烷基水杨酸盐体系船用中速机油在四冲程发动机中的应用

冯涛，马浩腾，赵伟成，姜斯崎，王海峰，袁学军

(中国石油上海润滑油销售分公司，上海 200122)

0 引言

随着近来环保法规日益严格，对船舶发动机的排放要求也越加严格，由此所导致的发动机技术更新也越加明显。而发动机技术的更新，则同时对其润滑系统提出了全新的要求。曼恩公司的32/44CR型机型，便是具有代表性的低燃料油耗，高单缸功率的典型机型。通过应用共轨技术，成功通过美国环保局(EPA)Tier Ⅱ第三类发动机排放要求。

而我国近年来对海洋排放的要求也日益严格，按排放物的分类，国内环保部门分别对船舶燃料中硫含量及排放物中的NOx及HC含量做了不同的要求。交通运输部提出了指导性意见，而江苏省海局则于2015年提出了国内的排放法规要求，对船舶燃料的硫含量提出了三个不同阶段，使我国长三角区域、环渤海区域及珠三角区域内的船舶排放达到合理范围，具体要求见表1。

表1 长三角船舶燃料硫含量阶段控制

而对NOx及HC排放的控制，则多依赖于发动机制造商在发动机技术上进行更新，主要体现在使用机内净化技术及机外处理技术[1]，而不论哪种技术，均会对润滑油的功能提出新的要求。通过重新设计的发动机，在单缸功率、燃油喷射及燃烧方式上，均会与传统无排放要求的发动机有着明显的差异。而新式发动机由于单缸功率加大，将会带来更高的燃烧室温度与压力，而高压共轨燃油的喷射，会导致更高的燃烧温度与爆发压力。这就对润滑油的抗氧化性能及抗磨损性能提出了新的要求。

为满足这一新式要求，中国石油润滑油公司针对性的对船用油配方进行了调整，引入了具有更好清净分散性能的烷基水杨酸盐清净剂，并对抗氧剂及分散剂进行调整，研制出了新一代船用中速机油，用于MAN B&W四冲程发动机上进行润滑使用，发动机工况20%～100%，燃料硫含量3.5%，经过近6500 h使用，拆机检测结果表明，润滑油清净分散性良好，抗磨性能优异，可满足发动机的润滑使用。

1 实验部分

1.1 配方方案

船用油配方多使用清净剂、分散剂、抗氧剂、破乳剂、抗泡剂等核心添加剂，复配基础油调制而成[2-3]。本方案中，选择烷基水杨酸盐进行配方调制，其中烷基水杨酸盐的技术指标见表2。

表2 烷基水杨酸技术指标

自表2中可以看出，该烷基水杨酸盐碱值为280 mgKOH/g，为中高碱值，添加剂水分及机械杂质控制较好。经过与其他添加剂进行复配后，调制成TBN40的船用中速机油DCB4040H，相关技术指标见表3。

表3 DCB4040H技术参数

从表3中可以看出，研制产品DCB4040H相关指标满足Q/SY RH2014中对TBN40产品要求，烷基水杨酸盐清净剂可应用于TBN40的船用中速机油指标要求。

1.2 实验发动机参数

本次实验，选取丹麦航运公司Scandlines所经营的Puttgarden - Rodby客运航线上的一条客滚船Prinsesse Benedikte上进行，实验机型为MAN B&W公司所生产的6L32/44CR机型。该机型技术先进，能够实现低燃油消耗时输出较高功率，并同时保持较低的NOx排放，正是由于其出色的NOx排放控制，其已取得了美国环境保护局的Tier2三类发动机的排放认证[1]。该发动机运行参数见表4。

表4 MAN 6L32/44CR发动机运行参数

1.3 实验及检测方案

由于所选择的船舶是客滚船，每日仅在白天航行，单日航行时间约12 h，为保证实验结果具有参考性，约定总测试时间6500 h，并在不同时间段内进行采样分析。且主要的检测项目为100 ℃黏度、水分、不溶物、碱值。同时进行光谱分析，测定常规磨损元素Fe、Cu、Cr、Pb、Sn等。

在实验初期，选择特定缸，对发动机进行拆机检测，并记录活塞环、缸套等关键部位数据；待实验结束后，对同样部位进行检测，并记录相关部位磨损数据，进行对比分析。

由于此类船用四冲程发动机通常不明确润滑油换油期，仅对发动机内的润滑油进行定期分析检测，指标不合适时进行油品更换。但按照以往经验，配备油底壳的湿式发动机，其润滑油的换油时间约3000～4000 h。

本次实验机型为干式，外置润滑油循环柜，柜体4 m3，每日运行有消耗后补加至正常机油位，实验过程无换油。试验过程中取样总量16 L(单次取样2瓶，每瓶500 mL，共取样16次)，并对取出来的样品进行分析检测。

2 结果讨论

2.1 发动机拆机检测

实验中选择了第4缸和第5缸进行对比检测，分别于实验前后进行测量，同时对运动部位进行了测试分析。其中缸套检测结果见表5，缸套表面见图1。

表5 缸套磨损结果

5#缸缸套

图1 5#缸缸套表面情况

从表5可以看出，4#及5#缸平均磨损值均远低于极限值，且磨损率也均小于极限磨损率，证明油品抗磨效果良好。而对5#缸的表面检测表明，表面未见擦伤及异常磨损，缸套网状结构依然存在。

同时对活塞环进行了磨损检测，结果见表6及图2。

表6 活塞环磨损情况

4#缸活塞环

图2 4#缸活塞环情况

从表6可以看出，4#及5#缸活塞环第1道环磨损率为0.006 mm/1000 h和0.007 mm/1000 h，均低于限定的0.024 mm/1000 h。第2道及第3道环几乎未见磨损。而从图2中4#缸活塞环实际情况来看，各环均为活动环，活塞环表面有轻微积炭。

曲轴箱及凸轮轴箱的洁净程度见图3。从图中可以看出，箱体表面并无任何沉积物，箱体异常洁净，证明油品清净分散性能良好。

图3 曲轴箱及凸轮轴箱

2.2 润滑油的检测

经过长达6500 h的运行，对润滑油油样进行了采集，并对润滑油常规项目进行了检测，检测结果包括黏度、水分、不溶物、碱值，相关结果见图4～图7。

图4 100℃黏度

图5 水分检测结果

图6 碱值测定结果

图7 不溶物测定结果

从图4中黏度测定结果可以看出，经过长时间运转，油品黏度基本保持不变，并未出现较大波动。从图5中水分测定结果可以看出，油品具有较好的分水效果，水分一直维持在较低水平。不溶物测定也可以看出，长时间运转不溶物含量未出现较大变化。

碱值测定结果可以表明，在使用周期内，油品持续补加，碱值一直维持在大于30 mgKOH/g以上，油品碱值保持性较好。同时对油品的磨损元素进行了检测，相关结果见图8～图9。

图8 Fe元素分析

图9 其他磨损元素分析

从图8铁元素磨损来看，油品运行周期内磨损控制较为合理，未出现异常磨损，而对其他元素Cr、Cu、Pb、Sn的检测结果表明，磨损量均低于10 mg/kg，磨损控制较好。

3 结论

烷其水杨酸盐清净剂应用于船用中速机油，用于MAN B&W新式四冲程发动机6L32/44CR的润滑，具备较为优异的清净分散性及抗磨损性能。通过近6500 h的实机测试，对润滑油的采样检测结果表明其黏度控制较好，水分及不溶物控制良好，碱值保持性较强。同时对发动机的拆解分析表明，该润滑油具备较优异的清净分散性能及抗磨损性能。