生物柴油诱导的发动机润滑油润滑化学特性衰变机制与规律

It has been known that biodiesel markedly promotes deterioration of engine oils. In recent years, with increasing development and application of biodiesel as a clean and renewable petrodiesel substitute, biodiesel-induced deterioration of lubrication chemical characteristics of engine oil has become one of the most interseted tribological topics, as to which intensive and systematic investigation has as yet not been conducted. Indeed, understanding the deterioration mechanisms and regularities of engine oils induced by biodiesel is of important theoretical and practical significances, not only for effective lubrication of biodiesel engines, thus improving engine efficiency and extending engine life, but also for long-term devlopment of biodiesel industry. In the present project, the effect of structures of fatty acid methyl esters (FAME) on oxidation of engine base oils and degradation of oil additives will be investigated, and the relationship between FAME structure and deterioration characteristics of engine oils will be built. Furthermore, the impact of biodiesels on lubrication chemical characteristics of engine oils such as oxidationstability, detergency, dispersancy, antiwear and friction-reducing abilities, and corrosiveness, will be intensively studied. The deterioration mechanisms and regularities of engine oils induced by biodiesels will be explored. Finally, a math model characterizing deterioration of biodiesel engine oils will be established based on the variation of lubrication chemical parameters of engine oils. In the nature of things, the present investigation is expected to lay a solid lubrication chemical foundation for scientific lubrication of biodiesel engines.

生物柴油显著诱导发动机润滑油润滑化学特性衰变。生物柴油诱导的发动机润滑油性能衰变的润滑化学问题，是生物柴油作为清洁、可再生石油替代燃料在不断发展和推广应用的进程中亟待研究、认识和解决的新的重要科学技术问题，目前尚未引起国内外足够重视，迄今为止相关研究很少且欠系统深入。研究并揭示生物柴油诱导发动机润滑油润滑化学特性衰变的机制与规律，对有效控制生物柴油发动机润滑，提高发动机效能和寿命，促进生物柴油产业发展具有十分重要的理论意义和工程应用价值。本项目拟在研究脂肪酸甲酯结构对发动机油基础油氧化、添加剂降解影响的基础上，建立生物柴油对发动机油性能影响的构性关联，进而系统研究生物柴油对发动机油氧化安定性、清净分散性、抗磨减摩性、腐蚀性等润滑化学特性的影响机制和规律，并构建基于润滑化学特性参数表达的、描述生物柴油发动机油性能衰变失效的数学模型，为有效控制生物柴油发动机润滑构筑相关润滑化学理论和应用基础。

本项目采用模拟氧化试验、发动机台架试验和实际行车试验等方法，较系统深入地研究了生物柴油诱导柴油机油性能衰变的特性、机制与规律，主要研究内容和结果如下：.1、研究了不饱和脂肪酸甲酯的热氧化、热分解特性与机制，结果表明不饱和脂肪酸甲酯在热氧化过程中，不饱和双键可发生由顺式结构向反式结构转变的顺—反构型变化，且由于烯丙基结构的α-CH2位点脱氢或多双键不饱和脂肪酸甲酯发生双键转移可形成共轭双键，顺—反构型变化和共轭体系的形成加速了不饱和脂肪酸甲酯氧化降解。此外，获得了不饱和脂肪酸甲酯的热氧化和热分解动力学参数，建立了不饱和脂肪酸甲酯热氧化和热分解动力学方程。.2、研究了不饱和脂肪酸甲酯与柴油机油清净剂、分散剂、抗氧抗腐剂、黏度指数改进剂等柴油机油主要功能添加剂的交互作用，结果表明不饱和脂肪酸甲酯对上述添加剂的功能有较大的负面影响。.3、研究了不饱和脂肪酸甲酯和生物柴油对全配方柴油机油性能的影响，结果表明不饱和脂肪酸甲酯和生物柴油促进柴油机整体性能劣化，但润滑性能有所改善。生物柴油中不饱和脂肪酸甲酯含量越多、不饱和脂肪酸甲酯的双键数目越多、柴油机油中混入生物柴油的量越大、柴油机油质量等级越低，柴油机油氧化衰变越严重。.4、研究了以柴油机油物化性能为参数预测柴油机油品质衰变的可行性，建立了基于偏最小二乘回归的生物柴油发动机油品质衰变预测模型，结果表明所建立的模型具有良好的预测精度和有效性。.综上所述，不饱和脂肪酸甲酯易于氧化降解是生物柴油发动机油性能衰变的主要诱因。本项目较清晰地解析了不饱和脂肪酸甲酯的组成结构与氧化降解的构性关联，阐释了不饱和脂肪酸甲酯与柴油机油功能添加剂的交互作用对柴油机油性能影响的化学特征，验证了生物柴油诱导柴油机油品质衰变的宏观特性。研究成果为有效抑制和监控生物柴油发动机油品质衰变提供了较好的理论和技术支持，具有较大的理论意义和应用价值。