车用二甲醚（DME）燃料润滑剂的研究与开发王鹏，汪宪臣（上海海联润滑材料科技有限公司，上海200235）和清洗作用，从而使燃油系统的精密副的摩檫表面和气门、气门座磨损加快。从气体燃料基础润滑特性的研究着手，通过选择基础液、筛选各类添加剂，对润滑剂进行四球PB值评定和冷态磨损台架试验，先后进行了三代不同添加剂、不同添加量、不同运行持续期试验及长期行车试验，并首次在高频加压往复试验机（MPT-HFRR）测试，获得了二甲醚润滑剂的*佳配方。这种润滑剂的润滑性能好，挥发性能与二甲醚相近不在摩檫表面形成漆膜；其加入量少，润滑剂使用成本低，可有效控制润滑添加剂参与燃烧时的不完全燃烧产物。研究结果表明，所开发的HIRI1123润滑剂是一种综合性能优良的二甲醚润滑改进剂。
9：A 0概述石油替代途径和代用燃料是事关国家能源安全与环境保护的重大课题。二甲醚润滑剂的研究与开基金项目：2005年科技部中小企业科技创新基金资助项目“车用二甲醚（DME）燃料润滑剂”
发对于推广具有中国资源特色的DME汽车代用燃料、缓解石油供需矛盾、对我国能源安全及环境保护具有重大意义。近年来，欧、美、日、韩、俄罗斯等国家都在开展二甲醚燃料发动机与汽车的研发。欧洲Volvo汽车公司、日本JFE、COOP、五十铃汽车公司和伊藤忠会社等分别研制了多辆燃用二甲醚燃料的卡车样车和城市客车样车。
在国内，二甲醚燃料发动机的研究几乎与国际同步，自1997年起，西安交通大学汽车工程系与上海交通大学燃烧与环境技术研究中心分别承担了国家自然科学基金重点项目“直喷式柴油机燃用多种燃料（甲醇、二甲醚）的燃烧与排放特性的研究”、“低排放二甲醚汽车的性能优化和加强耐用性研究”及国家自然科学基金面上项目新型低排污二甲醚燃料喷雾特性和燃烧机理的研究“，研制了适合于二甲醚燃料特性的发动机燃料供给、喷射系统和燃烧系统，探索了与二甲醚特性相适应的新型燃烧系统及二甲醚喷雾特性，成功开发了二甲醚燃料发动机和汽车，在整机动力性、经济性、排放特性等方面取得了突破。此外，上海交通大学、上海柴油机股份有限公司、上海海联润滑材料科技有限公司等单位都在积极推进二甲醚城市公交客车在上海城市交通中的推广与应用。
本文自2003年起系统地进行了二甲醚燃料润滑性能差可能引发的发动机部件磨损的研究，通过大量系统深入的试验研究，成功研制了一种新型的具有完全自主知识产权的二甲醚燃料润滑剂。
1研究开发二甲醚润滑添加剂的技术关键和应具备的性能1.二甲醚在发动机应用中的技术关键二甲醚在发动机应用中的技术关键为：（1）液态二甲醚的粘度为0.15X104Pa*s，约为柴油的1/30（液体柴油的粘度为5. 104~6.28X104Pa*s），二甲醚对润滑油膜具有很强的清洗作用，如使用纯二甲醚，摩擦副表面会处于极度干摩擦状态，导致发动机燃料供给系统中高压油泵的柱塞针阀等偶件、气门等部件严重摩擦磨损，通常仅能运转2摩擦副即被咬死；（）二甲醚燃料燃烧产生的微量酸性物质（甲酯甲酸、蚁酸等）对发动机零件有腐蚀性，对活塞及气缸造成腐蚀磨损；（3）作为燃料润滑添加剂随同二甲醚进入气缸后，要求不产生不完全燃烧产物和新的颗粒排放物；（4）二甲醚极易挥发，要求润滑剂尽可能随之挥发，防止滞留在缸套或柱塞等目前，二甲醚燃料润滑性能的添加剂在国内外还没有开展系统深入的研究，有的采用在二甲醚中加入大剂量的蓖麻油、生物柴油，以改善二甲醚的润滑性能，但润滑性能不理想，也对发动机的排放性能造成一定的负面影响。有的采用在低硫柴油中添加润滑添加剂来改善二甲醚的润滑性能。
1.2研发的二甲醚润滑剂应具备的性能：研发的二甲醚润滑剂应具备的性能有：（1）良好的润滑性能和抗磨性能；（2）适当的极性：车用燃料润滑剂要求具有适宜的极性，极性过大会导致发动机油的碱值降低，影响发动机的清净性；（3）抗腐蚀性能：由于二甲醚的极性较强，对润滑油膜有较强的清洗和溶解能力，因此，需要采取新的防腐蚀对策，防止对机件的腐蚀；（4）良好的环保排放性能；（5）在二甲醚燃料中的分散性良好（混合均匀），不分层；（6）对人体无害。
2二甲醚润滑添加剂的研发本文对二甲醚润滑剂中的基础液和添加剂及其配伍性进行了系统深入的研究，分别对配方进行试验室评估、模拟评估及对发动机运动部件摩擦磨损性能的影响进行比较。先后开发了润滑效果日臻完善的共3代二甲醚润滑剂（以下简称：HIRI 1123二甲醚润滑剂），**代剂主要解决润滑性能和抗腐蚀性能；第二代剂加强与二甲醚的溶解性，易挥发不滞留，防止高压泵柱塞等零件表面产生漆膜；研发的第三代剂在保持优异润滑效果基础上，进一步减少添加量，改善排放，提高综合性能和发动机运行的可靠性。
2.1二甲醚润滑添加剂试验室研究润滑剂配方的研究主要是对润滑剂、抗磨极压剂、防锈剂、抗腐蚀剂等多种添加剂进行配伍性研究，提出*佳的复合配方。
筛选润滑单剂。常见的润滑剂种类很多，选择单剂时应对减磨效果、与燃料相容性、排放性能等多方面因素进行综合考虑和筛选，经过大量的试验，在酯类、酸类、醇类、胺类中选择出几种适合于二甲醚燃料的润滑单剂。
复合剂配方研究。在确定润滑单剂后，要进行功能剂的组合试验，对润滑剂、抗磨极压剂、防锈剂、抗腐蚀剂等多种添加剂进行配伍性研究，提出*优的几种复合配方。
替代基础液研究。由于二甲醚在常压下为气态，而目前润滑剂研究领域使用的各种试验设备能力的评定上。为此需要选择一种常温下为液体，但与二甲醚性质相近，润滑能力类似的物质（基础液）用它代替二甲醚，在其中添加各种添加剂，寻找改善润滑性能的途径。替代二甲醚润滑性能的基础液可以从醇、醚、醛各类不同物质的粘度、对称性、键能、分子量和润滑性能等方面来考察和选择。
2.2二甲醚润滑剂的模拟试验和性能评价2.2.1试验室评估润滑剂润滑性能要选择一个参照物进行对比及与多种润滑剂进行横向比较来考核。本文选择4种润滑剂（国外报道的蓖麻油、本文研制的HIRI1123、国外添加剂公司推荐的两种低硫柴油润滑剂）进行比较，通过润滑剂本身润滑性能的测定，以及将润滑剂按不同比例加入参比的基础液中，进行四球机PB值润滑性能的测定，从这几个方面的测定结果来看，HIRI1123润滑剂的润滑性能*佳。试验结果见表1.表1四球机PB值润滑性能的测定结果N蓖麻油国外1低硫柴油润滑添加剂国外2低硫柴油润滑添加剂纯润滑剂润滑剂+基础液1润滑剂+基础液2 2.2.2台架模拟评估（冷态磨损试验）由于二甲醚在常温常压下为气态，不能使用常压下的高频往复机（HFRR）和四球摩擦机等判别润滑性能的常用设备，为了进一步判别HIRI 1123润滑剂的润滑性能，制作了冷态磨损试验台（其结构框图见）将二甲醚储罐中的DME由高压氮气压送经滤清器到喷油泵，再由喷油泵加压送入喷嘴，然后由喷油嘴喷入储罐中，通过一段时间的运行，根据柱塞偶件的磨损情况对润滑剂进行筛选和评价。冷态磨损试验台的优点就是直接根据柱塞的磨损情况考核润滑剂的优劣，这是其它摩擦磨损试验机所不具备的。
柱塞磨损的测量委托国内专业检测机构按JB/T7173. 2?2004（柴油机喷油泵柱塞偶件第二部分：性能试验方法）和JB/T9729?1999（柴油机喷油泵柱塞偶件、出油阀偶件、喷油嘴偶件径部密封值样品技术条件法）试验方法进行柱塞密封时间的测定。密封试验时，先将油压升至22 ~23MPa待压力降到19.6MPa时开始记时，压力降至17.7MPa时记时结束。柱塞偶件如果发生磨损，则间隙必然增大，测量的柱塞密封时间必然减少，因此根据柱塞密封时间t的变化来直接反映柱塞偶件磨损，试验前柱塞的密封时间为t0，试验后柱塞的密封时间为tn.密封时间减少率定义为1=（0 %.n越大，则表示柱塞密封时间减少率越大，柱塞磨损越严重。
2.2.3不同添加剂、不同添加量、不同试验时间的冷态磨损试验结果同类产品的比较。用本文研发的二甲醚润滑剂与纯二甲醚、5%蓖麻油及国外进口的2种低硫柴油润滑剂（800X 10->）进行了冷态磨损试验对比试验，加剂量：蓖麻油5%，海联剂500X10'国外剂800X106.试验结果见表2.表2不同添加剂柱塞密封时间减少率试验样品添加剂量试验时间/柱塞密封时间减少率/ DME+蓖麻油DME+国外A剂DME+国外B剂通过冷态磨损台架试验可看出，所研发的HIRI剂n=比纯DME减少了76.56%.通过冷态磨损试验比较，说明HIRI1123剂具有更好的减磨效果，能进一步减少柱塞偶件的磨损。
不同试验时间的冷态磨损试验。为了确1123剂在500X106的加量下，在更长的试验时间下仍具有良好的减磨效果，进一步优化配方，研制第二代HIRI 1123剂，将试验时间由200h延长为500h，进行冷态磨损试验台的试验。试验结果如所示。200h时n=12.91%，500h时n=23.53%，说明本文研发的润滑剂能满足长时间不同添加量的冷态磨损试验。由于与国外进口DME润滑剂的冷态磨损试验比较是在较大的加量（800X10）和较短的试验时间（200h）下进行的，为了进一步认证HIRI1123剂在更低的加量和更长的时间下仍具有良好的减磨效果，继续进行一系列冷态磨损试验，润滑剂加剂量分别为500X10*6、300X 10*6、150X10*6、100X10*6，进行200h冷态磨损试验，试验结果见表3.表3海联剂不同添加量柱塞密封时间减少率试验样品添加量试验时间柱塞密封时间减少率/通过上述试验数据不难看出，HIRI 1123剂在添加量不断减少时，n的增长幅度不大，磨损并没有明显增加，由此看来HIRI 1123润滑剂的加剂量可以减少。
由上述试验得出冷态磨损试验的结论为：HIRI1123剂具有优良的润滑性能，能有效减少柱塞偶件的磨损；HIRI1123剂与国外进口的低硫柴油润滑剂相比，在相同加剂量和试验时间的条件下，润滑性能明显优于进口剂，n降低46.97%；HIRI1123剂的加剂量在100X106~300X106即可；在目前的冷态磨损试验过程中，由于无法观察到柱塞偶件的磨损报废，没有进行寿命试验，*高试验时间为500h. 2.2.4环保排放评估环保排放评估在上海柴油机股份有限公司6114直喷式柴油机改造的二甲醚发动机上进行，主要评价二甲醚加2 %蓖麻油和二甲醚加500X106HIRI1123的2种燃料的微粒排放。从可以看出，二甲醚加2%蓖麻油的微粒排放在各种情况下都要比二甲醚加500X高出许多0ES1环下微粒排放增加31\%%而在2个定点工况下也增加了19%和15%.这说明使用二甲醚润滑剂不仅大幅度提高了二甲醚燃料的润滑性能，还有效控制了微粒排放；随着添加量的大幅度下降，还可以明显改善排放。2.2.5加压高频往复试验机润滑性能评定在二甲醚润滑剂的润滑性能评定方法上，由于二甲醚在常温常压条件下为气体，无法在高频往复测试仪（HFRR）上直接进行试验。需在加压条件下的HFRR润滑测试仪上进行测试，目前国内还没有这种仪器，表4是在国外加压条件下的MPT-HFRR测试结果。
经过MPT-HFRR试验仪器检测润滑性能的钢球和钢块如所示。
低硫柴油（加有相应的润滑剂）的润滑性能合格指标为磨斑直径<460111，本文研发的HIRI1123在国外进行加压条件下的MPT-HFRR测试结果见该仪器的试验条件与目前国际通用和认可的HFRR仪器及相关所开发的第二代、第三代HIRI1123在国外进行的ISO试验方法标准是吻合的；根据被测介质是气态的特殊要求，试验是在一个特制的加压的密闭容器内进行（）测试磨斑直径的钢球和钢片用显微镜连接计算机进行测试，达到了较高的精度。该仪器在测试气态物质润滑性能方面属于国际首创。表4为MPT-HFRR和HFRR试验条件的对比。
表4MPT-HFRR和HFRR试验条件对比燃料体积/cm3斑点/Mm温度/°c压力/MPa常压测定时间/min加压条件下的高频往复机（MPT-HFRR）仪器磨痕测量装置（金属块和球）经过MPT-HFRR试验仪器检测润滑性的钢球与钢块表5加压条件下第二代、第三代HIRI1123剂MPT-HFRR磨斑直径测试结果样品名称（第三代）（第二代）添加量/X106润滑性评价试验（磨斑直径）//im磨斑直径比合格指标下降的百分数（以低硫柴油磨斑直径作为合格标准）/%从检测结果可知，本文研发的第三代二甲醚润滑剂的润滑性能达到较高水平，经测定，与柴油的润滑性能指标比较，磨斑直径降低25.2%，证明研发的二甲醚润滑剂完全能改善二甲醚燃料的润滑性，是一种高性能的润滑添加剂。
2.3行车试验本文研发的HIRI 1123二甲醚润滑剂自2006年3月开始，在西安交通大学的二甲醚客车上经过了1年多的实际行车试验，累计行驶15000多公里，未发生因润滑性能不良而引起的故障，动力性能良好。
从2007年6月起，在山东久泰化工科技有限公司3台DME车上进行了耐久性行车试验，每天平均行驶100多公里，迄今每台车累计行驶了30000多公里，动力性能良好，运行正常。
3结论1123二甲醚润滑剂润滑性能好，挥发性能与二甲醚燃料相近，加入量少，ESC循环测试表明它能有效控制燃烧时可能产生的不完全燃烧产物。
首次在国外研发的加压高频往复试验机（MPT-HFRR）上进行的二甲醚润滑剂润滑性能检测表明，二甲醚在加入本文研发的润滑添加剂后，其润滑性能相当于或优于低硫柴油。