1前言目前，我国车用柴油机迫切需求优质节能型中高档润滑油品。多级油具有四季通用、延长换油期及机械的使用寿命、节省燃料和机油等特点。多级油是由两个粘度级别构成的，具有发动机油SAE粘度级别中冬用油的低温粘度特性和夏用油的高温粘度特性，这个效果是由于加入了油溶性聚合物型的粘度指数改进剂，但是粘度指数改进剂的加入会促使发动机沉积物的生成。目前，国内外常用的粘度指数改进剂类型有：聚甲基丙烯酸酯（ PMA）、聚异丁烯（ PIB）、乙丙共聚物（ OCP）。本文阐述了这几种粘度指数改进剂对柴油机活塞沉积物的生成机理的影响，并论述了各种化学组成的粘度指数改进剂在柴油机油里的使用，对研制中高档柴油机油有一定的参考价值。

　　2柴油机沉积物的生成在讨论柴油机沉积物时，核心问题是活塞环部积炭和漆膜沉积物影响发动机正常工作，它们使活塞环的密封作用变坏，引起卡环，结果导致串漏气增加，压缩比降低、燃油耗增大。有关分析结果表明，生成物中各种元素的浓度为润滑油中元素浓度总平均的25倍。随着润滑油中元素浓度的增加而顶环槽沉积物中的元素量也有增加的趋势，由此看出添加剂除有抑制沉积物生成的作用外，也是沉积物生大学化学工程专业，多年从事润滑油研制和技术服务工作，获省部级科技进步奖4项，已公开发表论文5篇。

　　润滑油成的直接原因。活塞沉积物的生成，在理论上可以认为是由3个因素引起： （ 1）串漏气 （ 2）润滑油自身氧化 （ 3）润滑油与串气的复杂反应。其生成机理如的顶环之间的界面等部位，导致黑色沉积物的生成，这些沉积物按其组成特点可划分为：环槽积炭：烟炱胶质活塞成漆：胶质烟炱油泥：烟炱胶质水分。

　　其中加下划线的为主要成分。

　　由此可见，无胶质不成沉积物，此处的胶质是指油品高温氧化催化作用后聚合的含氧烃或高分子量的聚酯，所以说粘度指数改进剂是沉积物生成的一个组成部分。

　　3粘度指数改进剂的作用多级油中粘度指数改进剂的高聚物分子因温度不同而具有不同的形态，当油中的温度升高时，高聚物的油溶性增大，长链高聚物伸展，体积和表面积增大，给溶液分子运动造成较大的内摩擦，使液体粘度不至于因温度升高而下降很快，反之，在温度降低时高聚物在油中的溶解度变小，分子链逐渐收缩卷曲，体积变小，对溶液内摩擦的影响减小。因而粘度增加不多，正是基于粘度指数改进剂在不同温度下具有不同的油溶性才起到改善润滑油粘温性的作用。

　　在通常情况下，由于汽车发动机的机械负荷和热负荷都很高，特别是柴油机工作条件比较苛刻，其活塞顶部温度可达300左右。当油品长期在这样的高温、机械剪切速率下，油中粘度指数改进剂分子过度伸展，并发生分子链断裂生产大自由基，在大分子的弱处最易破裂，含过氧基、支链及位置双键的大分子，所形成的大自由基又可能进一步分裂成单体分X，从而造成粘度指数改进剂机械解聚和热解聚。与此同时，在强酸和氧的存在下，发生了氧化和其它化学反应，结果生成了漆膜和积炭。

　　4粘度指数改进剂分子量及浓度的影响在配制多级油时，为满足其低温性能的要求，需选用低粘度的基础油，但多级油还要求具有一定的高温粘度，这就需要加入一定量的粘度指数改进剂，以提高油品的粘温性能，弥补基础油粘度的不足。

　　尤其是对一些粘度跨度大的油品，其粘度指数改进剂的添加量就较多，随着粘度指数改进剂浓度的增加，就会导致沉积物的生成量增加。另外，活塞壁温的升高及粘度指数改进剂分子量对沉积物的生成也润滑油有一定的影响。如图2、图3所示。

　　从图2、图3可以看出：以聚异丁烯为例，随着其分子量和浓度的增大以及活塞壁温的升高，漆膜和积炭的生成量逐渐增加。

　　机油漆膜和积炭生成的影响卡特皮勒1G发动机试验证明，对某些类型的粘度指数改进剂来说，抗剪切性能越好稠化能力越低，而所需添加量也越多，顶环槽的沉积物及漆膜评分是随着粘度指数改进剂加入量的增加而变坏的，聚合物化学组成相同时，随加入量的增加其沉积物生成量至少也是成比例的增加，但对化学组成不同的聚合物，还需进一步探讨。

　　5不同化学结构粘度指数改进剂的影响内燃机油在发动机运转过程中，高温会引起油中的粘度指数改进剂解聚、裂解而自身氧化并促进油品的氧化，加速油品衰败，因此使发动机出现积炭和粘环等现象，这一现象的出现取决于粘度指数改进剂本身的化学结构，我们对不同结构的粘度指数改进剂： PMA、PIB和OCP，采用差热分析方法（ TGA）进行热氧化安定性测试，结果见图4.

　　由图4可以看出，聚甲基丙烯酸酯热氧化安定性最差，乙丙共聚物最好，聚异丁烯居中。不同化学结构的粘度指数改进剂热稳定性及热氧化安定性不同，它们对油品的清净性以及柴油机活塞沉积物的生成情况影响也不同，如表1、表2所示。

　　油品名称粘指剂类型成焦板焦重/ mg成漆板/级热管氧化/级注：成焦板试验条件：油温100 ，板温 ，时间3h，开15s，停成漆板试验条件：油温100 ，板温330 ，时间6h，连续运转热管氧化试验条件：温度、时间4h、氧气流量1. 6mL/发动机试验结果SAE粘度级增粘剂类型顶环槽充炭率/ 加权总评分/分由表1、表2可知，几种粘度指数改进剂对油品清净性以及柴油机活塞沉积物的生成影响由大到小顺序为： PMA、PIB、OCP.在油品清净性影响方面，性能相当。即热氧化安定性好的粘度指数改进剂对杨筱虹等。粘度指数改进剂对柴油机活塞沉积物影响的探讨沉积物生成的影响小，而热氧化安定性差的粘度指数改进剂对沉积物生成的影响较大。

　　6不同种类的OCP对油品清净性的影响通过以上探讨， OCP的热氧化安定性、成焦倾向性以及对柴油机活塞沉积物的生成影响最好。另外， OCP具有较强的稠化能力，较好的粘温性、剪切安定性和经济性。OCP按其性能可分为两类：一种是分散型OCP，如EXXON公司的ECA8358和石油化工科学研究院研制的低氮分散性乙丙共聚物同厂家生产的OCP热氧化性能不尽相同。因此，我们对各种OCP热氧化性能和清净性能进行了研究，结果见表3.

　　OCP类型成焦板/ mg热管氧化/级评定顶环槽充炭率/ 加权评分/分分散型OCP1分散型OCP2非分散型OCP1非分散型OCP2非分散型OCP3非分散型OCP4由表3可以看出：分散型OCP1和非分散型OCP2在热管、成焦板以及5 D发动机评定表现均较好。非分散型OCP1、非分散型OCP4和分散型OCP2次之，非分散型OCP3最差。根据不同粘度、质量等级油品的需要，以及对其它性能的要求，可选用不同种类的OCP.

　　7结论（ 1）粘度指数改进剂的化学结构与柴油机活塞沉积物有关，使用化学结构不同的粘度指数改进剂结果有所不同，其中以乙丙共聚物为最好。

　　（ 2）活塞沉积物还和所探讨的粘度指数改进剂的分子量和浓度有关，在调试多级油时，应选择稠化能力强、热稳定性好的粘度指数改进剂，并适当增加清净分散剂和抗氧抗腐剂的用量，以克服粘度指数改进剂带来的不利影响，调配出满足中、高档柴油机油性能要求的油品。

　　润滑油