再談低SAPS油–低硫酸鹽灰分低磷低硫潤滑油
2004-05-05
由於環保的要求，重負荷柴油引擎將需要裝置各類型的廢氣排放後續處理器，以滿足未來的環保法規要求，大量減低氧化氮及微粒這兩項排放物。後處理器的使用也將會帶動世界各地發展低SAPS 機油的壓力。
重負荷柴油引擎機油配方
隨著潤滑油品規範不斷提高，傳統的技術幾乎已經無法解決目前所面對的一些問題了。比如限制氧化氮與微粒物兩者的排放量間所需得到的最佳效益的問題，就是個複雜的難題。這表示重負荷柴油引擎將需要裝置各類型的廢氣排放後繼處理器，以滿足未來的環保法規所要求大量減低這兩項排放物。這些後處理器的使用將會帶動世界各地發展低SAPS 機油的壓力。雖然各主要汽車製造商有其特定的要求，在歐洲目前重負荷柴油引擎機油的要求是：硫酸鹽灰份<1%，磷含量<0.08%，硫含量<0.3%。在北美 PC-10規範的要求才剛開始發表，而SAPS的限制也正討論中。
燃油硫含量
在重負荷引擎排放量的討論中，需注意燃油中硫含量的問題。有一些報告已指出，燃油的硫含量對於某些後處理器是有害的。硫酸鹽的生成是源於二氧化硫在氧化觸媒下轉換成三氧化硫，它也能增加微粒物的排放量。規劃的柴油硫份減低量將促成排氣後處理系統的發展。在北美PC –10推出之際，硫含量將會由500ppm 減低到15ppm。歐洲則將於2005年，減低至50 ppm，然後到2009年再減低到10ppm。
當硫含量減低到這個水準時，則來自於燃油與機油的硫所產生的影響是差不多的。然而機油對排放量與後處理器的影響的程度還未能確定。主要關切點在於柴油微粒過濾器上所堆積的灰份，與機油中的硫與磷對觸媒後處理器可能產生的影響。如同在汽油引擎的三位元觸媒上所發現的一樣，完整開發後的商用後處理器系統將會證實比發展中的系統具有較大的毒害容忍度。
SAPS對機油的影響
機油產生的灰份所造成的影響，一直是柴油微粒過濾器生產商長久所關切的。主要原因是來自於機油內的金屬成分的非燃燒灰份，以及金屬磨損微粒堆積，並可能阻塞過濾系統。它可能增加排氣的後壓，減低過濾器的容量，與增加它更換的次數。至於二氧化硫的吸收，可能減低氧化氮吸收器中催化劑的性能。硫同時也會抑制其它催化劑轉換的功能。從機油的基礎油與添加劑或燃油中，硫的損失是否一樣，或是會因為催化劑的抑制而有所不同，仍尚待釐清。
根據最近的報告，機油中的硫份並未發現對分離式觸媒 (SCR)系統的性能減低有所影響。已有一些報告指出，機油的磷含量是觸媒可能的的毒化物，雖然在柴油引擎後處理器系統中發現有機油中添加劑所產生的積垢物，但磷毒化的現象比起汽油引擎三位元觸媒的毒化較不明顯。硫被視為是觸煤主要的毒化物，較低溫的柴油氧化觸媒被認為可防止玻璃狀的磷酸鹽積垢物的產生，而它也會阻塞在觸媒處。而經某些實地測試，有一些分離式觸媒減低(SCR)系統性能的損失，是因為機油的磷污染，與釩、磷酸鹽積垢的生成。所有這些測試是昂貴的，且數據也不容易解讀。所以精密設計的儀器是必要的，用以確信並認知機油所產生的效應，如此有意義的測試與測試限定值，才可以被列入機油的規格中。
重負荷柴油引擎機油的性能
灰份、硫、與磷對柴油引擎排氣後處理器的不良影響，正對添加劑業者造成了壓力。對於重負荷柴油引擎，他們必須要能調配出低SAPS的機油。重負荷柴油引擎機油與汽油引擎機油一樣包含相同基本性能的添加劑。金屬成分的清淨劑需中和燃燒產生的強酸，並保持引擎內部的清淨。二烷基二硫代磷酸鋅(ZDDPs)是抗磨損劑，也是抗氧化劑。無灰型擴散劑使油煙微粒與一些具極性的污染物懸浮在油中，重負荷柴油引擎機油的低SAPS配方也要求抗氧化、抗磨損、與清淨的性能。此外也須有較長的換油週期，除引擎的耐用與性能外，排放量的規定也成為重負荷柴油引擎機油規格發展的重要趨動力。
但一直到最近，重負荷柴油引擎機油需有低SAPS的要求，此點仍不太被重視。雖然後處理器已用於輕型卡車與市區巴士，但現在經由引擎設計的調整而不使用排氣後處理器，一般也能滿足卡車重負荷柴油排放量的規定。長達三十年來，有關機油中磷含量對觸媒轉換器有影響的爭論，現似乎有了共識。過去對於重負荷柴油引擎機油的配方，很少努力去減低硫與磷的含量，唯一比較顯著的例子是，當1980年代設計的引擎，機油的灰份含量引起活塞冠狀區的積垢，且在頂活塞環區有較多機油消耗時，機油的SAPS才會受到檢討。
衝突的需求
任何往低SAPS限制值調整的動作都可能與其他機油的性能要求有衝突。尤其在歐洲，重負荷柴油引擎機油須滿足延長換油週期的要求，且一般含較高水準的灰份，從1.0 到2.0 wt.%。提議的低SAPS灰份要求最高值在1.0 wt.%左右。然而使用排氣氣體再循環(EGR)來控制氧化氮，進一步也對於機油增加了壓力，是否它有能力迅速中和燃燒所產生的強酸呢？
在美國較低溫的EGR的使用，灰份水準事實上已有微量的增加。因為燃油硫份對排放量不良的影響已經證據確鑿，所以超低硫份的柴油將可按排定的時程推出。任何機油相關聯的硫份限值將寄望在0.3 wt.%左右。磷的限值可能與汽油引擎機油的0.08 wt.%相當。這將對ZDDP的內容與磨損控制有很顯著的影響。在近幾年使用延遲注油時間來減低氧化氮，與隨後引用的較低溫的EGR系統，已使重負荷柴油引擎機油內的油煙微粒增加，而它可能直接會造成刮蝕性的磨損。高水準的油煙微粒也需要有較高含量的擴散劑。
顯示的需求
證據顯示，未來選擇哪一種排氣後處理器技術，對於機油配方中SAPS的水準有主要的影響，也將會在未來的引擎機油規格測試中反映出來。今日我們的困難是機油中SAPS對後處理器系統的真正影響仍缺乏清楚的數據。任何化學限值都應以實驗數據為基礎，表達符合這種要求的技術需求也應如此。這技術需求必須要有很明確的證據顯現出來。以後處理器系統的例子來說，必須證明機油中的某個元素有永遠的不良影響。如果這已被證實，它的化學限值也應以數據的分析為基礎，而該限值應設定在讓它能提供足夠的保護作為限制程度。
未來發展
重負荷柴油引擎機油往低SAPS移動的衝擊，將對基礎油、添加劑與潤滑油等業界有深厚的影響。因為需有未來的設備投資與實施時機上的考慮，應有充裕的前置時間以提出任何化學限值。重負荷柴油機油的最終使用者，將來也可能需買較貴的機油，使他們的車輛能符合新的排放量標準。
從SAPS 對重負荷柴油後處理器影響的論述中，很清楚知道，就如小客車引擎機油一樣，低SAPS的需求與性能耐久性之間的衝突，是需要相互妥協的。重負荷柴油引擎機油尤其是這樣。當延長換油週期是主要的要求時，任何SAPS的降低，都需有一清楚的與顯現的技術需求為後盾。美國下個重負荷柴油引擎機油分類(PC-10)的發展，所有參與業者如將從發展過程中獲取教訓，如何相互妥協也將成為最重要的關鍵。
吳世榮