煙炱是由多種物質(zhì)組成的混合物，其主要成份為石墨化碳黑。它在潤滑油中是以固體不溶物的形式存在的，其初始大小約30nm~60nm.煙炱的含量高低和結(jié)構(gòu)狀況直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和機(jī)油的耐久性。準(zhǔn)確及時(shí)監(jiān)測潤滑油中煙炱的含量水平，適時(shí)掌握發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)和潤滑油的質(zhì)量狀況，就可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是避免大型固定式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)因磨損、油路阻塞等造成的發(fā)動(dòng)機(jī)非正常停機(jī)。

　　1煙炱的來源柴油機(jī)的主要排放污染物是氮氧化物和顆粒物。在柴油機(jī)苛刻的燃燒條件下，燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生很多的副產(chǎn)物，其中的固體物主要是柴油和進(jìn)入燃燒室的潤滑油在空氣不足的條件下經(jīng)不完全燃燒或熱裂解而產(chǎn)生的不定形碳（微小的炭微粒），表現(xiàn)為煙炱，它會(huì)惡化顆粒物的排放。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)漆膜及積炭是由潤滑油及燃料氧化聚合生成，采用示蹤原子跟蹤后發(fā)現(xiàn)它們主要是潤滑油氧化生成，而煙炱主要是柴油不完全燃燒引起。

　　在曰益高漲的環(huán)保壓力、市場競爭和提高燃油經(jīng)濟(jì)性的驅(qū)動(dòng)下，制造商不得不采用許多最新的技術(shù)用于柴油機(jī)制造，如廢氣再循環(huán)技術(shù)、延遲噴射燃料技術(shù)等。但這些技術(shù)的采用，卻使更多的煙炱滯留于柴油機(jī)內(nèi)。除了新的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)使煙炱的量增加外，舊的發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中也會(huì)因?yàn)榭諝鉃V清器、燃燒控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件磨損等故障產(chǎn)生大量的煙炱。

　　2煙炱的生成機(jī)理煙炱的生成與空氣溫度、空氣中氧濃度、燃料的種類及其在燃燒過程中與空氣的配比情況有關(guān)。一般而言，空氣的預(yù)熱溫度越高，空氣中氧的含量越低，燃料與空氣混合越不均勻，燃料就越容易發(fā)生裂解，生成的煙炱就越多。不同的燃料，煙炱的生成趨勢也不同，給出它的詳細(xì)結(jié)果。

　　煙炱的生成大致可以分為兩個(gè)階段。第一階段：從低分子量的不飽和烴中產(chǎn)生煙炱核心，再通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)高分子化；第二階段：所生成的煙炱核心經(jīng)過液化聚合和團(tuán)聚等過程生長為煙炱微粒。目前第二階段的機(jī)理已經(jīng)較為清楚，現(xiàn)存在疑問的是第一階段從燃料高溫裂解生成不飽和烴到產(chǎn)生煙炱核心的過程中是何種中間物質(zhì)起了主要作用。關(guān)于中間物質(zhì)的成因主要有多環(huán)芳香烴中間體說（plycyclic PYs）和烴離子說（ionicspecies）等等。因煙炱粒子一般具有和石墨相類似的構(gòu)造，所以芳香烴中間體說得到了較廣泛的認(rèn)同。該機(jī)理認(rèn)為大的多環(huán)芳香烴聚合而形成原始的煙炱粒子，其形成可分為以下幾個(gè)過程：（1）分子態(tài)的煙炱前身PHA的形成。（2）PAH分子形成煙炱的核心粒子。（3）核心粒子與氣態(tài)的分子聚合使得粒子變大。（4）粒子團(tuán)聚。（5）粒子的碳化。（6）粒子的部分氧化。

　　3煙炱的危害柴油在汽缸中不完全燃燒產(chǎn)生煙炱。煙炱形成后會(huì)繼續(xù)燃燒，其燃燒速度取決于其溫度和表面積。粒子溫度越高、表面積越大、粒子附近區(qū)域氧氣濃度越高，粒子燃燒反應(yīng)速度也就越快。柴油機(jī)汽缸內(nèi)部空間較小，汽缸內(nèi)溫度分布不均勻，汽缸中心區(qū)部分溫度較高，靠近汽缸壁的區(qū)域溫度相對較低。柴油燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生的煙炱會(huì)有一部分被燒掉，汽缸中心區(qū)域部分煙炱燃燒較充分，靠近汽缸壁的區(qū)域燃燒就差一些。因而在條件一定的情況下，汽缸中煙炱主要是在靠近汽缸壁的區(qū)域產(chǎn)生的，這就造成煙炱很容易在汽缸壁沾附而被潤滑油洗脫下來進(jìn)入到柴油機(jī)的潤滑系統(tǒng)中。新?lián)Q的發(fā)動(dòng)機(jī)油一般運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)就開始變黑，就是因?yàn)闄C(jī)油將發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的煙炱清洗下來，使煙炱進(jìn)入油中的緣故。

　　如果發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油中的煙炱增加到較高水平而不能被很好地分散，就可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)更容易形成煙炱、活塞閥系的各種沉積物，進(jìn)而使過濾器阻塞、供油不足、油膜破壞而造成非正常磨損，影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作和壽命。

　　煙炱的主要危害：（1）大顆粒會(huì)造成濾網(wǎng)堵塞，影響供油；（2）使?jié)櫥驼扯仍龃?，流?dòng)性變差；（3）加劇磨損。

　　煙炱本身是一種磨料，造成磨料磨損，同時(shí)它吸附一些燃燒產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，產(chǎn)生腐蝕磨損。

　　潤滑油中煙炱對柴油機(jī)磨損的影響，主要表現(xiàn)在缸套-活塞環(huán)部分和進(jìn)排氣閥系部分。研究表明，柴油機(jī)的煙炱磨損主要是磨粒磨損造成的。研究人員在經(jīng)過大量研究后，提出了五個(gè)主要煙炱磨損機(jī)理：①煙炱對ZnDTP分解產(chǎn)物的優(yōu)先吸附，阻礙了金屬表面抗磨膜的形成；②煙炱同ZnDTP對金屬表面進(jìn)行爭奪，減少了ZnDTP的金屬表面覆蓋率；煙炱改變了抗磨膜的結(jié)構(gòu)，減弱了抗磨膜的機(jī)械強(qiáng)度和對金屬表面的粘合力；④由于煙炱集聚而使能夠真正起潤滑作用的油量減少；由煙炱引起的磨粒磨損。其中大多數(shù)研究是在模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，一些機(jī)理在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)中尚未被證實(shí)。近些年的有關(guān)研究表明，柴油機(jī)的煙炱磨損主要是由磨粒磨損引起的。

　　4檢測方法直接或間接測量潤滑油煙炱的常見方法有五種，包括熱重分析法，紅外測量法，過濾法，分光光度法和濾紙?jiān)囼?yàn)法。其中濾紙?jiān)囼?yàn)法主要是通過測定油斑大小來大致確定煙炱的含量，可以作為估計(jì)。實(shí)驗(yàn)室測定煙炱的主要方法是熱重分析法和紅外光譜法。目前測定煙炱含量的方法主要有以下幾種。

　　4.1熱重分析法熱重法是根據(jù)油中的煙炱在高溫下與氧氣化合，生成二氧化碳而引起一定量的失重來測定煙炱的含量。在650*C之前內(nèi)燃機(jī)油中的大部分組分除煙炱和雜質(zhì)外均已蒸發(fā)及分解，所以在650*C~750*C之間只能是由于煙炱與氧氣在高溫下化合，生成二氧化碳逸出而引起失重。

　　此方法是在惰性氣氛中，將油溫升高到650*C，待樣品重量穩(wěn)定后將載氣切換成氧氣，繼續(xù)升溫至750*C后恒溫，直至油品重量不變，這兩個(gè)溫度下質(zhì)量之差即為煙炱含量。熱重分析法是實(shí)驗(yàn)室方法和專家方法，但每測一次所消耗的時(shí)間較長且操作煩瑣。它是測定在用油中煙炱含量（重量百分比）的主要方法，精確度高，被工業(yè)界廣泛米用。

　　4.2紅外光譜法紅外光譜是由于分子的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級躍遷引起的光譜，通常出現(xiàn)在紅外區(qū)。用紅外光譜來檢測潤滑油中的煙炱的方法就是紅外光譜法。這種測量方法是根據(jù)煙炱產(chǎn)生的一個(gè)固定波長的紅外吸收峰的強(qiáng)度來計(jì)算油中煙炱的含量，但煙炱在譜圖基線上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)漂移。影響由煙炱引起的基線漂移的因素較多，除了煙炱的含量，燃燒系統(tǒng)及內(nèi)燃機(jī)油中分散劑、擴(kuò)散劑的特性等因素的存在使煙炱測定的準(zhǔn)確性較難直接確定。紅外光譜法對測量環(huán)境的要求高，對測量人員的技術(shù)水平要求也高，儀器價(jià)格昂貴，這就限制了其推廣應(yīng)用。紅外光譜法與測量煙炱濃度準(zhǔn)確性最高的熱重分析法具有較高的相關(guān)性，而且能夠滿足對現(xiàn)場測量技術(shù)的要求。

　　4.3過濾法該方法是將在用油稱重后用正戊烷或正庚烷溶液稀釋，然后用標(biāo)定過的已知孔隙的薄膜過濾，用薄膜重量的增加量計(jì)算不溶物所占的百分比。此方法可用于在用油的監(jiān)測。這種方法產(chǎn)生誤差的一個(gè)原因是濾網(wǎng)上大粒子阻止了部分比孔隙尺寸小的粒子的濾出，因此得到的不溶物值偏高。另外該方法測定的數(shù)據(jù)不全部是油中的煙炱，也包含了其他固體懸浮物質(zhì)，所測到的不溶物總量要高于在用油樣品中煙炱的實(shí)際值。因此本方法對煙炱測定不具有專屬性，而且主觀因素較多，因此其測定結(jié)果僅有價(jià)值。

　　4.4分光光度法這種方法的測量原理是：在煙炱存在的條件下，入射光線經(jīng)煙炱的吸收和散射，透射光強(qiáng)度減弱。在一定條件下，不同煙炱含量的油，透射光強(qiáng)度減弱程度不同，其強(qiáng)度與潤滑油中煙炱的含量符合朗伯-比爾定律。通過測量油樣對光的散射，這樣就可以確定潤滑油中不溶物的含量?；蛘呓?jīng)與標(biāo)注煙炱百分含量的標(biāo)準(zhǔn)濾清器比較，用已知煙炱含量的舊油校驗(yàn)該儀器。后者最早用于機(jī)油換油周期的預(yù)警，僅是估算。理論上講，單波長就應(yīng)該能夠測定潤滑油中的煙炱含量。但是，由于在分光光度分析中，光源、檢測器、樣品的組成差別等方面的原因，單波長方法的適應(yīng)性較差，誤差較大。為提高分光光度法的測量精度和對樣品的適應(yīng)性，目前普遍采用雙波長技術(shù)。現(xiàn)在已有單位開發(fā)出精度可達(dá)0.03%的高精度儀器，并成功應(yīng)用于柴油機(jī)臺架和工業(yè)柴油機(jī)的在線油品質(zhì)量檢測。

　　上述幾種方法中，紅外光譜法與分光光度法具有速度快、人為干擾少的特點(diǎn)。這就決定了利用它們測量潤滑油中煙炱的結(jié)果具有較好的重復(fù)性和較高的精度。但由于二者原理的不同，兩種儀器在其它方面存在較大的不同。利用紅外原理制成的儀器，由于其本身特點(diǎn)決定了儀器自重較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對樣品需要進(jìn)行特別的處理或者需要用特制的樣品池來盛裝，成本較高。而利用分光光度原理制成的儀器，其重量比前者輕，且結(jié)構(gòu)簡單，不需要對樣品進(jìn)行預(yù)處理或者用特制的樣品池來裝樣品，因而操作簡便，造價(jià)低廉。因此，利用后者在現(xiàn)場快速檢測潤滑油中煙炱含量時(shí)會(huì)比前者具有更好的適應(yīng)性。

　　5發(fā)展展望由于潤滑油中的煙炱含量與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損和正常運(yùn)行息息相關(guān)，更由于各種新型柴油機(jī)技術(shù)使?jié)櫥椭袩熿频暮吭絹碓礁?，因此煙炱含量的測量對于柴油機(jī)而言已經(jīng)變得越來越重要，越來越引起人們的重視。

　　對大型固定式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言，由于其造價(jià)昂貴，因此可以考慮對其進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測潤滑油煙炱含量等理化指標(biāo)。對小型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油中煙炱含量進(jìn)行取樣檢測，但整個(gè)檢測應(yīng)該在較短的時(shí)間內(nèi)完成，以使煙炱含量的檢測方便、經(jīng)濟(jì)、可行?，F(xiàn)在已經(jīng)有了美國威爾克斯公司推出一種快速便攜式煙炱含量測定儀，利用紅外的原理，只用一滴油就可在30秒內(nèi)測出油中0%~12%范圍內(nèi)的煙炱含量。但其產(chǎn)品價(jià)格貴，不適合中國國情。目前國內(nèi)已經(jīng)有科研單位在利用分光光度法進(jìn)行此類便攜式煙炱測定儀的研制工作，且進(jìn)展較好，與預(yù)期相符。

　　隨著實(shí)驗(yàn)條件的改善和各種新理論新方法的應(yīng)用，人們對煙炱生成的實(shí)驗(yàn)研究和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的模型研究將會(huì)朝更深入的方向發(fā)展。這必將對發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油中的煙炱含量快速測定工作起到推波助瀾的作用，將會(huì)有更多測量速度更快、測量精度更高、造價(jià)更低廉、操作更簡便的煙炱測定儀出現(xiàn)。