煙炱是由多種物質組成的混合物，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構狀況直接影響到發動機的可靠性和機油的耐久性。準確及時監測潤滑油中煙炱的含量水平，適時掌握發動機狀態和潤滑油的質量狀況，就可以減少發動機，特別是避免大型固定式柴油發動機因磨損、油路阻塞等造成的發動機非正常停機。
1煙炱的來源柴油機的主要排放污染物是氮氧化物和顆粒物。在柴油機苛刻的燃燒條件下，燃燒過程中會產生很多的副產物，其中的固體物主要是柴油和進入燃燒室的潤滑油在空氣不足的條件下經不完全燃燒或熱裂解而產生的不定形碳（微小的炭微粒），表現為煙炱，它會惡化顆粒物的排放。經過研究發現柴油發動機內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現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。
在曰益高漲的環保壓力、市場競爭和提高燃油經濟性的驅動下，制造商不得不采用許多最新的技術用于柴油機制造，如廢氣再循環技術、延遲噴射燃料技術等。但這些技術的采用，卻使更多的煙炱滯留于柴油機內。除了新的發動機設計使煙炱的量增加外，舊的發動機在使用過程中也會因為空氣濾清器、燃燒控制系統、發動機機件磨損等故障產生大量的煙炱。
2煙炱的生成機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。一般而言，空氣的預熱溫度越高，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，給出它的詳細結果。
煙炱的生成大致可以分為兩個階段。第一階段：從低分子量的不飽和烴中產生煙炱核心，再通過化學反應實現高分子化；第二階段：所生成的煙炱核心經過液化聚合和團聚等過程生長為煙炱微粒。目前第二階段的機理已經較為清楚，現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生煙炱核心的過程中是何種中間物質起了主要作用。關于中間物質的成因主要有多環芳香烴中間體說（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造，所以芳香烴中間體說得到了較廣泛的認同。該機理認為大的多環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過程：（1）分子態的煙炱前身PHA的形成。（2）PAH分子形成煙炱的核心粒子。（3）核心粒子與氣態的分子聚合使得粒子變大。（4）粒子團聚。（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生煙炱。煙炱形成后會繼續燃燒，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、粒子附近區域氧氣濃度越高，粒子燃燒反應速度也就越快。柴油機汽缸內部空間較小，汽缸內溫度分布不均勻，汽缸中心區部分溫度較高，靠近汽缸壁的區域溫度相對較低。柴油燃燒過程中會產生的煙炱會有一部分被燒掉，汽缸中心區域部分煙炱燃燒較充分，靠近汽缸壁的區域燃燒就差一些。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域產生的，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入到柴油機的潤滑系統中。新換的發動機油一般運行幾個小時就開始變黑，就是因為機油將發動機內的煙炱清洗下來，使煙炱進入油中的緣故。
如果發動機潤滑油中的煙炱增加到較高水平而不能被很好地分散，就可能會導致發動機更容易形成煙炱、活塞閥系的各種沉積物，進而使過濾器阻塞、供油不足、油膜破壞而造成非正常磨損，影響發動機正常工作和壽命。
煙炱的主要危害：（1）大顆粒會造成濾網堵塞，影響供油；（2）使潤滑油粘度增大，流動性變差；（3）加劇磨損。
煙炱本身是一種磨料，造成磨料磨損，同時它吸附一些燃燒產生的酸性物質，產生腐蝕磨損。
潤滑油中煙炱對柴油機磨損的影響，主要表現在缸套-活塞環部分和進排氣閥系部分。研究表明，柴油機的煙炱磨損主要是磨粒磨損造成的。研究人員在經過大量研究后，提出了五個主要煙炱磨損機理：①煙炱對ZnDTP分解產物的優先吸附，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構，減弱了抗磨膜的機械強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。其中大多數研究是在模擬試驗機上進行的，一些機理在實際發動機中尚未被證實。近些年的有關研究表明，柴油機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，分光光度法和濾紙試驗法。其中濾紙試驗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。實驗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之前內燃機油中的大部分組分除煙炱和雜質外均已蒸發及分解，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，待樣品重量穩定后將載氣切換成氧氣，繼續升溫至750*C后恒溫，直至油品重量不變，這兩個溫度下質量之差即為煙炱含量。熱重分析法是實驗室方法和專家方法，但每測一次所消耗的時間較長且操作煩瑣。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，被工業界廣泛米用。
4.2紅外光譜法紅外光譜是由于分子的振動-轉動能級躍遷引起的光譜，通常出現在紅外區。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煙炱產生的一個固定波長的紅外吸收峰的強度來計算油中煙炱的含量，但煙炱在譜圖基線上會產生一個漂移。影響由煙炱引起的基線漂移的因素較多，除了煙炱的含量，燃燒系統及內燃機油中分散劑、擴散劑的特性等因素的存在使煙炱測定的準確性較難直接確定。紅外光譜法對測量環境的要求高，對測量人員的技術水平要求也高，儀器價格昂貴，這就限制了其推廣應用。紅外光譜法與測量煙炱濃度準確性最高的熱重分析法具有較高的相關性，而且能夠滿足對現場測量技術的要求。
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，然后用標定過的已知孔隙的薄膜過濾，用薄膜重量的增加量計算不溶物所占的百分比。此方法可用于在用油的監測。這種方法產生誤差的一個原因是濾網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據不全部是油中的煙炱，也包含了其他固體懸浮物質，所測到的不溶物總量要高于在用油樣品中煙炱的實際值。因此本方法對煙炱測定不具有專屬性，而且主觀因素較多，因此其測定結果僅有價值。
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，入射光線經煙炱的吸收和散射，透射光強度減弱。在一定條件下，不同煙炱含量的油，透射光強度減弱程度不同，其強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。或者經與標注煙炱百分含量的標準濾清器比較，用已知煙炱含量的舊油校驗該儀器。后者最早用于機油換油周期的預警，僅是估算。理論上講，單波長就應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性，目前普遍采用雙波長技術。現在已有單位開發出精度可達0.03%的高精度儀器，并成功應用于柴油機臺架和工業柴油機的在線油品質量檢測。
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。這就決定了利用它們測量潤滑油中煙炱的結果具有較好的重復性和較高的精度。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，由于其本身特點決定了儀器自重較大，結構復雜，對樣品需要進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，且結構簡單，不需要對樣品進行預處理或者用特制的樣品池來裝樣品，因而操作簡便，造價低廉。因此，利用后者在現場快速檢測潤滑油中煙炱含量時會比前者具有更好的適應性。
5發展展望由于潤滑油中的煙炱含量與柴油發動機的磨損和正常運行息息相關，更由于各種新型柴油機技術使潤滑油中煙炱的含量越來越高，因此煙炱含量的測量對于柴油機而言已經變得越來越重要，越來越引起人們的重視。
對大型固定式柴油發動機而言，由于其造價昂貴，因此可以考慮對其進行實時在線監測潤滑油煙炱含量等理化指標。對小型柴油發動機油中煙炱含量進行取樣檢測，但整個檢測應該在較短的時間內完成，以使煙炱含量的檢測方便、經濟、可行。現在已經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秒內測出油中0%~12%范圍內的煙炱含量。但其產品價格貴，不適合中國國情。目前國內已經有科研單位在利用分光光度法進行此類便攜式煙炱測定儀的研制工作，且進展較好，與預期相符。
隨著實驗條件的改善和各種新理論新方法的應用，人們對煙炱生成的實驗研究和反應動力學的模型研究將會朝更深入的方向發展。這必將對發動機潤滑油中的煙炱含量快速測定工作起到推波助瀾的作用，將會有更多測量速度更快、測量精度更高、造價更低廉、操作更簡便的煙炱測定儀出現。 |
