小松裝載機用柴油機油的研制與應用

段況華，金鵬，湯仲平

(中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

小松是世界第二大工程機械制造商，其裝載機在中國市場廣泛使用。小松裝載機配套使用的柴油機油為小松專用機油，但由于小松專用機油售價較高，因而目前小松裝載機除使用小松專用機油之外，部分小松裝載機使用市售CI-4普通柴油機油[1]，但在使用過程中出現抗氧化性差、黏度增長過快等問題，影響了裝載機的使用效率。

針對小松裝載機目前的用油現狀和存在問題，市場上希望有一款柴油機油產品能夠替代小松專用機油，滿足小松裝載機的使用。項目組以水楊酸鹽為主清凈劑的配方體系，研制的CI-4 15W-40柴油機油綜合性能好，特別是在抗氧化性、高溫清凈性等方面性能優異，經過試驗研究證明能夠滿足小松裝載機的用油要求。

1 小松裝載機用油要求和油品研制

小松裝載機因使用工況復雜，負載重等工作特點[2]，其用油要求有別于普通商用車，要求油品在具有良好的分散性、抗磨損性和抗腐蝕性等基礎上，尤其要具有優異的抗氧化性和高溫清凈性[3]，因此在小松裝載機油品研制中需要著重考慮油品的抗氧化性和高溫清凈性。水楊酸鹽清凈劑具有良好的高溫清凈性、酸中和能力和一定的低溫分散、抗氧抗腐蝕性能及與其他添加劑有良好的協同作用等特點。研究發現，由于水楊酸鹽分子極性強、高溫清凈性好，對于負荷重、活塞溫度高的柴油機頂環槽充炭和頂環臺重炭具有極好的清凈作用；同時水楊酸鹽體系的油品抗氧化性相對較好[4]。所以，項目組采用了以水楊酸鹽為主清凈劑的配方體系，使研制的油品在滿足CI-4 15W-40要求的基礎上，具有優異的抗氧化性能和高溫清凈性。研制的CI-4 15W-40油品程序ⅢF臺架試驗結果和通過指標見圖1；利用強化的TEOST MHT模擬活塞清凈性方法(36 h強化試驗)對某市售CI-4 15W-40油品和研制的CI-4 15W-40油品進行評價，結果見圖2。

圖1 程序ⅢF臺架中氧化引起的油品黏度增長

圖2 TEOST MHT試驗結果

由圖1可見，研制的CI-4 15W-40的通過指標為黏度增長不大于275%，而研制油品的黏度增長僅為23.3%，抗氧化性能優異；從圖2中TEOST MHT試驗結果可見，某市售CI-4 15W-40油品沉積物重為59.86 mg，研制油品的沉積物重為18.63 mg，研制的CI-4 15W-40油品具有更加優異的高溫清凈性能。

2 研制油品在小松裝載機上的應用

柴油機油在實際推廣中面臨著發動機參數不同，使用工況和環境多變的情況，尤其是工程機械用油，對客戶選油造成一定的障礙，使用試驗已作為柴油機油推廣中驗證油品實際使用性能的重要手段。通過使用試驗，一方面可以判斷選用的油品是否適合于工作車輛；另一方面可以最大限度地發揮油品的使用性能，延長車輛使用壽命，優化換油期，減少機械故障，提高經濟性等。使用試驗中通過對試驗過程油品的運動黏度、酸值、堿值、金屬磨損元素和硅含量等項目的檢測來監控使用的油品和發動機的工作狀況，運動黏度、酸值、堿值反映油品性能變化情況，金屬磨損元素含量反映發動機內部機件磨損狀況，硅含量反映油品是否存在外界異物的混入情況[5]。

2.1 試驗概述

本次試驗是在小松WA380-6裝載機上分別裝載某市售CI-4 15W-40、研制CI-4 15W-40和小松專用機油，運行350 h。分別按照0 h、100 h、200 h、350 h的時間節點采集油品，按照要求對采集油品進行分析檢測，監測油品性能變化趨勢和發動機內部工作狀況，以驗證研制CI-4 15W-40的實際使用情況。

2.2 試驗油品

研制CI-4 15W-40油品理化分析數據見表1。

表1 研制CI-4 15W-40油品理化分析數據

2.3 試驗車輛

小松WA380-6裝載機試驗車輛發動機參數配置見表2。

表2 小松WA380-6裝載機發動機參數配置

2.4 油品檢測項目及試驗方法

油品檢測項目及試驗方法見表3。

表3 油品檢測項目及試驗方法

2.5 試驗結果與討論

對試驗過程中油品的運動黏度、酸值、堿值、金屬磨損元素和硅含量等進行檢測分析，并對試驗結果進行討論。

2.5.1 運動黏度

柴油機油在實際使用過程中的抗剪切、抗氧化等能力可通過運動黏度的變化程度來表征。在油品使用過程中，剛使用的新油受發動機摩擦副的剪切作用致使其運動黏度有一定的下降；其后隨著油品發生氧化以及煙炱的作用，使油品運動黏度緩慢回升，當升高到一定程度時，將導致發動機潤滑不良，產生事故的可能性增大。本次試驗油品運動黏度變化情況見圖3。

圖3 運動黏度變化情況

從圖3中可以看出，研制CI-4 15W-40和小松專用機油運動黏度變化趨勢平緩，沒有因剪切造成黏度大幅度下降和老化造成黏度大幅度上升，說明油品具有穩定的抗剪切和抗氧化性能，能夠很好地滿足試驗車輛的潤滑需求。而某市售CI-4 15W-40油品在200 h后運動黏度快速增加，油品黏度保持性能相對較差。

2.5.2 酸值

柴油機油總酸值的變化預示著其氧化衰變的程度。本次試驗油品的酸值變化情況見圖4。

圖4 油品酸值變化情況

從圖4可以看出，研制CI-4 15W-40和小松專用機油在使用過程中酸值變化平穩，沒有出現酸值的大幅度上升，說明油品具有良好的抗氧化能力。而某市售CI-4 15W-40油品酸值在100 h后增速相對較快，說明油品抗氧化能力與研制油和專用油相比有一定的差距。

2.5.3 堿值

柴油機油的堿值來源于油品中的堿性添加劑，其變化預示油品堿值儲備能力的變化，同時也反映油品清凈分散能力衰變的程度。本試驗中某市售CI-4 15W-40油品、研制CI-4 15W-40和小松專用機油堿值變化情況見圖5。

圖5 油品堿值變化情況

從圖5可以看出，研制CI-4 15W-40和小松專用機油在使用過程中堿值變化平穩，沒有出現堿值大幅度下降，說明油品具有良好的堿保持能力。而某市售CI-4 15W-40油品堿值變化趨勢相對較大，在100 h后堿值下降速度相對較快。

2.5.4 金屬磨損元素

通過對在用柴油機油中金屬元素含量的監測，可判斷發動機的潤滑狀態。發動機工作正常，油品中金屬元素呈平穩上升趨勢，如果金屬元素含量急劇增加則表明發動機發生了明顯的磨損。本試驗中某市售CI-4 15W-40油品、研制CI-4 15W-40和小松專用機油金屬磨損元素變化情況見圖6～圖10。

圖6 鐵含量變化情況

圖7 鋁含量變化情況

圖8 銅含量變化情況

圖9 鉻含量變化情況

圖10 鉛含量變化情況

由圖6～圖10可見，研制CI-4 15W-40和小松專用機油金屬磨損元素含量變化平穩，始終處于正常范圍，說明油品具有優異的抗磨損性能。而某市售CI-4 15W-40油品鐵含量在100 h之后快速增加，試驗結束后鐵含量相對偏高，說明油品抗磨損性能相對較差。

2.5.5 硅含量

硅含量變化情況見圖11。

圖11 硅含量變化情況

從圖11可以看出，油品硅含量變化趨勢平穩，含量較低，說明油品未受到外界污染。

從以上數據可以看出，研制CI-4 15W-40和小松專用機油在試驗中運動黏度、酸值、堿值、金屬磨損元素和硅含量變化趨勢平緩，研制CI-4 15W-40油品性能與小松專用機油相當。并且從試驗結束后，油品各項數據變化程度可見，油品運動黏度、酸值、堿值、金屬磨損元素變化幅度不大，可以建議用戶適當延長換油期，提高油品使用經濟性。某市售CI-4 15W-40油品黏度保持性能相對較差，使用過程中鐵含量變化趨勢相對較大，黏度增長較快。

3 結論

(1)小松裝載機因使用工況復雜，負載重等工作特點，其用油要求有別于普通商用車，普通市售的CI-4機油不能滿足其潤滑需求；針對小松裝載機的使用特點，以水楊酸鹽為主清凈劑，研制了具有優異抗氧化性和高溫清凈性的CI-4 15W-40柴油機油。

(2)研制的CI-4 15W-40在小松WA380-6裝載機上試驗效果良好，油液監測結果與小松專用機油相當，可以滿足小松WA380-6裝載機的潤滑要求。