長(zhǎng)壽命柴油機(jī)油CI-4 10W-40的應(yīng)用研究

蔡璐 吉祥 吉澤鵬 朱立

中海油氣（泰州）石化有限公司

提高燃料經(jīng)濟(jì)性、降低排放、延長(zhǎng)換油期推動(dòng)著潤(rùn)滑油技術(shù)的發(fā)展，對(duì)潤(rùn)滑油的要求越來(lái)越嚴(yán)格[1]。目前市場(chǎng)上，根據(jù)潤(rùn)滑油廠或者汽車制造商推薦的換油期更換機(jī)油，柴油機(jī)油的換油周期一般在30 000 km左右。但是，在潤(rùn)滑油質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)皆得到改進(jìn)的基礎(chǔ)上，OEM（原始設(shè)備制造商）制造商提出了延長(zhǎng)換油期的要求，對(duì)油品換油期進(jìn)行監(jiān)測(cè)的最佳評(píng)價(jià)方法是實(shí)際路況的行車試驗(yàn)。

本文采用A品牌長(zhǎng)壽命柴油機(jī)油CI-4 10W-40在國(guó)內(nèi)某物流公司車輛上進(jìn)行了行車試驗(yàn)，考察油品的實(shí)際使用性能。

試驗(yàn)部分

試驗(yàn)車輛

行車試驗(yàn)車輛為乘龍牌重型半掛牽引車，來(lái)自山東某物流公司，載荷為35～40 t，基本保持滿負(fù)荷。車輛路線為山東至上海往返，全程高速。測(cè)試車輛主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)車主要技術(shù)參數(shù)

試驗(yàn)用油

試驗(yàn)用油選用A品牌長(zhǎng)壽命柴油機(jī)油CI-4 10W-40（同一生產(chǎn)批號(hào)油品），油品理化性能見(jiàn)表2。

表2 A品牌長(zhǎng)壽命柴油機(jī)油C I-4 1 0 W-4 0理化性能

試驗(yàn)方法

在試驗(yàn)開始前將試驗(yàn)用車的舊機(jī)油排空，注入新柴油機(jī)油，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)20 min，放空清洗油，清洗兩次，最后注入新機(jī)油CI-4 10W-40至標(biāo)油尺上限處，記錄車輛的初始里程數(shù)，每隔5 000 km左右取樣一次，總試驗(yàn)里程是60 000 km左右，每次取樣之后及時(shí)補(bǔ)入新油。油品的理化性能指標(biāo)達(dá)到換油指標(biāo)或者達(dá)到試驗(yàn)里程數(shù)，即停止試驗(yàn)。

換油指標(biāo)

油品的理化性能指標(biāo)參照GB/T7607—2010《柴油機(jī)油換油指標(biāo)》中CH-4的換油指標(biāo)的項(xiàng)目進(jìn)行分析。CH-4的換油指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 C H-4的換油指標(biāo)

結(jié)果及討論

運(yùn)動(dòng)黏度變化

運(yùn)動(dòng)黏度是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要指標(biāo)。在用油品的黏度反映了油品發(fā)生深度氧化、聚合、輕組分揮發(fā)生成油泥以及受燃料油稀釋、水污染和機(jī)械剪切的綜合結(jié)果[2]。其中運(yùn)動(dòng)黏度增長(zhǎng)會(huì)增加動(dòng)力消耗，過(guò)高的黏度增長(zhǎng)甚至?xí)?dǎo)致泵送困難，影響潤(rùn)滑，引發(fā)事故令運(yùn)動(dòng)黏度下降則會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)油油膜變薄，潤(rùn)滑性能下降，機(jī)件磨損加大。由燃料油稀釋造成的運(yùn)動(dòng)黏度大幅下降往往會(huì)造成拉缸[3]。

試驗(yàn)油品100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化率隨行駛里程的變化見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，行車試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)油品運(yùn)動(dòng)黏度變化不大，新注入的長(zhǎng)壽命柴油機(jī)油含有黏度指數(shù)改進(jìn)劑，在使用過(guò)程中，其聚合物分子在剪切應(yīng)力作用下主鏈容易斷裂，造成油品黏度略有下降；隨著行駛里程的增加，油品與空氣、燃料的凝聚物、不完全燃燒物等物質(zhì)接觸，生成大分子膠質(zhì)，油品黏度上升。1號(hào)車的黏度下降率為3.0%～12.4%之間，2號(hào)車的黏度下降率在4.0%～11.9%之間，低于換油指標(biāo)要求的20%，說(shuō)明A品牌長(zhǎng)壽命柴油機(jī)油CI-4 10W-40具有良好的黏度保持性能，在整個(gè)換油周期內(nèi)油品黏度保持在黏度變化范圍內(nèi)，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供了持久保護(hù)。

圖1 運(yùn)動(dòng)黏度變化率（100 ℃）隨行駛里程的變化

閃點(diǎn)變化

發(fā)動(dòng)機(jī)行駛過(guò)程中，潤(rùn)滑油容易受到燃料油稀釋，燃?xì)飧Z入曲軸箱，使?jié)櫥腿菀桩a(chǎn)生沉淀，降低油品的潤(rùn)滑性，造成油膜變薄，增加磨損。

試驗(yàn)油品閃點(diǎn)隨行駛里程的變化見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，閃點(diǎn)最低值為232 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于指標(biāo)值130 ℃，表明該油品幾乎未被燃油稀釋，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供了持久保護(hù)，保持出色的潤(rùn)滑性能。

圖2 閃點(diǎn)隨行駛里程的變化

酸值變化

酸值是反映油品氧化變質(zhì)和腐蝕程度、判斷設(shè)備潤(rùn)滑狀況的重要指標(biāo)。酸性物質(zhì)主要來(lái)源于高溫氧化和燃料燃燒，該物質(zhì)會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成一定程度的腐蝕，并在金屬的催化作用下繼續(xù)加速油品的老化，影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行[4]。

試驗(yàn)油品酸值增值隨行駛里程的變化見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出，60 000 km的行車試驗(yàn)中，酸值的變化得到了很好的控制。1號(hào)車的酸值增加值的最大值為0.51 mgKOH/g，2號(hào)車為0.55 mgKOH/g，酸值增加值均遠(yuǎn)低于換油指標(biāo)中的要求，表明油品在高溫氧化條件下產(chǎn)生的酸性物質(zhì)少，油品不易發(fā)生變質(zhì)，減少對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕。

圖3 酸值增值隨行駛里程的變化

堿值變化

柴油機(jī)油的含硫物質(zhì)和使用中產(chǎn)生的氧化變質(zhì)物都會(huì)對(duì)油品的性質(zhì)產(chǎn)生影響，油品中的堿性成分往往會(huì)抑制其氧化以及中和酸性物質(zhì)。較低的堿值會(huì)造成酸性物質(zhì)生成，油泥增多，對(duì)設(shè)備造成一定程度的腐蝕、磨損。

試驗(yàn)油品堿值下降率隨行駛里程的變化見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，堿值下降率在試驗(yàn)過(guò)程中呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，主要原因是高溫氧化條件下產(chǎn)生的酸性物質(zhì)使堿值下降，堿值下降率增大。1號(hào)車堿值下降率的最大值為28.40%，2號(hào)車為15.20%，均未超過(guò)換油指標(biāo)要求的50%，說(shuō)明該油品具有良好的堿值保持性能。

圖4 堿值下降率隨行駛里程的變化

水分變化

柴油機(jī)油中的水分主要來(lái)源于燃料燃燒生產(chǎn)、外部環(huán)境環(huán)境進(jìn)入。水以極小顆粒分布溶解于潤(rùn)滑油中，隨著油品中雜質(zhì)增多，水油結(jié)合力加強(qiáng)，油品乳化加劇，會(huì)引起金屬部件的腐蝕磨損和銹蝕。

試驗(yàn)油品水分隨行駛里程的變化見(jiàn)圖5。

從圖5可以看出，行車試驗(yàn)過(guò)程中水分最大值為0.03%，低于換油指標(biāo)限值（0.2%），表明潤(rùn)滑油中混進(jìn)的水分極少，未對(duì)油品性能造成影響。

圖5 水分隨行駛里程的變化

磨損金屬元素含量變化

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的主要摩擦部件有曲軸與主軸瓦、連桿與連桿軸瓦、活塞環(huán)與缸套、凸輪與挺桿等，通過(guò)監(jiān)測(cè)柴油機(jī)油的磨損金屬元素含量可以直接反映發(fā)動(dòng)機(jī)中的磨損情況。鐵元素主要來(lái)源于缸套、配氣機(jī)構(gòu)、噴油嘴堅(jiān)固件，銅元素主要來(lái)源于軸承、軸瓦、油冷器，鋁元素主要來(lái)源于活塞裙部。將發(fā)動(dòng)機(jī)磨損控制在一定范圍內(nèi)，可以大大提高潤(rùn)滑油在發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中性能的穩(wěn)定性，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。所以，在跟蹤油樣時(shí)，定期用磨損金屬元素含量檢測(cè)可以及時(shí)掌握行駛車輛的磨損狀況。

試驗(yàn)油品磨損金屬元素含量隨行駛里程的變化見(jiàn)圖6。

從圖6可以看出，行車試驗(yàn)過(guò)程中油品的磨損金屬含量較低。其中，鐵元素含量隨著行駛里程的增加而緩慢升高，但遠(yuǎn)低于150 mg/kg的換油指標(biāo)要求，銅元素含量最高3.97 mg/kg，鋁元素含量緩慢升高，在48 000 km后出現(xiàn)大幅度增加，但仍穩(wěn)定在換油指標(biāo)要求范圍內(nèi)。這說(shuō)明該油品具有良好的抗磨損性能，降低了機(jī)件摩擦阻力，減少了機(jī)械功率損失。

圖6 磨損金屬元素含量隨行駛里程的變化

氧化值、硝化值及煙炱含量分析

潤(rùn)滑油的氧化后產(chǎn)生物質(zhì)進(jìn)一步氧化縮合生成大分子膠狀物質(zhì)，使油品黏度不斷增大，最終因流動(dòng)性能的惡化而導(dǎo)致機(jī)械故障[5]。油品中的硝化物是產(chǎn)生油泥的主要成分之一。煙炱是發(fā)動(dòng)機(jī)中燃油不完全燃燒的產(chǎn)物，經(jīng)竄氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)中。

行駛60 000 km后取樣分析，試驗(yàn)油品的氧化值、硝化值及煙炱含量見(jiàn)圖7。

從圖7可以看出，1號(hào)車的氧化值為2.1 A/cm，硝化值為6.5 A/cm；2號(hào)車的氧化值為1.8 A/cm，硝化值為5.9 A/cm。在行車試驗(yàn)中，30～50 A/cm是在用油的典型氧化值和硝化值范圍，兩輛車的數(shù)值均在極低范圍內(nèi)，表明該油品可以提供較長(zhǎng)的換油里程。從煙炱含量分析，相比較經(jīng)驗(yàn)的限值（煙炱＜4%），尚存較大余量。

圖7 氧化值、硝化值及煙炱含量

結(jié)論

A品牌長(zhǎng)壽命柴油機(jī)油CI-4 10W-40在60 000 km運(yùn)行試驗(yàn)中，油品的各項(xiàng)指標(biāo)均在GB/T 7607—2010中CH-4的換油指標(biāo)范圍內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果表明，長(zhǎng)壽命柴油機(jī)油CI-4 10W-40的黏度保持了長(zhǎng)效穩(wěn)定，酸堿值平衡性能良好，磨損金屬含量低，具有優(yōu)秀的抗氧化、抗硝化性能。