车用电控柴油机润滑油更换里程研究

2012-07-19高峻郑国世舒宇舟

汽车科技 2012年5期

关键词：滤清器润滑油里程

张卓，高峻，郑国世，舒宇舟

（东风康明斯发动机有限公司，襄阳 441004）

根据卡车OEM（原始设备制造商）的需要，研究4.5 L和6.7 L车用电控柴油机（国4排放水平）的润滑油更换里程，即从10 000公里提高到20 000公里的技术可行性，从而为终端用户节省维修保养费用。

1 润滑油污染物分析

通常对润滑油品质劣化影响较大的是TBN（总碱值）、粘度和Soot（烟尘）的变化，可以通过对润滑油样品分析对TBN、粘度、Soot达到规定限值时的里程（或时间）进行预测，从而找到柴油机润滑油最小更换里程。

一般认为，随着发动机使用里程（或时间）增加，润滑油品质也随之劣化。其他如含水量、燃油含量、硅、钠、硼、钾以及其他金属元素对其影响较小，并且这些元素的产生与进气系统（硅）、冷却系统（钾、钠、硼）、机械磨损（金属元素）相关。

润滑油污染是发动机正常工作的直接结果。负载系数、所用燃油以及环境状况都会影响润滑油污染的速度。

润滑油样本中磨损金属含量取决于发动机类型、负载系数、润滑系统容量、润滑油使用的里程数或小时数、发动机润滑油消耗率等。除非发动机润滑油消耗率已知，否则不知道磨损率。磨损金属含量随着润滑油样本的里程数或小时数的变化而接近线性变化。如果润滑油样本的里程数或小时数加倍，使用过的润滑油样本中磨损金属含量也接近加倍。如果没有发动机润滑油消耗率、润滑油样本的里程数或小时数以及新润滑油的分析数据，使用过的润滑油样本中磨损金属含量几乎是没有意义的信息。

可以采用几种不同的技术进行基本分析，比如原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）和电离耦合等离子体法（ICP）。大部分润滑油分析实验室能够通过其中一种方法确定添加剂金属物浓度。由同一家实验室采用同一种技术确定的采样结果具有比较意义。

2 道路试验与润滑油采样

2.1 确定润滑油换油间隔的因素

润滑油更换技术规范是基于工作循环和润滑油污染情况。此污染发生在所有的发动机中，程度不同，并且与设计无关。

保持正确的润滑油和滤清器更换间隔是维持发动机完整性的重要因素。滤清器必须和润滑油一起更换。

润滑油污染是发动机正常工作的直接结果。负载系数、所用燃油以及环境状况都会影响润滑油污染的速度。实验室和现场测试确认在发动机消耗的燃油总量与达到润滑油可以吸收并仍可按设计要求起作用的极限之前的污染程度之间成正比。在超过润滑油的污染数量极限前，润滑油可以吸收污染物并仍可按设计要求起作用。燃油油耗和润滑油污染之间的关系构成了润滑油换油间隔的基础。

2.2 道路试验方案

确定润滑油和润滑油滤清器更换间隔有两种方法，一种是固定法（里程数/小时数），另一种是工作负载循环法（工作状况）。

本次研究采用固定法。通过在国4道路试验车辆上采集大量的润滑油样品，并对润滑油样品进行油品分析及数据监控，重点是TBN （总碱值）、Soot（烟尘）和粘度指标是否达到规定限制，以便得到有价值的初步里程预测。

道路试验车辆的运行工况覆盖该车型常用典型工作循环（城市工况、高速工况、国道工况）。

润滑油型号的选择需要考虑国内用户使用最低牌号CF4-15W/40和电控柴油机推荐的CH4-15W/40润滑油。

2.3 润滑油采样

设定润滑油采样间隔必须保证可以进行趋势比较。如果要正确地利用润滑油分析，需要背景数据。这些数据包括发动机型号/生产序号、润滑油使用的里程数/小时数、新发动机或发动机大修后里程数/小时数、所用的润滑油（品牌、性能分类和粘度等级）、采样的日期、发动机应用类型、前一次换油后加入新润滑油的数量、最近的发动机保养记录以及新（未使用过）润滑油分析。

对新（未使用过）润滑油进行润滑油分析以建立基准线是很重要的。对新（未使用过）润滑油进行分析采样，一年两次或在每次改变润滑油类型时进行。从散装供油箱进行采样，确定是否需要补充润滑油，并确认储油系统没有进入污染物。

润滑油分析中使用的采样，必须可以代表发动机中的润滑油。润滑油采样时遵循以下准则：

①采样前使发动机达到工作温度。这会确保采样增量中的污染物水平具有代表性。

②以相同的方式，从相同的位置连续采样。

③在向发动机添加新的润滑油前进行润滑油采样。

④将润滑油样本收入干净、干燥的容器中。

⑤采集的润滑油不少于120 ml。

3 润滑油样本分析

3.1 道路试验车辆信息

道路试验车辆信息如表1所示。其中3台道路试验车辆采用CH4-15W/40润滑油，1台道路试验车辆采用CF4-15W/40润滑油。

表1 道路试验车辆信息

3.2 润滑油样本分析

3.2.1采用CH4-15W/40润滑油样本分析

TBN分析数据如图1所示。实际道路试验数据表明：在试验车辆行驶到2万公里时，TBN最小值为7.84，远未达到推荐限值最低2.5，或新润滑油数值（新润滑油TBN为10.18）的一半5.09。同时，由图1可见，10 000公里到20 000公里的车辆运行期间，TBN变化较小。

Soot分析数据如图2所示。实际道路试验数据表明：在试验车辆行驶到2万公里时，Soot含量最高0.07%，远未达到推荐的3%限值。

粘度@100℃分析数据如图3所示。实际道路试验数据表明：在试验车辆行驶到2万公里时，粘度最大值不超过18，最小值不低于13，粘度变化相对于新润滑油小于3cst，满足推荐值小于5cst的技术要求。同时，由图3可见，10 000公里到20 000公里的车辆运行期间，油样粘度变化较小。

3.2.2采用CF4-15W/40润滑油样本分析

4.5 L和6.7 L车用电控柴油机推荐使用CH4润滑油。但是，考虑到终端用户可能使用CF4低牌号润滑油，因此安排1台道路试验车辆（2#车）采用CF4润滑油进行道路试验，采集润滑油样本数量较少，分析数据仅作为参考分析。

润滑油分析数据如图4所示。由图4可见，TBN在10 000公里、12 000公里、13 000公里时数据变化不大，在14 000公里时略有下降（TBN为7），但远未达到推荐限值最低2.5，或新润滑油数值（新润滑油TBN为10.18）的一半5.09。Soot的含量最高0.04%，远未达到推荐的3%限值。粘度在10 000公里到14 000公里期间，油样变化不大，与新润滑油相比粘度减小max 3.44cst，满足推荐值小于5cst的技术要求。