轻负荷直喷柴油发动机油中温分散性评定台架的建立及试验方法的研究

蒋朝贵，杨 鑫，王 龙，付代良，姚 锡

(中国石油大连润滑油研发中心，辽宁 大连 116032)

润滑油是由基础油与不同的添加剂根据一定的工艺条件调合出来的产物，是具有高技术含量的配方工艺产品。设备在不同工况下需要使用不同配方的润滑油，配方的优化、经济性、品级等需要各种台架来模拟评定。因此研发配方离不开台架，引进台架、建立台架评定体系不仅能对内提供评价手段，更能为行业标准及国家标准的建立进行基础研究。

轻负荷直喷柴油发动机油中温(120±2)℃分散性台架，主要用于评定柴油发动机油由于烟炱引起的机油黏度增长以及活塞清净性，为轻负荷直喷柴油发动机油标准体系的建立和产品的研发奠定基础。

评价润滑油分散性能的方法很多，除了一些常规理化分析项目之外，还有模拟方法和台架方法。试验室用来考察润滑油烟炱分散性能的模拟方法为：在试验油样中加入一定量的炭黑，高速搅拌使其充分分散后，测定某一温度下油品的黏度增长，以黏度增长的数据大小表示油品烟炱分散性能的好坏。台架方法主要分为：美国API方法以及欧洲CEC方法两类。API方法包括Mack T8，Mack T8A，Mack T8E，Mack T11台架；CEC方法包括XUD11BTE，DV4TD，DV6C台架，这些台架均用于评价柴油发动机油烟炱分散性所造成的黏度增长。

欧洲汽车制造协会(ACEA)根据欧洲轻负荷柴油发动机制造技术特点，通过不同的发动机试验，对配套使用的柴油机油进行有针对性的性能评价。而美国的柴油机油性能评价体系更侧重对车辆工况的普遍适应性，因此API规格中没有针对轻负荷柴油机油的专用规格[1]。而在ACEA规格中提出并且是与汽油机列在一起的，即ACE A/B系列。我国越来越多的汽车，尤其是柴油车，大多从欧洲引进，因此ACEA规格中的柴油发动机台架不能忽视。在欧洲已有一半以上的轿车采用柴油发动机，其良好的使用性能将会越来越多地在中国市场得到认可。

参照CEC试验方法[2]，建立自主轻负荷直喷柴油发动机油中温分散性台架，为轻负荷柴油发动机用油的研制、开发和生产提供准确、可靠的评定手段。课题组在充分调研的基础上，只引进台架的关键部件，其余部件在国内配套完善，建立了一套完整的具有自主知识产权的、与国外试验条件基本相同的润滑油评定台架及试验方法。本文主要介绍该轻负荷直喷柴油发动机油中温分散性评定台架的建立及试验方法的研究。

1 台架的建立

1.1 试验发动机的选择

参照CEC试验方法，轻负荷直喷柴油发动机油中温发散性台架所使用的发动机为法国标致公司生产的PSA DV4 TD涡轮增压1.4 L柴油发动机，使用在欧版Peugeot 206车型上。发动机的型号及技术参数见表1。

表1 发动机型号及技术参数

1.2 试验发动机台架的建立

试验发动机台架的建立包括：试验发动机与底座的安装；仪表控制系统、测功机、台架冷却系统、机油系统、进排气系统、串气流量测量系统、燃油系统等与试验发动机的连接。按照CEC L-93-04(2.1版)试验方法的要求，建立轻负荷直喷柴油发动机油中温分散性评定台架。

1.3 燃料油

试验用的参考燃料油为CEC DF95-03-TOTAL003批次的柴油，性能要求应满足CEC DF-95的质量指标。委托中国石油大连石油化工公司质量环保监测中心对参考燃料油样品进行6项指标的检验，实测值与CEC DF—95标准值的范围见表2所示。

表2 燃料油的实测值与标准值范围

2 开机调试、试运转

所建台架及系统组装完毕后进行检查，在确保无误后开始送电、送油及开机试运转。试运转按照CEC L-93-04试验方法要求的磨合试验条件及正式试验条件在所建台架上进行发动机试验。其目的是考察发动机运行的稳定性及仪表控制系统对发动机各个参数控制的精确度。

试验发动机按照正式试验条件要求运行，考察发动机的稳定性及准确性，烟度每小时记录2次，其余各参数每小时记录10次。试运行结束后，对各参数进行分析、计算。按照CEC L-93-04试验方法要求的试验条件，在累计100 h以上考察发动机的过程中，各参数均满足试验要求，台架运行平稳、可靠。

3 试验方法研究

3.1 试验步骤

试验步骤包括发动机的磨合程序和正式试验程序。

3.1.1磨合试验程序发动机磨合试验前，将试验用发动机与专为试验而改进的车载电脑(ECU)连接。安装新的机油滤清器，并向发动机中加入(3 400±20)g试验机油。磨合程序共10 h(40个步骤，每个步骤15 min)，每两个阶段之间的变化过程应为30 s，并且包含在总时间中。在磨合工况结束后，发动机降至怠速。待主油道机油温度降至(80±5)℃时，停止发动机运转并且从油底壳放油15 min。发动机的磨合试验程序见表3。

3.1.2正式试验程序正式试验之前，安装新的机油滤清器，并向发动机中加入(4 200±20)g试验机油，同时对发动机试验进行调整，调整包含两部分，共20 min。

(1)热机程序，共10 min，具体见表4。

(2)调整阶段，共10 min。调整油门执行器开度，使燃油流量为(11.8±0.2)kg/h。控制进气温度为(35±5)℃(下同)。控制排气背压至(20±2)kPa。调整增压压力为(71±4)kPa，使烟度为(3.3±0.2)FSN。若需要，可调整增压空气压力，以达到上述烟度。控制增压后进气温度在(120±2)℃。若增压后进气温度不正确，应调整进气温度。当试验工况达到要求时，测量窜气流量。若窜气流量达到70 L/min以上时，则停止发动机运转，检查原因。主要检查真空泵吸气管，确保完全封闭。调整阶段结束后，以下参数应在给定范围内：燃油流量(11.8±0.2)kg/h，烟度(3.3±0.2)FSN，增压压力(71±4)kPa，增压后进气温度(120±2)℃。调整阶段结束后，发动机降到怠速。待主油道机油温度降至(80±5)℃时，停机并且将油底壳中的机油放出15 min。在放油时不要松动机油滤清器罩。加新机油，调整机油至(4 200±20)g，重新倒入发动机中。

表3 发动机的磨合试验程序

表4 热机程序

正式试验共120 h，包括240个双循环工况。试验应连续运转，120 h的试验过程中不再补充任何机油。

在试验开始时或者非正常停机后，进行热机程序。热机程序如下：在5 min内，转速达到4 000 r/min，扭矩达到40(N·m)。使发动机出口水温和主油道机油温度分别稳定在100 ℃和120 ℃。进行试验程序的阶段1，如表5所示。

表5 试验程序

以上各参数每循环各阶段记录一次(烟度除外，烟度至少每小时记录一次)，各阶段记录时间应按照下述要求进行。阶段1：在阶段最后30 s迅速记录以上列出的参数值；阶段2：在阶段最后5 min内，每分钟记录一次。记录时取5次记录的平均值。

3.1.3机油采样分别在试验进行0，24，48，72，96，120 h时采样90 mL。无论在4 000 r/min还是怠速工况均可采样。采样前，在采样口先放机油冲洗管路，放出的机油用容器装好，然后再采样。采样之后，再将放出的机油倒回发动机中。0 h样品应采于新机油油桶内。

3.1.4试验结束试验结束，当发动机回到第一阶段工况时，待主油道机油温度下降到(80±5)℃后，将发动机调整至怠速，接着停止发动机运转并放机油15 min。在放油时，不应该将机油滤清器罩拧开。称量放出油的质量，与采出的样品质量一同计算机油消耗量。

试验结束后，应在72 h内对发动机解体。机油样品在1个月内分析(参照CEC L-82-97和CEC L-83-97)。

3.2 试验评分

试验评分包括评定活塞环黏结、沉积物(活塞)和采样分析。

3.2.1活塞环黏结拆解发动机进行评分。在拆解时要非常小心，避免影响活塞沉积物。发动机拆解后，参照定义的活塞环的运行情况进行评定。

3.2.2沉积物试验结束后，拆下活塞环，将活塞浸泡在190号溶剂油中，清洗干净后，在空气中干燥。参照CRC 20手册中适用于轻负荷柴油机评分规程来评定规定的活塞区域。评分按照优点评分法进行。

3.2.3需评分的区域以下活塞区域需要被评分：第二环台，第三环台，第一环槽，第二环槽，第三环槽，活塞内顶部。

3.3 机油分析

表6为机油样品的分析方法和分析明细。

表6 机油样品分析方法和分析明细

1)通过线性插值法计算获得。

3.4 台架标定

3.4.1参比油台架标定用的参比油分别为CEC RL216和CEC RL223。参照CEC P-72-98参比机油手册中或者通过浏览CEC网站www.tests.org都可以获得CEC指定批号的参比油试验数据。

3.4.2标定的频率每10次试验后，应用RL223参比油进行标定试验。每30次试验后，应用RL216参比油进行标定试验。至少每12个月用RL223参考油进行一次标定试验。每18个月用RL216参比油进行一次标定试验。两种参比油试验需交替进行，不需要连续进行。

3.5 参比油标定范围

参比油RL216和RL223的标定范围见表7。

表7 参比油黏度增长量和活塞清净性评分的标定范围

3.6 参比油标定试验

按照标准要求，购买试验参比油RL216和RL233。分别进行一次RL216和两次RL233试验。

3.6.1参比油RL216标定试验参比油RL216试验运转情况见表8，试验结果见表9～表12。

表8 参比油RL216试验运转情况

表9 参比油RL216在不同试验时间下的黏度和烟炱含量

表10 参比油RL216的黏度增长量、铁含量和烟炱含量

3.6.2参比油RL233标定试验对参比油RL233进行了两次标定即重复性试验，其试验运转情况见表13，试验结果见表14～表17。由表17可以看出，试验具有一定的重复性。

表11 参比油RL216试验的活塞环评分 分

表12 参比油RL216的活塞清净性评分 分

表13 参比油RL233试验运转情况

表14 参比油RL233在不同试验时间下的黏度及烟炱含量

表15 参比油RL233的黏度增长量、金属含量、烟炱含量和活塞环评分

表16 参比油RL233的活塞清净性评分 分

表17 参比油RL233的重复性

4 区分性试验

4.1 油品的选择

在台架标定过程中，进行了两次区分性试验。油品编号为A和B。油品A为商品油，油品B为自主配方试验油。

4.2 区分性试验

油品A、油品B在新建台架上进行试验，结果见18。对两种油品的黏度增长量和活塞评分与参比油RL216进行对比，由表18可以看出，试验有一定的区分性，黏度增长量比较明显。这反映出两个油品对烟炱分散的不同能力，表明该试验能够区分出油品的烟炱分散性能，满足油品配方研发的要求。

表18 油品A、油品B与参比油RL216的黏度增长量和活塞评分

5 结 论

(1)本台架是依据CEC L-93-04(2.1版)试验方法建立的。建立的轻负荷直喷柴油发动机油中温分散性台架在运行过程中平稳可靠，台架控制和辅助系统的运行安全、可靠。

(2)参比油的标定试验结果满足参比油标定范围。重复性和区分性试验表明该台架试验具有一定的重复性和区分性。

(3)轻负荷直喷柴油发动机油中温分散性台架的建立及试验方法的研究，可以更好地为我国高档柴油发动机油的研制、开发、生产和应用提供台架试验方法和标准支持，为轻负荷柴油发动机油规格、标准体系的建立起到一定的推动作用。