长寿命柴油机油CI-4 10W-40的应用研究

2021-11-03蔡璐吉祥吉泽鹏朱立

石油商技 2021年5期

蔡璐吉祥吉泽鹏朱立

中海油气（泰州）石化有限公司

提高燃料经济性、降低排放、延长换油期推动着润滑油技术的发展，对润滑油的要求越来越严格[1]。目前市场上，根据润滑油厂或者汽车制造商推荐的换油期更换机油，柴油机油的换油周期一般在30 000 km左右。但是，在润滑油质量和发动机皆得到改进的基础上，OEM（原始设备制造商）制造商提出了延长换油期的要求，对油品换油期进行监测的最佳评价方法是实际路况的行车试验。

本文采用A品牌长寿命柴油机油CI-4 10W-40在国内某物流公司车辆上进行了行车试验，考察油品的实际使用性能。

试验部分

试验车辆

行车试验车辆为乘龙牌重型半挂牵引车，来自山东某物流公司，载荷为35～40 t，基本保持满负荷。车辆路线为山东至上海往返，全程高速。测试车辆主要技术参数见表1。

表1 试验车主要技术参数

试验用油

试验用油选用A品牌长寿命柴油机油CI-4 10W-40（同一生产批号油品），油品理化性能见表2。

表2 A品牌长寿命柴油机油C I-4 1 0 W-4 0理化性能

试验方法

在试验开始前将试验用车的旧机油排空，注入新柴油机油，怠速运转20 min，放空清洗油，清洗两次，最后注入新机油CI-4 10W-40至标油尺上限处，记录车辆的初始里程数，每隔5 000 km左右取样一次，总试验里程是60 000 km左右，每次取样之后及时补入新油。油品的理化性能指标达到换油指标或者达到试验里程数，即停止试验。

换油指标

油品的理化性能指标参照GB/T7607—2010《柴油机油换油指标》中CH-4的换油指标的项目进行分析。CH-4的换油指标见表3。

表3 C H-4的换油指标

结果及讨论

运动黏度变化

运动黏度是衡量发动机正常运转的重要指标。在用油品的黏度反映了油品发生深度氧化、聚合、轻组分挥发生成油泥以及受燃料油稀释、水污染和机械剪切的综合结果[2]。其中运动黏度增长会增加动力消耗，过高的黏度增长甚至会导致泵送困难，影响润滑，引发事故令运动黏度下降则会造成发动机油油膜变薄，润滑性能下降，机件磨损加大。由燃料油稀释造成的运动黏度大幅下降往往会造成拉缸[3]。

试验油品100 ℃运动黏度变化率随行驶里程的变化见图1。

从图1可以看出，行车试验过程中试验油品运动黏度变化不大，新注入的长寿命柴油机油含有黏度指数改进剂，在使用过程中，其聚合物分子在剪切应力作用下主链容易断裂，造成油品黏度略有下降；随着行驶里程的增加，油品与空气、燃料的凝聚物、不完全燃烧物等物质接触，生成大分子胶质，油品黏度上升。1号车的黏度下降率为3.0%～12.4%之间，2号车的黏度下降率在4.0%～11.9%之间，低于换油指标要求的20%，说明A品牌长寿命柴油机油CI-4 10W-40具有良好的黏度保持性能，在整个换油周期内油品黏度保持在黏度变化范围内，为发动机提供了持久保护。

图1 运动黏度变化率（100 ℃）随行驶里程的变化

闪点变化

发动机行驶过程中，润滑油容易受到燃料油稀释，燃气窜入曲轴箱，使润滑油容易产生沉淀，降低油品的润滑性，造成油膜变薄，增加磨损。

试验油品闪点随行驶里程的变化见图2。

从图2可以看出，闪点最低值为232 ℃，远远高于指标值130 ℃，表明该油品几乎未被燃油稀释，为发动机提供了持久保护，保持出色的润滑性能。

图2 闪点随行驶里程的变化

酸值变化

酸值是反映油品氧化变质和腐蚀程度、判断设备润滑状况的重要指标。酸性物质主要来源于高温氧化和燃料燃烧，该物质会对发动机造成一定程度的腐蚀，并在金属的催化作用下继续加速油品的老化，影响发动机正常运行[4]。

试验油品酸值增值随行驶里程的变化见图3。

从图3可以看出，60 000 km的行车试验中，酸值的变化得到了很好的控制。1号车的酸值增加值的最大值为0.51 mgKOH/g，2号车为0.55 mgKOH/g，酸值增加值均远低于换油指标中的要求，表明油品在高温氧化条件下产生的酸性物质少，油品不易发生变质，减少对发动机的腐蚀。

图3 酸值增值随行驶里程的变化

碱值变化

柴油机油的含硫物质和使用中产生的氧化变质物都会对油品的性质产生影响，油品中的碱性成分往往会抑制其氧化以及中和酸性物质。较低的碱值会造成酸性物质生成，油泥增多，对设备造成一定程度的腐蚀、磨损。

试验油品碱值下降率随行驶里程的变化见图4。

从图4可以看出，碱值下降率在试验过程中呈现上升趋势，主要原因是高温氧化条件下产生的酸性物质使碱值下降，碱值下降率增大。1号车碱值下降率的最大值为28.40%，2号车为15.20%，均未超过换油指标要求的50%，说明该油品具有良好的碱值保持性能。

图4 碱值下降率随行驶里程的变化

水分变化

柴油机油中的水分主要来源于燃料燃烧生产、外部环境环境进入。水以极小颗粒分布溶解于润滑油中，随着油品中杂质增多，水油结合力加强，油品乳化加剧，会引起金属部件的腐蚀磨损和锈蚀。

试验油品水分随行驶里程的变化见图5。

从图5可以看出，行车试验过程中水分最大值为0.03%，低于换油指标限值（0.2%），表明润滑油中混进的水分极少，未对油品性能造成影响。

图5 水分随行驶里程的变化

磨损金属元素含量变化

发动机运转时的主要摩擦部件有曲轴与主轴瓦、连杆与连杆轴瓦、活塞环与缸套、凸轮与挺杆等，通过监测柴油机油的磨损金属元素含量可以直接反映发动机中的磨损情况。铁元素主要来源于缸套、配气机构、喷油嘴坚固件，铜元素主要来源于轴承、轴瓦、油冷器，铝元素主要来源于活塞裙部。将发动机磨损控制在一定范围内，可以大大提高润滑油在发动机长期运行过程中性能的稳定性，提高燃油经济性。所以，在跟踪油样时，定期用磨损金属元素含量检测可以及时掌握行驶车辆的磨损状况。

试验油品磨损金属元素含量随行驶里程的变化见图6。

从图6可以看出，行车试验过程中油品的磨损金属含量较低。其中，铁元素含量随着行驶里程的增加而缓慢升高，但远低于150 mg/kg的换油指标要求，铜元素含量最高3.97 mg/kg，铝元素含量缓慢升高，在48 000 km后出现大幅度增加，但仍稳定在换油指标要求范围内。这说明该油品具有良好的抗磨损性能，降低了机件摩擦阻力，减少了机械功率损失。

图6 磨损金属元素含量随行驶里程的变化

氧化值、硝化值及烟炱含量分析

润滑油的氧化后产生物质进一步氧化缩合生成大分子胶状物质，使油品黏度不断增大，最终因流动性能的恶化而导致机械故障[5]。油品中的硝化物是产生油泥的主要成分之一。烟炱是发动机中燃油不完全燃烧的产物，经窜气进入发动机中。

行驶60 000 km后取样分析，试验油品的氧化值、硝化值及烟炱含量见图7。

从图7可以看出，1号车的氧化值为2.1 A/cm，硝化值为6.5 A/cm；2号车的氧化值为1.8 A/cm，硝化值为5.9 A/cm。在行车试验中，30～50 A/cm是在用油的典型氧化值和硝化值范围，两辆车的数值均在极低范围内，表明该油品可以提供较长的换油里程。从烟炱含量分析，相比较经验的限值（烟炱＜4%），尚存较大余量。