石順友，湯占帥

(中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525011)

DH-1 15W-40柴油機(jī)油的開發(fā)與應(yīng)用研究

石順友，湯占帥

(中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525011)

環(huán)保法規(guī)的制定和不斷升級(jí)，推動(dòng)了新發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，滿足相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和環(huán)保要求的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)油的研發(fā)成為重要課題。文章介紹了DH-1規(guī)格的主要性能要求，對(duì)研發(fā)的DH-1 15W-40柴油機(jī)油進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)、理化試驗(yàn)以及在采用日本發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的國(guó)Ⅲ、國(guó)Ⅳ車輛上的行車試驗(yàn)考察，結(jié)果表明，DH-1 15W-40柴油機(jī)油具有優(yōu)異的清凈分散性能、抗氧抗腐性能、抗磨性能以及良好的黏度保持性能，完全滿足要求使用JASO DH-1規(guī)格機(jī)油的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑要求。DH-1 15W-40柴油機(jī)油的成功開發(fā)與應(yīng)用有利于打破對(duì)這類進(jìn)口油品的依賴，降低車輛設(shè)備的維護(hù)成本。

排放法規(guī)；DH-1；柴油機(jī)油；行車試驗(yàn)；應(yīng)用研究

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化和城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，汽車以及各種工程機(jī)械設(shè)備的數(shù)量呈現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)，尤其是一些城市，汽車和工程機(jī)械尾氣排放造成的城市環(huán)境污染日益嚴(yán)重，環(huán)保部門為此制定相應(yīng)的排放法規(guī)并不斷升級(jí)。在環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格的背景下，發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了發(fā)動(dòng)機(jī)油規(guī)格的不斷升級(jí)。DH-1重負(fù)荷柴油機(jī)油規(guī)格是JASO為適應(yīng)日本柴油機(jī)的潤(rùn)滑需求和應(yīng)對(duì)新的排放法規(guī)而推出的[1]。目前，在我國(guó)汽車和工程機(jī)械等行業(yè)，采用日本技術(shù)的柴油機(jī)占有較大份額并呈不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，因其都要求使用滿足JASO相應(yīng)規(guī)格的發(fā)動(dòng)機(jī)油，故造成一定的技術(shù)壁壘。因此，研制和應(yīng)用滿足并超越JASO DH-1規(guī)格的高性能柴油機(jī)油產(chǎn)品，將有利于打破我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)以及一些日本進(jìn)口設(shè)備對(duì)這類發(fā)動(dòng)機(jī)油過度依賴的局面，也將是國(guó)產(chǎn)潤(rùn)滑油進(jìn)入日本汽車和工程機(jī)械行業(yè)的重大突破。

1 DH-1柴油機(jī)油

1.1 DH-1柴油機(jī)油性能要求

2000年10月，日本汽車標(biāo)準(zhǔn)組織(JASO，Japanese Automobile Standard Organization)發(fā)布了JASO DH-1規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。在此前，日本汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油一般都采用美國(guó)API標(biāo)準(zhǔn)，然而，在實(shí)際應(yīng)用中卻發(fā)現(xiàn)其并不能完全適應(yīng)日本制造的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。為了滿足日本制造發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑需求以及適應(yīng)新的、更低的排放法規(guī)，JASO DH-1規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)勢(shì)推出，其性能指標(biāo)[2]如表1。

表1 JASO DH-1性能指標(biāo)

表1(續(xù))

從表1可以看出，JASO DH-1規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)中有4個(gè)臺(tái)架評(píng)定試驗(yàn)和7個(gè)理化試驗(yàn)。4個(gè)臺(tái)架試驗(yàn)分別是JASO M336 TD25、JASO M354、ASTM D5967和ASTM D5533，其中JASO M336和JASO M354是JASO針對(duì)日本制造的發(fā)動(dòng)機(jī)特性自己建立的發(fā)動(dòng)機(jī)油臺(tái)架試驗(yàn)，且JASO M336 TD25可由Caterpillar 1P臺(tái)架試驗(yàn)替代；7個(gè)理化試驗(yàn)分別是熱管試驗(yàn)、蒸發(fā)損失、抗腐蝕試驗(yàn)、剪切安定性、總堿值、泡沫性和橡膠相容性試驗(yàn)。

1.2 DH-1規(guī)格機(jī)油主要性能

JASO DH-1規(guī)格參考了相應(yīng)API規(guī)格中的性能指標(biāo)，同時(shí)增加了如改進(jìn)搖臂閥系滑動(dòng)磨損等的額外指標(biāo)，更加符合日本柴油機(jī)的潤(rùn)滑要求，且適用于燃燒低硫(硫含量<0.05%)柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)，滿足更低的排放要求。其主要性能如下：

(1)優(yōu)異的煙炱分散性

為了適應(yīng)新的、更低的排放要求，發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠都采用新的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，新技術(shù)的應(yīng)用有效降低了PM(顆粒物)和NOX(氮氧化合物)的排放，然而，這些新發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的采用，在有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放的同時(shí)，也大大增加了發(fā)動(dòng)機(jī)油中的煙炱含量，導(dǎo)致機(jī)油黏度的快速增長(zhǎng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。Mack系列柴油機(jī)油評(píng)定臺(tái)架是評(píng)定重負(fù)荷潤(rùn)滑油煙炱分散性能、抗氧化性能、氣缸環(huán)和線磨損保護(hù)、酸值控制和增長(zhǎng)換油期的重要方法[3]，對(duì)油品的要求高。DH-1規(guī)格中采用Mack T-8A、Mack T-8E或Mack T-11來評(píng)定機(jī)油的煙炱分散性能，試驗(yàn)中煙炱含量高達(dá)4.8%，要求JASO DH-1規(guī)格機(jī)油具有良好的煙炱分散性能，防止煙炱聚集。

(2)優(yōu)異的高溫清凈性

發(fā)動(dòng)機(jī)油在高溫作用下發(fā)生氧化、聚合、縮合等一系列變化，在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的頂部、側(cè)面及曲軸中產(chǎn)生積炭、漆膜和油泥。這些沉淀物的產(chǎn)生對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞潤(rùn)滑及傳熱性和爆震、點(diǎn)火等有很大的影響，嚴(yán)重削弱了發(fā)動(dòng)機(jī)油的使用壽命和發(fā)動(dòng)機(jī)功率，增大了燃料油的消耗。高溫清凈性是評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)油在形成氧化產(chǎn)物后發(fā)動(dòng)機(jī)油溶解、分散、中和氧化產(chǎn)物、抑制漆膜、積炭生成等的能力[4]。

DH-1規(guī)格中的高溫清凈性評(píng)定采用JASO建立的評(píng)定方法JASO M336，該方法采用Nissan公司的2.5 L直列4缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(TD25)，如圖1，發(fā)動(dòng)機(jī)以4200 r/min全負(fù)荷運(yùn)行200 h，然后對(duì)活塞沉積物進(jìn)行評(píng)定。

圖1 Nissan柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(TD25)

鑒于TD25發(fā)動(dòng)機(jī)配件的原因，JASO M336 TD25可由Caterpillar 1P替代。Caterpillar 1P使用2.44 L排量的1Y3700單缸直噴四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)，它通過模擬2002年以前的高速、渦輪增壓柴油機(jī)運(yùn)行工況，評(píng)定油品對(duì)活塞沉積物、活塞環(huán)黏結(jié)；活塞環(huán)、氣缸套的擦傷和油耗的影響。試驗(yàn)結(jié)束后，評(píng)定活塞、活塞環(huán)和氣缸套，對(duì)廢油進(jìn)行運(yùn)動(dòng)黏度、總堿值、磨損金屬含量和燃油稀釋狀況的分析，評(píng)定內(nèi)容和通過標(biāo)準(zhǔn)[5-6]如表2。

表2 Caterpillar 1P發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)通過標(biāo)準(zhǔn)

Caterpillar 1P用于API CH-4機(jī)油的評(píng)定，DH-1規(guī)格中可采用Caterpillar 1P臺(tái)架來替代Nissan TD25臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)定油品的高溫清凈性，從而要求JASO DH-1規(guī)格機(jī)油具有良好的抗氧化性能和高溫清凈性以及優(yōu)異的頂環(huán)岸重炭和頂環(huán)槽充炭的控制能力。

(3)優(yōu)異的抗磨性能

煙炱以一定的形式積聚，造成發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)、汽缸壁和氣閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磨損,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的不同，煙炱對(duì)閥系的磨損可分為滾動(dòng)磨損和滑動(dòng)磨損[7]。由于與美國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的差異，DH-1規(guī)格中，發(fā)動(dòng)機(jī)油的閥系磨損評(píng)定采用JASO自己的評(píng)定方法JASO M354-2005，該方法采用三菱發(fā)動(dòng)機(jī)公司3.9 L直列4缸的Mitsubishi Fuso 4D34T4發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖2，發(fā)動(dòng)機(jī)以3200 r/min全負(fù)荷運(yùn)行160 h，然后對(duì)凸輪從動(dòng)件的磨損以及點(diǎn)蝕進(jìn)行評(píng)定，在碳沉積物質(zhì)量至少增加3.0%時(shí)的最大凸輪從動(dòng)件損失為11.3 μm，且無點(diǎn)蝕磨損，這就要求機(jī)油中具有合適的硫、磷元素含量和硫酸鹽灰分以及優(yōu)異的抗磨損性能。因?yàn)檫^高的硫、磷元素含量和硫酸鹽灰分會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)的中毒，過低則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的凸輪軸磨損和點(diǎn)蝕[8]，如圖3。

圖2 Mitsubishi 4D34T發(fā)動(dòng)機(jī)

圖3 DH-1閥系磨損評(píng)定

(4)優(yōu)異的高溫抗氧化與抗腐蝕性

由于發(fā)動(dòng)機(jī)油氧化生成的酸性產(chǎn)物容易造成銅鉛軸瓦的腐蝕，因此，油品需要通過高溫腐蝕試驗(yàn)的評(píng)定，考察潤(rùn)滑油在135 ℃的條件下對(duì)銅、鉛和錫金屬試片的腐蝕性[7]。程序ⅢE、ⅢF、ⅢG是評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)油抗高溫氧化和磨損性能的臺(tái)架試驗(yàn)，主要用于評(píng)定在150 ℃的高溫條件下油品的抗氧化性能。DH-1發(fā)動(dòng)機(jī)油采用程序ⅢE、ⅢF或ⅢG、熱管氧化試驗(yàn)以及135 ℃的高溫腐蝕試驗(yàn)來評(píng)定油品的高溫抗氧化、抗腐蝕性，因此要求DH-1規(guī)格的機(jī)油具有優(yōu)異的抗氧化、抗腐蝕性能。

(5)更高的堿值

堿值是測(cè)定潤(rùn)滑油中有效添加劑成分的一個(gè)指標(biāo)，表示發(fā)動(dòng)機(jī)油的清凈性與中和能力。DH-1規(guī)格機(jī)油要求最低的堿值是10 mgKOH/g，比API CG-4、CH-4、CI-4具有更高的堿值，如圖4，說明DH-1規(guī)格的機(jī)油具有優(yōu)異的清凈分散性和酸中和能力。

圖4 堿值對(duì)比(ASTM D4739)

(6)良好的低溫流動(dòng)性，為發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)提供低溫啟動(dòng)保護(hù)。

(7)良好的抗剪切和高溫黏度保持性能。

(8)良好的發(fā)動(dòng)機(jī)橡膠密封件的相容性，不會(huì)對(duì)橡膠件產(chǎn)生收縮、溶脹、硬化等作用，延長(zhǎng)密封件的使用壽命。

2 DH-1 15W-40柴油機(jī)油的研制

針對(duì)DH-1規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的性能要求，考慮到與汽車尾氣后處理系統(tǒng)的兼容性，選取了性能優(yōu)異的復(fù)合功能添加劑和加氫基礎(chǔ)油進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，通過配方的調(diào)整和優(yōu)化，研制的DH-1 15W-40柴油機(jī)油通過Mitsubishi Fuso 4D34T4、Caterpillar 1P、Mack T-8E和程序ⅢF臺(tái)架試驗(yàn)，產(chǎn)品滿足并超越JASO DH-1規(guī)格要求，獲得JASO認(rèn)證。DH-1 15W-40柴油機(jī)油的部分臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表4，餾程數(shù)據(jù)如表5、成焦板試驗(yàn)結(jié)果如圖5。從臺(tái)架試驗(yàn)、成焦板試驗(yàn)、餾程以及常規(guī)理化指標(biāo)分析數(shù)據(jù)可以看出，研制的DH-1 15W-40柴油機(jī)油具有優(yōu)異的產(chǎn)品性能。

表3 DH-1 15W-40部分臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 DH-1 15W-40柴油機(jī)油實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

表5 DH-1 15W-40柴油機(jī)油餾程檢測(cè)結(jié)果

圖5 DH-1 15W-40柴油機(jī)油成焦板試驗(yàn)結(jié)果

3 DH-1 15W-40的應(yīng)用研究

DH-1 15W-40柴油機(jī)油是專門為要求使用DH-1規(guī)格機(jī)油的柴油機(jī)開發(fā)的，為能夠全面、準(zhǔn)確地掌握DH-1 15W-40柴油機(jī)油的產(chǎn)品性能，除了進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和理化試驗(yàn)，實(shí)際行車試驗(yàn)是必要的，為此，選取了匹配不同發(fā)動(dòng)機(jī)、不同類型的車輛進(jìn)行DH-1 15W-40柴油機(jī)油的行車試驗(yàn)，在長(zhǎng)途、超載的真實(shí)苛刻路況條件下，全面評(píng)估其綜合使用性能。

3.1 試驗(yàn)條件

行車試驗(yàn)車輛為2臺(tái)匹配上海日野P11C-UJ發(fā)動(dòng)機(jī)(日本技術(shù)，國(guó)Ⅲ排放)的工程車輛和1臺(tái)匹配上海日野P11C-VM發(fā)動(dòng)機(jī)(日本技術(shù)，國(guó)Ⅳ排放)的牽引車輛。工程車輛為廣州地區(qū)城鄉(xiāng)區(qū)域運(yùn)營(yíng)的水泥攪拌車，道路多為省道和鄉(xiāng)村道路，路況較為苛刻和復(fù)雜；牽引車為東莞至蘇州的長(zhǎng)途高速運(yùn)輸車，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，超載較嚴(yán)重。試驗(yàn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)如表6。

表6 試驗(yàn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

表6(續(xù))

3.2 試驗(yàn)過程

將試驗(yàn)車輛原用機(jī)油在熱的狀態(tài)下從油底殼底部放干凈，并用試驗(yàn)機(jī)油清洗發(fā)動(dòng)機(jī)2次，每次怠速運(yùn)行20 min，然后從油底殼底部放干凈清洗油。發(fā)動(dòng)機(jī)清洗完成后，更換機(jī)濾、空濾和燃油濾，再加入試驗(yàn)機(jī)油，怠速運(yùn)行10 min后，用專用采樣器從機(jī)油尺管口處采集150 mL油樣作為0 km油樣，并補(bǔ)加試驗(yàn)機(jī)油至機(jī)油尺上刻度的中上限，記錄車輛的已行駛里程和加入的試驗(yàn)機(jī)油總量。

3.3 行車試驗(yàn)

行車試驗(yàn)里程工程車為20000 km左右，牽引車為25000 km左右，每間隔5000 km左右，用專用采樣器采樣150 mL，同時(shí)補(bǔ)加同等數(shù)量的新試驗(yàn)機(jī)油。對(duì)采集的油樣進(jìn)行檢測(cè)分析和評(píng)估，項(xiàng)目包括常規(guī)指標(biāo)、紅外光譜和金屬元素三個(gè)方面，其中，常規(guī)指標(biāo)分析包括油品的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度、堿值、酸值、正戊烷不溶物和水分；紅外光譜分析包括氧化值和硝化值；金屬元素含量分析包括磨損金屬元素Fe、Cu、Al和外來污染金屬元素Si。

3.4 結(jié)果與分析

由于至今還沒有DH-1規(guī)格機(jī)油換油指標(biāo)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，只有CH-4級(jí)別的換油指標(biāo)，因此參考GB/T 7607-2010《柴油機(jī)油換油指標(biāo)》中的CH-4換油指標(biāo)，見表7，并結(jié)合紅外光譜分析進(jìn)行試驗(yàn)機(jī)油的品質(zhì)監(jiān)控，來綜合判斷試驗(yàn)機(jī)油的使用情況。

表7 GB/T 7607-2010《柴油機(jī)油換油指標(biāo)》之

3.4.1 100℃運(yùn)動(dòng)黏度

黏度是發(fā)動(dòng)機(jī)油最基本的性能指標(biāo)，是保證發(fā)動(dòng)機(jī)獲得良好潤(rùn)滑的關(guān)鍵。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，機(jī)油黏度的變化受多種因素的影響。導(dǎo)致機(jī)油黏度增加的諸如機(jī)油氧化、油泥生成以及不溶物的增加等；導(dǎo)致機(jī)油黏度下降的諸如機(jī)油中的黏度指數(shù)改進(jìn)劑的被剪切而降解、燃油稀釋或機(jī)油乳化等。如果機(jī)油的黏度增加過快或太大，說明機(jī)油氧化加劇，油泥增多，機(jī)油的流動(dòng)性會(huì)變差，潤(rùn)滑性下降可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障的產(chǎn)生；黏度下降過大會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦副中的油膜變薄，不能形成有效的潤(rùn)滑而引起發(fā)動(dòng)機(jī)故障。因此，運(yùn)動(dòng)黏度的變化在一定程度上表征了機(jī)油質(zhì)量的衰變情況。試驗(yàn)機(jī)油100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化趨勢(shì)如圖6。

圖6 100℃運(yùn)動(dòng)黏度變化趨勢(shì)

從圖6可以看出，在機(jī)油的行車試驗(yàn)過程中，100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度在5000 km出現(xiàn)了黏度下降，然后又逐漸上升的趨勢(shì)。其主要是因?yàn)閯偧幼⒌男聶C(jī)油受發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦副的剪切作用，使機(jī)油中的黏度指數(shù)改進(jìn)劑由大分子被剪切成小分子，致使機(jī)油黏度下降；隨著發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)間延長(zhǎng)，在苛刻的發(fā)動(dòng)機(jī)工況條件下，機(jī)油會(huì)發(fā)生氧化并生成大分子膠質(zhì)，從而使機(jī)油黏度上升。在整個(gè)行車試驗(yàn)過程中，機(jī)油的黏度變化幅度較小，還處在原來的黏度等級(jí)范圍之內(nèi)，沒有出現(xiàn)明顯的下降和上升現(xiàn)象，也沒過超過換油指標(biāo)中規(guī)定的黏度變化范圍，說明試驗(yàn)機(jī)油具有優(yōu)異的剪切安定性和黏度保持能力，沒有出現(xiàn)過度氧化而造成的機(jī)油黏度劇增現(xiàn)象。

3.4.2 堿值

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油中含有較大比例的有機(jī)金屬鹽類清凈分散劑，這些有機(jī)金屬鹽類帶有強(qiáng)堿性，使柴油機(jī)油具有較高的堿值，以中和機(jī)油氧化生成的有機(jī)酸性物質(zhì)和燃料燃燒產(chǎn)物中的無機(jī)酸性物質(zhì)，因此，堿值反映了機(jī)油抑制氧化和中和酸性物質(zhì)能力的強(qiáng)弱。在機(jī)油的使用過程中，堿性添加劑會(huì)被不斷的消耗，機(jī)油的堿值會(huì)下降，當(dāng)堿值下降到一定程度時(shí)，機(jī)油就會(huì)失去中和酸性物質(zhì)的能力，造成油泥增多，發(fā)動(dòng)機(jī)有可能會(huì)產(chǎn)生的酸性腐蝕和磨損[9]。試驗(yàn)機(jī)油堿值的變化趨勢(shì)如圖7。

圖7 堿值變化趨勢(shì)

從圖7可以看出，在試驗(yàn)過程中，機(jī)油的堿值呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，其原因是機(jī)油高溫氧化而產(chǎn)生酸性物質(zhì)和柴油燃燒生成的酸性物質(zhì)，使得油品的堿值逐步下降，但未超出換油指標(biāo)要求的50%，符合發(fā)動(dòng)機(jī)油在使用過程中堿值下降的變化規(guī)律，同時(shí)也說明試驗(yàn)機(jī)油具有良好的堿值儲(chǔ)備。

3.4.3 酸值

酸值主要監(jiān)測(cè)機(jī)油中某些功能添加劑的消耗情況和機(jī)油的老化程度。在用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油的酸值主要來源于兩個(gè)，第一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)油在高溫下的降解氧化生產(chǎn)的有機(jī)酸，降解氧化生產(chǎn)的有機(jī)酸性物質(zhì)會(huì)攻擊金屬表面而造成腐蝕磨損；其次是燃料燃燒生成的酸性物質(zhì)與水反應(yīng)生成硫酸，硫酸會(huì)對(duì)金屬造成強(qiáng)烈的酸性腐蝕磨損。一般發(fā)動(dòng)機(jī)油會(huì)添加性能良好的抗氧劑來降低機(jī)油的氧化速度，同時(shí)，堿性添加劑會(huì)中和酸性物質(zhì)，減輕腐蝕磨損對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的危害。

在機(jī)油的使用過程中，如果酸值增加過大，說明機(jī)油產(chǎn)生了大量的酸性物質(zhì)，會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)機(jī)油的變質(zhì)，產(chǎn)生油泥，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成一定程度的機(jī)械磨損，同時(shí)在金屬的催化作用下會(huì)加劇機(jī)油的老化，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。因此，要監(jiān)控在用機(jī)油的酸值，當(dāng)其達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，就要進(jìn)行換油處理，避免酸值過大而引起發(fā)動(dòng)機(jī)故障。試驗(yàn)機(jī)油酸值的變化趨勢(shì)如圖8。

圖8 酸值變化趨勢(shì)

從圖8可以看出，隨著行駛里程的增加，試驗(yàn)機(jī)油的酸值呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢(shì)，其中2臺(tái)水泥攪拌車的酸值增加比牽引車的酸值增加大，其原因是水泥攪拌車較老舊，且工況比牽引車更加苛刻。但到試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，試驗(yàn)機(jī)油的酸值增加均未超過2.5 mgKOH/g，符合發(fā)動(dòng)機(jī)油在使用過程中酸值的變化規(guī)律，說明試驗(yàn)機(jī)油具有良好的抗氧化性能。

3.4.4 正戊烷不溶物

柴油機(jī)油氧化降解后生成微小的固體物懸浮在機(jī)油中，外來的污染物如粉塵、沙粒、磨損顆粒和積炭等也會(huì)懸浮在機(jī)油中，正戊烷不溶物是這些物質(zhì)的總和。因此，正戊烷不溶物是反映機(jī)油容納污染物能力的一個(gè)指標(biāo)。當(dāng)在用機(jī)油的正戊烷不溶物含量達(dá)到一定值后，機(jī)油黏度增大，流動(dòng)性變差，油品中的不溶物聚集成團(tuán)，堵塞機(jī)油過濾網(wǎng)和油道，造成發(fā)動(dòng)機(jī)供油不暢潤(rùn)而發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)故障。正戊烷不溶物含量的變化趨勢(shì)如圖9。

圖9 正戊烷不溶物含量變化趨勢(shì)

從圖9可以看出，隨著行駛里程的增加，試驗(yàn)機(jī)油的正戊烷不溶物含量呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢(shì)，但在整個(gè)行車試驗(yàn)過程中，正戊烷不溶物的含量始終處在非常小的范圍內(nèi)，遠(yuǎn)未達(dá)到2%換油指標(biāo)要求，說明試驗(yàn)機(jī)油表現(xiàn)出優(yōu)異的抗氧化性能。

3.4.5 水分

在用油由于缸套老化滲漏、燃燒室產(chǎn)生的水汽等原因，可能造成油品帶水，水的存在會(huì)破壞油膜強(qiáng)度，并造成添加劑水解，有機(jī)酸還會(huì)腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī)部件。當(dāng)油品中水分較少時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度較高，因此極少量的水有可能被蒸發(fā)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)危害不大，隨著機(jī)油中水分的增加，機(jī)油乳化會(huì)加劇，機(jī)油的潤(rùn)滑性能會(huì)大幅度下降，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕磨損和銹蝕。水分含量的變化趨勢(shì)如圖10。

圖10 水分變化趨勢(shì)

從圖10可以看出，試驗(yàn)機(jī)油中的水分含量隨著行駛里程的增加變化較為平緩，基本處在痕跡的水平，小于換油指標(biāo)的0.2%的要求，說明試驗(yàn)機(jī)油沒有受到水分的乳化污染，機(jī)油在發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦副之間形成的有效油膜強(qiáng)度良好，可以為發(fā)動(dòng)機(jī)提供有效的潤(rùn)滑保護(hù)。

3.4.6 氧化值和硝化值

在用發(fā)動(dòng)機(jī)油的氧化值、硝化值可以反映出試驗(yàn)油品被氧化、硝化及受污染的程度。發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，燃燒廢氣中的HC、CO、NOx等物質(zhì)，在一定條件下可反應(yīng)生成氧化物、硝化物等酸性物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)零部件腐蝕、磨損等現(xiàn)象，故而對(duì)油品的使用造成不良影響，而發(fā)動(dòng)機(jī)油中的添加劑可以減緩或終止這類反應(yīng)，抑制氧化物、硝化物及硫化物等酸性物質(zhì)的生成，因此，利用紅外光譜監(jiān)測(cè)油品氧化值、硝化值的變化，可以反映油品的氧化衰變狀況，間接掌握油品中添加劑的消耗情況。我國(guó)目前還沒有關(guān)于利用紅外光譜法監(jiān)控在用機(jī)油的氧化值、硝化值的極限規(guī)定，據(jù)文獻(xiàn)[10]報(bào)道，在用柴油機(jī)油的氧化值和硝化值的警戒值為0.25 ABS/0.1 mm，超過此警戒值，則表明在用機(jī)油的氧化衰變情況達(dá)到一定程度，結(jié)合其他監(jiān)控指標(biāo)的變化情況，應(yīng)予以更換機(jī)油。試驗(yàn)機(jī)油的氧化值和硝化值的變化趨勢(shì)如圖11和圖12。

圖11 氧化值變化趨勢(shì)

圖12 硝化值變化趨勢(shì)

從圖11和圖12可以看出，隨著行駛里程的增加，試驗(yàn)機(jī)油的氧化值及硝化值呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，但變化幅度不大，沒有達(dá)到警戒值，表明試驗(yàn)機(jī)油具有良好的抗氧化和抗硝化能力。

3.4.7 磨損金屬元素

車輛在運(yùn)營(yíng)過程中，其運(yùn)動(dòng)部件都存在正常的磨損。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損而言，其主要磨損件為缸套、曲軸、活塞和活塞環(huán)等。在用機(jī)油中的鐵元素能夠直接反映發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損情況，其主要來源于氣缸套-活塞環(huán)的磨損；銅含量則反映了發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的磨損或腐蝕狀況；鋁含量主要來自活塞與氣缸壁的磨損，通過檢測(cè)分析機(jī)油中Fe、Cu、Al等的磨損金屬元素含量，可以掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損情況。試驗(yàn)機(jī)油中磨損金屬元素含量變化趨勢(shì)如圖13～圖15。

圖13 鐵含量變化趨勢(shì)

圖14 銅含量變化趨勢(shì)

圖15 鋁含量變化趨勢(shì)

從圖13、圖14和圖15可以看出，隨著行駛里程的增加，鐵、銅、鋁元素的含量呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢(shì)。但在整個(gè)行車試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)機(jī)油中的鐵、銅和鋁元素的含量均較小，且呈規(guī)律性增加并穩(wěn)定在換油技術(shù)指標(biāo)的范圍內(nèi)，認(rèn)為屬于正常的磨損。較低的磨損元素含量也說明試驗(yàn)機(jī)油良好的抗磨性能和潤(rùn)滑性能，試驗(yàn)機(jī)油能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)各摩擦副之間形成強(qiáng)度很高的極壓膜，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)形成有效的保護(hù)，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

3.4.8 硅元素

在用油中硅元素的來源主要與車輛的行駛環(huán)境有關(guān)，當(dāng)車輛行駛于塵土飛揚(yáng)的惡劣環(huán)境中，或空氣濾清器不正常，都會(huì)造成油中硅含量的大量增加，引起發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的磨料磨損。試驗(yàn)機(jī)油中硅元素含量變化趨勢(shì)如圖16。

圖16 硅含量變化趨勢(shì)

從圖16可以看出，試驗(yàn)機(jī)油中硅元素含量隨行駛里程的增加，呈現(xiàn)緩慢增加的變化趨勢(shì)，這可能與空氣濾清器的工作狀況和車輛的運(yùn)營(yíng)環(huán)境有關(guān)。在整個(gè)行車試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)機(jī)油中硅元素含量均未達(dá)到換油指標(biāo)的要求。

3.5 行車試驗(yàn)小結(jié)

在匹配采用日本發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)并滿足國(guó)Ⅲ、Ⅳ排放的不同車輛上，成功進(jìn)行了DH-1 15W-40柴油機(jī)油的行車試驗(yàn)，結(jié)果表明，研制的DH-1 15W-40柴油機(jī)油完全滿足要求使用DH-1規(guī)格發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑要求，在預(yù)定的行車試驗(yàn)里程中，試驗(yàn)機(jī)油的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化率、堿值、酸值、正戊烷不溶物、水分、氧化值、硝化值和金屬元素等指標(biāo)均在參考換油指標(biāo)范圍內(nèi)，且發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損正常，潤(rùn)滑狀況良好。

4 結(jié)論

研制的JASO DH-1 15W-40柴油機(jī)油通過苛刻的臺(tái)架試驗(yàn)、理化試驗(yàn)和行車試驗(yàn)，結(jié)果表明：DH-1 15W-40柴油機(jī)油具有優(yōu)異的清凈分散性能、

高溫抗氧化性能和抗磨性能以及優(yōu)異的黏度保持性能，完全滿足要求使用JASO DH-1規(guī)格機(jī)油的發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑要求，具有良好的后處理系統(tǒng)兼容性。

JASO DH-1 15W-40柴油機(jī)油的成功研發(fā)與應(yīng)用，并獲得JASO的認(rèn)證，有利于打破采用日本技術(shù)的柴油機(jī)對(duì)這類進(jìn)口機(jī)油的過度依賴，同時(shí)也為其提供了性能優(yōu)異的發(fā)動(dòng)機(jī)油，有效延長(zhǎng)其使用壽命，降低維護(hù)成本。

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Development and Application Research of DH-1 15W-40 Diesel Engine Oil

SHI Shun-you, TANG Zhan-shuai

(Maoming Branch, Sinopec Lubricating Oil Co., Ltd., Maoming 525011, China)

The widespread application of new engine technology have been promoted by the formulation and upgrading of environmental laws and regulations. The development of high-performance engine oil which meets the requirements of new engine technology and increasingly severe emission regulations has become an important topic. This paper focused on the primary performance specification of the JASO DH-1 diesel engine oil，among which the concerned DH-1 15W-40 diesel engine oil was studied by employing engine and bench test, and the field test was carried out on the vehicle that adopts Japanese Diesel Technology and meets the China grade Ⅲ and Ⅳ emission regulations. As a result，DH-1 15W-40 diesel engine oil exhibits excellent dispersion property，and superior resistance to oxidation, corrosion and abrasion, as well as good viscosity retention performance，which can completely meet the lubrication requirements of the engine using JASO DH-1 oil. The successful development and application of DH-1 15W-40 diesel engine oil are beneficial to relieve the dependence on this kind of imported lubricating oil products and reduce the cost for maintenance of vehicle equipment.

emission regulation; DH-1; diesel engine oil; field test; application research

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.04.002

1002- 3119(2017)04- 0006- 10

TE626.32

A

2017-05-22。

石順友，碩士研究生，工程師，2012年畢業(yè)于北京化工大學(xué)化學(xué)與工程學(xué)院，現(xiàn)主要從事車船用潤(rùn)滑油的開發(fā)和技術(shù)支持工作。E-mail:shisy.lube@sinopec.com