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        輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動機(jī)油中溫分散性評定臺架的建立及試驗方法的研究

        2018-10-16 05:37:32蔣朝貴付代良
        石油煉制與化工 2018年10期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動機(jī)

        蔣朝貴,楊 鑫,王 龍,付代良,姚 錫

        (中國石油大連潤滑油研發(fā)中心,遼寧 大連 116032)

        潤滑油是由基礎(chǔ)油與不同的添加劑根據(jù)一定的工藝條件調(diào)合出來的產(chǎn)物,是具有高技術(shù)含量的配方工藝產(chǎn)品。設(shè)備在不同工況下需要使用不同配方的潤滑油,配方的優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)性、品級等需要各種臺架來模擬評定。因此研發(fā)配方離不開臺架,引進(jìn)臺架、建立臺架評定體系不僅能對內(nèi)提供評價手段,更能為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國家標(biāo)準(zhǔn)的建立進(jìn)行基礎(chǔ)研究。

        輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動機(jī)油中溫(120±2)℃分散性臺架,主要用于評定柴油發(fā)動機(jī)油由于煙炱引起的機(jī)油黏度增長以及活塞清凈性,為輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和產(chǎn)品的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

        評價潤滑油分散性能的方法很多,除了一些常規(guī)理化分析項目之外,還有模擬方法和臺架方法。試驗室用來考察潤滑油煙炱分散性能的模擬方法為:在試驗油樣中加入一定量的炭黑,高速攪拌使其充分分散后,測定某一溫度下油品的黏度增長,以黏度增長的數(shù)據(jù)大小表示油品煙炱分散性能的好壞。臺架方法主要分為:美國API方法以及歐洲CEC方法兩類。API方法包括Mack T8,Mack T8A,Mack T8E,Mack T11臺架;CEC方法包括XUD11BTE,DV4TD,DV6C臺架,這些臺架均用于評價柴油發(fā)動機(jī)油煙炱分散性所造成的黏度增長。

        歐洲汽車制造協(xié)會(ACEA)根據(jù)歐洲輕負(fù)荷柴油發(fā)動機(jī)制造技術(shù)特點,通過不同的發(fā)動機(jī)試驗,對配套使用的柴油機(jī)油進(jìn)行有針對性的性能評價。而美國的柴油機(jī)油性能評價體系更側(cè)重對車輛工況的普遍適應(yīng)性,因此API規(guī)格中沒有針對輕負(fù)荷柴油機(jī)油的專用規(guī)格[1]。而在ACEA規(guī)格中提出并且是與汽油機(jī)列在一起的,即ACE A/B系列。我國越來越多的汽車,尤其是柴油車,大多從歐洲引進(jìn),因此ACEA規(guī)格中的柴油發(fā)動機(jī)臺架不能忽視。在歐洲已有一半以上的轎車采用柴油發(fā)動機(jī),其良好的使用性能將會越來越多地在中國市場得到認(rèn)可。

        參照CEC試驗方法[2],建立自主輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動機(jī)油中溫分散性臺架,為輕負(fù)荷柴油發(fā)動機(jī)用油的研制、開發(fā)和生產(chǎn)提供準(zhǔn)確、可靠的評定手段。課題組在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,只引進(jìn)臺架的關(guān)鍵部件,其余部件在國內(nèi)配套完善,建立了一套完整的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、與國外試驗條件基本相同的潤滑油評定臺架及試驗方法。本文主要介紹該輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動機(jī)油中溫分散性評定臺架的建立及試驗方法的研究。

        1 臺架的建立

        1.1 試驗發(fā)動機(jī)的選擇

        參照CEC試驗方法,輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動機(jī)油中溫發(fā)散性臺架所使用的發(fā)動機(jī)為法國標(biāo)致公司生產(chǎn)的PSA DV4 TD渦輪增壓1.4 L柴油發(fā)動機(jī),使用在歐版Peugeot 206車型上。發(fā)動機(jī)的型號及技術(shù)參數(shù)見表1。

        表1 發(fā)動機(jī)型號及技術(shù)參數(shù)

        1.2 試驗發(fā)動機(jī)臺架的建立

        試驗發(fā)動機(jī)臺架的建立包括:試驗發(fā)動機(jī)與底座的安裝;儀表控制系統(tǒng)、測功機(jī)、臺架冷卻系統(tǒng)、機(jī)油系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、串氣流量測量系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)等與試驗發(fā)動機(jī)的連接。按照CEC L-93-04(2.1版)試驗方法的要求,建立輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動機(jī)油中溫分散性評定臺架。

        1.3 燃料油

        試驗用的參考燃料油為CEC DF95-03-TOTAL003批次的柴油,性能要求應(yīng)滿足CEC DF-95的質(zhì)量指標(biāo)。委托中國石油大連石油化工公司質(zhì)量環(huán)保監(jiān)測中心對參考燃料油樣品進(jìn)行6項指標(biāo)的檢驗,實測值與CEC DF—95標(biāo)準(zhǔn)值的范圍見表2所示。

        表2 燃料油的實測值與標(biāo)準(zhǔn)值范圍

        2 開機(jī)調(diào)試、試運(yùn)轉(zhuǎn)

        所建臺架及系統(tǒng)組裝完畢后進(jìn)行檢查,在確保無誤后開始送電、送油及開機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)。試運(yùn)轉(zhuǎn)按照CEC L-93-04試驗方法要求的磨合試驗條件及正式試驗條件在所建臺架上進(jìn)行發(fā)動機(jī)試驗。其目的是考察發(fā)動機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性及儀表控制系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)各個參數(shù)控制的精確度。

        試驗發(fā)動機(jī)按照正式試驗條件要求運(yùn)行,考察發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性,煙度每小時記錄2次,其余各參數(shù)每小時記錄10次。試運(yùn)行結(jié)束后,對各參數(shù)進(jìn)行分析、計算。按照CEC L-93-04試驗方法要求的試驗條件,在累計100 h以上考察發(fā)動機(jī)的過程中,各參數(shù)均滿足試驗要求,臺架運(yùn)行平穩(wěn)、可靠。

        3 試驗方法研究

        3.1 試驗步驟

        試驗步驟包括發(fā)動機(jī)的磨合程序和正式試驗程序。

        3.1.1磨合試驗程序發(fā)動機(jī)磨合試驗前,將試驗用發(fā)動機(jī)與專為試驗而改進(jìn)的車載電腦(ECU)連接。安裝新的機(jī)油濾清器,并向發(fā)動機(jī)中加入(3 400±20)g試驗機(jī)油。磨合程序共10 h(40個步驟,每個步驟15 min),每兩個階段之間的變化過程應(yīng)為30 s,并且包含在總時間中。在磨合工況結(jié)束后,發(fā)動機(jī)降至怠速。待主油道機(jī)油溫度降至(80±5)℃時,停止發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并且從油底殼放油15 min。發(fā)動機(jī)的磨合試驗程序見表3。

        3.1.2正式試驗程序正式試驗之前,安裝新的機(jī)油濾清器,并向發(fā)動機(jī)中加入(4 200±20)g試驗機(jī)油,同時對發(fā)動機(jī)試驗進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整包含兩部分,共20 min。

        (1)熱機(jī)程序,共10 min,具體見表4。

        (2)調(diào)整階段,共10 min。調(diào)整油門執(zhí)行器開度,使燃油流量為(11.8±0.2)kg/h。控制進(jìn)氣溫度為(35±5)℃(下同)??刂婆艢獗硥褐?20±2)kPa。調(diào)整增壓壓力為(71±4)kPa,使煙度為(3.3±0.2)FSN。若需要,可調(diào)整增壓空氣壓力,以達(dá)到上述煙度。控制增壓后進(jìn)氣溫度在(120±2)℃。若增壓后進(jìn)氣溫度不正確,應(yīng)調(diào)整進(jìn)氣溫度。當(dāng)試驗工況達(dá)到要求時,測量竄氣流量。若竄氣流量達(dá)到70 L/min以上時,則停止發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),檢查原因。主要檢查真空泵吸氣管,確保完全封閉。調(diào)整階段結(jié)束后,以下參數(shù)應(yīng)在給定范圍內(nèi):燃油流量(11.8±0.2)kg/h,煙度(3.3±0.2)FSN,增壓壓力(71±4)kPa,增壓后進(jìn)氣溫度(120±2)℃。調(diào)整階段結(jié)束后,發(fā)動機(jī)降到怠速。待主油道機(jī)油溫度降至(80±5)℃時,停機(jī)并且將油底殼中的機(jī)油放出15 min。在放油時不要松動機(jī)油濾清器罩。加新機(jī)油,調(diào)整機(jī)油至(4 200±20)g,重新倒入發(fā)動機(jī)中。

        表3 發(fā)動機(jī)的磨合試驗程序

        表4 熱機(jī)程序

        正式試驗共120 h,包括240個雙循環(huán)工況。試驗應(yīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),120 h的試驗過程中不再補(bǔ)充任何機(jī)油。

        在試驗開始時或者非正常停機(jī)后,進(jìn)行熱機(jī)程序。熱機(jī)程序如下:在5 min內(nèi),轉(zhuǎn)速達(dá)到4 000 r/min,扭矩達(dá)到40(N·m)。使發(fā)動機(jī)出口水溫和主油道機(jī)油溫度分別穩(wěn)定在100 ℃和120 ℃。進(jìn)行試驗程序的階段1,如表5所示。

        表5 試驗程序

        以上各參數(shù)每循環(huán)各階段記錄一次(煙度除外,煙度至少每小時記錄一次),各階段記錄時間應(yīng)按照下述要求進(jìn)行。階段1:在階段最后30 s迅速記錄以上列出的參數(shù)值;階段2:在階段最后5 min內(nèi),每分鐘記錄一次。記錄時取5次記錄的平均值。

        3.1.3機(jī)油采樣分別在試驗進(jìn)行0,24,48,72,96,120 h時采樣90 mL。無論在4 000 r/min還是怠速工況均可采樣。采樣前,在采樣口先放機(jī)油沖洗管路,放出的機(jī)油用容器裝好,然后再采樣。采樣之后,再將放出的機(jī)油倒回發(fā)動機(jī)中。0 h樣品應(yīng)采于新機(jī)油油桶內(nèi)。

        3.1.4試驗結(jié)束試驗結(jié)束,當(dāng)發(fā)動機(jī)回到第一階段工況時,待主油道機(jī)油溫度下降到(80±5)℃后,將發(fā)動機(jī)調(diào)整至怠速,接著停止發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并放機(jī)油15 min。在放油時,不應(yīng)該將機(jī)油濾清器罩?jǐn)Q開。稱量放出油的質(zhì)量,與采出的樣品質(zhì)量一同計算機(jī)油消耗量。

        試驗結(jié)束后,應(yīng)在72 h內(nèi)對發(fā)動機(jī)解體。機(jī)油樣品在1個月內(nèi)分析(參照CEC L-82-97和CEC L-83-97)。

        3.2 試驗評分

        試驗評分包括評定活塞環(huán)黏結(jié)、沉積物(活塞)和采樣分析。

        3.2.1活塞環(huán)黏結(jié)拆解發(fā)動機(jī)進(jìn)行評分。在拆解時要非常小心,避免影響活塞沉積物。發(fā)動機(jī)拆解后,參照定義的活塞環(huán)的運(yùn)行情況進(jìn)行評定。

        3.2.2沉積物試驗結(jié)束后,拆下活塞環(huán),將活塞浸泡在190號溶劑油中,清洗干凈后,在空氣中干燥。參照CRC 20手冊中適用于輕負(fù)荷柴油機(jī)評分規(guī)程來評定規(guī)定的活塞區(qū)域。評分按照優(yōu)點評分法進(jìn)行。

        3.2.3需評分的區(qū)域以下活塞區(qū)域需要被評分:第二環(huán)臺,第三環(huán)臺,第一環(huán)槽,第二環(huán)槽,第三環(huán)槽,活塞內(nèi)頂部。

        3.3 機(jī)油分析

        表6為機(jī)油樣品的分析方法和分析明細(xì)。

        表6 機(jī)油樣品分析方法和分析明細(xì)

        1)通過線性插值法計算獲得。

        3.4 臺架標(biāo)定

        3.4.1參比油臺架標(biāo)定用的參比油分別為CEC RL216和CEC RL223。參照CEC P-72-98參比機(jī)油手冊中或者通過瀏覽CEC網(wǎng)站www.tests.org都可以獲得CEC指定批號的參比油試驗數(shù)據(jù)。

        3.4.2標(biāo)定的頻率每10次試驗后,應(yīng)用RL223參比油進(jìn)行標(biāo)定試驗。每30次試驗后,應(yīng)用RL216參比油進(jìn)行標(biāo)定試驗。至少每12個月用RL223參考油進(jìn)行一次標(biāo)定試驗。每18個月用RL216參比油進(jìn)行一次標(biāo)定試驗。兩種參比油試驗需交替進(jìn)行,不需要連續(xù)進(jìn)行。

        3.5 參比油標(biāo)定范圍

        參比油RL216和RL223的標(biāo)定范圍見表7。

        表7 參比油黏度增長量和活塞清凈性評分的標(biāo)定范圍

        3.6 參比油標(biāo)定試驗

        按照標(biāo)準(zhǔn)要求,購買試驗參比油RL216和RL233。分別進(jìn)行一次RL216和兩次RL233試驗。

        3.6.1參比油RL216標(biāo)定試驗參比油RL216試驗運(yùn)轉(zhuǎn)情況見表8,試驗結(jié)果見表9~表12。

        表8 參比油RL216試驗運(yùn)轉(zhuǎn)情況

        表9 參比油RL216在不同試驗時間下的黏度和煙炱含量

        表10 參比油RL216的黏度增長量、鐵含量和煙炱含量

        3.6.2參比油RL233標(biāo)定試驗對參比油RL233進(jìn)行了兩次標(biāo)定即重復(fù)性試驗,其試驗運(yùn)轉(zhuǎn)情況見表13,試驗結(jié)果見表14~表17。由表17可以看出,試驗具有一定的重復(fù)性。

        表11 參比油RL216試驗的活塞環(huán)評分 分

        表12 參比油RL216的活塞清凈性評分 分

        表13 參比油RL233試驗運(yùn)轉(zhuǎn)情況

        表14 參比油RL233在不同試驗時間下的黏度及煙炱含量

        表15 參比油RL233的黏度增長量、金屬含量、煙炱含量和活塞環(huán)評分

        表16 參比油RL233的活塞清凈性評分 分

        表17 參比油RL233的重復(fù)性

        4 區(qū)分性試驗

        4.1 油品的選擇

        在臺架標(biāo)定過程中,進(jìn)行了兩次區(qū)分性試驗。油品編號為A和B。油品A為商品油,油品B為自主配方試驗油。

        4.2 區(qū)分性試驗

        油品A、油品B在新建臺架上進(jìn)行試驗,結(jié)果見18。對兩種油品的黏度增長量和活塞評分與參比油RL216進(jìn)行對比,由表18可以看出,試驗有一定的區(qū)分性,黏度增長量比較明顯。這反映出兩個油品對煙炱分散的不同能力,表明該試驗?zāi)軌騾^(qū)分出油品的煙炱分散性能,滿足油品配方研發(fā)的要求。

        表18 油品A、油品B與參比油RL216的黏度增長量和活塞評分

        5 結(jié) 論

        (1)本臺架是依據(jù)CEC L-93-04(2.1版)試驗方法建立的。建立的輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動機(jī)油中溫分散性臺架在運(yùn)行過程中平穩(wěn)可靠,臺架控制和輔助系統(tǒng)的運(yùn)行安全、可靠。

        (2)參比油的標(biāo)定試驗結(jié)果滿足參比油標(biāo)定范圍。重復(fù)性和區(qū)分性試驗表明該臺架試驗具有一定的重復(fù)性和區(qū)分性。

        (3)輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動機(jī)油中溫分散性臺架的建立及試驗方法的研究,可以更好地為我國高檔柴油發(fā)動機(jī)油的研制、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用提供臺架試驗方法和標(biāo)準(zhǔn)支持,為輕負(fù)荷柴油發(fā)動機(jī)油規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)體系的建立起到一定的推動作用。

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