孫風(fēng)成，許文德

(1.煙臺恒邦化工有限公司，山東 煙臺 264100；2.中國石油北京潤滑油銷售分公司，北京 100101)

0 引言

潤滑油是發(fā)動機的血液，在發(fā)動機工作過程中起著無可替代的作用。隨著國內(nèi)“降本增效”口號的提出，加之2020年中國將正式實施國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)，要求提高燃油經(jīng)濟性和降低二氧化碳排放。為滿足先進發(fā)動機技術(shù)的要求，幫助柴油機發(fā)動機制造商滿足更加嚴(yán)格的排放要求，恒邦化工有限公司開發(fā)生產(chǎn)了更高級別的柴油機油CK-4[1]。內(nèi)燃機油在實際使用中工作條件是多變的，影響因素是復(fù)雜的，而實車使用試驗是最實際的，試驗結(jié)果最能說明油品的實際使用性能。合理使用機油的關(guān)鍵是確定換油期，換油期的長短由發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)、使用條件、機油的質(zhì)量等決定。本文為考察本公司CK-4 15W-40在發(fā)動機上的適用性、換油期和燃油消耗，在煙臺公交車上進行了歷時一年6×104km的行車試驗，來監(jiān)測CK-4在使用過程中的衰變情況。

1 試驗內(nèi)容

實車試驗和相關(guān)臺架試驗可從兩方面考察油品的性能，一是看油品的衰變情況，做油品黏度、酸值、堿值等，二是對汽車各潤滑部位的磨損情況和沉積物情況進行評定，做金屬含量和石油醚不溶物分析，通過這些試驗?zāi)軌蚩疾煊推返淖冑|(zhì)情況，并提出合理的換油期；根據(jù)試驗結(jié)果，判斷油品配方的合理性，可確切弄清CK-4 15W-40的實際使用性能[2]。

為了考察本公司CK-4 15W-40柴油機油的實際使用性能，搞清配方對實際使用性能的影響，進一步推廣應(yīng)用和制定合理換油周期積累數(shù)據(jù)，2018年5月28日至2019年5月23日在煙臺公交公司5輛公交車上做了實車使用試驗。根據(jù)一年的數(shù)據(jù)分析，評定配方的先進性。

1.1 試驗用車

試驗車輛選用煙臺公交公司2015年購進的5輛公交客車，車型為友誼ZGT6862DHS，發(fā)動機型號為YC4G180-40國Ⅳ柴油發(fā)動機，性能參數(shù)如表1所示。

表1 發(fā)動機基本參數(shù)

表1(續(xù))

1.2 試驗用油

本次試驗用油采用恒邦化工有限公司生產(chǎn)的CK-4 15W-40柴油機油，其性能理化數(shù)據(jù)見表2。

表2 CK-4 15W-40理化數(shù)據(jù)

1.3 試驗路線信息

本次試驗路線為12路公交車，單次路線共33站，1.5 h，12.9 km，其中上坡路段9處，大約3 km，下坡路段8處，大約2.7 km，其余為平坦路段。

1.4 試驗方法

為了獲得科學(xué)的試驗數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，由恒邦化工有限公司市場服務(wù)部人員親自負責(zé)取樣和補加機油并及時將分析檢測結(jié)果反饋給煙臺公交公司車隊，取樣時間定在5000 km、10000 km、15000 km、20000 km、25000 km、30000 km、35000 km、40000 km、45000 km、50000 km、55000 km、60000 km,每次取樣在車輛行駛后進行，為了保持樣品的均一性，熱車時從機油液面2/3處取樣，每次取樣150 mL。當(dāng)潤滑油理化性能指標(biāo)達到換油指標(biāo)或者達到試驗要求的里程，停止試驗[3]。

2 試驗結(jié)果與分析

機油在工作過程中受高溫高壓作用，而且與空氣、燃料的凝聚物和不完全燃燒的產(chǎn)物、凝聚的水蒸氣以及進入發(fā)動機的灰塵接觸，并與這些外來物質(zhì)相互作用，從而使油品物理化學(xué)性質(zhì)不斷發(fā)生變化。因此，機油工作的過程也是不斷消耗老化過程，在這個過程中，一部分輕餾分被蒸發(fā)，黏度逐漸變化，在零部件上形成沉積物。油中聚集的各種污垢物會破壞潤滑系統(tǒng)中正常循環(huán)，使高溫表面散熱情況惡化，增加氣缸、軸瓦熱負荷，又促使油品加速老化。油中磨粒不斷增多，微粒尺寸逐漸增大，致使零部件磨損增大。

2.1 運動黏度變化率(100 ℃)

運動黏度是衡量油品油膜強度、流動性的重要指標(biāo)，而運動黏度變化率反映了油品的油膜強度、流動性的變化情況。在用油運動黏度的變化反映了油品發(fā)生深度氧化、聚合、輕組分揮發(fā)產(chǎn)生油泥以及受燃油稀釋、水污染和機械剪切影響的綜合結(jié)果。黏度的增長會增加動力消耗，過高的黏度增長甚至?xí)肀盟屠щy，從而影響潤滑造成事故。黏度的下降則會造成發(fā)動機油油膜變薄，潤滑性能下降，機件磨損加大，黏度大幅度下降往往會造成拉缸的后果。

從圖1可以看出，試驗期間油品的黏度變化率很少，在-3.1%～+3.6%之間，遠遠低于化驗指標(biāo)±20%,主要原因是該產(chǎn)品不含大分子聚合物，所以黏度在試驗周期內(nèi)保持平穩(wěn)，說明行車結(jié)果比較平行，能夠反映機油的實際情況，壓力平穩(wěn)。

圖1 運動黏度(100 ℃)隨里程的變化

2.2 閃點(閉口)

不同于成品機油評價開口閃點項目，在用機油考察的是閉口閃點，后者適用于測試低閃點對象。由于在用油中不可避免存在燃油稀釋，采用閉口杯法能更有效地檢測燃油稀釋對油品閃點的影響。

從圖2可以看出，試驗結(jié)束后，油樣的閃點最低為202 ℃，遠遠高于160 ℃，數(shù)據(jù)證明油中混入的柴油量很少，油樣一直保持較高的水平，潤滑油能夠保持持續(xù)的潤滑性。

圖2 閃點(閉口)隨里程的變化

2.3 堿值

堿值是觀察油品清凈分散性能的重要指標(biāo)，清凈分散劑和燃油燃燒過程中生成的大量酸性物質(zhì)和高溫產(chǎn)生的氧化物質(zhì)中和后難以再縮聚成漆膜沉淀物，從而造成油品酸值的正常下降，但如果堿值下降趨勢過快，則說明油品清凈分散性能受到損害。

通過圖3分析，經(jīng)過6×104km的行駛，堿值仍然保持較高的水平，堿值下降率最高8.3%，遠遠低于標(biāo)準(zhǔn)的50%，這是由于該產(chǎn)品配方中清凈分散劑具有優(yōu)異的堿保持性以及超強的抗衰減能力。

圖3 堿值隨里程的變化

2.4 酸值

機油酸值變化是一個反映其抗氧化性能的指標(biāo)，體現(xiàn)了基礎(chǔ)油的氧化衰變以及相關(guān)添加劑的消耗降解狀態(tài)。油品中的酸性組分包括有機和無機酸類、酯類、酚類化學(xué)物，某些抗氧添加劑，如丁戊烷基二硫代磷酸鋅鹽，同屬于酸性添加劑。

從圖4分析可見，隨著行駛里程的增加，機油酸值均呈現(xiàn)小幅度上升趨勢，酸值最高增加0.62 mgKOH/g，酸值變化率結(jié)果表明，此配方產(chǎn)品抗氧化能力強，酸解程度低。

圖4 酸值隨里程的變化

2.5 正戊烷不溶物

正戊烷不溶物是反映機油含有異常副產(chǎn)物的一個指標(biāo)。新品機油可在正戊烷中充分溶解，正戊烷不溶物包括油品氧化及添加劑分解產(chǎn)物、積炭、氧化縮聚的漆膜、發(fā)動機磨損的金屬顆粒等。在用油正戊烷不溶物含量達到一定值后，油品黏度增大、流動性變差，油品中的不溶物聚集成團，堵塞油路，造成潤滑不良等嚴(yán)重后果。

從圖5分析可見，正戊烷不溶物最高0.53%，遠遠低于換油指標(biāo)的2%，表明產(chǎn)品具有優(yōu)異的抗氧化抗腐蝕性能。

圖5 正戊烷不溶物隨里程的變化

2.6 水分

發(fā)動機在做功過程中，燃料燃燒生成的水汽以及通過油箱呼吸孔吸入的水汽，會進入發(fā)動機油中帶來污染。油中的水分會導(dǎo)致油品乳化變質(zhì)，并造成發(fā)動機零部件表面的銹蝕、腐蝕。由于在工作中發(fā)動機油始終處于相對較高的溫度(大于80 ℃)下，正常情況下油中的水含量均較低[4]。

從圖7可以看出，試驗期間水分含量最高0.03%，遠低于標(biāo)準(zhǔn)限值0.2%，表明機油中混入的水分微量，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。

圖6 水分隨里程的變化

2.7 金屬元素含量

發(fā)動機的主要磨損件為缸套、曲軸、活塞環(huán)等，因此油品的潤滑性能(抗磨損性能)和在行駛過程中機件的磨損情況可通過定期分析油品中鐵、銅、鋁等金屬含量的變化來評價。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的惡劣環(huán)境中或空氣濾清器不正常，都會造成油中硅含量的大量增加，造成發(fā)動機零部件的磨料磨損[5]。

從圖7～圖10分析可見，鐵含量最高21 μg/g，銅含量最高7.2 μg/g，鋁含量最高10 μg/g，遠遠低于換油標(biāo)準(zhǔn)的限值，表明產(chǎn)品在試驗期間具有優(yōu)異的抗磨損性能。

圖7 鐵含量隨里程的變化

圖8 銅含量隨里程的變化

圖9 鋁含量隨里程的變化

圖10 硅含量隨里程的變化

3 結(jié)論

試驗證明CK-4 15W-40柴油機油在煙臺5輛公交試驗車上，經(jīng)過6×104km的試驗，酸值、堿值、黏度、閃點、水分、正戊烷不溶物含量、金屬元素含量等項目都遠遠低于換油指標(biāo)要求，試驗機油在6×104km的試驗過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的黏度保持能力、抗氧化衰變能力、清凈分散性和極壓抗磨性。試驗證明此配方產(chǎn)品能夠比目前市場上通用的CI-4與CJ-4具有更長的換油周期，幫助發(fā)動機制造商滿足更加嚴(yán)格的排放要求。