車(chē)用電控柴油機(jī)潤(rùn)滑油更換里程研究

張 卓，高峻，鄭國(guó)世，舒宇舟

（東風(fēng)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，襄陽(yáng) 441004）

根據(jù)卡車(chē)OEM（原始設(shè)備制造商）的需要，研究4.5 L和6.7 L車(chē)用電控柴油機(jī)（國(guó)4排放水平）的潤(rùn)滑油更換里程，即從10 000公里提高到20 000公里的技術(shù)可行性，從而為終端用戶節(jié)省維修保養(yǎng)費(fèi)用。

1 潤(rùn)滑油污染物分析

通常對(duì)潤(rùn)滑油品質(zhì)劣化影響較大的是TBN（總堿值）、粘度和Soot（煙塵）的變化，可以通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油樣品分析對(duì)TBN、粘度、Soot達(dá)到規(guī)定限值時(shí)的里程（或時(shí)間）進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而找到柴油機(jī)潤(rùn)滑油最小更換里程。

一般認(rèn)為，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)使用里程（或時(shí)間）增加，潤(rùn)滑油品質(zhì)也隨之劣化。其他如含水量、燃油含量、硅、鈉、硼、鉀以及其他金屬元素對(duì)其影響較小，并且這些元素的產(chǎn)生與進(jìn)氣系統(tǒng)（硅）、冷卻系統(tǒng)（鉀、鈉、硼）、機(jī)械磨損（金屬元素）相關(guān)。

潤(rùn)滑油污染是發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的直接結(jié)果。負(fù)載系數(shù)、所用燃油以及環(huán)境狀況都會(huì)影響潤(rùn)滑油污染的速度。

潤(rùn)滑油樣本中磨損金屬含量取決于發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型、負(fù)載系數(shù)、潤(rùn)滑系統(tǒng)容量、潤(rùn)滑油使用的里程數(shù)或小時(shí)數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油消耗率等。除非發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油消耗率已知，否則不知道磨損率。磨損金屬含量隨著潤(rùn)滑油樣本的里程數(shù)或小時(shí)數(shù)的變化而接近線性變化。如果潤(rùn)滑油樣本的里程數(shù)或小時(shí)數(shù)加倍，使用過(guò)的潤(rùn)滑油樣本中磨損金屬含量也接近加倍。如果沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油消耗率、潤(rùn)滑油樣本的里程數(shù)或小時(shí)數(shù)以及新潤(rùn)滑油的分析數(shù)據(jù)，使用過(guò)的潤(rùn)滑油樣本中磨損金屬含量幾乎是沒(méi)有意義的信息。

可以采用幾種不同的技術(shù)進(jìn)行基本分析，比如原子發(fā)射光譜法（AES）、原子吸收光譜法（AAS）和電離耦合等離子體法（ICP）。大部分潤(rùn)滑油分析實(shí)驗(yàn)室能夠通過(guò)其中一種方法確定添加劑金屬物濃度。由同一家實(shí)驗(yàn)室采用同一種技術(shù)確定的采樣結(jié)果具有比較意義。

2 道路試驗(yàn)與潤(rùn)滑油采樣

2.1 確定潤(rùn)滑油換油間隔的因素

潤(rùn)滑油更換技術(shù)規(guī)范是基于工作循環(huán)和潤(rùn)滑油污染情況。此污染發(fā)生在所有的發(fā)動(dòng)機(jī)中，程度不同，并且與設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)。

保持正確的潤(rùn)滑油和濾清器更換間隔是維持發(fā)動(dòng)機(jī)完整性的重要因素。濾清器必須和潤(rùn)滑油一起更換。

潤(rùn)滑油污染是發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的直接結(jié)果。負(fù)載系數(shù)、所用燃油以及環(huán)境狀況都會(huì)影響潤(rùn)滑油污染的速度。實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試確認(rèn)在發(fā)動(dòng)機(jī)消耗的燃油總量與達(dá)到潤(rùn)滑油可以吸收并仍可按設(shè)計(jì)要求起作用的極限之前的污染程度之間成正比。在超過(guò)潤(rùn)滑油的污染數(shù)量極限前，潤(rùn)滑油可以吸收污染物并仍可按設(shè)計(jì)要求起作用。燃油油耗和潤(rùn)滑油污染之間的關(guān)系構(gòu)成了潤(rùn)滑油換油間隔的基礎(chǔ)。

2.2 道路試驗(yàn)方案

確定潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑油濾清器更換間隔有兩種方法，一種是固定法（里程數(shù)/小時(shí)數(shù)），另一種是工作負(fù)載循環(huán)法（工作狀況）。

本次研究采用固定法。通過(guò)在國(guó)4道路試驗(yàn)車(chē)輛上采集大量的潤(rùn)滑油樣品，并對(duì)潤(rùn)滑油樣品進(jìn)行油品分析及數(shù)據(jù)監(jiān)控，重點(diǎn)是TBN （總堿值）、Soot（煙塵）和粘度指標(biāo)是否達(dá)到規(guī)定限制，以便得到有價(jià)值的初步里程預(yù)測(cè)。

道路試驗(yàn)車(chē)輛的運(yùn)行工況覆蓋該車(chē)型常用典型工作循環(huán)（城市工況、高速工況、國(guó)道工況）。

潤(rùn)滑油型號(hào)的選擇需要考慮國(guó)內(nèi)用戶使用最低牌號(hào)CF4-15W/40和電控柴油機(jī)推薦的CH4-15W/40潤(rùn)滑油。

2.3 潤(rùn)滑油采樣

設(shè)定潤(rùn)滑油采樣間隔必須保證可以進(jìn)行趨勢(shì)比較。如果要正確地利用潤(rùn)滑油分析，需要背景數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)/生產(chǎn)序號(hào)、潤(rùn)滑油使用的里程數(shù)/小時(shí)數(shù)、新發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)大修后里程數(shù)/小時(shí)數(shù)、所用的潤(rùn)滑油 （品牌、性能分類(lèi)和粘度等級(jí)）、采樣的日期、發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用類(lèi)型、前一次換油后加入新潤(rùn)滑油的數(shù)量、最近的發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)記錄以及新（未使用過(guò)）潤(rùn)滑油分析。

對(duì)新（未使用過(guò)）潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑油分析以建立基準(zhǔn)線是很重要的。對(duì)新（未使用過(guò)）潤(rùn)滑油進(jìn)行分析采樣，一年兩次或在每次改變潤(rùn)滑油類(lèi)型時(shí)進(jìn)行。從散裝供油箱進(jìn)行采樣，確定是否需要補(bǔ)充潤(rùn)滑油，并確認(rèn)儲(chǔ)油系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)入污染物。

潤(rùn)滑油分析中使用的采樣，必須可以代表發(fā)動(dòng)機(jī)中的潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油采樣時(shí)遵循以下準(zhǔn)則：

①采樣前使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到工作溫度。這會(huì)確保采樣增量中的污染物水平具有代表性。

②以相同的方式，從相同的位置連續(xù)采樣。

③在向發(fā)動(dòng)機(jī)添加新的潤(rùn)滑油前進(jìn)行潤(rùn)滑油采樣。

④將潤(rùn)滑油樣本收入干凈、干燥的容器中。

⑤采集的潤(rùn)滑油不少于120 ml。

3 潤(rùn)滑油樣本分析

3.1 道路試驗(yàn)車(chē)輛信息

道路試驗(yàn)車(chē)輛信息如表1所示。其中3臺(tái)道路試驗(yàn)車(chē)輛采用CH4-15W/40潤(rùn)滑油，1臺(tái)道路試驗(yàn)車(chē)輛采用CF4-15W/40潤(rùn)滑油。

表1 道路試驗(yàn)車(chē)輛信息

3.2 潤(rùn)滑油樣本分析

3.2.1采用CH4-15W/40潤(rùn)滑油樣本分析

TBN分析數(shù)據(jù)如圖1所示。實(shí)際道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在試驗(yàn)車(chē)輛行駛到2萬(wàn)公里時(shí)，TBN最小值為7.84，遠(yuǎn)未達(dá)到推薦限值最低2.5，或新潤(rùn)滑油數(shù)值（新潤(rùn)滑油TBN為10.18）的一半5.09。同時(shí)，由圖1可見(jiàn)，10 000公里到20 000公里的車(chē)輛運(yùn)行期間，TBN變化較小。

Soot分析數(shù)據(jù)如圖2所示。實(shí)際道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在試驗(yàn)車(chē)輛行駛到2萬(wàn)公里時(shí)，Soot含量最高0.07%，遠(yuǎn)未達(dá)到推薦的3%限值。

粘度@100℃分析數(shù)據(jù)如圖3所示。實(shí)際道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在試驗(yàn)車(chē)輛行駛到2萬(wàn)公里時(shí)，粘度最大值不超過(guò)18，最小值不低于13，粘度變化相對(duì)于新潤(rùn)滑油小于3cst，滿足推薦值小于5cst的技術(shù)要求。同時(shí)，由圖3可見(jiàn)，10 000公里到20 000公里的車(chē)輛運(yùn)行期間，油樣粘度變化較小。

3.2.2采用CF4-15W/40潤(rùn)滑油樣本分析

4.5 L和6.7 L車(chē)用電控柴油機(jī)推薦使用CH4潤(rùn)滑油。但是，考慮到終端用戶可能使用CF4低牌號(hào)潤(rùn)滑油，因此安排1臺(tái)道路試驗(yàn)車(chē)輛（2#車(chē)）采用CF4潤(rùn)滑油進(jìn)行道路試驗(yàn)，采集潤(rùn)滑油樣本數(shù)量較少，分析數(shù)據(jù)僅作為參考分析。

潤(rùn)滑油分析數(shù)據(jù)如圖4所示。由圖4可見(jiàn)，TBN在10 000公里、12 000公里、13 000公里時(shí)數(shù)據(jù)變化不大，在14 000公里時(shí)略有下降（TBN為7），但遠(yuǎn)未達(dá)到推薦限值最低2.5，或新潤(rùn)滑油數(shù)值 （新潤(rùn)滑油TBN為10.18）的一半5.09。Soot的含量最高0.04%，遠(yuǎn)未達(dá)到推薦的3%限值。粘度在10 000公里到14 000公里期間，油樣變化不大，與新潤(rùn)滑油相比粘度減小max 3.44cst，滿足推薦值小于5cst的技術(shù)要求。

4 潤(rùn)滑油濾清器更換

目前，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油濾清器也是隨潤(rùn)滑油一起更換的。如果潤(rùn)滑油濾清器所使用的濾紙不同，則其使用壽命也是不同的。4.5 L和6.7 L車(chē)用電控柴油機(jī)推薦使用的帶專用濾紙的潤(rùn)滑油濾清器可滿足20 000公里的更換周期，而其它機(jī)械柴油機(jī)用潤(rùn)滑油濾清器不能滿足這個(gè)要求。

5 結(jié)論

（1）4.5 L和6.7 L車(chē)用電控柴油機(jī)使用推薦的CH4-15W/40潤(rùn)滑油時(shí)，在常用典型工作循環(huán)（城市工況、高速工況、國(guó)道工況）下，潤(rùn)滑油更換里程可以延長(zhǎng)到20 000公里。

（2）4.5 L和6.7 L車(chē)用電控柴油機(jī)使用 CF4-15W/40潤(rùn)滑油時(shí)，在常用典型工作循環(huán)（城市工況、高速工況、國(guó)道工況）下，潤(rùn)滑油更換里程可以延長(zhǎng)到14 000公里。但是不推薦。

（3）4.5 L和6.7 L車(chē)用電控柴油機(jī)的潤(rùn)滑油更換里程延長(zhǎng)到20 000公里時(shí)，推薦使用帶專用濾紙的潤(rùn)滑油濾清器。

［1］立成.發(fā)動(dòng)機(jī)為什么要定期更換機(jī)油［J］.汽車(chē)與配件，2003，33：2.

［2］李朋.發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的合理更換［J］.汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2003，4：2-3.

［3］楊連生.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1981.