車用柴油狀況對柴油機機油的影響及柴油機機油選用建議

趙鵬，何大禮，吳章輝

(東風商用車有限公司技術中心，湖北 十堰 442000)

0 引言

近年來，國內汽車工業在以前所未有的速度發展。同時，由于汽車保有量的迅速增加以及由此帶來的環境污染問題和能源緊缺問題也越來越得到人們的重視。為了適應國內日趨嚴格的汽車排放法規，汽車行業做出了積極響應和努力，開發新機型，使新生產的汽車排放水平不斷提高。重型柴油車國Ⅴ排放標準已于2017年7月1日起全面實施，輕型柴油車國Ⅴ排放標準已于2018年1月1日起全面實施。相比國Ⅴ排放標準限值，國Ⅵ階段排放標準在NMHC、 NOx、PM等各項指標均有不同程度的加嚴[1-2]，詳見表1。

表1 柴油機不同階段排放污染物要求 g/kW·h

表1(續)

與汽車技術發展水平相比較，國內車用柴油質量狀況因為地區差異較大，雖然在北京、上海等大城市使用的車用柴油水平已經滿足國Ⅴ排放標準，但國內使用劣質柴油的問題依然存在。

先是在東風車型路試時發現柴油機機油酸、堿值出現交叉問題，通過對路試車輛用柴油進行監測，出現此問題的原因主要是車輛使用劣質柴油。為此又對國內使用地方油品較多的冀、魯地區車用柴油使用情況進行了調研，并了解用戶考量因素，基于柴油機機油對劣質柴油的適應性考慮提出了柴油機機油選用原則。

1 柴油機機油在路試中出現的問題

1.1 柴油機機油監測情況

2016年5月東風開展了10萬公里行車試驗， 驗證柴油機油為DFCV-L50(滿足API CJ-4規格，并通過東風OEM認證)以及DFCV-L45(滿足API CI-4+規格，并通過東風OEM認證)，路試信息見表2。

表2 10萬公里路試信息

如圖1所示，根據柴油機機油監測數據，來自23取樣點的柴油機機油(2#車)在里程為10萬公里時出現了酸、堿值交叉；來自22取樣點的柴油機機油(1#車)在里程為8萬公里時出現了酸、堿值交叉的趨勢，而其他車輛的酸、堿值變化均為基本正常。由此可見車用柴油的硫含量超標對柴油機油酸、堿值影響較為顯著，柴油機機油的其他各項監測指標比如運動黏度、煙炱、磨損元素、添加劑元素、污染元素、戊烷不溶物的監測情況均未見明顯異常。

圖1 TBN/TAN變化情況

1.2 車用柴油排查情況

針對柴油機機油出現酸、堿值交叉等問題，對本輪路試柴油樣品進行了排查，共排查26個柴油樣品，見圖2～圖7，圖中橫線表示GB 19147-2016標準[3]規定的指標限值。

圖2 20℃密度數據

圖3 硫含量數據

圖4 50%餾程數據

圖5 90%餾程數據

圖6 95%餾程數據

圖7 多環芳烴數據

樣品分析結果最顯著的問題是硫含量，見圖3，不合格率約為30%，其中22、23取樣點的車用柴油硫含量均達到7000 mg/kg 左右，連國Ⅰ標準都達不到，高硫柴油燃燒后易于生成強酸性物質導致柴油機機油的總堿值下降及總酸值升高均加快，只有1個樣品(20取樣點)的多環芳烴略超標。

2 柴油實際使用狀況及用戶考量因素

為進一步驗證柴油質量對柴油機機油的影響，2018年4月對國內使用地方油品較多的冀、魯地區車用柴油使用情況進行了調研，同時了解用戶使用此類柴油的原因。

2.1 冀、魯地區車用柴油狀況調研

本次調研共計走訪3家服務站、28臺用戶車，信息詳情見表3。

表3 4月17日石家莊藁城區用戶調研信息

主要結論是很多用戶從買新車開始就使用地方柴油，這些柴油品質通常較差，目前正在針對該地區的車用柴油進行取樣、分析。

2.2 用戶選擇柴油的考量因素

用戶為節省運營費用，選擇柴油的原則首先是成本價格。地方柴油價格比中國石油、中國石化便宜1～2元/升，在煤運市場利潤越來越低的現狀下，用戶更愿意使用相對便宜的地方柴油。如果使用中國石化、中國石油柴油，再加上維護保養車輛的費用，可能會虧本。

以石家莊-神木路線為例，往返里程1300 km，單趟運輸34 t煤(每噸運費160元)，共計得到運費5440元，扣除成本燃油費2200元、過路費1400元、裝卸費400元，純利潤為1440元。其中燃油使用地方柴油(4.5元/升)，如果使用中國石油、中國石化柴油(6元/升)，柴油成本需增加約733元，也就是說利潤需要減少一半，如果用戶雇用司機跑車，單趟需支付司機工資700元，使用中國石化、中國石油柴油的情況下利潤空間會減少。

3 結合柴油的影響對柴油機機油的選用

預計2021年開始實施的國Ⅵ排放標準是目前各大汽車OEM將要面對的最緊迫課題之一，而國Ⅵ排放是在國Ⅴ基礎上進一步降低NOX等指標，國內大多數汽車OEM需要加裝EGR系統，所以未來國Ⅵ階段柴油機機油對劣質柴油的適應性問題將會更突出；國Ⅵ階段為進一步降低PM,將會引入DPF后處理裝置，而DPF后處理裝置要求灰分控制在1.0%以內；此外為與歐洲頂尖車企看齊，實現更長換油周期，目前國內OEM制定的換油里程普遍達到6萬公里以上。

車用柴油對柴油機機油的影響主要包括柴油中的硫含量超標對柴油機機油總堿值、總酸值變化的影響；車用柴油中多環芳烴超標加重活塞積炭，引起燃燒不完全，燃燒產物進入柴油機機油會導致煙炱含量增加；上述兩個問題均會加速柴油機機油衰敗、變質。

未來柴油機油的選用原則是既需要適應國內車用柴油的實際現狀，能夠中和柴油中含硫化合物燃燒產生的酸性物質，延緩機油的衰敗，實現較長的換油周期，同時也需要滿足排放升級要求，平衡高灰分、高堿值對活塞沉積物的不利影響，避免出現燃燒不充分所帶來的一系列問題。

為此進行了高/低堿值柴油機機油的臺架試驗對比，如圖8所示，試驗前500 h使用DFCV-L45柴油機機油，后500 h使用DFCV-L50柴油機機油,試驗過程全部使用國Ⅴ標準柴油，本輪行車試驗數據表明在相同試驗條件下CI-4+的堿值保持能力要優于CJ-4。在國Ⅴ階段選用對灰分、堿值沒有限制的CI-4+柴油機機油級別相比低灰型CJ柴油機機油對國內劣質柴油具有更好的適應性。

圖8 TBN/TAN變化情況

4 總結及建議

(1)車用柴油硫含量超標，引起柴油機燃燒產

物中更多酸性物質進入柴油機機油，加快柴油機機油酸、堿值交叉，是導致柴油機機油衰敗加快的重要原因之一。

(2)根據冀、魯地區的車用柴油調研結果，該地區很多用戶基于運營成本考慮，使用價格較低的地方柴油，品質通常較差，且該狀況無法在短期內改善，就需要柴油機機油在對劣質柴油耐受性方面有更高要求。試驗證明在國Ⅴ階段選用堿值較高、堿值保持能力較好的CI-4+規格柴油機機油，相比低灰型CJ-4規格柴油機機油，對于高硫含量的劣質柴油具有更好的適應性。

(3)劣質柴油的各項指標對柴油機機油影響程度需進一步積累油品監測及試后評定數據，最好能探索出兩者間的梯度對應關系。