車用電控柴油機潤滑油更換里程研究

張 卓，高峻，鄭國世，舒宇舟

（東風康明斯發(fā)動機有限公司，襄陽 441004）

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

1 潤滑油污染物分析

通常對潤滑油品質劣化影響較大的是TBN（總堿值）、粘度和Soot（煙塵）的變化，可以通過對潤滑油樣品分析對TBN、粘度、Soot達到規(guī)定限值時的里程（或時間）進行預測，從而找到柴油機潤滑油最小更換里程。

一般認為，隨著發(fā)動機使用里程（或時間）增加，潤滑油品質也隨之劣化。其他如含水量、燃油含量、硅、鈉、硼、鉀以及其他金屬元素對其影響較小，并且這些元素的產生與進氣系統(tǒng)（硅）、冷卻系統(tǒng)（鉀、鈉、硼）、機械磨損（金屬元素）相關。

潤滑油污染是發(fā)動機正常工作的直接結果。負載系數(shù)、所用燃油以及環(huán)境狀況都會影響潤滑油污染的速度。

潤滑油樣本中磨損金屬含量取決于發(fā)動機類型、負載系數(shù)、潤滑系統(tǒng)容量、潤滑油使用的里程數(shù)或小時數(shù)、發(fā)動機潤滑油消耗率等。除非發(fā)動機潤滑油消耗率已知，否則不知道磨損率。磨損金屬含量隨著潤滑油樣本的里程數(shù)或小時數(shù)的變化而接近線性變化。如果潤滑油樣本的里程數(shù)或小時數(shù)加倍，使用過的潤滑油樣本中磨損金屬含量也接近加倍。如果沒有發(fā)動機潤滑油消耗率、潤滑油樣本的里程數(shù)或小時數(shù)以及新潤滑油的分析數(shù)據(jù)，使用過的潤滑油樣本中磨損金屬含量幾乎是沒有意義的信息。

可以采用幾種不同的技術進行基本分析，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）。大部分潤滑油分析實驗室能夠通過其中一種方法確定添加劑金屬物濃度。由同一家實驗室采用同一種技術確定的采樣結果具有比較意義。

2 道路試驗與潤滑油采樣

2.1 確定潤滑油換油間隔的因素

潤滑油更換技術規(guī)范是基于工作循環(huán)和潤滑油污染情況。此污染發(fā)生在所有的發(fā)動機中，程度不同，并且與設計無關。

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

潤滑油污染是發(fā)動機正常工作的直接結果。負載系數(shù)、所用燃油以及環(huán)境狀況都會影響潤滑油污染的速度。實驗室和現(xiàn)場測試確認在發(fā)動機消耗的燃油總量與達到潤滑油可以吸收并仍可按設計要求起作用的極限之前的污染程度之間成正比。在超過潤滑油的污染數(shù)量極限前，潤滑油可以吸收污染物并仍可按設計要求起作用。燃油油耗和潤滑油污染之間的關系構成了潤滑油換油間隔的基礎。

2.2 道路試驗方案

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

本次研究采用固定法。通過在國4道路試驗車輛上采集大量的潤滑油樣品，并對潤滑油樣品進行油品分析及數(shù)據(jù)監(jiān)控，重點是TBN （總堿值）、Soot（煙塵）和粘度指標是否達到規(guī)定限制，以便得到有價值的初步里程預測。

道路試驗車輛的運行工況覆蓋該車型常用典型工作循環(huán)（城市工況、高速工況、國道工況）。

潤滑油型號的選擇需要考慮國內用戶使用最低牌號CF4-15W/40和電控柴油機推薦的CH4-15W/40潤滑油。

2.3 潤滑油采樣

設定潤滑油采樣間隔必須保證可以進行趨勢比較。如果要正確地利用潤滑油分析，需要背景數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括發(fā)動機型號/生產序號、潤滑油使用的里程數(shù)/小時數(shù)、新發(fā)動機或發(fā)動機大修后里程數(shù)/小時數(shù)、所用的潤滑油 （品牌、性能分類和粘度等級）、采樣的日期、發(fā)動機應用類型、前一次換油后加入新潤滑油的數(shù)量、最近的發(fā)動機保養(yǎng)記錄以及新（未使用過）潤滑油分析。

對新（未使用過）潤滑油進行潤滑油分析以建立基準線是很重要的。對新（未使用過）潤滑油進行分析采樣，一年兩次或在每次改變潤滑油類型時進行。從散裝供油箱進行采樣，確定是否需要補充潤滑油，并確認儲油系統(tǒng)沒有進入污染物。

潤滑油分析中使用的采樣，必須可以代表發(fā)動機中的潤滑油。潤滑油采樣時遵循以下準則：

①采樣前使發(fā)動機達到工作溫度。這會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)動機添加新的潤滑油前進行潤滑油采樣。

④將潤滑油樣本收入干凈、干燥的容器中。

⑤采集的潤滑油不少于120 ml。

3 潤滑油樣本分析

3.1 道路試驗車輛信息

道路試驗車輛信息如表1所示。其中3臺道路試驗車輛采用CH4-15W/40潤滑油，1臺道路試驗車輛采用CF4-15W/40潤滑油。

表1 道路試驗車輛信息

3.2 潤滑油樣本分析

3.2.1采用CH4-15W/40潤滑油樣本分析

TBN分析數(shù)據(jù)如圖1所示。實際道路試驗數(shù)據(jù)表明：在試驗車輛行駛到2萬公里時，TBN最小值為7.84，遠未達到推薦限值最低2.5，或新潤滑油數(shù)值（新潤滑油TBN為10.18）的一半5.09。同時，由圖1可見，10 000公里到20 000公里的車輛運行期間，TBN變化較小。

Soot分析數(shù)據(jù)如圖2所示。實際道路試驗數(shù)據(jù)表明：在試驗車輛行駛到2萬公里時，Soot含量最高0.07%，遠未達到推薦的3%限值。

粘度@100℃分析數(shù)據(jù)如圖3所示。實際道路試驗數(shù)據(jù)表明：在試驗車輛行駛到2萬公里時，粘度最大值不超過18，最小值不低于13，粘度變化相對于新潤滑油小于3cst，滿足推薦值小于5cst的技術要求。同時，由圖3可見，10 000公里到20 000公里的車輛運行期間，油樣粘度變化較小。

3.2.2采用CF4-15W/40潤滑油樣本分析

4.5 L和6.7 L車用電控柴油機推薦使用CH4潤滑油。但是，考慮到終端用戶可能使用CF4低牌號潤滑油，因此安排1臺道路試驗車輛（2#車）采用CF4潤滑油進行道路試驗，采集潤滑油樣本數(shù)量較少，分析數(shù)據(jù)僅作為參考分析。

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

4 潤滑油濾清器更換

目前，發(fā)動機潤滑油濾清器也是隨潤滑油一起更換的。如果潤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車用電控柴油機推薦使用的帶專用濾紙的潤滑油濾清器可滿足20 000公里的更換周期，而其它機械柴油機用潤滑油濾清器不能滿足這個要求。

5 結論

（1）4.5 L和6.7 L車用電控柴油機使用推薦的CH4-15W/40潤滑油時，在常用典型工作循環(huán)（城市工況、高速工況、國道工況）下，潤滑油更換里程可以延長到20 000公里。

（2）4.5 L和6.7 L車用電控柴油機使用 CF4-15W/40潤滑油時，在常用典型工作循環(huán)（城市工況、高速工況、國道工況）下，潤滑油更換里程可以延長到14 000公里。但是不推薦。

（3）4.5 L和6.7 L車用電控柴油機的潤滑油更換里程延長到20 000公里時，推薦使用帶專用濾紙的潤滑油濾清器。

［1］立成.發(fā)動機為什么要定期更換機油［J］.汽車與配件，2003，33：2.

［2］李朋.發(fā)動機機油的合理更換［J］.汽車實用技術，2003，4：2-3.

［3］楊連生.內燃機設計［M］.北京:中國農業(yè)機械出版社，1981.