小松裝載機(jī)用柴油機(jī)油的研制與應(yīng)用

段況華，金鵬，湯仲平

(中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

小松是世界第二大工程機(jī)械制造商，其裝載機(jī)在中國(guó)市場(chǎng)廣泛使用。小松裝載機(jī)配套使用的柴油機(jī)油為小松專用機(jī)油，但由于小松專用機(jī)油售價(jià)較高，因而目前小松裝載機(jī)除使用小松專用機(jī)油之外，部分小松裝載機(jī)使用市售CI-4普通柴油機(jī)油[1]，但在使用過(guò)程中出現(xiàn)抗氧化性差、黏度增長(zhǎng)過(guò)快等問(wèn)題，影響了裝載機(jī)的使用效率。

針對(duì)小松裝載機(jī)目前的用油現(xiàn)狀和存在問(wèn)題，市場(chǎng)上希望有一款柴油機(jī)油產(chǎn)品能夠替代小松專用機(jī)油，滿足小松裝載機(jī)的使用。項(xiàng)目組以水楊酸鹽為主清凈劑的配方體系，研制的CI-4 15W-40柴油機(jī)油綜合性能好，特別是在抗氧化性、高溫清凈性等方面性能優(yōu)異，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究證明能夠滿足小松裝載機(jī)的用油要求。

1 小松裝載機(jī)用油要求和油品研制

小松裝載機(jī)因使用工況復(fù)雜，負(fù)載重等工作特點(diǎn)[2]，其用油要求有別于普通商用車，要求油品在具有良好的分散性、抗磨損性和抗腐蝕性等基礎(chǔ)上，尤其要具有優(yōu)異的抗氧化性和高溫清凈性[3]，因此在小松裝載機(jī)油品研制中需要著重考慮油品的抗氧化性和高溫清凈性。水楊酸鹽清凈劑具有良好的高溫清凈性、酸中和能力和一定的低溫分散、抗氧抗腐蝕性能及與其他添加劑有良好的協(xié)同作用等特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，由于水楊酸鹽分子極性強(qiáng)、高溫清凈性好，對(duì)于負(fù)荷重、活塞溫度高的柴油機(jī)頂環(huán)槽充炭和頂環(huán)臺(tái)重炭具有極好的清凈作用；同時(shí)水楊酸鹽體系的油品抗氧化性相對(duì)較好[4]。所以，項(xiàng)目組采用了以水楊酸鹽為主清凈劑的配方體系，使研制的油品在滿足CI-4 15W-40要求的基礎(chǔ)上，具有優(yōu)異的抗氧化性能和高溫清凈性。研制的CI-4 15W-40油品程序ⅢF臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果和通過(guò)指標(biāo)見(jiàn)圖1；利用強(qiáng)化的TEOST MHT模擬活塞清凈性方法(36 h強(qiáng)化試驗(yàn))對(duì)某市售CI-4 15W-40油品和研制的CI-4 15W-40油品進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖1 程序ⅢF臺(tái)架中氧化引起的油品黏度增長(zhǎng)

圖2 TEOST MHT試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可見(jiàn)，研制的CI-4 15W-40的通過(guò)指標(biāo)為黏度增長(zhǎng)不大于275%，而研制油品的黏度增長(zhǎng)僅為23.3%，抗氧化性能優(yōu)異；從圖2中TEOST MHT試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，某市售CI-4 15W-40油品沉積物重為59.86 mg，研制油品的沉積物重為18.63 mg，研制的CI-4 15W-40油品具有更加優(yōu)異的高溫清凈性能。

2 研制油品在小松裝載機(jī)上的應(yīng)用

柴油機(jī)油在實(shí)際推廣中面臨著發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)不同，使用工況和環(huán)境多變的情況，尤其是工程機(jī)械用油，對(duì)客戶選油造成一定的障礙，使用試驗(yàn)已作為柴油機(jī)油推廣中驗(yàn)證油品實(shí)際使用性能的重要手段。通過(guò)使用試驗(yàn)，一方面可以判斷選用的油品是否適合于工作車輛；另一方面可以最大限度地發(fā)揮油品的使用性能，延長(zhǎng)車輛使用壽命，優(yōu)化換油期，減少機(jī)械故障，提高經(jīng)濟(jì)性等。使用試驗(yàn)中通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程油品的運(yùn)動(dòng)黏度、酸值、堿值、金屬磨損元素和硅含量等項(xiàng)目的檢測(cè)來(lái)監(jiān)控使用的油品和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況，運(yùn)動(dòng)黏度、酸值、堿值反映油品性能變化情況，金屬磨損元素含量反映發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部機(jī)件磨損狀況，硅含量反映油品是否存在外界異物的混入情況[5]。

2.1 試驗(yàn)概述

本次試驗(yàn)是在小松WA380-6裝載機(jī)上分別裝載某市售CI-4 15W-40、研制CI-4 15W-40和小松專用機(jī)油，運(yùn)行350 h。分別按照0 h、100 h、200 h、350 h的時(shí)間節(jié)點(diǎn)采集油品，按照要求對(duì)采集油品進(jìn)行分析檢測(cè)，監(jiān)測(cè)油品性能變化趨勢(shì)和發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部工作狀況，以驗(yàn)證研制CI-4 15W-40的實(shí)際使用情況。

2.2 試驗(yàn)油品

研制CI-4 15W-40油品理化分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 研制CI-4 15W-40油品理化分析數(shù)據(jù)

2.3 試驗(yàn)車輛

小松WA380-6裝載機(jī)試驗(yàn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)配置見(jiàn)表2。

表2 小松WA380-6裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)配置

2.4 油品檢測(cè)項(xiàng)目及試驗(yàn)方法

油品檢測(cè)項(xiàng)目及試驗(yàn)方法見(jiàn)表3。

表3 油品檢測(cè)項(xiàng)目及試驗(yàn)方法

2.5 試驗(yàn)結(jié)果與討論

對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中油品的運(yùn)動(dòng)黏度、酸值、堿值、金屬磨損元素和硅含量等進(jìn)行檢測(cè)分析，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。

2.5.1 運(yùn)動(dòng)黏度

柴油機(jī)油在實(shí)際使用過(guò)程中的抗剪切、抗氧化等能力可通過(guò)運(yùn)動(dòng)黏度的變化程度來(lái)表征。在油品使用過(guò)程中，剛使用的新油受發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦副的剪切作用致使其運(yùn)動(dòng)黏度有一定的下降；其后隨著油品發(fā)生氧化以及煙炱的作用，使油品運(yùn)動(dòng)黏度緩慢回升，當(dāng)升高到一定程度時(shí)，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑不良，產(chǎn)生事故的可能性增大。本次試驗(yàn)油品運(yùn)動(dòng)黏度變化情況見(jiàn)圖3。

圖3 運(yùn)動(dòng)黏度變化情況

從圖3中可以看出，研制CI-4 15W-40和小松專用機(jī)油運(yùn)動(dòng)黏度變化趨勢(shì)平緩，沒(méi)有因剪切造成黏度大幅度下降和老化造成黏度大幅度上升，說(shuō)明油品具有穩(wěn)定的抗剪切和抗氧化性能，能夠很好地滿足試驗(yàn)車輛的潤(rùn)滑需求。而某市售CI-4 15W-40油品在200 h后運(yùn)動(dòng)黏度快速增加，油品黏度保持性能相對(duì)較差。

2.5.2 酸值

柴油機(jī)油總酸值的變化預(yù)示著其氧化衰變的程度。本次試驗(yàn)油品的酸值變化情況見(jiàn)圖4。

圖4 油品酸值變化情況

從圖4可以看出，研制CI-4 15W-40和小松專用機(jī)油在使用過(guò)程中酸值變化平穩(wěn)，沒(méi)有出現(xiàn)酸值的大幅度上升，說(shuō)明油品具有良好的抗氧化能力。而某市售CI-4 15W-40油品酸值在100 h后增速相對(duì)較快，說(shuō)明油品抗氧化能力與研制油和專用油相比有一定的差距。

2.5.3 堿值

柴油機(jī)油的堿值來(lái)源于油品中的堿性添加劑，其變化預(yù)示油品堿值儲(chǔ)備能力的變化，同時(shí)也反映油品清凈分散能力衰變的程度。本試驗(yàn)中某市售CI-4 15W-40油品、研制CI-4 15W-40和小松專用機(jī)油堿值變化情況見(jiàn)圖5。

圖5 油品堿值變化情況

從圖5可以看出，研制CI-4 15W-40和小松專用機(jī)油在使用過(guò)程中堿值變化平穩(wěn)，沒(méi)有出現(xiàn)堿值大幅度下降，說(shuō)明油品具有良好的堿保持能力。而某市售CI-4 15W-40油品堿值變化趨勢(shì)相對(duì)較大，在100 h后堿值下降速度相對(duì)較快。

2.5.4 金屬磨損元素

通過(guò)對(duì)在用柴油機(jī)油中金屬元素含量的監(jiān)測(cè)，可判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常，油品中金屬元素呈平穩(wěn)上升趨勢(shì)，如果金屬元素含量急劇增加則表明發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生了明顯的磨損。本試驗(yàn)中某市售CI-4 15W-40油品、研制CI-4 15W-40和小松專用機(jī)油金屬磨損元素變化情況見(jiàn)圖6～圖10。

圖6 鐵含量變化情況

圖7 鋁含量變化情況

圖8 銅含量變化情況

圖9 鉻含量變化情況

圖10 鉛含量變化情況

由圖6～圖10可見(jiàn)，研制CI-4 15W-40和小松專用機(jī)油金屬磨損元素含量變化平穩(wěn)，始終處于正常范圍，說(shuō)明油品具有優(yōu)異的抗磨損性能。而某市售CI-4 15W-40油品鐵含量在100 h之后快速增加，試驗(yàn)結(jié)束后鐵含量相對(duì)偏高，說(shuō)明油品抗磨損性能相對(duì)較差。

2.5.5 硅含量

硅含量變化情況見(jiàn)圖11。

圖11 硅含量變化情況

從圖11可以看出，油品硅含量變化趨勢(shì)平穩(wěn)，含量較低，說(shuō)明油品未受到外界污染。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，研制CI-4 15W-40和小松專用機(jī)油在試驗(yàn)中運(yùn)動(dòng)黏度、酸值、堿值、金屬磨損元素和硅含量變化趨勢(shì)平緩，研制CI-4 15W-40油品性能與小松專用機(jī)油相當(dāng)。并且從試驗(yàn)結(jié)束后，油品各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化程度可見(jiàn)，油品運(yùn)動(dòng)黏度、酸值、堿值、金屬磨損元素變化幅度不大，可以建議用戶適當(dāng)延長(zhǎng)換油期，提高油品使用經(jīng)濟(jì)性。某市售CI-4 15W-40油品黏度保持性能相對(duì)較差，使用過(guò)程中鐵含量變化趨勢(shì)相對(duì)較大，黏度增長(zhǎng)較快。

3 結(jié)論

(1)小松裝載機(jī)因使用工況復(fù)雜，負(fù)載重等工作特點(diǎn)，其用油要求有別于普通商用車，普通市售的CI-4機(jī)油不能滿足其潤(rùn)滑需求；針對(duì)小松裝載機(jī)的使用特點(diǎn)，以水楊酸鹽為主清凈劑，研制了具有優(yōu)異抗氧化性和高溫清凈性的CI-4 15W-40柴油機(jī)油。

(2)研制的CI-4 15W-40在小松WA380-6裝載機(jī)上試驗(yàn)效果良好，油液監(jiān)測(cè)結(jié)果與小松專用機(jī)油相當(dāng)，可以滿足小松WA380-6裝載機(jī)的潤(rùn)滑要求。