CJ-4-15W40级柴机油在北京公交车辆上的应用

/r/n7/r/n一、/r/n引言/r/n随着/r/n工业社会和经济的不断/r/n发展/r/n和进步/r/n,/r/n/r/n汽车在/r/n全世界/r/n范围内已越来越普及，汽车尾气排放的/r/n污染物/r/n也成为威胁人们赖以生存的环境的主要/r/n原因之一，人们开始不断重视汽车尾气排放污染物，世界各国相继出台了严格的汽车尾气排放标准。目前，欧洲已于2009年9月1日实施欧/r/nⅤ/r/n排放标准，美国已于2004-2009年逐步/r/n执行/r/nEPA/r/n

/r/n2010排放标准/r/n，/r/n我国已于2007年/r/n7/r/n月1日起正式实施欧/r/nⅢ/r/n排放标准，而北京已于2013年3月1日起在全国率先开始执行第五阶段（欧/r/nⅤ/r/n）机动车排放标准/r/n。随着上述法规的实施，迫使发动机制造商不断提高发动机机内净化技术的同时，不断研究和开发降低尾气排放的新型技术，如发动机电控系统、废气再循环系统（EGR）、尿素后处理系统（SCR）、三元催化还原系统、氮氧化合物捕积器（LNT）及颗粒捕捉器（DPF）等后处理技术，以使其发动机满足最新排放法规的要求，然而，采用这些后处理技术对柴油发动机机油提出了更高要求，特/r/n别要求对油品中的硫、磷和硫酸盐灰分含量进行限制，以减少其对发动机后处理装置的不良影响，为满足这些新型柴油发动机的润滑需求，降低重负荷柴油发动机尾气中颗粒物和氮氧化物（NO/r/nx/r/n）的排放，美国石油学会推出了新一代柴油发动机润滑油标准APICJ-4，规定了硫含量（/r/n≤/r/n0.4%）、磷含量（/r/n≤/r/n0.12%）和硫酸盐灰分含量（/r/n≤/r/n1.0%）。/r/n为了满足北京公交车辆欧/r/nⅣ/r/n、/r/nⅤ/r/n排放标准的发动机润滑需求，考察/r/n“/r/n莱克/r/n”/r/n、/r/n“/r/n长城/r/n”/r/n二/r/n个厂家的/r/n生产的/r/nCJ-415W/40柴机油在/r/n公交/r/n欧三、欧四柴油发动机/r/n上/r/n的适用性、换油周期及燃油消耗/r/n，北京公交/r/n集团于2010年11月至2012年4月对上述二个厂家提供的CJ-4级柴机油进行了为期1年半6万公里的行车试验，以监测上述型号机油在使用过程中的衰变、抗氧化、污染和发动机磨损状况。/r/n二/r/n、/r/nCJ-4/r/n柴/r/n机油/r/n简介/r/n1.性能特点/r/n（1）/r/n有效分散烟灰及沉积物，控制发动机油泥和活塞环沉积物，保证发动机清洁，降低摩擦磨损引起的动能损失/r/n。/r/n（2）/r/n采用高黏度指数基础油配以功能极强的抗氧化添加剂，保证优异的高温抗氧化性能，降低高温油泥和高温沉积物对发动机腐蚀、磨损造成的影响，能在高温下给发动机提供更有效的保护，延长发动机的使用寿/r/n命/r/n。/r/n（3）/r/n可为采用废气再循环装置（/r/nEGR/r/n）或有柴油颗粒过滤器（/r/nDPF/r/n）等技术的环保柴油发动机提供有效保护，满足欧/r/nIV//r/n欧/r/nV/r/n排放要求/r/n。/r/n（4）/r/n超低的蒸发损失，有效改善高温条件下因机油的蒸发对燃料经济性能、油耗、尾气排放及发动机磨损的影响/r/n。/r/n（5）/r/n良好的橡胶相容性，有效保护密封材料，防止泄漏/r/n。/r/n2./r/n技术规格/r/n及应用范围/r/n（1）技术规格为/r/nAPICJ-4/r/n，主要型号有/r/nSAE5W-40/r/n、/r/n10W-40/r/n、/r/n15W-40/r/n。/r/n（2）/r/n适用于采用废气再循环装置（/r/nEGR/r/n）或者带有柴油颗粒过滤器（/r/nDPF/r/n）的各种进口柴油发动机驱动的所/r/n有载重车型/r/n。/r/n（3）/r/n也适用于没有装配/r/nEGR/r/n或/r/nDPF/r/n的各种进口或国产柴油发动机驱动的车辆/r/n。/r/n（4）/r/n适用于采用其它新技术的满足欧/r/nⅢ/r/n、/r/n欧/r/nIV/r/n排放法规的高速四冲程柴油发动机/r/n。/r/n（5）/r/n适用于要求使用/r/nCJ-4/r/n、/r/nCI-4+/r/n、/r/nCI-4/r/n、/r/nCH-4/r/n、/r/nCG-4/r/n、/r/nCF-4/r/n等级别机油的发动机/r/n。/r/n3.试验产品及/r/n典型数据/r/n试验产品为/r/n“/r/n莱克/r/n”/r/nCJ-415W/40/r/n和/r/n“/r/n长城/r/n”/r/nCJ-415W/40/r/n二种型号的/r/n柴机油/r/n，主要理化性能指标/r/n见表1/r/n：/r/n表1/r/n试验机油性能指标/r/n厂家/r/n型号/r/n项目/r/n质量指标/r/n莱克/r/nCJ-4/r/nSAE黏度级别/r/n15W-40/r/n运动黏度（/r/n100/r/n℃/r/n15.09/r/n闪点（开口）/r/n℃/r/n230/r/n倾点/r/n℃/r/n-34/r/n高温高剪切粘/r/n度（/r/n150/r/n℃/r/n4.1/r/n磷含量（质量分数），%/r/n0.108/r/n硫含量（质量分数），%/r/n0.38/r/n机油杂质/r/n0.005/r/n低温动力粘度，mPa.s/r/n6450/r/n低温泵送粘度，mPa.s/r/n28500/r/n长城/r/nCJ-4/r/nSAE黏度级别/r/n15W-40/r/n运动黏度（/r/n100/r/n℃/r/n15.16/r/n闪点（开口）/r/n℃/r/n230/r/n倾点/r/n℃/r/n-34/r/n高温高剪切粘度（/r/n150/r/n℃/r/n4.1/r/n磷含量（质量分数），%/r/n0.108/r/n硫含量（质量分数），%/r/n0.38/r/n从/r/n表1/r/n可见，两种型号的CJ-4级机油只有运动粘度数值存在一定差别，其他各项指标基本一样，符合CJ-4级别机油标准。/r/n三/r/n、/r/n试验条件与过程简述/r/n1./r/n试验柴油发动机型号及车辆信息/r/n试验/r/n柴油发动机型号为意大利/r/n依维柯F4BE0682H*C欧三柴油发动机，/r/n试验车辆10部，运营路线为/r/n300路快外环/r/n、/r/n300路快内环/r/n和/r/n621路，/r/n车型为黄海牌/r/nDD6180S01/r/n，车辆编号/r/n为840037、84058、84059、84047、84066/r/n、/r/n84006、84007、84009、84010、84011。运行公里/r/n约/r/n45万公里/r/n。/r/n2./r/n试验方法/r/n及过程/r/n此次试验主要依据/r/n《柴油机油换油指标》/r/n（/r/nGB/T7607-2010/r/n）、/r/n《关于北京公交CJ-415W/40柴油机润滑油行车试验方案》/r/n进行，试验前/r/n对发动机原机油进行取样/r/n和测试，利用试验油清洗发动机，更换机油滤清器、柴油滤清器和空气滤清器，并利用/r/n内窥镜/r/n对发动机内部磨损情况进行检测，完成0公里机油取样，且当车辆运行3万公里时再次更换机油滤清器；试验/r/n开始后，按照/r/n1./r/n5万公里/r/n、2.25万公里、/r/n3万公里/r/n、3./r/n5万公里/r/n、/r/n4万公里/r/n、4./r/n5万公里/r/n行驶里程完成车辆油样的取样和分析，做好油耗和故障情况的统计和分析。/r/n当达到试验要求的里程或者润滑油理化性能指标达到换油指标时，停止试验。/r/n3./r/n试验考察项目/r/n本次试验主要对油样的100/r/n℃/r/n运动黏度、水分、总碱值、酸值、闪点、燃油稀释、戊烷不溶物、氧化值、硝化值、烟炱和磨损元素等指标进行监测和分析，同时通过内窥镜对车辆发动机内部磨损、积碳情况及燃油消耗进行跟踪，计算万公里燃油消耗，分析该型机油是否能起到节能作用。/r/n四/r/n、试验结果与/r/n分析/r/n1.油品抗氧化性分析/r/n润滑油在试验过程中的抗氧化性主要体现在粘度增长方面/r/n，运动粘度是评价柴机油油品油膜厚度和流动性能的重要指标。在发动机运作过程中，一方面由于剪切作用和燃料油窜入曲轴箱使得润滑油粘度下降。另一方面由于润滑油不断氧化变质，油品粘度增加。/r/n粘度过高时，发动机尤其是冷启动困难，加剧发动机磨损，造成发动机功率损失；粘度过低时，油膜强度不够会增加摩擦损失。/r/n图1为油品100/r/n℃/r/n粘度变化率（%）随行驶里程变化图。/r/n从/r/n图1/r/n可见，在行车试验过程中/r/n，/r/n油品粘度变化趋/r/n势基本相同，粘度都是先下降后增高，/r/n这是由于实验开始后，油品受到剪切作用和燃料窜入曲轴箱，造成粘度下降，随后由于油品的氧化，油品粘度开始缓慢增长。在3万公里的行车试验里程中，10部试验车辆油样100/r/n℃/r/n运动粘度变化最大为/r/n±/r/n21%，没有超过换油指标（GB/T7607-2010）中规定的/r/n±/r/n25%，3万公里-4.5万公里后，油品粘度变化最大达到/r/n±/r/n281.51%，远超换油指标规定，/r/n说明/r/n两种/r/n机油基本满足3万公里/r/n行车试验/r/n要求。/r/n2.油品碱值保持性和酸中和性分析/r/n燃料燃烧过程中会生成一些酸性物质，这些物质会随/r/n燃料窜入润滑油中，导致油品碱值迅速下降，对金属/r/n特别是铁、铜造成腐蚀，此外这类酸性物质可以引起并促进发动机活塞环和气缸壁的腐蚀磨损，因此发动机/r/n机油必须具有良好的碱值保持和酸中和能力。图2和图3是油品在试验过程中碱值和碱值保持性变化图，图4是油品在试验过程中酸值变化图。/r/n从碱值变化曲线图可以看出，油品在4.5万公里的行车试验过程中，/r/n10部车辆/r/n油样最低碱值保持性为68.3%，符合换油指标规定/r/n碱值下降不低于50%或小于1/r/n的标准/r/n，说明/r/n两种/r/n油品/r/n均/r/n具有较好的酸中和能力和碱值保持性。/r/n从图4油品酸值变化曲线（酸值增加值）可以看出，油品在行车试验过程中，酸值均随试验时间增加而缓慢增长，10部车辆试验油样的酸值增加值最大为1.91mgKOH/g，/r/n满足换油指标规定/r/n的酸值增加值不大于2mgKOH/g限值/r/n，说明两种油品均具有较好的酸中和能力/r/n。/r/n3.油品抗磨损性能分析/r/n发动机润滑油中铁、铜、铝、硅等金属元素来源于发动机部件的磨损。正常情况下，随着行车里程/r/n数的增加，机油中的金属含量会平稳增加，当金属含量突然增加时，可能是发动机的某些部件发生了异常磨损。润滑油的抗磨损性主要体现在各金属元素含量的增长上，图5～图8是油品在行车试验过程中铁、铜、铝、硅等元素随里程变化的趋势图。/r/n从图5可以看出，油品中的铁元素随试验时间的增加而增加。在4/r/n./r/n5/r/n万/r/n公里的试验过程中，/r/n油品中铁元素含量随试验时间增加而增加。在3万公里/r/n时/r/n，铁元素含量达到253/r/nm/r/ng//r/nkg/r/n,超过了换油指标规定/r/n150mg/kg标准，3万公里后，铁元素/r/n含量最大值达到320mg/kg，说明/r/n莱克/r/n油品/r/n在/r/n3万公里后，抗磨损性能下降，需及时更换机油。/r/n从图6可以看出，油品中铜元素变化趋势基本一致，均随试验时间的增加而缓慢增长，试验中铜含量绝对值较小，最大含量为/r/n15mg/kg，未超过换油标准规定的50mg/kg限值。/r/n从图7可以看出，油品在整个行车试验过程中铝元素变化趋势/r/n，均随时间缓慢增长，当行车试验达到3万公里时，油品中铝含量最大/r/n值达到40mg/kg，超过换油标准规定的30mg/kg，3万公里后，铝最大含量达到了45mg/kg，远超换油标准规定，说明长城油品在3万公里后，油品抗磨损性能开始下降，需及时更换机油。/r/n从图8可以看出，油品中硅元素变化趋势基本一致，均随试验时间的增加而缓慢增长，试验中硅最大含量为22mg/kg，未超过换油标准规定的30mg/kg限值。/r/n综合以上分析，上述两种型号的油品抗磨损性能能够满足发动机正常运行3万公里润滑需求，超过3万公里/r/n后，需及时更换机油。/r/n4.油品闪点、水分和戊烷不溶物/r/n分析/r/n闪点反映了机油的燃油稀释度，导致燃油稀释的可能原因是活塞与活塞环的磨损。戊烷不溶物主要是机油氧化最终生成的氧化沉积物，同时也包括灰尘等外来污染物/r/n。在机油性能良好和发动机运作正常时，一般只对换油周期中最后一个油样的闪点和戊烷不溶物进行分析。表2为试验里程与油品闪点、水分和戊烷不溶物检测结果。/r/n车辆编号/r/n试验里程.万公里/r/n闪点./r/n℃/r/n水分.%/r/n戊烷不溶物.%/r/n84037/r/n4.5/r/n>190/r/n0.1/r/n0.2/r/n84047/r/n4.5/r/n>190/r/n0.1/r/n0.1/r/n84066/r/n4.5/r/n>190/r/n0.1/r/n0.1/r/n84058/r/n4.5/r/n>190/r/n0.1/r/n0.28/r/n84059/r/n4.5/r/n>190/r/n0.1/r/n0.3/r/n84066/r/n4.5/r/n>190/r/n0.1/r/n0.18/r/n84007/r/n4.5/r/n>190/r/n0.09/r/n0.1/r/n84009/r/n4.5/r/n>190/r/n痕迹/r/n0.18/r/n84010/r/n4.5/r/n>190/r/n0.05/r/n0.12/r/n84011/r/n4.5/r/n>190/r/n0.1/r/n0.14/r/n由表2可见，试验结束时，油样闪点均大于190/r/n℃/r/n，远高于换油标准规定的160/r/n℃/r/n；戊烷不溶物含量最大值为0.3%/r/n，远小于/r/n换油标准规定的3%限值，/r/n说明油品抗氧化抗腐性很好，水分含量最大值为0.1%，未超过换油标准规定的0.2%限值。综合分析可知，上述油品可满足发动机运行3万公里润滑需求。/r/n5./r/n油耗分析/r/n从图8/r/n阶段性燃油消耗/r/n看/r/n，/r/n燃油消耗基本维持在35～40升/百公里。/r/n10部试验车辆的平均油耗为37.41升/百公里，未试验前10部车辆平均油耗为37.75升/百公里，由此可见，使用该型柴机油后，可节省燃油0.9%。/r/n五/r/n、结论/r/n1.上述两种型号的CJ-4柴机油能有效中和燃料/r/n产生的酸性产物，具有较好的酸中和能力和碱值保持性