[燃油稀释对城市公交车发动机润滑油粘度和磨损性能的影响] 润滑油粘度调和计算

　　摘要：对多组柴油机油城市公交车实车使用试验样品粘度的变化及引起这种变化的原因，特别是燃油的稀释进行了叙述，同时分析了由于发动机在用油粘度降低增加的磨损。通过实车使用试验数据的说明及本文的分析，提出了在选用城市公交车发动机润滑油粘度时应注意的问题。
　　关键词：行车试验；粘度；燃油稀释；磨损
　　中图分类号：TE626.32 文献标识码：A
　　
　　0 前言
　　
　　中国石油大连润滑油研发中心近几年进行了多次高质量等级柴油机油的城市公交车实车使用试验。在城市公交车实车使用试验安排上确定了深圳和大连两地。深圳和大连经济比较发达，城市公交车使用的发动机基本处于世界先进水平，而且在地理上这两个城市分别处于我国的南方及北方，因此试验具有说明性及代表性。
　　进行城市公交车实车使用试验的目的一方面为更好的了解中国石油润滑油公司及中国石油大连润滑油研发中心新研制油品的使用性能，另一方面也对城市公交车发动机用油在其特殊的使用工况条件下进行更全面、深入、细致的了解，以便更好地满足城市公交车发动机润滑油的使用要求。
　　繁华大城市的公交车由于站点多，十字路口多，起动频繁，较多时间处于怠速、启步提速工况下，燃油不完全燃烧稀释机油的情况发生的较为普遍，其结果使使用中的发动机油粘度下降，粘度下降不仅使机油提前报废而且使发动机的磨损增加。
　　使用低粘度等级的润滑油是为发动机更易启动，并避免较大粘度的润滑油在运行中产生更大的阻力，达到节能降耗的目的，但是如果燃油的稀释降低了使用中机油的粘度，并由此增加了磨损，显而易见，这不仅增加了动力消耗，而且影响设备的安全运行。本文通过对城市公交车实车使用试验的数据分析，提出了城市公交车发动机润滑油应使用的理想粘度等级。
　　
　　1 试验
　　
　　分别在深圳进行了中国石油大连润滑油研发中心研制的昆仑CF-4 15W/40、CH-4 15W/40柴油机油及昆仑CI-4 15W/40、CI-4+ 15W/40柴油机油两轮实车使用试验，在大连进行了昆仑道依茨专用油与CH-4国外参比油的实车使用对比试验。
　　1．1 深圳实车试验
　　1．1．1 昆仑CF-4、CH-4柴油机油实车试验
　　于2005年2月至6月在深圳公交公司做了昆仑CF-4 15W/40、CH-4 15W/40柴油机油新型客车的实车使用试验。
　　(1)试验车辆及发动机
　　试验车辆选用深圳公交公司的35路、202路全部营运车辆，共40台车。试验车辆发动机均采用燃油直喷，涡轮增压技术，其中202路车辆发动机还采用废气再循环（EGR）技术。试验车辆发动机主要参数见表1。
　　
　　（2）试验油品
　　试验油品是中国石油大连润滑油研发中心研制的CF-4 15W/40、CH-4 15W/40柴油机油，其主要技术指标分析数据见表2。
　　
　　1.1.2 昆仑CI-4、CI-4+柴油机油实车试验
　　于2006年5月19日至11月7日在排放要求较高的深圳公交公司（2008年达到欧Ⅲ排放）的新款客车上进行昆仑CI-4、CI-4+ 柴油机油的实车使用试验。
　　(1)试验车辆及发动机
　　试验车辆选用深圳公交公司111路苏州金龙大客车，该车型安装了2003款美国原装康明斯发动机，发动机主要技术参数见表3。
　　
　　(2)试验油品
　　 试验油品是中国石油大连润滑油研发中心研制的昆仑CI-4 15W/40、CI-4+ 15W/40柴油机油，理化指标见表4。
　　
　　
　　1．2 大连实车试验
　　2006年12月14日至2007年4月10日，在大连公交公司使用昆仑道依茨专用油与CH-4国外参比油进行实车使用对比试验。
　　1．2．1 试验车辆及发动机
　　试验车辆为大连公交公司19路10辆装有最新款道依茨发动机营运车辆。发动机参数见表5。
　　1．2．2 试验油品
　　使用昆仑道依茨专用油10W/40与CH-4 10W/30国外参比油进行实车使用对比试验，试验油品主要理化分析结果见表6。
　　
　　2 试验结果与讨论
　　通常润滑油的实际使用试验样品需采用理化分析和元素分析相结合的方式，主要分析项目有粘度、石油醚不溶物、酸值、碱值、烟炱含量、氧化值和硝化值以及金属元素含量等，在本文中我们仅针对粘度的变化和引起粘度变化的燃油稀释以及磨损金属元素的分析结果进行讨论。
　　2．1 试验油品粘度变化
　　2．1．1 昆仑CF-4、CH-4柴油机油实车试验样品
　　由于试验车辆较多，随机从中选4台车辆采集油样，从运行2000 km开始，以后每1000 km采集一次。超过1.5万 km时，采集周期缩短为500 km。
　　试验油品的粘度变化基本可反映油品氧化衰变的程度、添加剂的热分解及粘度指数改进剂、降凝剂的剪切、热降解的变化。试验油品的粘度变化情况见图1、图2。
　　
　　CF-4柴油机油粘度变化幅度很小，CH-4柴油机油行驶1.6万km后粘度明显增长，在行驶2.2万 km时，变化幅度高达8.75%～37.5%，这与EGR装置及高压共轨燃油直喷有关，由于烟炱、柴油机热负荷过高引起粘度增长。
　　本次试验基本没有出现燃油稀释润滑油的情况，这与试验车辆的运行工况有关，特别是CH-4油的202路起点为沙头角的环城观光旅游车，坡路多，连续行驶约1 h，不同于一般的城市公交车运行工况。
　　2．1．2 昆仑CI-4、CI-4+柴油机油实车试验样品
　　试验车辆运行2000 km后开始采集油样，试验油品的粘度变化情况见图3、图4。从图中看出，试验中有的油品粘度变化较大，达到换油指标，行驶至1.5万 km时便中途退出试验，其中CI-4柴油机油试验车辆退出4台，CI-4+柴油机油试验车辆退出1台。分析其原因一方面是油中粘度指数改进剂受到强剪切作用；另一方面是试验车辆站点多，十字路口多，起动频繁，发动机在低速工况及怠速工作时间较多，导致燃油雾化不良，机油被柴油稀释。
　　
　　2．1．3 大连实车试验样品
　　本次试验，每4000 km采集油样，其中D12、D22、D24、D37、D41号车为昆仑道依茨专用油，H25、H26、H29、H33、H52号车为CH-4国外参比油。H29、H52被提前放出，采样三次，其余样品试验期间采样四次，粘度检测如图5，并与新油进行对比。
　　试验油品粘度变化呈明显下降趋势，说明除粘指剂受剪切发生降解外，还因公交车冷启动、怠速工况较多，燃油不完全燃烧，发生了燃油稀释，而烟炱、氧化引起粘度上升并不是主要因素。
　　
　　2．2 试验样品燃油稀释分析
　　从上面几组城市公交车发动机用润滑油的实车试验数据的粘度检测结果分析得出繁华大城市的公交车由于站点多，十字路口多，起动频繁，较多时间处于怠速、启步提速工况下，燃油不完全燃烧稀释机油的情况发生的较为普遍，是使用中的城市公交车发动机油粘度下降的一个重要原因。对深圳实车试验的样品进行气相色谱分析得出，行车1万 km时，多数CI-4油中燃油含量高达15%~18%，闭口闪点也降至170~180 ℃，其中43#CI-4柴油机油1000 km样品气相色谱图见图6。在大连公交公司进行的实车试验，试验油品被燃油稀释的情况发生的也很普遍，图7与图8分别为其中一昆仑道依茨专用油和CH-4国外参比油的样品色谱分析图。
　　从色谱图中色谱峰的比较看，在大连进行的实车试验油品被燃油稀释的程度不如在深圳进行的CI-4、CI-4+柴油机油实车试验样品严重，因此除发动机工况外环境温度也是引起燃油稀释机油的一个原因。因为在大连进行实车试验的时间为2006年12月14日至2007年4月10日，这期间为冬季和早春，而在深圳进行昆仑CI-4、CI-4+柴油机油实车试验的时间为2006年5月19日至11月7日，试验期间正是深圳的夏季，机油被柴油稀释严重，导致多台车中途换油。
　　在大连进行实车试验时昆仑道依茨专用油同CH-4国外参比油被燃油稀释的程度相当，但由于CH-4国外参比油的粘度等级为10W/30被燃油稀释后粘度太低，满足不了使用要求，H25、H29被中途换掉。
　　燃油稀释会降低机油的粘度及润滑特性，引起润滑不良，如不及时换油，易造成烧瓦拉缸之类严重事故。
　　
　　2．3 磨损金属元素对比分析
　　通过对大连公交公司实车试验使用的昆仑道依茨专用油及CH-4国外参比油样品进行ICP发射光谱分析，测得了试验样品中相关磨损金属元素含量。其中Fe、Pb的变化见图9、图10。H29及H52被公交公司提前放掉，运行期间只采样三次。
　　
　　
　　从图9、图10可见，试验期间前三次采集的样品昆仑道依茨专用油与CH-4国外参比油中Fe、Pb的含量比较接近，但第四次采集到的CH-4国外参比油三个样品中H26的Fe含量偏高，H25、H26的Pb含量偏高，而另外两车辆H29及H52在用油被公交公司提前放掉。
　　在大连公交试验使用的昆仑道依茨专用油及CH-4国外参比油为相同质量等级不同粘度等级的油品， CH-4 10W/30国外参比油为OEM推荐用油，昆仑道依茨专用油粘度等级为大连研发中心对试验车辆发动机工况分析后所确定。由于CH-4 10W/30国外参比油为OEM推荐用油，上述试验结果应为异常，通过分析可以认为CH-4 10W/30国外参比油在试验车辆工况下由于发动机润滑油受到燃油稀释与相同工况下的10W/40粘度等级的昆仑道依茨专用油相比粘度过低，试验后期磨损加快，满足不了使用要求。
　　
　　3 结束语
　　
　　润滑油选用时应综合考虑实际使用设备的工作条件（即工况）和机械设备制造厂商说明书指定或推荐的以及润滑油制造厂商规定或推荐的油品。实际中最常被采用的是机械设备制造厂商说明书指定或推荐的油品, 认为这样最保险，但事实上是不科学的，这样选油存在极大隐患。从进行的一系列柴油机油公交车实车试验可以看出繁华大城市的公交车由于站点多，十字路口多，起动频繁，较多时间处于怠速、启步提速工况下，燃油不完全燃烧稀释柴油机油的情况发生的较为普遍，其结果使使用中的柴油机油粘度下降，粘度下降会引起润滑不良，使柴油机油提前报废，如不及时换油会使发动机的磨损增加，易造成烧瓦拉缸之类严重事故。因此建议在选用城市公交车发动机润滑油粘度时注意如下：
　　设备用油要考虑环境和设备工况，而不仅仅是OEM推荐，另一方面OEM更应该认真研究设备用油情况，对同一型号设备根据不同的使用环境和设备工况推荐合适的油品。10W/30粘度等级的多级柴油机油具有良好的低温性能，在一些应用场合不仅可以满足发动机的使用要求还可以起到节能降耗的作用，但由于油中加入较多粘指剂，使用时粘度下降较大，在城市公交车的特殊工况下易造成燃油稀释，造成燃油稀释后不仅缩短了发动机油的使用寿命，而且还会加重发动机的磨损，而选用10W/40或15W/40粘度等级的油品相对来说则可以减轻燃油稀释带来的后果，使油品的使用效能充分发挥，提高车辆运行可靠性。因此，繁华大城市公交车发动机润滑油不应采用30或30以下粘度等级的单级或多级柴油机油，应以10W/40或15W/40柴油机油为主，夏季应采用不加或少加粘指剂的40单级柴油机油，特别是在我国南方地区的繁华城市公交车辆在夏季更应采用不加或少加粘指剂的40单级或20W/50多级柴油机油，只有这样才能降低发动机因燃油稀释带来的问题，减少发动机磨损，保证车辆安全、稳定运行。
　　
　　THE INFLUENCE OF DIESEL ENGINE OIL DILUTED BY DIESEL OIL ON THE VISCOSITY AND WEAR PROPERTY OF DIESEL ENGINE OIL FOR URBAN BUS
　　DENG Guang-yong，CUI Guang-shu, WANG Cheng-gong
　　(PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute, Dalian 116032, China)
　　Abstract:The viscosity change of oil samples in field tests of diesel engine oil for urban bus is described and the reason especially diesel engine oil diluted by diesel oil is presented also. At the same time, the wear augmentation of engine caused by oil viscosity degradation is analyzed. Finally, some proposals on selecting viscosity of diesel engine oil for urban bus are put forward.
　　Key Words:field test; viscosity; diesel engine oil diluted by diesel oil; wear