【轻负荷柴油发动机润滑特点及其润滑油规格发展】奔驰柴油发动机,负荷重

　　摘要：介绍了轻负荷柴油发动机的润滑特点：机油箱体积小，每升润滑油负载功率大，润滑油循环量大，热负荷和机械负荷都很高。分析了ACEA轻负荷柴油发动机油的规格发展以及评价体系：自1983年开始出现轻负荷柴油发动机油规格，至今已进行多次修改；评价柴油机油性能有3方面内容，高温清净性和环粘结台架试验、中温分散性台架试验以及磨损和粘度增长台架试验。最后介绍了我国发展柴油轿车的可行性和目前的生产现状，中国石油在轻负荷发动机油评价体系建立方面所做的研究工作。��
　　关键词：轻负荷柴油发动机；润滑油；评价方法
　　中图分类号：TE626.32 文献标识码：A��
　　
　　0 前言�
　　
　　柴油机在燃料型动力机械中，是最节省能源的。它比汽油机燃油有效利用率高出30%。科学技术的进步和制造水平的提高，使现代柴油机完全改变了过去的形象（体积大、噪音高、污染大、油耗高），现在它不仅具有高效、经济、有益环保及面向未来的特点，同时在高速性能、加速性能、操作性能、乘坐舒适性和噪音方面已经完全可以与汽油机相媲美。柴油轿车发动机对润滑油有特殊的要求，下面首先分析柴油轿车发动机油的特点，然后介绍柴油轿车发动机油规格发展状况及国内轻负荷柴油发动机油评价体系的建立情况。�
　　
　　1 柴油轿车发动机油的特点、规格发展及评价体系�
　　
　　1.1 柴油轿车发动机油的特点�
　　
　　柴油轿车的压缩比和升功率高，汽油轿车的压缩比在10∶1左右，而柴油轿车，以宝来为例，其压缩比达到19.1∶1，升功率为42.6 kW/L，而普通多缸重负荷柴油车的升功率在25 kW/L左右，如此高的压[CM(81.4mm]缩比和升功�率，导致机油的热负荷和机械负荷都非常高，要求柴油轿车发动机油的高温清净性要优于汽油轿车和重负荷柴油车。普通柴油车的转速是1400～1800 r/min，而柴油轿车的转速是普通柴油车的两倍多，达到4000 r/min，所以它的燃烧速度很快，并且柴油轿车中应用了EGR(废气再循环系统)，使大量的烟炱、未完全燃烧的燃料以及氮氧化物混入到润滑油中，要求润滑油的中温分散性高于多缸柴油发动机。柴油轿车涡轮增压器中废气的温度高达550～650 ℃，机油要润滑涡轮增压器的轴承，但是它的机油箱相对于多缸重负荷柴油机很小，每升机油要负载20 kW的功率，而重型柴油车一般是每升机油负载十几千瓦的功率，因此，柴油轿车机油热负荷大，循环量大，要求机油蒸发损失低、高温抗泡好和氧化后粘度变化小。柴油轿车发动机是在一个较高的温度下工作的，高温可能造成磨损，这就要求机油的抗磨损性能很好。总之，柴油轿车用油要综合汽油轿车发动机油和普通柴油发动机用油的优点，在平衡高温清净性、高温抗氧化性、高温抗磨性和中温分散性的同时，保证高温高剪切粘度、高温抗泡和蒸发损失的要求。�
　　
　　1.2 ACEA柴油轿车发动机油规格发展�
　　轻负荷柴油发动机油的规格主要由欧洲制定，1983年CCMC（欧洲共同市场汽车制造委员会）发布了第一个柴油轿车发动机油PD1规格，1989年发布了PD2规格，ACEA（欧洲汽车制造商协会）取代CCMC后，1996年发布了B系列柴油轿车发动机油规格，分别为B1、B2和B3，适用于非直喷轻负荷柴油发动机，其中B1有燃料经济性要求。以后每两年左右会重新制定或者修改规范，1998年增加了B4规格，它适用于直喷发动机，包含B3性能要求，2002年增加了B5规格，它适用于直喷发动机，有燃料经济性要求。2004年ACEA将汽油轿车发动机油规格（A系列）和柴油轿车发动机油规格（B系列） 合为一个规格即A/B系列，形成A1/B1、A3/B3、A3/B4和A5/B5四个规格，并颁布了适用于含有尾气催化转化装置的C系列润滑油，C1、C2和C3，规定了S、P含量，要求更低的硫酸盐灰分，其中C3规定了碱值含量。与ACEA 2002比较，A/B系列将B系列中的B2取消，将A、B规范结合，A、B发动机台架试验要求都做，2004规范修改稿中的中温分散性台架增加了DV4TD台架试验，与XUD11BTE可以选择其中一个，A/B规范与C规范的区别在于理化指标的要求有所不同，而台架要求相同。2007年ACEA颁布了新的规范，在A/B规范评价润滑油中温分散性的台架试验中去掉了XUD11BTE台架试验，只采用DV4TD台架试验，通过指标与2004规范相同，同时增加了C4规格，不但规定了碱值，而且要求更低的蒸发损失。2008年ACEA将对发动机油规范做大幅度修改。表1是ACEA B规范的部分理化性能要求。表2是ACEA C规范的部分理化性能要求。�
　　1.3 柴油轿车发动机油评价方法�
　　评价轻负荷柴油发动机油的抗氧抗磨性、清净性和分散性台架分别是OM602A、VW1.6TCD或VW1.9TDI、XUD11BTE或DV4TD。B1和B5还要求评价燃料经济性的台架试验MBM111，要求试验油燃料经济性比参比油RL191提高2.5%。表3列出了要求的台架试验。�
　　欧洲车速高、发动机转速高、比功率大，加上油箱较小，机油循环速度大，所承受的热负荷大，而且要求换油期长，要求轿车在行驶20万km仍能保证车的节能和排放性能，因此要求润滑油有良好的抗氧化、抗磨损性能。ACEA B规格中用五缸涡轮增压中冷2.5 L OM602A柴油机评价油品的抗氧抗磨性能，操作条件开开停停，中速、高速循环操作200 h。试验结束时要求油品的40 ℃粘度增长不大于90%，缸套抛光不大于7%，平均缸套磨损不大于15 μm，机油耗不大于10 L。��
　　由于柴油轿车的热负荷和机械负荷很高，内燃机所承受的苛刻度也很高。这种情况容易造成活塞粘环和高温沉积现象，ACEA柴油轿车规格中用VW 1.6TCD台架评价B1、B2和B3的高温清净性，参比油是RL148，适用于非直喷柴油轿车发动机；用VW1.9DI评价B4和B5的高温清净性，参比油是RL206，适应于直喷柴油轿车发动机。B1、B2和B3要求活塞高温清净性和环粘结评分大于RL148的评分；B4要求评分大于RL206减3分，无环粘结；B5要求评分大于RL206的评分，无环粘结。VW1.6TC D可以用VW1.9DI代替，通过标准与B4相同。VW1.9DI在试验过程中先运行30 min怠速，然后是150 min 4000 r/min的全负荷运行。如此循环，共运行54 h。�
　　油品的分散性主要体现在对烟炱的分散能力，烟炱是柴油不完全燃烧的产物，尤其是柴油机改为直喷后，喷油量增加，比功率提高，如果把柴油喷到缸壁上或与空气混合不好，都会因燃烧不完全而产生烟炱，窜到曲轴箱中，使润滑油变黑变稠，油滤堵塞，造成凸轮磨损。ACEA采用小柴油发动机XUD11BTE评价烟炱造成的柴油轿车发动机油的粘度增长，参比油为RL197，其排量为2.1 L，四缸，进气增压，中冷，有12个进排气阀。试验过程中每次循环先是2 min，1000 r/min，负荷为零，然后是27 min，4300 r/min，功率为81 kW，油温110 ℃，冷却液温度为100 ℃，进气温度为60 ℃，共运行75 h。B2要求3%的烟炱含量时试验油的粘度增长小于0.9乘RL197的粘度增长。B1、B3、B4和B5要求3%的烟炱含量时试验油的粘度增长小于0.5乘RL197的粘度增长。B1和B2活塞清净性评分大于RL197的清净性评分减6分。B3、B4和B5要求活塞清净性评分大于RL197的清净性评分。2007年的最新润滑油规范版本用DV4 TD发动机台架评价轻负荷柴油发动机油的中温分散性能，DV4 TD是一个带有废气再循环系统，高压共轨涡轮增压发动机，试验包括240个循环，每个循环30 min，4000 r/min的转速，中间有短暂怠速过程。�
　　
　　2 国内轻负荷柴油发动机生产状况及润滑油评价体系建立�
　　
　　2.1 国内轻负荷柴油发动机的机遇和生产状况�
　　中国汽车工业自1953年开始起步以来，经过50年的发展，现已成为汽车生产大国。2004年6月1日，国家发展改革委正式颁布实施《汽车产业发展政策》，在政策目标中表示2010年乘用车平均油耗要比现在降低15%，这将给中国柴油车的进化和发展带来很大发展机遇。据统计，截至2006年底，我国私人汽车保有量接近2200万辆，成为仅次于美国全球第二大新车市场。但是汽车行业的迅速发展给环境和能源带来了巨大压力。我国在未来10年内，要解决的突出问题就是能源和环境问题，从汽车方面考虑，要迫切解决的就是节能和环保。柴油车无论是在节能还是环保方面都要优于汽油车，从这个角度讲，柴油机比汽油机更符合中国国情。业内人士认为，目前我国汽车保有量每千人不到30辆，与世界平均每千人120辆相差甚远，汽车市场发展潜力巨大，特别是私人汽车消费，在未来20年将持续高速增长。不久的将来，我国个人购车必将成为汽车市场的消费主体，国民收入水平决定了汽车消费的重点考虑因素，人们在购车时考虑最多的仍是购买价格和使用费用问题。一般轿车用柴油机价格同汽油机差价不到整车的10%。而汽车在使用中的消费对个体购车者来说，其重要性决不亚于汽车购买价格。多年以来，国际市场上柴油价格始终低于汽油，再加上柴油机良好的燃油经济性，必定会受到购车者的欢迎。再从国家角度来考虑这个问题，对于节约能源来讲，一旦柴油车达到普及，在汽车使用市场占有一定份额，必定会带来惊人的环保和节能效果。 国务院发展研究中心原副主任陈清泰说过，如果2020年我国的柴油轿车在乘用车中的比重达到30%，当年CO2排放量可望因此而减少近4200万t，可节约原油2837万t，可以减少汽车用油10.01%，降低石油对外依存度11.3%。 因此鼓励轻负荷柴油发动机的发展，是目前解决能源短缺和环境恶化的最佳措施，尤其是像我国这样一个人均可使用资源少、环境污染严重、城市人口密集的大国，更要加强现代柴油机的发展。另外随着中国石油和中国石化两大公司大批加氢装置的开工，国内柴油质量将得到明显改善，为轻负荷柴油发动机在中国的发展提供了燃油保障。�
　　国内第一辆柴油轿车是一汽大众公司于2002年推出的SDI捷达柴油轿车，由于其优越的燃料经济性，受到出租车行业的特别青睐，2004年一汽大众又推出了TDI宝来和奥迪豪华柴油轿车。另外，江淮生产了柴油MPV，华泰现代生产了柴油版SUV，郑州日产推出了柴油皮卡。奇瑞公司和玉柴集团都在积极研发柴油轿车发动机。�
　　2.2 轻负荷柴油发动机油评价体系建立�
　　伴随我国经济的高速发展，鉴于能源、环境的制约因素，必须树立科学的发展观，交通和运输领域，特别是乘用车领域发动机柴油化是发展方向。中国石油大连润滑油研究开发中心根据这一判断，近几年来一直跟踪国外轻负荷柴油发动机润滑油规格的发展和评定技术的进步，并适时地建立和引进了轻负荷柴油发动机润滑油评价试验方法。与一汽大众合作建立了VW1.9TDI柴油轿车发动机油综合性能台架评定方法。参照ACEA 轻负荷柴油机油规格标准，建立了直喷柴油机活塞清净性和粘环试验方法CEC L-78-99（VWDI），评价轻负荷柴油机油中温分散性能的试验方法CEC L-56-T-98(XUD11BTE)，评价柴油机油磨损、粘度稳定性和油耗试验方法CEC L-51-A-98(OM602A)或OM646LA正在做进一步的论证和引进工作。至此将建立起国内比较完善的轻负荷柴油机油台架评定体系，为我国该类油品规格标准的制定、产品质量的检测和产品研发奠定基础。�
　　
　　3 总结及讨论�
　　
　　（1）随着柴油发动机设计、制造、控制和尾气后处理技术的进步，柴油发动机排放已经能够达到汽油机的水平，尤其在节能方面的优势将大大拓宽其应用领域。伴随我国经济的高速发展，能源、环境的制约逐显突出，乘用车发动机柴油化是发展方向。�
　　（2）柴油轿车发动机转速高、功率密度大、机油箱小、排放要求高，再加上其特殊的工况、负荷特点，对润滑油的性能要求很高，在欧洲已形成成熟的润滑油规格标准。�
　　（3）借鉴ACEA润滑油规范标准和评价体系，中国石油通过引进、吸收或与OEM合作正在逐步建立国内轻负荷柴油轿车发动机油评价体系，为我国该类油品规格标准制定、产品质量检测和产品研发奠定基础。
　　
　　参考文献：�
　　［1］ ACEA European Oil Sequences［S］, 2002.�
　　［2］ ACEA European Oil Sequences［S］, 2004Revision 1.