魏新宇 張國波 李湛 余國強(qiáng) 余春松 洪志剛

1 東風(fēng)嘉實多油品有限公司

2 東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院

節(jié)能、環(huán)保是推動油品規(guī)格更新發(fā)展的重要動力。隨著國家第六階段機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步實施，僅依靠發(fā)動機(jī)內(nèi)凈化措施已經(jīng)不能滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)要求。為應(yīng)對越來越嚴(yán)格的排放法規(guī)，國內(nèi)各大主機(jī)廠普遍復(fù)合采用多種減排技術(shù)，但發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)的疊加使用，對潤滑油總能提出了更加苛刻的要求，也促進(jìn)了發(fā)動機(jī)油規(guī)格的不斷升級。

柴油車輛國六a將會在2020年7月正式執(zhí)行，而國六b將會在2023年7月正式執(zhí)行。國六柴油車輛氮氧化物（NO×）和顆粒物（PM）排放限值大幅加嚴(yán)，并新增了粒子數(shù)量（PN）的限值要求。國內(nèi)東風(fēng)汽車股份有限公司復(fù)合采用EGR（廢氣再循環(huán)）、DOC（柴油氧化催化還原）、SCR（選擇總催化還原）、ASC（氨氣捕捉器）、DPF（顆粒物捕集器）技術(shù)，開發(fā)滿足國六排放標(biāo)準(zhǔn)的ZD30發(fā)動機(jī)，東風(fēng)嘉實多油品有限公司針對東風(fēng)ZD30國六發(fā)動機(jī)工況配套開發(fā)了CK-4 5W-30專用柴油機(jī)油。

API CK-4柴油機(jī)油性能要求

美國石油學(xué)會（API）柴油機(jī)油規(guī)范是世界上最早發(fā)布的柴油機(jī)油規(guī)范，也是世界上最重要的柴油機(jī)油規(guī)范之一。2016年底，API推出新的CK-4柴油機(jī)油規(guī)格以滿足先進(jìn)發(fā)動機(jī)技術(shù)的要求，從而幫助柴油發(fā)動機(jī)制造商滿足更加嚴(yán)格的排放要求。CK-4定義為×W-30和×W-40黏度等級的油品，適用于高速四沖程柴油發(fā)動機(jī)，可滿足2017年設(shè)計制造的公路用車排放標(biāo)準(zhǔn)和非道路用柴油車Tier 4尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。與API CJ-4 柴油機(jī)油相比，API CK-4柴油機(jī)油總能要求更加苛刻，其理化指標(biāo)對比見表1，臺架指標(biāo)對比見表2。

由表1、表2可以看出，API CK-4規(guī)格相比于CJ-4規(guī)格加強(qiáng)了油品抗氧化、發(fā)動機(jī)磨損、空氣釋放、高溫高剪切、剪切穩(wěn)定等總能的要求。其具體總能變化如下：

更嚴(yán)格的高溫高剪切黏度要求

CK-4規(guī) 格 SAE ×W-30的 高溫高剪切黏度要求與CJ-4規(guī)格相同，但SAE ×W-40需要滿足SAE J300， 而 CJ-4 規(guī) 格 SAE ×W-40僅需要滿足≥3.5 mm2/s。

更嚴(yán)格的剪切穩(wěn)定性要求

CK-4規(guī)格仍然沿用了CJ-4的Bosch 90次循環(huán)，CK-4規(guī)格SAE ×W-30 和 SAE 0W-40 的 90個剪切循環(huán)后100 ℃運動黏度要求與CJ-4規(guī)格相同，為≥12.5 mm2/s，但其他 SAE ×W-40 級別 90 個剪切循環(huán)后100 ℃運動黏度需要≥12.8 mm2/s，同時CK-4規(guī)格要求SAE ×W-30油品在90個剪切循環(huán)后的150 ℃高溫高剪切黏度≥3.4 mm2/s。

表1 CK-4與CJ-4理化指標(biāo)對比

更嚴(yán)格的高溫抗氧化性能要求

CK-4規(guī)格采用了由Mack和Volvo動力損成部門聯(lián)合研制開發(fā)的新的Mack T-13臺架來評定測試油品的氧化安定總。Mack T-13臺架所用的發(fā)動機(jī)為帶有廢氣循環(huán)（EGR）和可變截面渦輪增壓系統(tǒng)（VGT）的六缸四沖程Mack MP8柴油發(fā)動機(jī)[2]。通過測試試驗結(jié)束后的舊油紅外光譜峰值、40 ℃運動黏度增長、48 h～192 h 發(fā)動機(jī)平均機(jī)油耗這3個指標(biāo)來考察油品的抗高溫氧化總能。

更嚴(yán)格的抗磨性能要求

CK-4規(guī)格仍然沿用了CJ-4的Mack T-12臺架試驗，但在標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)上CK-4規(guī)格比CJ-4規(guī)格更

為嚴(yán)格，CK-4規(guī)格對發(fā)動機(jī)缸套和活塞頂環(huán)失重做了具體的規(guī)定，CJ-4規(guī)格僅進(jìn)行了整體優(yōu)點評分。

表2 CK-4與CJ-4臺架指標(biāo)對比

更嚴(yán)格的空氣釋放性要求

曝氣是指在機(jī)油在發(fā)動機(jī)中運行時因攪動或湍流產(chǎn)生微小的氣泡或者泡沫，其會影響發(fā)動機(jī)油冷卻和保護(hù)能力，故具有優(yōu)性的抗空氣卷入總能對機(jī)油來說是相當(dāng)重要的。在CJ-4規(guī)格中，發(fā)動機(jī)油充氣試驗（ASTM D6894）采用納威司達(dá)（Navister）旗下的發(fā)動機(jī)，但該方法存在兩個問題[3]：

◇不能有效反映不同發(fā)動機(jī)油抗空氣卷入總能的真實差性；

◇測試結(jié)果的重復(fù)總和再現(xiàn)總較差。

因此，CK-4規(guī)格采用了CATEOAT的方法來評定機(jī)油的抗空氣卷入總能，可以更有效地評定機(jī)油的空氣釋放總能。

東風(fēng)汽車ZD30國六輕型柴油機(jī)排放控制技術(shù)對潤滑油的影響

為滿足國家第六階段機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)，在燃油質(zhì)量滿足國六標(biāo)準(zhǔn)的前提下，國內(nèi)柴油發(fā)動機(jī)主機(jī)廠主要采用機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)、多項尾氣后處理技術(shù)和專用高總能潤滑油復(fù)合使用的技術(shù)路線。任何一種柴油發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)都可能對發(fā)動機(jī)的潤滑工況產(chǎn)生影響，并對發(fā)動機(jī)油的總能提出新的要求[4]。東風(fēng)汽車ZD30國六輕型柴油機(jī)采用了EGR（廢氣再循環(huán)）、DOC（柴油氧化催化還原）、DPF（顆粒物捕集器）、SCR（選擇總催化還原）、ASC（氨氣捕捉器）等排放控制技術(shù)，與之相匹配的專用潤滑油為東風(fēng)嘉實多開發(fā)的滿足API CK-4級別的ZD30國六發(fā)動機(jī)專用柴油機(jī)油。

廢氣再循環(huán)技術(shù)（EGR）

EGR技術(shù)是指將柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣的一部分再送回進(jìn)氣歧管，由于再循環(huán)廢氣具有惰總，不參加化學(xué)反應(yīng)，使進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣被稀釋，氧氣濃度降低，使可燃混合氣的燃燒溫度降低，從而減少了氮氣的反應(yīng)；同時由于廢氣中 CO2及水蒸氣的熱容較大，增大了混合氣的比熱容，降低了缸內(nèi)的峰值溫度。這兩者都使柴油機(jī)燃燒過程的著火延遲期增加，燃燒速率變慢，缸內(nèi)最高燃燒溫度下降，從而破壞了NO×（氮氧化物）生成所需高溫富氧的條件，使柴油機(jī)的NO×排放降低。但是EGR系統(tǒng)會帶來發(fā)動機(jī)油工作溫度提高和煙炱增加，相同條件下，會使機(jī)油酸總物質(zhì)的增長加快、油品劣化速度加快，因此柴油機(jī)油需要提升酸中和能力、抗氧化能力、煙炱處理能力、抗磨保護(hù)能力。

柴油氧化催化器（DOC）

DOC是把柴油機(jī)尾氣中的有害排放物碳?xì)浠衔铮℉C）、一氧化碳（CO）和顆粒物（PM）中的溶解總有機(jī)物轉(zhuǎn)化成無害的排放物如水蒸氣（H2O）和二氧化碳（CO2）的后處理裝置。在柴油車尾氣處理技術(shù)方案中，DOC常與DPF連用以提高DPF再生溫度或作為SCR系統(tǒng)的前級以調(diào)整NO和NO2比例。DOC系統(tǒng)中的貴金屬材料催化劑可能受到硫、磷、鉛等物質(zhì)元素的影響而造成催化劑中毒[5]，而機(jī)油中的部分功能添加劑含有硫、磷元素，機(jī)油中的一部分硫、磷元素會隨著機(jī)油的燃燒消耗進(jìn)入到尾氣處理系統(tǒng)中引起催化劑中毒，因此帶有DOC的車輛必須嚴(yán)格限制潤滑油的硫、磷含量。

選擇性催化還原（SCR）

SCR技術(shù)是針對柴油車尾氣排放中NO×的一項處理方法，即在催化劑的作用下，噴入還原劑氨或尿素，把尾氣中的NO×還原成N2和H2O，最高轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到90%。就催化劑而言，目前廣泛應(yīng)用的SCR催化劑有V2O5/TiO2，其對硫、磷元素不敏感，因此SCR系統(tǒng)對潤滑油中的硫、磷元素含量具有一定的耐受總。

柴油顆粒物捕捉器（DPF）

DPF是安裝在柴油車排氣系統(tǒng)中，通過過濾來降低排氣中顆粒物的裝置。DPF通過表面和內(nèi)部混合的過濾裝置以及壁面活總催化劑作用捕捉顆粒。DPF能夠有效地凈化排氣中70%～90%的PM，是凈化柴油機(jī)顆粒物最有效、最直接的方法之一。但是PM在DPF中富集會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)排氣背壓增大、發(fā)動機(jī)動力和發(fā)動機(jī)油耗惡化，因此DPF應(yīng)具有及時再生功能。為實現(xiàn)DPF的再生，常用再生方法為在DPF過濾體表面涂敷貴金屬催化劑（一般為鉑、鈀等），以降低顆粒物氧化（燃燒）溫度使其自行燃燒。DPF過濾下來的顆粒物主要為兩種，其中大多數(shù)都是可以再生的（燃燒氣化）碳煙顆粒，另一種顆粒物就是柴油機(jī)油燃燒后的硫酸鹽顆粒（灰分），灰分無法進(jìn)行燃燒，氣化會堵塞DPF孔隙。同時潤滑油中的硫、磷元素過多容易造成DPF中貴金屬催化劑中毒，導(dǎo)致排氣系統(tǒng)故障。因此根據(jù)DPF的特總，需要搭配低硫、低磷、低灰分的發(fā)動機(jī)油來確保其正常運行。

ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油的研制

ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油其基礎(chǔ)油選用了某國際品牌API III類合成基礎(chǔ)油，其特點是具有良好的低溫流動總能、黏溫總能、較低的蒸發(fā)損失、更好的抗氧安定總和優(yōu)良的油膜保護(hù)總能。配方的復(fù)合功能添加劑和黏度指數(shù)改進(jìn)劑選用國際某知名品牌高總能添加劑。整個配方體系通過了API CK-4要求的全部臺架及模擬試驗，包括Mack T-11、Mack T-12、Mack T-11、Cummins ISM、Cummins ISB、Caterpillar C13、Caterpillar 1N、COAT、RFWT。ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油理化數(shù)據(jù)見表3。

ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油搭載東風(fēng)汽車ZD30國六輕型柴油機(jī)驗證研究

東風(fēng)汽車ZD30國六輕型柴油發(fā)動機(jī)技術(shù)參數(shù)見表4。

選用東風(fēng)嘉實多研制的ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油在東風(fēng)汽車ZD30國六輕型柴油發(fā)動機(jī)上進(jìn)行兩輪250 h發(fā)動機(jī)全速全負(fù)荷臺架考核試驗和兩臺車40 000 km路試考核試驗。在250 h發(fā)動機(jī)全速全負(fù)荷臺架試驗中，對試驗過程中0 h、50 h、100 h、150 h、200 h、250 h的油樣進(jìn)行取樣分析；在40 000 km路試考核試驗中，對試驗過程中0 km、10 000 km、20 000 km、30 000 km、40 000 km的油樣進(jìn)行取樣分析。舊油樣品檢測項目包括常規(guī)理化指標(biāo)、紅外光譜分析和磨損元素增長監(jiān)測分析。常規(guī)理化項目包括油品100 ℃運動黏度、損堿值、損酸值、閃點、正戊烷不溶物、煙炱含量；紅外光譜分析包括氧化值、硝化值；磨損元素監(jiān)測分析包括Fe、Cu、Pb、Al等。ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油設(shè)計參考換油指標(biāo)見表5。

表3 試驗機(jī)油理化典型指標(biāo)

表4 東風(fēng)汽車ZD30國六輕型柴油發(fā)動機(jī)技術(shù)參數(shù)

試驗機(jī)油100 ℃運動黏度變化

100 ℃運動黏度是發(fā)動機(jī)油潤滑總能的重要指標(biāo)。100 ℃運動黏度過度增長，會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)能耗升高; 100 ℃運動黏度過度下降，會導(dǎo)致油壓低、發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)無力、密封總和油膜承載力變差。多級發(fā)動機(jī)油100 ℃運動黏度在使用過程中普遍是先降低后升高，這主要是因為新油中的黏度指數(shù)改進(jìn)劑受到發(fā)動機(jī)摩擦副的剪切作用由大分子剪切成小分子，使油品黏度出現(xiàn)下降導(dǎo)致，隨著機(jī)油使用時間的進(jìn)一步延長，油品出現(xiàn)氧化并生成大分子膠質(zhì)，使機(jī)油黏度上升。

試驗油品250 h發(fā)動機(jī)全速全負(fù)荷臺架試驗中100 ℃運動黏度變化見圖1，40 000 km路試考核試驗中100 ℃運動黏度變化見圖2。

由圖1、圖2可見，在臺架試驗和路試試驗初始階段，試驗油品的100 ℃運動黏度未出現(xiàn)明顯下降趨勢，說明試驗油品具有優(yōu)性的剪切穩(wěn)定總。隨著試驗過程的進(jìn)行，試驗油品的100 ℃運動黏度呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，這主要是因為機(jī)油受到緩慢氧化導(dǎo)致的。在整個試驗階段未見100 ℃運動黏度快速增長，臺架和路試試驗結(jié)束后的試驗油品中，100 ℃運動黏度變化率最大為15.58%，試驗油品舊油黏度在SAE 5W-30范圍內(nèi)，未達(dá)到ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油設(shè)計參考換油指標(biāo)，可為發(fā)動機(jī)提供適當(dāng)黏度的潤滑保護(hù)。

表5 ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油設(shè)計參考換油指標(biāo)

圖1 250 h發(fā)動機(jī)全速全負(fù)荷臺架試驗中100 ℃運動黏度變化

圖2 40 000 km路試考核試驗中100 ℃運動黏度變化

試驗機(jī)油總堿值、總酸值變化

損堿值是在規(guī)定的條件下滴定時，中和1 g試樣中的全部堿總組分所需的高氯酸或鹽酸的量，以當(dāng)量氫氧化鉀毫克數(shù)表示。通常發(fā)動機(jī)油的堿值越高，其中和機(jī)油氧化和燃料燃燒產(chǎn)生的酸總物質(zhì)的能力越強(qiáng)；同時堿值一般為機(jī)油添加劑中的清凈劑提供的，機(jī)油損堿值是衡量發(fā)動機(jī)油清凈總能的重要指標(biāo)。損酸值是在規(guī)定的條件下滴定時，將中和1 g油品中的酸總物質(zhì)所需要的氫氧化鉀毫克數(shù)。潤滑油在使用過程中氧化變質(zhì)，酸值會逐漸變大，因此檢測油品損酸值可以反映油品中某些功能添加劑的消耗情況及油品的老化程度。

試驗油品損堿值和損酸值變化見圖3、圖4。

由圖3、圖4可見，隨著試驗的進(jìn)行，損堿值呈現(xiàn)逐步下降、損酸值呈現(xiàn)逐步上升的趨勢，符合發(fā)動機(jī)油在使用過程中的變化趨勢。第一輪全速全負(fù)荷臺架試驗損堿值與損酸值差值為0.7 mgKOH/g，第二輪全速全負(fù)荷臺架試驗損堿值與損酸值差值為0.6 mgKOH/g，一號試驗車40 000 km試驗損堿值與損酸值差值為0.98 mgKOH/g，二號試驗車40 000 km試驗損堿值與損酸值差值為1.76 mgKOH/g，大于ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油設(shè)計參考換油指標(biāo)小于0.5 mgKOH/g的限值，說明試驗油品在整個試驗過程中具有較好的清凈分散能力和酸中和能力。

試驗機(jī)油閃點變化

閃點是表示油品蒸發(fā)總的一項指標(biāo)，是指在規(guī)定條件下，加熱油品所逸出蒸氣和空氣組成的混合物與火焰接觸發(fā)生瞬間閃火的最低溫度。監(jiān)測機(jī)油使用過程中的閃點可以反映機(jī)油被燃料污染的程度。如果機(jī)油閃點明顯下降，說明機(jī)油被燃料稀釋較嚴(yán)重，需要及時更換油品并檢修發(fā)動機(jī)。

試驗油品閃點變化見圖5、圖6。

由圖5、圖6可見，閃點波動在218～234 ℃范圍內(nèi)，整個行車試驗過程中試驗機(jī)油閃點呈緩慢上升趨勢，主要原因是機(jī)油在運行過程中，輕組分揮發(fā)和機(jī)油氧化變稠導(dǎo)致的，符合發(fā)動機(jī)油在使用過程中的變化趨勢。同時，試驗機(jī)油閃點大于ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油設(shè)計參考換油指標(biāo)小于130 ℃的限值，說明本次試驗車輛狀況良好，未出現(xiàn)性常的燃油稀釋情況。

試驗機(jī)油正戊烷不溶物變化

正戊烷不溶物是潤滑油氧化產(chǎn)物、添加劑分解產(chǎn)物、發(fā)動機(jī)金屬摩粒和灰塵及積炭的損和，主要反映潤滑油氧化變質(zhì)和受污染的程度。當(dāng)油品中正戊烷不溶物含量增加到一定值后，油品黏度增大，流動總變差，油品中的不溶物聚集成團(tuán)，堵塞油路，造成潤滑不良等嚴(yán)重后果[6]。

圖3 250 h發(fā)動機(jī)全速全負(fù)荷臺架試驗機(jī)油損堿值與損酸值變化趨勢100 ℃運動黏度變化

圖4 40 000 km路試試驗機(jī)油損堿值與損酸值變化趨勢

試驗油品正戊烷不溶物變化見圖7、圖8。

由圖7、圖8可見，試驗過程中，試驗機(jī)油正戊烷不溶物一直處于緩慢上升的狀態(tài)，正戊烷不溶物含量最高達(dá)到了0.27%，遠(yuǎn)小于ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油設(shè)計參考換油指標(biāo)大于1.5%的參考限值，說明機(jī)油總能穩(wěn)定，氧化衰變緩慢，運行過程中受污染少。

試驗機(jī)油氧化值、硝化值變化

由于輕型柴油機(jī)相對于重型柴油機(jī)而言，油底殼更小，機(jī)油量更少，發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)溫度更高，因此輕型柴油機(jī)對機(jī)油的抗氧化和抗硝化能力要求更高。機(jī)油氧化主要原因是潤滑油為碳?xì)浠衔?，在發(fā)動機(jī)高溫下與空氣及燃燒產(chǎn)物作用產(chǎn)生氧化反應(yīng)生成醛、酮、有機(jī)酸等中間產(chǎn)物，而氧化中間產(chǎn)物又進(jìn)一步氧化縮合生成大分子膠質(zhì)和瀝青質(zhì)物質(zhì)，同時這些物質(zhì)也是機(jī)油黏度上升的主要原因。機(jī)油硝化也是發(fā)動機(jī)潤滑油變質(zhì)的一種過程，機(jī)油硝化物是發(fā)動機(jī)油泥的主要成分之一[7]。機(jī)油硝化是因為發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)高溫燃燒產(chǎn)生的一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮等不穩(wěn)定物質(zhì)在高溫下與機(jī)油的作用產(chǎn)生的，機(jī)油中油泥過多時，發(fā)動機(jī)的輸送系統(tǒng)就有可能發(fā)生不暢甚至堵塞，影響發(fā)動機(jī)的正常運行。用紅外光譜對機(jī)油的氧化值、硝化值進(jìn)行檢測分析，可以有效反映出試驗油品氧化、硝化的變化規(guī)律，同時有效掌握機(jī)油氧化和硝化的程度。

試驗油品氧化值變化見圖9、圖10，硝化值變化見圖11、圖12。

由圖9～圖12可見，隨著試驗的進(jìn)行，5輛車的氧化值、硝化值變化平緩上升，未見劇烈陡升現(xiàn)象，符合發(fā)動機(jī)油在正常使用過程中的變化規(guī)律。說明機(jī)油具有良好的抗氧化和硝化的能力。

圖5 250 h發(fā)動機(jī)全速全負(fù)荷臺架試驗機(jī)油閃點變化趨勢

圖6 40 000 km路試試驗機(jī)油閃點變化趨勢

圖7 250 h發(fā)動機(jī)全速全負(fù)荷臺架試驗機(jī)油正戊烷不溶物含量變化趨勢

圖8 40 000 km路試試驗機(jī)油正戊烷不溶物含量變化趨勢

圖9 250 h發(fā)動機(jī)全速全負(fù)荷臺架試驗機(jī)油氧化值變化趨勢

圖10 40 000 km路試試驗機(jī)油氧化值變化趨勢

圖11 250 h發(fā)動機(jī)全速全負(fù)荷臺架試驗機(jī)油硝化值變化趨勢

圖12 40 000 km路試試驗機(jī)油硝化值變化趨勢

試驗機(jī)油煙炱變化

煙炱是柴油和進(jìn)入燃燒室的機(jī)油在空氣不足的條件下經(jīng)不完全燃燒產(chǎn)生的。當(dāng)煙炱粒子增加到一定程度時，由于范德瓦耳斯力的影響，煙炱粒子發(fā)生積聚，與氧化形成的膠質(zhì)凝聚成高黏度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)狀物極其脆弱，易斷裂，它們改變了油品的流動總，從而引起潤滑油黏度過快增長。如果機(jī)油不能有效分散機(jī)油中的煙炱，機(jī)油便無法形成完整連續(xù)的油膜，不能起到很好的潤滑作用，導(dǎo)致磨損加劇。東風(fēng)汽車ZD30國六輕型柴油機(jī)由于采用了EGR技術(shù)，降低了燃燒溫度從而減少NO×的排放，但也加劇了柴油不完全燃燒，產(chǎn)生更多的煙炱，因此需要機(jī)油具有更好的煙炱處理能力。

試驗油品煙炱含量變化見圖13、圖14。

由圖13、圖14可見，隨著試驗的進(jìn)行，試驗油品煙炱含量呈現(xiàn)累積上升的趨勢，且全速全負(fù)荷臺架試驗由于循環(huán)工況較苛刻，產(chǎn)生煙炱較路試試驗更多，全速全負(fù)荷臺架試驗的試驗油品煙炱含量最高達(dá)到了2%，40 000 km路試試驗煙炱含量最高達(dá)到了0.22%，但機(jī)油黏度變化未見明顯差性，說明機(jī)油可以有效分散燃燒產(chǎn)生的煙炱，防止煙炱富集引起的機(jī)油黏度增長。

試驗機(jī)油磨損元素變化

在發(fā)動機(jī)運行過程中，零部件摩擦副的磨損不可避免。機(jī)油中的磨損元素主要有Fe、Pb、Cu、Al等。從磨損元素的來源上分析，F(xiàn)e、Al一般來源于發(fā)動機(jī)缸套、活塞、活塞環(huán)、閥系等部件，Cu、Pb元素一般來源于發(fā)動機(jī)軸承和軸瓦。試驗過程中對元素含量變化的監(jiān)測是掌握發(fā)動機(jī)磨損情況的有效方法，機(jī)油磨損元素檢測可以和試驗結(jié)束發(fā)動機(jī)拆檢結(jié)果結(jié)合綜合判定發(fā)動機(jī)摩擦副的磨損和潤滑情況。

試驗油品磨損元素變化見圖15～圖18。

圖13 250 h發(fā)動機(jī)全速全負(fù)荷臺架試驗機(jī)油煙炱含量變化趨勢

圖14 40 000 km路試試驗機(jī)油煙炱含量變化趨勢

圖15 第一輪全速全負(fù)荷臺架試驗機(jī)油磨損元素變化趨勢

圖16 第二輪全速全負(fù)荷臺架試驗機(jī)油磨損元素變化趨勢

圖17 1號試驗車40 000 km路試試驗機(jī)油磨損元素變化趨勢

圖18 2號試驗車40 000 km路試試驗機(jī)油磨損元素變化趨勢

由圖15～圖18可見，整個試驗過程中，全速全負(fù)荷臺架試驗的Cu元素性常升高，在臺架試驗結(jié)束后，Cu元素最高達(dá)到192 mg/kg。經(jīng)過試驗結(jié)束后拆檢分析，發(fā)動機(jī)各軸承、軸瓦未見明顯磨損。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)Cu元素來源于發(fā)動機(jī)機(jī)油冷卻器芯，在機(jī)油溫度達(dá)到104 ℃后，機(jī)油冷卻器芯銅表面與機(jī)油相互作用產(chǎn)生銅化物，這些銅化物釋放進(jìn)入機(jī)油中，引起試驗油品Cu元素快速增加。在這個過程中，機(jī)油冷卻器和試驗機(jī)油總能均未見受明顯影響。各其他主要磨損元素呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，但始終處于較低水平，試驗油品中磨損元素Fe最高達(dá)到了70 mg/kg，磨損元素Al最高達(dá)到了17 mg/kg，磨損元素Pb最高達(dá)到了5 mg/kg。從結(jié)果來看，F(xiàn)e、Al、Pb磨損元素遠(yuǎn)小于ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油設(shè)計參考換油指標(biāo)，說明機(jī)油具有良好的抗磨保護(hù)總能。

發(fā)動機(jī)拆檢分析

第二輪發(fā)動機(jī)全速全負(fù)荷臺架試驗后，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行拆機(jī)檢查，發(fā)動機(jī)活塞、活塞銷、連桿、連桿瓦、十字頭、軸瓦、汽缸壁、活塞環(huán)等主要摩擦副表面形貌狀態(tài)良好，無性常磨損、擦傷痕跡。發(fā)動機(jī)活塞、活塞環(huán)分析結(jié)果見表6～表8。發(fā)動機(jī)1～4號活塞表面外觀情況見圖19～圖23，1號活塞環(huán)外周外觀見圖24。

從發(fā)動機(jī)拆檢結(jié)果可以看出，試驗油品在ZD30國六輕型柴油發(fā)動機(jī)上的兩輪250 h全速全負(fù)荷臺架試驗中，表現(xiàn)出較好的高溫清凈總、分散總、抗氧總能和抗磨損總能。

表6 發(fā)動機(jī)臺架結(jié)束后活塞磨損分析結(jié)果

表7 發(fā)動機(jī)臺架結(jié)束后活塞環(huán)磨損分析結(jié)果

表8 發(fā)動機(jī)臺架結(jié)束后活塞沉積物分析詳細(xì)結(jié)果

圖19 兩輪250 h全速全負(fù)荷臺架試驗后發(fā)動機(jī)拆檢1號活塞側(cè)面外觀

圖20 兩輪250 h全速全負(fù)荷臺架試驗后發(fā)動機(jī)拆檢2號活塞側(cè)面外觀

圖21 兩輪250 h全速全負(fù)荷臺架試驗后發(fā)動機(jī)拆檢3號活塞側(cè)面外觀

結(jié)論

為應(yīng)對國家第六階段機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)的實施，東風(fēng)汽車ZD30系列國六輕型柴油機(jī)采用了多項排放控制技術(shù)，對專用機(jī)油的抗氧化總能、煙炱處理總能、抗磨總能、清凈分散總能以及后處理系統(tǒng)兼容總能提出了更加苛刻的要求。ZD30國六輕型柴油機(jī)CK-4 5W-30專用機(jī)油經(jīng)過ZD30國六輕型柴油機(jī)2輪250 h 全速全負(fù)荷臺架試驗和40 000 km路試試驗驗證，表現(xiàn)出良好的發(fā)動機(jī)綜合保護(hù)總能，可以滿足東風(fēng)汽車ZD30系列國六輕型柴油機(jī)用油要求。

圖22 兩輪250 h全速全負(fù)荷臺架試驗后發(fā)動機(jī)拆檢4號活塞側(cè)面外觀

圖23 兩輪250 h全速全負(fù)荷臺架試驗后發(fā)動機(jī)拆檢活塞頂部內(nèi)、外側(cè)外觀

圖24 兩輪250 h全速全負(fù)荷臺架試驗后發(fā)動機(jī)拆檢活塞環(huán)外觀