車(chē)用柴油狀況對(duì)柴油機(jī)機(jī)油的影響及柴油機(jī)機(jī)油選用建議

趙鵬，何大禮，吳章輝

(東風(fēng)商用車(chē)有限公司技術(shù)中心，湖北 十堰 442000)

0 引言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)工業(yè)在以前所未有的速度發(fā)展。同時(shí)，由于汽車(chē)保有量的迅速增加以及由此帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題和能源緊缺問(wèn)題也越來(lái)越得到人們的重視。為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)日趨嚴(yán)格的汽車(chē)排放法規(guī)，汽車(chē)行業(yè)做出了積極響應(yīng)和努力，開(kāi)發(fā)新機(jī)型，使新生產(chǎn)的汽車(chē)排放水平不斷提高。重型柴油車(chē)國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)已于2017年7月1日起全面實(shí)施，輕型柴油車(chē)國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)已于2018年1月1日起全面實(shí)施。相比國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)限值，國(guó)Ⅵ階段排放標(biāo)準(zhǔn)在NMHC、 NOx、PM等各項(xiàng)指標(biāo)均有不同程度的加嚴(yán)[1-2]，詳見(jiàn)表1。

表1 柴油機(jī)不同階段排放污染物要求 g/kW·h

表1(續(xù))

與汽車(chē)技術(shù)發(fā)展水平相比較，國(guó)內(nèi)車(chē)用柴油質(zhì)量狀況因?yàn)榈貐^(qū)差異較大，雖然在北京、上海等大城市使用的車(chē)用柴油水平已經(jīng)滿(mǎn)足國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)，但國(guó)內(nèi)使用劣質(zhì)柴油的問(wèn)題依然存在。

先是在東風(fēng)車(chē)型路試時(shí)發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)機(jī)油酸、堿值出現(xiàn)交叉問(wèn)題，通過(guò)對(duì)路試車(chē)輛用柴油進(jìn)行監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)此問(wèn)題的原因主要是車(chē)輛使用劣質(zhì)柴油。為此又對(duì)國(guó)內(nèi)使用地方油品較多的冀、魯?shù)貐^(qū)車(chē)用柴油使用情況進(jìn)行了調(diào)研，并了解用戶(hù)考量因素，基于柴油機(jī)機(jī)油對(duì)劣質(zhì)柴油的適應(yīng)性考慮提出了柴油機(jī)機(jī)油選用原則。

1 柴油機(jī)機(jī)油在路試中出現(xiàn)的問(wèn)題

1.1 柴油機(jī)機(jī)油監(jiān)測(cè)情況

2016年5月東風(fēng)開(kāi)展了10萬(wàn)公里行車(chē)試驗(yàn)， 驗(yàn)證柴油機(jī)油為DFCV-L50(滿(mǎn)足API CJ-4規(guī)格，并通過(guò)東風(fēng)OEM認(rèn)證)以及DFCV-L45(滿(mǎn)足API CI-4+規(guī)格，并通過(guò)東風(fēng)OEM認(rèn)證)，路試信息見(jiàn)表2。

表2 10萬(wàn)公里路試信息

如圖1所示，根據(jù)柴油機(jī)機(jī)油監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，來(lái)自23取樣點(diǎn)的柴油機(jī)機(jī)油(2#車(chē))在里程為10萬(wàn)公里時(shí)出現(xiàn)了酸、堿值交叉；來(lái)自22取樣點(diǎn)的柴油機(jī)機(jī)油(1#車(chē))在里程為8萬(wàn)公里時(shí)出現(xiàn)了酸、堿值交叉的趨勢(shì)，而其他車(chē)輛的酸、堿值變化均為基本正常。由此可見(jiàn)車(chē)用柴油的硫含量超標(biāo)對(duì)柴油機(jī)油酸、堿值影響較為顯著，柴油機(jī)機(jī)油的其他各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)比如運(yùn)動(dòng)黏度、煙炱、磨損元素、添加劑元素、污染元素、戊烷不溶物的監(jiān)測(cè)情況均未見(jiàn)明顯異常。

圖1 TBN/TAN變化情況

1.2 車(chē)用柴油排查情況

針對(duì)柴油機(jī)機(jī)油出現(xiàn)酸、堿值交叉等問(wèn)題，對(duì)本輪路試柴油樣品進(jìn)行了排查，共排查26個(gè)柴油樣品，見(jiàn)圖2～圖7，圖中橫線表示GB 19147-2016標(biāo)準(zhǔn)[3]規(guī)定的指標(biāo)限值。

圖2 20℃密度數(shù)據(jù)

圖3 硫含量數(shù)據(jù)

圖4 50%餾程數(shù)據(jù)

圖5 90%餾程數(shù)據(jù)

圖6 95%餾程數(shù)據(jù)

圖7 多環(huán)芳烴數(shù)據(jù)

樣品分析結(jié)果最顯著的問(wèn)題是硫含量，見(jiàn)圖3，不合格率約為30%，其中22、23取樣點(diǎn)的車(chē)用柴油硫含量均達(dá)到7000 mg/kg 左右，連國(guó)Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)都達(dá)不到，高硫柴油燃燒后易于生成強(qiáng)酸性物質(zhì)導(dǎo)致柴油機(jī)機(jī)油的總堿值下降及總酸值升高均加快，只有1個(gè)樣品(20取樣點(diǎn))的多環(huán)芳烴略超標(biāo)。

2 柴油實(shí)際使用狀況及用戶(hù)考量因素

為進(jìn)一步驗(yàn)證柴油質(zhì)量對(duì)柴油機(jī)機(jī)油的影響，2018年4月對(duì)國(guó)內(nèi)使用地方油品較多的冀、魯?shù)貐^(qū)車(chē)用柴油使用情況進(jìn)行了調(diào)研，同時(shí)了解用戶(hù)使用此類(lèi)柴油的原因。

2.1 冀、魯?shù)貐^(qū)車(chē)用柴油狀況調(diào)研

本次調(diào)研共計(jì)走訪3家服務(wù)站、28臺(tái)用戶(hù)車(chē)，信息詳情見(jiàn)表3。

表3 4月17日石家莊藁城區(qū)用戶(hù)調(diào)研信息

主要結(jié)論是很多用戶(hù)從買(mǎi)新車(chē)開(kāi)始就使用地方柴油，這些柴油品質(zhì)通常較差，目前正在針對(duì)該地區(qū)的車(chē)用柴油進(jìn)行取樣、分析。

2.2 用戶(hù)選擇柴油的考量因素

用戶(hù)為節(jié)省運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，選擇柴油的原則首先是成本價(jià)格。地方柴油價(jià)格比中國(guó)石油、中國(guó)石化便宜1～2元/升，在煤運(yùn)市場(chǎng)利潤(rùn)越來(lái)越低的現(xiàn)狀下，用戶(hù)更愿意使用相對(duì)便宜的地方柴油。如果使用中國(guó)石化、中國(guó)石油柴油，再加上維護(hù)保養(yǎng)車(chē)輛的費(fèi)用，可能會(huì)虧本。

以石家莊-神木路線為例，往返里程1300 km，單趟運(yùn)輸34 t煤(每噸運(yùn)費(fèi)160元)，共計(jì)得到運(yùn)費(fèi)5440元，扣除成本燃油費(fèi)2200元、過(guò)路費(fèi)1400元、裝卸費(fèi)400元，純利潤(rùn)為1440元。其中燃油使用地方柴油(4.5元/升)，如果使用中國(guó)石油、中國(guó)石化柴油(6元/升)，柴油成本需增加約733元，也就是說(shuō)利潤(rùn)需要減少一半，如果用戶(hù)雇用司機(jī)跑車(chē)，單趟需支付司機(jī)工資700元，使用中國(guó)石化、中國(guó)石油柴油的情況下利潤(rùn)空間會(huì)減少。

3 結(jié)合柴油的影響對(duì)柴油機(jī)機(jī)油的選用

預(yù)計(jì)2021年開(kāi)始實(shí)施的國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)是目前各大汽車(chē)OEM將要面對(duì)的最緊迫課題之一，而國(guó)Ⅵ排放是在國(guó)Ⅴ基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低NOX等指標(biāo)，國(guó)內(nèi)大多數(shù)汽車(chē)OEM需要加裝EGR系統(tǒng)，所以未來(lái)國(guó)Ⅵ階段柴油機(jī)機(jī)油對(duì)劣質(zhì)柴油的適應(yīng)性問(wèn)題將會(huì)更突出；國(guó)Ⅵ階段為進(jìn)一步降低PM,將會(huì)引入DPF后處理裝置，而DPF后處理裝置要求灰分控制在1.0%以?xún)?nèi)；此外為與歐洲頂尖車(chē)企看齊，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)換油周期，目前國(guó)內(nèi)OEM制定的換油里程普遍達(dá)到6萬(wàn)公里以上。

車(chē)用柴油對(duì)柴油機(jī)機(jī)油的影響主要包括柴油中的硫含量超標(biāo)對(duì)柴油機(jī)機(jī)油總堿值、總酸值變化的影響；車(chē)用柴油中多環(huán)芳烴超標(biāo)加重活塞積炭，引起燃燒不完全，燃燒產(chǎn)物進(jìn)入柴油機(jī)機(jī)油會(huì)導(dǎo)致煙炱含量增加；上述兩個(gè)問(wèn)題均會(huì)加速柴油機(jī)機(jī)油衰敗、變質(zhì)。

未來(lái)柴油機(jī)油的選用原則是既需要適應(yīng)國(guó)內(nèi)車(chē)用柴油的實(shí)際現(xiàn)狀，能夠中和柴油中含硫化合物燃燒產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，延緩機(jī)油的衰敗，實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的換油周期，同時(shí)也需要滿(mǎn)足排放升級(jí)要求，平衡高灰分、高堿值對(duì)活塞沉積物的不利影響，避免出現(xiàn)燃燒不充分所帶來(lái)的一系列問(wèn)題。

為此進(jìn)行了高/低堿值柴油機(jī)機(jī)油的臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)比，如圖8所示，試驗(yàn)前500 h使用DFCV-L45柴油機(jī)機(jī)油，后500 h使用DFCV-L50柴油機(jī)機(jī)油,試驗(yàn)過(guò)程全部使用國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)柴油，本輪行車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在相同試驗(yàn)條件下CI-4+的堿值保持能力要優(yōu)于CJ-4。在國(guó)Ⅴ階段選用對(duì)灰分、堿值沒(méi)有限制的CI-4+柴油機(jī)機(jī)油級(jí)別相比低灰型CJ柴油機(jī)機(jī)油對(duì)國(guó)內(nèi)劣質(zhì)柴油具有更好的適應(yīng)性。

圖8 TBN/TAN變化情況

4 總結(jié)及建議

(1)車(chē)用柴油硫含量超標(biāo)，引起柴油機(jī)燃燒產(chǎn)

物中更多酸性物質(zhì)進(jìn)入柴油機(jī)機(jī)油，加快柴油機(jī)機(jī)油酸、堿值交叉，是導(dǎo)致柴油機(jī)機(jī)油衰敗加快的重要原因之一。

(2)根據(jù)冀、魯?shù)貐^(qū)的車(chē)用柴油調(diào)研結(jié)果，該地區(qū)很多用戶(hù)基于運(yùn)營(yíng)成本考慮，使用價(jià)格較低的地方柴油，品質(zhì)通常較差，且該狀況無(wú)法在短期內(nèi)改善，就需要柴油機(jī)機(jī)油在對(duì)劣質(zhì)柴油耐受性方面有更高要求。試驗(yàn)證明在國(guó)Ⅴ階段選用堿值較高、堿值保持能力較好的CI-4+規(guī)格柴油機(jī)機(jī)油，相比低灰型CJ-4規(guī)格柴油機(jī)機(jī)油，對(duì)于高硫含量的劣質(zhì)柴油具有更好的適應(yīng)性。

(3)劣質(zhì)柴油的各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)柴油機(jī)機(jī)油影響程度需進(jìn)一步積累油品監(jiān)測(cè)及試后評(píng)定數(shù)據(jù)，最好能探索出兩者間的梯度對(duì)應(yīng)關(guān)系。