车用柴油状况对柴油机机油的影响及柴油机机油选用建议

赵鹏，何大礼，吴章辉

(东风商用车有限公司技术中心，湖北 十堰 442000)

0 引言

近年来，国内汽车工业在以前所未有的速度发展。同时，由于汽车保有量的迅速增加以及由此带来的环境污染问题和能源紧缺问题也越来越得到人们的重视。为了适应国内日趋严格的汽车排放法规，汽车行业做出了积极响应和努力，开发新机型，使新生产的汽车排放水平不断提高。重型柴油车国Ⅴ排放标准已于2017年7月1日起全面实施，轻型柴油车国Ⅴ排放标准已于2018年1月1日起全面实施。相比国Ⅴ排放标准限值，国Ⅵ阶段排放标准在NMHC、 NOx、PM等各项指标均有不同程度的加严[1-2]，详见表1。

表1 柴油机不同阶段排放污染物要求 g/kW·h

表1(续)

与汽车技术发展水平相比较，国内车用柴油质量状况因为地区差异较大，虽然在北京、上海等大城市使用的车用柴油水平已经满足国Ⅴ排放标准，但国内使用劣质柴油的问题依然存在。

先是在东风车型路试时发现柴油机机油酸、碱值出现交叉问题，通过对路试车辆用柴油进行监测，出现此问题的原因主要是车辆使用劣质柴油。为此又对国内使用地方油品较多的冀、鲁地区车用柴油使用情况进行了调研，并了解用户考量因素，基于柴油机机油对劣质柴油的适应性考虑提出了柴油机机油选用原则。

1 柴油机机油在路试中出现的问题

1.1 柴油机机油监测情况

2016年5月东风开展了10万公里行车试验， 验证柴油机油为DFCV-L50(满足API CJ-4规格，并通过东风OEM认证)以及DFCV-L45(满足API CI-4+规格，并通过东风OEM认证)，路试信息见表2。

表2 10万公里路试信息

如图1所示，根据柴油机机油监测数据，来自23取样点的柴油机机油(2#车)在里程为10万公里时出现了酸、碱值交叉；来自22取样点的柴油机机油(1#车)在里程为8万公里时出现了酸、碱值交叉的趋势，而其他车辆的酸、碱值变化均为基本正常。由此可见车用柴油的硫含量超标对柴油机油酸、碱值影响较为显著，柴油机机油的其他各项监测指标比如运动黏度、烟炱、磨损元素、添加剂元素、污染元素、戊烷不溶物的监测情况均未见明显异常。

图1 TBN/TAN变化情况

1.2 车用柴油排查情况

针对柴油机机油出现酸、碱值交叉等问题，对本轮路试柴油样品进行了排查，共排查26个柴油样品，见图2～图7，图中横线表示GB 19147-2016标准[3]规定的指标限值。

图2 20℃密度数据

图3 硫含量数据

图4 50%馏程数据

图5 90%馏程数据

图6 95%馏程数据

图7 多环芳烃数据

样品分析结果最显著的问题是硫含量，见图3，不合格率约为30%，其中22、23取样点的车用柴油硫含量均达到7000 mg/kg 左右，连国Ⅰ标准都达不到，高硫柴油燃烧后易于生成强酸性物质导致柴油机机油的总碱值下降及总酸值升高均加快，只有1个样品(20取样点)的多环芳烃略超标。

2 柴油实际使用状况及用户考量因素

为进一步验证柴油质量对柴油机机油的影响，2018年4月对国内使用地方油品较多的冀、鲁地区车用柴油使用情况进行了调研，同时了解用户使用此类柴油的原因。

2.1 冀、鲁地区车用柴油状况调研

本次调研共计走访3家服务站、28台用户车，信息详情见表3。

表3 4月17日石家庄藁城区用户调研信息

主要结论是很多用户从买新车开始就使用地方柴油，这些柴油品质通常较差，目前正在针对该地区的车用柴油进行取样、分析。

2.2 用户选择柴油的考量因素

用户为节省运营费用，选择柴油的原则首先是成本价格。地方柴油价格比中国石油、中国石化便宜1～2元/升，在煤运市场利润越来越低的现状下，用户更愿意使用相对便宜的地方柴油。如果使用中国石化、中国石油柴油，再加上维护保养车辆的费用，可能会亏本。

以石家庄-神木路线为例，往返里程1300 km，单趟运输34 t煤(每吨运费160元)，共计得到运费5440元，扣除成本燃油费2200元、过路费1400元、装卸费400元，纯利润为1440元。其中燃油使用地方柴油(4.5元/升)，如果使用中国石油、中国石化柴油(6元/升)，柴油成本需增加约733元，也就是说利润需要减少一半，如果用户雇用司机跑车，单趟需支付司机工资700元，使用中国石化、中国石油柴油的情况下利润空间会减少。

3 结合柴油的影响对柴油机机油的选用

预计2021年开始实施的国Ⅵ排放标准是目前各大汽车OEM将要面对的最紧迫课题之一，而国Ⅵ排放是在国Ⅴ基础上进一步降低NOX等指标，国内大多数汽车OEM需要加装EGR系统，所以未来国Ⅵ阶段柴油机机油对劣质柴油的适应性问题将会更突出；国Ⅵ阶段为进一步降低PM,将会引入DPF后处理装置，而DPF后处理装置要求灰分控制在1.0%以内；此外为与欧洲顶尖车企看齐，实现更长换油周期，目前国内OEM制定的换油里程普遍达到6万公里以上。

车用柴油对柴油机机油的影响主要包括柴油中的硫含量超标对柴油机机油总碱值、总酸值变化的影响；车用柴油中多环芳烃超标加重活塞积炭，引起燃烧不完全，燃烧产物进入柴油机机油会导致烟炱含量增加；上述两个问题均会加速柴油机机油衰败、变质。

未来柴油机油的选用原则是既需要适应国内车用柴油的实际现状，能够中和柴油中含硫化合物燃烧产生的酸性物质，延缓机油的衰败，实现较长的换油周期，同时也需要满足排放升级要求，平衡高灰分、高碱值对活塞沉积物的不利影响，避免出现燃烧不充分所带来的一系列问题。

为此进行了高/低碱值柴油机机油的台架试验对比，如图8所示，试验前500 h使用DFCV-L45柴油机机油，后500 h使用DFCV-L50柴油机机油,试验过程全部使用国Ⅴ标准柴油，本轮行车试验数据表明在相同试验条件下CI-4+的碱值保持能力要优于CJ-4。在国Ⅴ阶段选用对灰分、碱值没有限制的CI-4+柴油机机油级别相比低灰型CJ柴油机机油对国内劣质柴油具有更好的适应性。

图8 TBN/TAN变化情况

4 总结及建议

(1)车用柴油硫含量超标，引起柴油机燃烧产

物中更多酸性物质进入柴油机机油，加快柴油机机油酸、碱值交叉，是导致柴油机机油衰败加快的重要原因之一。

(2)根据冀、鲁地区的车用柴油调研结果，该地区很多用户基于运营成本考虑，使用价格较低的地方柴油，品质通常较差，且该状况无法在短期内改善，就需要柴油机机油在对劣质柴油耐受性方面有更高要求。试验证明在国Ⅴ阶段选用碱值较高、碱值保持能力较好的CI-4+规格柴油机机油，相比低灰型CJ-4规格柴油机机油，对于高硫含量的劣质柴油具有更好的适应性。

(3)劣质柴油的各项指标对柴油机机油影响程度需进一步积累油品监测及试后评定数据，最好能探索出两者间的梯度对应关系。