小松装载机用柴油机油的研制与应用

段况华，金鹏，汤仲平

(中国石油兰州润滑油研究开发中心，甘肃 兰州 730060)

0 引言

小松是世界第二大工程机械制造商，其装载机在中国市场广泛使用。小松装载机配套使用的柴油机油为小松专用机油，但由于小松专用机油售价较高，因而目前小松装载机除使用小松专用机油之外，部分小松装载机使用市售CI-4普通柴油机油[1]，但在使用过程中出现抗氧化性差、黏度增长过快等问题，影响了装载机的使用效率。

针对小松装载机目前的用油现状和存在问题，市场上希望有一款柴油机油产品能够替代小松专用机油，满足小松装载机的使用。项目组以水杨酸盐为主清净剂的配方体系，研制的CI-4 15W-40柴油机油综合性能好，特别是在抗氧化性、高温清净性等方面性能优异，经过试验研究证明能够满足小松装载机的用油要求。

1 小松装载机用油要求和油品研制

小松装载机因使用工况复杂，负载重等工作特点[2]，其用油要求有别于普通商用车，要求油品在具有良好的分散性、抗磨损性和抗腐蚀性等基础上，尤其要具有优异的抗氧化性和高温清净性[3]，因此在小松装载机油品研制中需要着重考虑油品的抗氧化性和高温清净性。水杨酸盐清净剂具有良好的高温清净性、酸中和能力和一定的低温分散、抗氧抗腐蚀性能及与其他添加剂有良好的协同作用等特点。研究发现，由于水杨酸盐分子极性强、高温清净性好，对于负荷重、活塞温度高的柴油机顶环槽充炭和顶环台重炭具有极好的清净作用；同时水杨酸盐体系的油品抗氧化性相对较好[4]。所以，项目组采用了以水杨酸盐为主清净剂的配方体系，使研制的油品在满足CI-4 15W-40要求的基础上，具有优异的抗氧化性能和高温清净性。研制的CI-4 15W-40油品程序ⅢF台架试验结果和通过指标见图1；利用强化的TEOST MHT模拟活塞清净性方法(36 h强化试验)对某市售CI-4 15W-40油品和研制的CI-4 15W-40油品进行评价，结果见图2。

图1 程序ⅢF台架中氧化引起的油品黏度增长

图2 TEOST MHT试验结果

由图1可见，研制的CI-4 15W-40的通过指标为黏度增长不大于275%，而研制油品的黏度增长仅为23.3%，抗氧化性能优异；从图2中TEOST MHT试验结果可见，某市售CI-4 15W-40油品沉积物重为59.86 mg，研制油品的沉积物重为18.63 mg，研制的CI-4 15W-40油品具有更加优异的高温清净性能。

2 研制油品在小松装载机上的应用

柴油机油在实际推广中面临着发动机参数不同，使用工况和环境多变的情况，尤其是工程机械用油，对客户选油造成一定的障碍，使用试验已作为柴油机油推广中验证油品实际使用性能的重要手段。通过使用试验，一方面可以判断选用的油品是否适合于工作车辆；另一方面可以最大限度地发挥油品的使用性能，延长车辆使用寿命，优化换油期，减少机械故障，提高经济性等。使用试验中通过对试验过程油品的运动黏度、酸值、碱值、金属磨损元素和硅含量等项目的检测来监控使用的油品和发动机的工作状况，运动黏度、酸值、碱值反映油品性能变化情况，金属磨损元素含量反映发动机内部机件磨损状况，硅含量反映油品是否存在外界异物的混入情况[5]。

2.1 试验概述

本次试验是在小松WA380-6装载机上分别装载某市售CI-4 15W-40、研制CI-4 15W-40和小松专用机油，运行350 h。分别按照0 h、100 h、200 h、350 h的时间节点采集油品，按照要求对采集油品进行分析检测，监测油品性能变化趋势和发动机内部工作状况，以验证研制CI-4 15W-40的实际使用情况。

2.2 试验油品

研制CI-4 15W-40油品理化分析数据见表1。

表1 研制CI-4 15W-40油品理化分析数据

2.3 试验车辆

小松WA380-6装载机试验车辆发动机参数配置见表2。

表2 小松WA380-6装载机发动机参数配置

2.4 油品检测项目及试验方法

油品检测项目及试验方法见表3。

表3 油品检测项目及试验方法

2.5 试验结果与讨论

对试验过程中油品的运动黏度、酸值、碱值、金属磨损元素和硅含量等进行检测分析，并对试验结果进行讨论。

2.5.1 运动黏度

柴油机油在实际使用过程中的抗剪切、抗氧化等能力可通过运动黏度的变化程度来表征。在油品使用过程中，刚使用的新油受发动机摩擦副的剪切作用致使其运动黏度有一定的下降；其后随着油品发生氧化以及烟炱的作用，使油品运动黏度缓慢回升，当升高到一定程度时，将导致发动机润滑不良，产生事故的可能性增大。本次试验油品运动黏度变化情况见图3。

图3 运动黏度变化情况

从图3中可以看出，研制CI-4 15W-40和小松专用机油运动黏度变化趋势平缓，没有因剪切造成黏度大幅度下降和老化造成黏度大幅度上升，说明油品具有稳定的抗剪切和抗氧化性能，能够很好地满足试验车辆的润滑需求。而某市售CI-4 15W-40油品在200 h后运动黏度快速增加，油品黏度保持性能相对较差。

2.5.2 酸值

柴油机油总酸值的变化预示着其氧化衰变的程度。本次试验油品的酸值变化情况见图4。

图4 油品酸值变化情况

从图4可以看出，研制CI-4 15W-40和小松专用机油在使用过程中酸值变化平稳，没有出现酸值的大幅度上升，说明油品具有良好的抗氧化能力。而某市售CI-4 15W-40油品酸值在100 h后增速相对较快，说明油品抗氧化能力与研制油和专用油相比有一定的差距。

2.5.3 碱值

柴油机油的碱值来源于油品中的碱性添加剂，其变化预示油品碱值储备能力的变化，同时也反映油品清净分散能力衰变的程度。本试验中某市售CI-4 15W-40油品、研制CI-4 15W-40和小松专用机油碱值变化情况见图5。

图5 油品碱值变化情况

从图5可以看出，研制CI-4 15W-40和小松专用机油在使用过程中碱值变化平稳，没有出现碱值大幅度下降，说明油品具有良好的碱保持能力。而某市售CI-4 15W-40油品碱值变化趋势相对较大，在100 h后碱值下降速度相对较快。

2.5.4 金属磨损元素

通过对在用柴油机油中金属元素含量的监测，可判断发动机的润滑状态。发动机工作正常，油品中金属元素呈平稳上升趋势，如果金属元素含量急剧增加则表明发动机发生了明显的磨损。本试验中某市售CI-4 15W-40油品、研制CI-4 15W-40和小松专用机油金属磨损元素变化情况见图6～图10。

图6 铁含量变化情况

图7 铝含量变化情况

图8 铜含量变化情况

图9 铬含量变化情况

图10 铅含量变化情况

由图6～图10可见，研制CI-4 15W-40和小松专用机油金属磨损元素含量变化平稳，始终处于正常范围，说明油品具有优异的抗磨损性能。而某市售CI-4 15W-40油品铁含量在100 h之后快速增加，试验结束后铁含量相对偏高，说明油品抗磨损性能相对较差。

2.5.5 硅含量

硅含量变化情况见图11。

图11 硅含量变化情况

从图11可以看出，油品硅含量变化趋势平稳，含量较低，说明油品未受到外界污染。

从以上数据可以看出，研制CI-4 15W-40和小松专用机油在试验中运动黏度、酸值、碱值、金属磨损元素和硅含量变化趋势平缓，研制CI-4 15W-40油品性能与小松专用机油相当。并且从试验结束后，油品各项数据变化程度可见，油品运动黏度、酸值、碱值、金属磨损元素变化幅度不大，可以建议用户适当延长换油期，提高油品使用经济性。某市售CI-4 15W-40油品黏度保持性能相对较差，使用过程中铁含量变化趋势相对较大，黏度增长较快。

3 结论

(1)小松装载机因使用工况复杂，负载重等工作特点，其用油要求有别于普通商用车，普通市售的CI-4机油不能满足其润滑需求；针对小松装载机的使用特点，以水杨酸盐为主清净剂，研制了具有优异抗氧化性和高温清净性的CI-4 15W-40柴油机油。

(2)研制的CI-4 15W-40在小松WA380-6装载机上试验效果良好，油液监测结果与小松专用机油相当，可以满足小松WA380-6装载机的润滑要求。