CJ-415W-40柴油机油在非道路国四挖掘机上应用

CJ-4 15W-40柴油机油在非道路国四挖掘机上应用
发布时间：2022-09-26T02:02:02.747Z 来源：《中国科技信息》2022年第33卷10期作者：陈科志，唐政政，韦起桂，李云军，黄英棠[导读] 司能石油化工有限公司与国内某挖掘机企业合作开展一项CJ-4 15W-40柴机油在非道路国四阶段挖掘机的行车试验，
陈科志，唐政政，韦起桂，李云军，黄英棠（司能石油化工有限公司，广西柳州 545006）摘要：司能石油化工有限公司与国内某挖掘机企业合作开展一项CJ-4 15W-40柴机油在非道路国四阶段挖掘机的行车试验，在三台搭载康明斯非道路B7国四发动机的挖掘机上分别进行500小时的使用验证，结果表明CJ-4 15W-40柴机油各项性能指标优良，满足使用要求。

引言：
国家对环境保护的要求和管控日益严苛，按照生态环境部2020年12月发布的非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求，自2022年12月1日起，所有生产、进口和销售的560kW以下（含560kW）非道路移动机械及其装用的柴油机应符合第四阶段排放控制要求。

面对非道路移动机械“国四”排放标准的来临，促使工程机械企业开始新一轮的技术升级。

第四阶段非道路柴油机排放控制技术，借鉴了道路用柴油机国五、国六排放控制技术，目前康明斯在中马力领域的非道路国四发动机上选择了氧化催化器（DOC）+柴油颗粒物捕集器（DPF）+选择性催化还原装置（SCR）的技术路线，同时也要求选用新规格的发动机润滑油。

为了考察新规格的柴油机油在工程机械设备上的使用效果，选择了司能驭力CJ-4 15W-40柴油机油在搭载康明斯非道路B7国四发动机的挖掘机上进行两个500小时用油周期的行车试验，综合评定司能驭力CJ-4 15W-40是否满足设备500小时换油周期的使用要求。

1 行车试验介绍
1.1 试验设备
行车试验选取三台满足非道路国四排放标准的挖掘机作为试验设备，试验机清单见下表1。

1.2 CJ-4 15W-40柴油机油典型指标
试验油品为司能石油化工有限公司研制的驭力CJ-4 15W-40柴油机油，该款油品已通过康明斯CES 20081认证。

新规格的柴机油增加了对硫酸盐灰分、硫含量和磷含量的限制，使用低SAPS柴油机油可以有效延长后处理装置尤其是DPF的使用寿命。

司能驭力CJ-4 15W-40典型理化性能数据见表2。

1.3 试验要求
1.3.1 实验前将试验挖掘机停放于水平处，将旧机油充分放干净，然后更换机油滤清器、燃油滤清器、空气滤清器等，加入试验油至机油尺上刻度。

启动发动机怠速10分钟后采取0小时初始油样，此后每间隔100小时采取油样进行监测，每次取样200mL并补加同等量新油，试验周期内不额外补加机油。

1.3.2 结合国家柴油机油换油标准（GB/T 7607-2010）和发动机主机厂建议，监测项目及换油指标见下表3。

2 试验结果及讨论
2.1 运动黏度变化
机油使用中，机械剪切和燃料稀释作用会使油品运动黏度下降，而高温氧化、油泥和轻组分挥发等则会使黏度增长。

黏度过低或过高均有可能造成润滑失效，使发动机发生异常磨损、故障概率增加。

因此黏度保持稳定是发动机油重要性能之一。

本次试验中机油黏度整体变化平缓，未出现较大波动，最大变化率为-8.6%，均为达到换油指标（超过±20%），且还有很大余量，表现油品的抗剪切性和高温抗氧化性能出色。

图1 100℃运动黏度变化
2.2 碱值变化
碱值的变化主要和燃油的硫含量及油品的氧化相关，反映油品抗氧化和中和燃料燃烧产生的酸性物质的能力以及清净分散能力衰变，过低的碱值会造成油泥增多，进而造成发动机的腐蚀和磨损。

参考的碱值换油指标为下降率不大于50%。

各油样碱值检测结果最低为5.3mg KOH/g，总体碱值下降率低于24%，均未达到换油要求（大于50%），且仍有较大技术余量，表明油
品具有良好的碱值保持性能。

图2 碱值变化
2.3 酸值变化
酸值主要监控油品中某些功能添加剂的消耗情况及油品老化程度。

油品在使用过程中受温度、水分或其他因素的影响会不断老化，逐渐产生较多的酸性物质，使油品酸值增加，而功能添加剂的消耗则会使得酸值降低，酸性产物不断增加是造成发动机腐蚀的重要原因。

数据体现试验过程机油酸值整体低于3.87mgKOH/g，酸值最大增加值为1.4mg KOH/g，距离参考换油指标（增加值大于2.5mg KOH/g）还有较大的余量，表明油品老化变质程度不高，抗氧化性能优异。

图3 酸值变化
2.4 元素含量变化
元素是监测发动机油使用状态的关键项目之一，通过测定油品的元素含量的变化，能够检测发动机不同部件的磨损情况以及判断油品是否受外界污染。

对试验油样的铁、铜、铝和硅元素分析情况如下：
2.4.1 检测数据显示铁含量增加缓慢，且均处在较低值，最大不超30mg/kg，远低于参考的换油指标（大于150mg/kg），表明在发动机运行过程中，铁部件及钢部件的磨损非常轻微，油品抗磨润滑效果优良。

图4 铁含量
2.4.2 铜元素含量主要来源于发动机轴承的磨损，换油指标参考限值为50mg/kg。

试验中铜含量均小于40mg/kg，其中E0557第一个试验周期时铜含量明显偏高，分析是因为该台挖机开始试验时累计工作小时较小，是磨合阶段的正常情况。

其他试验样本均体现油品对铜部件
的保护效果良好。

图5 铜含量
2.4.3 试验机油样的铝含量处于低水平，远低于换油标准的使用上限（30mg/kg），说明发动机内部铝部件没有发生异常磨损，或本身不含铝部件。

图6 铝含量
2.4.4 硅元素的增加来主要自于外界的粉尘污染，试验过程硅元素均处在较低值且无上升趋势，远低于换油标准（增加值大于
30mg/kg），表明各样机工作过程空气过滤系统状态良好，机油未受粉尘污染。

图7 硅含量
2.5其他指标分析
2.5.1 正戊烷不溶物：发动机油戊烷不溶物反映了油品含污染物的含量，它主要由氧化产物和磨损金属颗粒组成，其增加反映了油品的老化程度和污染程度。

2.5.2 水分：试验过程油品水分含量增加主要来自燃烧室产生的水分和冷却系统故障窜入的水分，油品水分含量的增加会破坏油膜强度，造成添加剂水解，产生的有机酸物质会腐蚀发动机部件。

2.5.3 闭口闪点：闪点的下降主要由燃油稀释造成，燃油稀释会削弱油膜的承载力，增大发动机磨损。

2.5.4 烟炱含量：烟炱主要是燃油和窜入燃烧室的机油不完全燃烧的产物。

烟炱含量的增加会导致发动机油黏度增大，流动性变差，烟炱含量高时容易沉积在阀系造成磨损，同时易堵塞油滤影响发动机正常工作。

2.5.5 氧化值：机油使用过程受高温氧化作用生成大分子胶装物质，使油品黏度不断增大，导致流动性变差，影响润滑性能。

监测氧化值可以分析发动机油的老化衰败情况。

分析使用500小时后的各油样的正戊烷不溶物、水分、闭口闪点、燃油稀释、烟炱含量、氧化值、硝化值等项目检测结果如下表4所
示，体现了使用后的机油各指标均在使用要求指标范围内，表明油品使用状态和设备运行状态良好。

3 试验结论
司能驭力CJ-4 15W-40 柴油机油在搭载康明斯非道路B7国四发动机的三台挖掘机上各进行了两个500小时用油周期共超过3000小时的行车试验。

试验结果表明，油品试验后的各项性能指标结果均在要求指标范围内，并且有一定的性能余量，表现试验机油润滑抗磨性能、抗氧化性能和清净分散性能出色，完全满足该非道路国四挖掘机的发动机500小时换油周期的使用要求。

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