674-铁路内燃机车多级五代柴油机油与在线粘度计(黏度-烟炱-粘度)

关键词：多级五代柴油机油；内燃机车；烟炱；粘度 中图分类号：Ｕ２６２．２４：Ｕ２６２．１１ 文献标识码：Ａ
２０世纪８０年代末，美国雪佛隆石油添加剂公 司最先推出铁路内燃机车多级五代柴油机油（以下 简称五代油），并于９０年代初开始推广使用。在这 之后，美国阿莫科石油公司、英荷壳牌等石油公司 相继开发五代油产品，其抗氧、抗磨性有较大幅度 的提高，换油期延长一倍［１］。目前美国铁路内燃机 车已全部使用五代油。
红外光谱酸性氧化物 青铜～钢摩擦磨损试验 磨斑直径／ｎｍ 综合评价值 四球长磨试验
磨斑直径／ｒ啪
低速四球试验
磨斑直径／ｒｍ
斑点试验
８０℃
１５０℃
含烟炱机油的粘度增长试验／％ 转盘试验总评分 Ｌ，一３８轴瓦腐蚀试验 轴瓦失重／ｎｌｇ 活塞裙部评分 １Ｇ２高温清净性试验 顶环槽炭填充率／（Ｖ％） 总加权评分
ＤＲＤ机车使用四代油不仅车与车之间换油期
第２期
铁路内燃机车多级五代柴油机油
１０７
相差很大（短的２万ｋｍ，长的十几万ｋｍ），而且 就一台机车而言，在一个中修期内，各换油期也有 长有短。机车中修时柴油机互换，所以若在试验车 与对比车之间（横向），或者每台机车试验前后 （纵向）的换油期进行比较，都有不尽人意的地方。 这对五代油延长换油期的判断造成很大的困难。
２铁路内燃机车多级五代油的研制及 评定
与四代油相比，国外五代油主要提高油品的抗 氧性、抗磨性，以适应延长换油期的需要［２］。我国 进口的ＮＤ５机车和国产ＤＦ４Ｄ机车由于柴油机的强 化系数比较高（ＮＤ５是９１．２，ＤＦ４Ｄ是８９．６），机 油和燃油消耗之比又较低，车况苛刻，换油期比较 短。尤其是ＤＦ４Ｄ机车柴油机窜烟严重，机油因粘 度增加过快而提前报废。根据这种情况，研制的五
二、
暮 邑、
双 孽
图４五代油的烟炱与走行公里的关系
从图４来看，对于窜烟较轻的机车，若使用五 代油走行１０．１万ｋｍ，那么使用四代油只能走行 ５．３万ｋｍ；对窜烟较重的机车，若使用五代油走
行·４．３万ｋｍ时，使用四代油只能走行２．３万ｋｍ。 根据图３和图４的分析，与四代油相比，五代
油的换油期至少延长７０％是可行的。 ３．４零部件的沉积物及磨损
摘要：参照美国机车维修者协会（ＬＭＯＡ）、美国机车生产厂家ＧＥ公司和ＧＭ公司铁路内燃机车五代油 的技术规格，确定研制的五代油暂行技术指标。通过一系列的性能筛选评定试验，包括氧化安定试验、青铜一 钢摩擦磨损试验、四球磨损试验、转盘清净性试验和烟炱分散试验，经多次筛选，确定出五代油的配方。并进 行Ｌ－一３８轴瓦腐蚀性和１Ｇ２高温清净性发动机台架试验。在为期２０个月Ⅸ、ｌＤ机车的现场行车试验中，对四代 油和五代油两种在用油进行理化、红外光谱、发射光谱和铁谱分析，还对柴油机的动力组进行拆检：连杆轴瓦 和活塞环称重、活塞清净性评分，综合考察机油的抗氧、抗磨和清净分散性能。行车试验验证使用五代油可以 减少机油中烟炱凝聚的几率，降低粘度增长的速度。研究结果表明，研制的五代油具有较好的抗氧、抗磨和清 净分散性能，粘度增长得以抑制，延长了机油的使用寿命。
１５．３５
１４．８９
Ｏ．５０
Ｏ．４８
Ｏ．１５
Ｏ．１２
３ ６７０ ＜一１５
３ ９００
＜一１５
１５．４８ Ｏ．４２ ０．ＯＯ
——
００ ３ ＯＯ １
一
Ｏ
２Ｏ
４
Ｏ色 ∞凹弛
Ｏ乱 ∞北∞
Ｏ．５８ Ｏ．０５７
Ｏ．６４ Ｏ．０６３
Ｏ．６３ Ｏ．０８７
Ｏ．３４
Ｏ．３９
Ｏ．３９
Ｏ．４３
Ｏ．４７
Ｏ．５６
１．０２ １．２３ ６．０８ ２６１．５
成漆板试验是模拟发动机活塞顶环槽成漆、成 焦的过程。转盘试验模拟活塞高、中、低温区成漆 的情况，与１Ｇ２发动机试验有很好的对应性，总 评分超过３００为失败。 ２．４分散性试验
斑点试验和含烟炱机油的粘度增加试验，考察 油品对外来污染物（主要是烟炱）的分散能力。 ２．５综合评定试验结果
综合上述抗氧、抗磨、清净分散性能试验，经 多次筛选，确定五代油的配方，并与现用的多级四 代油和国外一家石油公司的五代油对比，３种油的 理化、性能评定和发动机台架试验结果列在表２。
如果说ＤＲＤ柴油机油中的烟炱影响粘度，粘 度又影响换油期，那么可以在烟炱和换油期之间建 立一定的关系。基本的依据如前所述，四代油和五 代油当粘度到限（１８．５ ｍｍ２·ｓ－１）时，红外光谱 烟炱水平分别是１１５ Ａ·ｃｍ＿１和２００ Ａ·ｃｍ～。
图４是３台装五代油试验车的烟炱与走行公里 示意图。其中有几个换油期窜烟比较严重，影响关 系图的相关性，所以将换油期分为两组，窜烟较轻 的是换油期１，窜烟较重的是换油期２。
高含量的烟炱不仅消耗油中的清净分散剂，使 油的粘度增长过快，而且与抗磨剂争夺金属表面， 使抗磨剂在金属表面不易形成保护膜。在缸套的上 下死点、凸轮轴等边界润滑部位容易形成磨粒磨 损，在活塞环槽、进排气阀部位生成更多的沉积 物。
万方数据
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铁路内燃机车多级五代柴油机油
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表ｌ铁路内燃机车多级五代柴油机油主要暂行技术指标
项目
２。嚣级试验方法
代油除了提高抗氧性、抗磨性外，还要提高烟炱的 分散能力，以降低粘度增长的速度。
根据五代油的性能特点，使用的评定试验项目 如下：
１）氧化安定性试验； ２）差热分析试验； ３）青铜一钢摩擦磨损试验； ４）四球长磨试验； ５）低速重负荷四球试验； ６）成漆板试验； ７）转盘试验； ８）斑点试验； ９）含烟炱机油的粘度增加试验。 ２．１氧化试验 柴油机油的氧化一般分为较低温度下缓慢进行 的厚油层氧化和较高温度下活塞区域的薄油层氧 化。 柴油机油最常用的氧化安定性试验方法（ＳＨ／ Ｔ０２９９），是２０世纪７０年代制定的，属于厚层氧 化试验，试验温度１６５℃，时间是１２ ｈ。该试验条 件对评定高档柴油机油，区分性不太好。国外氧化 试验一般采用延长时间或提高温度来加强区分性。 国内一些科研单位将氧化安定性试验时间延长至 ２４ ｈ，称为超强化法，具有较好的区分性。本次试 验采用的是超强化法［３］。 差热分析试验可以模拟活塞高温区域的薄油层
ｑ
．口
０
２
４
６
８
１０
１２ １４
１６
１８
走行公里／万ｋＩｎ
图２氧化物和烟炱与走行公里的关系
当油中含有大量的烟炱粒子时，容易发生凝聚 现象，使机油的流动性变差，粘度增加［７］。 ３．３五代油抑制粘度增长的效果
凝聚后的烟炱是造成柴油机油粘度增长快的主 要原因。这就要求五代油具有较好的分散能力，这 样才能减少烟炱发生凝聚的现象，使油中烟炱粒子 的尺寸尽可能小，也就是说在同等粘度下，能容纳 较多烟炱粒子的机油，才能达到延长换油期的目 的。图３是行车试验６台机车（３台装四代油、３ 台装五代油）各换油期统计的粘度与烟炱增长趋势 图。
２６
—２４
７ ２２
Ｉ ２０
越１８ 葵１６
１４ ０
２０ ４０ ６０ ８０ １００ １２０ １４０ １６０ １８０ ２００ ２２０
烟炱／（Ａ·锄。１）
图３ ２种油的粘度与烟炱的关系
图中的虚线是粘度报废的上限。可以看出，五 代油的粘度走势明显低于四代油，例如在烟炱约 １１５ Ａ·ｃｍ＿１处，四代油的粘度到限（１８．５ ｍｍ２·ｓ－１），而五代油的粘度在１６ ｍｍ２·ｓ＿１左 右。五代油粘度到限（１８．５ ｍｍ２·ｓ＿１）时，烟炱 的水平约在２００ Ａ·ｃｍ～。可以看出五代油容纳烟 炱的能力比四代油提高了７４％。
１．０８ １．３０ １２．４
＿——
３４．０ ９．６
３０．４ ９．５
２１
３４
９
２６２．３ ２６２．３
３１０
注：＊非锌油
ｍｍ２·ｓ一、多级四代油是１８．５ ｍｍ２·ｓ～，石油
醚体积法不溶物均是１１．２％。根据２００２—２００３年
３２台次ＤＦ４Ｄ机车换油期统计，平均换油期是４．１
万ｋｍ。短的不到２万ｋｍ，长的有１８万ｋｍ，多数
从表２结果来看，研制的五代油的抗氧、抗磨 以及分散性均好于现用四代油，并通过了１Ｇ２和 Ｌ一３８发动机台架试验。
３现场行车试验
３．１选择车型 我国铁路现用的各型号内燃机车中，作为主型
机车的ＤＦ４Ｄ客运机车，存在比较突出的一个问题 是柴油机油粘度增长过快，换油期短，增加了机务 段的维修费用［５“］。如果五代油可以延长ＤＦ。Ｄ机车 的换油期，对于节约能源、降低成本的意义很大。 所以选择ＤＲＤ机车作为五代油行车试验的车型， 地点选择上海铁路局上海机务段。 ３．２ ＤＩＦ４Ｄ机车柴油机用油情况
机车换油期达不到该车型要求的至少６万ｋｍ，而
且一台机车在一个中修期内各换油期也大不相同，
不少机车在厂修或中修后第一个换油期较长，以后
的换油期较短。图１是其中３台机车使用四代油一
个中修期内，各换油期的统计。
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收稿日期：２００５一０５—１６ 基金项目：铁道部科技研究开发计划项目（２００１Ｊ０３０） 作者简介：王丹（１９５４一），女，重庆人，研究员。
期的研究目的。
１铁路内燃机车多级五代柴油机油暂 行技术指标
参照美国机车维修者协会（ＬＭＯＡ）、美国机 车生产厂家ＧＥ公司和ＧＭ公司的铁路内燃机车五 代油的技术规格，确定研制的多级五代油暂行技术 指标，其中的一些项目列于表１。
Ｉｌ基善翻；＝ 。一■
ｌ ２ ３ ４ ５６
ｌ２ ３
换油次数，次
图１换油次数与走行公里的关系

万方数据
早在研究五代油之前，我们曾对ＤＦｔＤ柴油机 油样进行过红外光谱分析，发现机油的氧化程度并 不严重，大部分氧化物的吸收值在１０ Ａ·ｃｍ一１以 内，对粘度的影响不超过一个粘度单位（ｍｍ２· ｓ叫）。但是机油含有大量的烟炱，吸收值有时最高 达到２８０ Ａ·ｃｍ～。如图２所示。