《美国柴油机油台架评定技术的发展.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《美国柴油机油台架评定技术的发展.（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、美国柴油机油台架评定技术的发展摘要：为满足日益苛刻的环保要求，世界各国纷纷出台越来越严格的排放法规限制柴油机的排放。随着发动机排放标准不断苛刻和柴油机油规格的不断升级，总伴随着产生新的评定台架。对美国在用柴油机油的发动机评定台架进行了详细介绍，同时对我国发动机台架的发展提出了建议。关键词：发动机台架；柴油机油；发展适应日趋严格的排放标准，提高燃油经济性和延长换油周期是柴油机油规格的发展趋势。随着柴油机油的不断升级，新规格要求柴油机油通过的台架数量也越来越多，发动机台架试验对润滑油规格标准的建立和发展起到了决定性作用1。1 美国柴油机油的发展状况美国在20世纪60年代，就提出了汽车排放要求，那时
2、柴油车以CC级柴油机油为主。20世纪90年代初，美国通过“清洁空气法”修正案，对发动机排放要求越来越苛刻，从而加速了美国柴油机油规格升级换代的步伐，美国柴油机油排放标准与对应的油品规格见表1。由表1可知，随着排放法规要求的不断提高，美国自20世纪80 年代末以来，每3年4年推出一代新的柴油机油规格来满足更为苛刻的排放要求，氮氧化物NOx和颗粒物排放要求越来越严格。1994年，NOx在1988年的基础上降低了53%，颗粒物排放降低了58%；在表1 美国柴油机排放标准与对应的油品规格1994年到2002年期间，NOx和颗粒物排放进一步降低；2010年，NOx 和颗粒物排放在1988年的基础上发生了
3、巨大变化，高档柴油机油的应用可以大量减少烃类HC、CO、NOx以及颗粒物的排放。而新的油品规格总伴随着产生新的油品评定台架，表2列出了美国在用部分柴油机油规格所要求通过的发动机台架试验。表2部分质量等级的柴油机油要通过的台架试验由表2可见，随着柴油机油规格的升级换代，所要求通过的发动机台架试验已从API CF级油的2个增加到API CJ-4的10个，每个发动机台架都针对油品的某一性能设计而成，因而对油品的性能要求越来越全面，这对油品的研制造成很大的困难。同时，由于我国柴油机油规格等效采用美国API规格，因此对国内油品研究人员来说，全面了解发动机台架是非常必要的。2 美国在用柴油机油发动机台架试
4、验开特皮勒(Caterpillar)系列发动机润滑油台架测试已经发展了 50 多年，是评定柴油机油高温清净性及机油消耗性能的重要方法。经过多年发展，Caterpillar测试已经从单缸Caterpillar 1H2发展到多缸并且带有内部热废气循环(ACERT)的Caterpillar C13，下面仅就部分在用台架作一介绍。2.1 Cat. 1MPC发动机台架试验Cat.1M-PC用于API CF、CF-2和MIL-L-2104G级油的评定，它通过模拟高速、增压非公路柴油机的运行工况，评定油品对活塞沉积物，粘环以及活塞环、气缸套擦伤的影响9。Cat.1M-PC采用卡特皮勒公司生产的1Y73单缸非
5、直喷两气门发动机，试验时间120h,使用矩形活塞环，发动机排量2.0L,功率31KW，压缩比16.4:1，转速1800r/min,燃料输入135g/min，发动机冷却液温度87.8，油温96，进气温度123.8，试验时间120h，燃料油硫含量0.38%-0.42%。试验时，用试验油作为润滑剂，先试运转1 h，然后在规定的转速和燃油消耗率的条件下，使增压柴油试验机运转120 h，试验结束后检查发动机、活塞、活塞环、缸套，测定缸套和活塞环的磨损程度，活塞沉积物的性质和数量，活塞环的灵活程度。Cat.1MPC发动机台架试验评定的通过标准，如表3所示。表3 CF级油 Cat.1MPC发动机台架试验通过
6、标准发动机评定或测量参数 1次试验 2次试验 3次试验顶环槽充炭率（TGF）% 59 67 70加权总评分（WTD） 197 227 240活塞环系间隙增大/mm 0.013 0.013 0.013CF2级油:WTD(加权总评分)100。Cat.1M- PC发动机台架试验运行参数如表4所示。表4 CF级油Cat.1MPC发动机台架试验运行参数2.3 Cat. 1K 发动机台架试验Cat.1k用于API CF-4、CH-4、CI-4级油的评定，它通过模拟1989年以前的高速、涡轮增压柴油机的运行工况，评定油品对活塞沉积物、粘环以及活塞环、气缸套的擦伤和油耗的影响9。Cat.1k使用 Caterp
7、illar 公司生产的 1Y540单缸直喷四气门发动机，排量为2.44L，压缩比为 14.5:1,转速为2100r/min，功率52KW，燃油输入185g/min，冷却液出口温度 93.3，油温 107.2，绝对进气压力为240kPa，空气进口温度126.7，空燃比29:1，燃油硫含量0.38%-0.42%,试验时间252h，活塞顶环采用梯形环、二环采用矩形环2。CH4柴油机油规格沿用了CF4柴油机油规格采用的Cat.1K台架，二者区别是CF4柴油机油规格二次通过一次，CH4柴油机油规格要求一次通过。试验结束后，评定活塞、活塞环和气缸套，并对废油进行运动粘度、总碱值、金属含量和燃油稀释状况的分
8、析。发动机台架试验通过标准见表 4。表4 Cat.1k发动机台架试验通过标准62.3 Cat.1N 发动机台架试验Cat.1N用于APICG-4和MIL-L-2104G级油的评定，它通过模拟1998年以前的、使用低硫燃料的高速、涡轮增压柴油机运行工况，评定油品对活塞沉积物、粘环以及活塞环、气缸套的擦伤和油耗的影响9。Cat.1N所使用发动机、试验参数以及试验件均与Cat.1k相同，只是试验采用硫含量为0.03%-0.05%的低硫燃油3。Cat.1N试验的通过标准见表5。表5 Cat.1N 发动机台架试验通过标准62.4 Cat.1P 发动机台架试验Cat.1P用于API CH4油的评定Cat.
9、1P使用1Y3700单缸直喷四气门发动机，排量2.44 L.试验用含硫量为 0.04% 的燃料油，转速为2100 r / min，润滑油在107.2下运行360h。Cat.1P发动机使用顶部为铁、裙部为铝的两段活塞，它通过模拟 2002 年以前的高速、涡轮增压柴油机运行工况，评定油品对活塞沉积物、活塞环粘结和活塞环、气缸套的擦伤和油耗的影响。发动机活塞顶环、二环采用梯形活塞环。Cat.1P与 Cat.1K 试验相比，其活塞环的顶环更靠近活塞顶部，同时发动机采用顶置凸轮轴和电子燃油喷射控制49。试验结束后，评定活塞、活塞环和气缸套，对废油进行运动黏度、总碱值、金属含量和燃油稀释状况的分析，评定内
10、容和通过标准见表6。表6 Cat.1P发动机台架试验通过标准62.5 Cat.1R发动机台架试验Cat.1R用于API CI4油的评定，Cat.1R使用1Y3700高速、单缸、直喷四气门发动机，排量244 L。试验用含硫量为0.04%的燃料油，转速为1800 r/min，润滑油在120下运行504h采用顶部为铁、裙部为铝的两段活塞，中间支撑低扭曲气缸套，齿轮传动的顶置凸轮轴，高压电控喷油系统9。Cat.1R 模拟高速、重负荷涡轮增压柴油机的运行工况，评定油品对铁活塞沉积物、活塞环粘结以及活塞环、气缸套擦伤和油耗的影响5-7。Cat.1R 发动机替代了Cat.1P，评价发动机活塞的高温清净性。评
11、定指标前者比后者苛刻。评定内容和通过标准如表7所示。表7 Cat.1R 发动机台架试验通过标准62.6 Cat. C13发动机台架试验Cat. C13 用于API CJ4级油的评定，首次增加了二环积炭评分，采用2004年生产的Caterpillar320 kW C13发动机，模拟高速、重负荷工况。测定高温清净性的Caterpillar C13发动机配置电子控制、双涡轮增压器、直喷、六缸、四气门发动机。试验用含硫量为15mg/kg 以下的超低硫柴油，转速为1800r/min，润滑油温度为98，运行时间500 h。采用内部热废气循环(ACERT)技术，而Cat.1R为单缸发动机，不带废气循环，燃烧
12、的是硫含量500mg/kg以下的低硫柴油9。Cat. C13 评定内容和通过标准如表8所示。表8 Caterpillar C13 发动机台架试验通过标准2.7 Cummins M-11 (EGR)发动机台架试验Cummins M-11 (EGR)用于评定API CI-4级油，它通过模拟2002年以后高速公路上行驶的载货车工况，评定油品对降低与烟炱相关的、具有废气再循环（EGR）的发动机磨损的效果。Cummins M-11 (EGR)是由Cummins ISM-425发动机改装而成，发动机额定功率为317KW，转速1800r/min，具有废气再循环装置，试验时间为300h，主要评定活塞环磨损、气
13、门搭桥磨损、滤网堵塞和油泥。试验开始时，发动机在富油、1600r/min下运转 150h。随后在富油、延迟喷射各50h 下交替运转150h，发动机转速为 800r/min。试验结束后，评定发动机十字头失重、顶环失重、机油滤网堵塞（压力差表示）、发动机阀罩和油底壳油泥的评分。试验每25h取样，并进行40、100时的运动粘度、总碱值、总酸值和金属含量分析。Cummins M-11 (EGR)发动机台架试验通过标准见表9。表9 Cummins M-11 (EGR)发动机台架试验通过标准62.8 Mack T-9发动机台架试验Mack T-9用于评定API CH-4级油，同时代替Mack T-6评定C
14、F-4级油.它通过模拟1998年以后的载货车运行工况，评定油品对发动机活塞环和气缸套磨损能力的影响。Mack T-9采用Mack E7-350直列六缸发动机，其功率为261KW。试验时间500h，前75h在额定速度和功率下运行产生烟炱，接着在富油15%、最高扭矩转速条件下运转425h，以产生对活塞环和气缸套的最大磨损。试验结束后，对活塞环磨损、钢铁磨损、铅含量和油耗进行评定；对废油进行100时的运动粘度、烟炱含量、总碱值、总酸值和铅含量的测定Mack T-9发动机台架试验通过标准见表10。表10 Mack T-9发动机台架试验通过标准62.9 Mack T-10发动机台架试验Mack T-10
15、 用于评定CI-4级油。它通过模拟2002年以后的重负荷、高速公路行驶载货车的运行工况，评定油品对带有EGR发动机的活塞环、气缸套和轴承磨损的影响。Mack T-10采用改进的Mack E7 E-Tech 460发动机，在1800r/min时的额定功率为348KW，具有EGR装置。Mack T-10试验时间为300h，前75h在额定速度和功率下运行产生烟炱，接着在富油15%、最高扭矩转速条件下运行225h，以产生对活塞环和气缸套的最大磨损3。试验结束后，评定活塞环和气缸套磨损、铅含量、油耗以及油品的氧化，对废油主要分析100时的运动粘度、烟炱含量、总碱值、总酸值、铅含量以及FTIR氧化。Mack T-10发动机台架试验的通过标准为其优点评分不小于10006。2.10 RFWT（滚动随动件试验）发动机台架试验RFWT用于评定API CG-4,
