機油品質指標探討
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本文作者：陳樹林1宋素玲2趙敏2作者單位：1.呼和浩特鐵路局機務檢測所機務化驗室2.呼和浩特鐵路局包頭西機務段化驗室
鐵路內燃機車三代柴油機油：隨著鐵路運輸向重載、高速、安全節能的方向發展，對柴油機油的要求越來越高，鐵道部科學研究院金化所及其他單位開始了三代油研制。參考當時具有國際先進水平的LMOA三代油的質量要求，選用大慶原油加工的基礎油，加入清凈分散劑、抗氧、抗磨等多種添加劑，采用正交試驗法優選配方，經理化性分析、模擬試驗，以及美國卡爾皮勒1-G2及L-38國際標準臺架試驗綜合評定，確定了配方、工藝和技術條件，研制出三代油。三代油于1993年7月通過鐵道部技術鑒定，達到LMOA三代油的質量水平，1998年10月其技術指標上升為鐵道部行業標準。三代油加入了堿性磺酸鹽、高堿性硫化烷基酚鹽、無灰分散劑、硫磷雙辛基堿性鋅鹽及抗泡劑等，以提高其清凈分散性、熱氧化安定性、抗摩抗擦傷性、堿性保持性及抗泡性等。采用經過精制的500SN和150BS調配作為基礎油，以確保柴油機良好的使用性能。
鐵路內燃機車單、多級四代柴油機油：(1)鐵路內燃機車單級四代柴油機油。1984年我國從美國GE公司先后進口的420臺ND5內燃機車，加上國產的DF4D和DF4C機車等大馬力內燃機車，都要使用單級四代油，且用量逐年增加。單級四代油需要用美國雪佛龍化學公司的添加劑（OLOA2939）與國內基礎油調和而成。為了節約外匯，降低成本，滿足日益增長的四代油需求，開始了添加劑國產化的研究。由鐵道部科學研究院金化所與中石化及所屬單位成功研制出國產四代油，并于1991年11月通過鐵道部、中石化總公司聯合鑒定，經過綜合評定達到國外20世紀80年代末四代油水平，在全路推廣使用。（2）鐵路內燃機車多級四代柴油機油。我國內燃機車柴油機油需要適用的溫度范圍較寬，在北方地區，冬季室外溫度在-35～0℃，機車長時間的停留使機油粘度增加甚至凝固，會造成啟機困難；而柴油機頂部工作溫度高達200～300℃時，機油很快變稀、不易形成油膜，難以保證機件良好潤滑，磨損和油耗都會增加。在機油中加入粘度指數改進劑時，機油粘溫特性得到很大改善，有利于柴油機油在高、低溫情況下的潤滑，這是多級油與單級油的區分之處。1991年由鐵道部科學研究院與中石化總公司所屬單位開展多級油研制工作，于1995年12月成功研制出國產多級四代油，并于1999年1月了TB/T2956—1999《鐵路內燃機車單、多級四代柴油機油》，該標準現被TB/T2956—2009替代。
鐵路內燃機車單、多級五代柴油機油：國產單、多級五代柴油機油依據的國產五代油暫行技術指標是參照LMOA、美國機車生產廠家GE公司和GM公司鐵路內燃機車五代油的技術規格確定研制的。2001年鐵道部科教司下達了“鐵路內燃機車多級五代機油的研制”科技發展項目，鐵道部科學研究院金化所成立五代油課題組，在完成五代油配方的理化性能及臺架試驗后，從2002年6月起，在上海鐵路局歷經1年多現場試驗，又通過一系列的理化性能、發射光譜、鐵譜和紅外光譜分析篩選評定后，成功研制出國產多級五代柴油機油。
鐵路內燃機車柴油機油現行質量指標
目前，我國鐵路內燃機車柴油機油執行的是TB/T2956—2009，明確了有關油品的理化指標和模擬性能的要求，還對臺架試驗做出了相應的要求，見表1。
內燃機車柴油機油用油質量狀況及性能
1導致換油的質量問題及原因分析
目前，在呼和浩特鐵路局干支線客貨運使用的內燃機車為123臺，由2007—2011年的年度機化報表數據統計得到，平均的換油率為8.7%，其中粘度高的占39.1%，石油醚不溶物超標占44.3%，是換油的主要原因。導致這2項質量指標超標引起換油的原因主要有2方面。（1）機車工況。由于柴油的不完全燃燒，或是柴油機工作溫度高，發生過熱、結焦等，產生的積炭促進機油老化。不溶物超標多發生在DF4D機車上，主要是由于機車柴油機設計不足，導致機油中煙炱增加量大。（2）機油質量性能的使用狀況。機油氧化后生成各種含氧化合物，如有機酸、醇類、醛類、酮類、脂類、膠質、瀝青質等，使油顏色變深，粘度增大，酸值提高并產生沉渣，一些高分子含氧化合物在低溫下形成油泥，在高溫下形成積炭和漆膜，導致粘度高和石油醚不溶物超標。
2機油中的煙炱顆粒團
機油中煙炱顆粒團是粘度增大的主要物質，盡管在研制柴油機油時，使用了對煙炱具有很好分散能力的分散劑，以減少煙炱顆粒團聚，降低煙炱結構尺寸，提高柴油機油對煙炱的容納能力，但是仍然會發生不同程度的聚結，形成較大的煙炱顆粒團結構。煙炱顆粒團具有很高的硬度，煙炱含量高不僅僅增大粘度，還將導致摩擦副摩擦增大。有關資料報道，采用反射和透射掃描電鏡對使用的機油中煙炱顆粒團進行分析，其成分主要是C，還有少量的O、S、Ca以及微量Si、Al和P等，其中一些成分是添加劑帶入的。
3基礎油
柴油機油是基礎油和添加劑調配制成的，基礎油的質量至關重要，通常要進行精制加工。基礎油制備工藝有，減壓蒸餾、脫膠質、瀝青、加氫轉化、催化脫蠟、白土補充精制等。基礎油由烷烴、環烷烴、芳烴，以及少量氧、氮、硫、膠質、瀝青等組成。烴的主要組成中，以芳烴最不易氧化，環烷烴次之，烷烴高溫下最易氧化，常溫和低溫下還較穩定。芳烴本身氧化產生酚類，酚是抗氧劑，又能阻止和保護其他烴類氧化，所以機油中芳烴含量對氧化安定性影響較大，但芳烴缺點是粘度大，閃點低，殘炭高，因此，加工精制基礎油及三類烴含量最佳比例十分重要。
4添加劑
機油使用性能另一個因素就是添加劑，其作用機理有清凈分散劑、抗氧、抗腐、抗磨劑、粘度指數改進劑、抗泡劑等。使用質量不好的添加劑或不按規定配方生產的柴油機油，在使用中會出現換油期短、活塞生成積碳等，影響柴油機的壽命。TB/T2956—2009規定的出廠檢驗項目共11項，用戶也依據出廠化驗單檢驗的各項進行驗收。以三代油為例進行實驗，按照三代油配方用500SN和150BS調配作為基礎油，再添加鐵路定點廠家生產的三代油復合添加劑，可調制出符合標準的三代油。同樣，用500SN和三代油復合添加劑，不加150BS基礎油，也可調制出符合標準的三代油，化驗常規的11項指標都合格。500SN和150BS這2種基礎油烴含量組分不同，性能也有差異，所以，只化驗常規的11項質量指標具有局限性。從實驗室的調配油化驗情況分析，說明作為機油的某些性能，僅化驗機油常規的11項指標很難保證柴油機油良好的使用性能。可以在現場有條件的情況下，按照TB/T2956—2009要求，進行氧化安定性試驗（強化法）、曲軸箱模擬試驗，對三代油的抗氧化性能及清凈分散性能進行檢驗。
5機油總堿值
內燃機車柴油機油總堿值的大小，可體現添加劑的種類和用量，最初清凈劑用的都是中性鹽，隨著大功率增壓柴油機日益增多和含硫柴油的增加，各種清凈劑逐步向堿式鹽和高堿性鹽的方向發展，機油總堿值指標越高，添加劑加量就越大。在堿存在條件下，脂類易發生皂化反應生成羧酸和醇，也會降低油品性能。在呼和浩特鐵路局的實際運用中，沒有出現由于總堿值低而換油的情況，且所有的報廢機油的總堿值損耗率平均不到20%。這與三代油優良的抗氧性能及柴油含硫量低的因素有關，因此在研制新的柴油機油時可以適當降低總堿值。
結語
柴油機油的性能及壽命取決于基礎油的質量、添加劑的種類、用量和油品規定的質量指標。機油應具有良好的抗氧化、抗磨和清凈分散性能，減少機油中煙炱凝聚的幾率、控制粘度增長速度的功能，以及保持一定的堿度、防止不溶物形成的功能，同時具有良好的粘溫特性等。為保證和提高用油質量，延長機油的使用壽命，值得進一步研究是否需要增加新油的檢測項目。同時，結合實際使用，在研制新的鐵路柴油機油時可適當降低總堿值。
