美国柴油机油发动机台架的现状及发展
1、美国柴油机油的发展状况
环保、节能是推动发动机油升级换代的主要驱动力，美国早在20世纪60年代，就提出了汽车排放要求，那时柴油车以CC级柴油机油为主。到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，从而大大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.
从表1可见，随着排放法规要求的不断苛刻，美国自20世纪80年代末、90年代初以来，每4-5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。而新的油品规格总伴随着产生新的油品评定台架，表2列出了美国在用柴油机油规格所要求通过的发动机台架试验。
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 CI-4的8个（不包括模拟试验），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合架试验．
2.1 Cat.1M-PC发动机台架试验
Cat 1M -PC用于API CF、CF -2和MIL -L -21046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。
Cat.1 M-PC采用卡特皮勒(Caterpillar)公司生产的1Y73单缸非直喷两气门发动机，试验时间120 h,使用矩形活塞环，发动机排量2.0 L，功率31 kW，压缩比16.4:1，转速1800 r/min，燃料输人135 g/min,发动机冷却液温度87.8℃，油温96℃，进气温度123.8℃，试验时间120 h，燃料油硫含量0.38%-0.42%.
Cat. l M-PC发动机台架试验评定的通过标准如下。
CF级油WTD（加权总评分）≤240; TGF（顶环槽充炭）≤70%；活塞环侧间隙≤0.013 mm；无活塞环粘结、活塞环或气缸套的刮擦。
CF -2级油：WTD≤100。2.2 Cat.1K发动机台架试验
Cat.1 K用于APICF-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。
Cat.1 K使用Caterpillar公司生产的1Y540单缸直喷四气门发动机，排量为2.44 L，压缩比为14.5:1，转速为2 100 r/min，功率52 kW，燃油输人185g/min，冷却液出口温度93.3℃，油温107.2℃，绝对进气压力为240 kPa，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252 h，活塞顶环采用梯形环、二环采用矩形环。
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析。Cat.1 K发动机台架试验通过标准见表3。
2.2 CaUN发动机台架试验
Cat.1 N用于API CG-4和MIL-L-21046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。
Cat.1 N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。C at.1 N试验的通过标准见表4。
2.3 Cat.IP发动机台架试验
C at.1 P用于评定API CH-4级油，使用顶部为铁、裙部为铝的2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、粘环以及活塞环、气缸套的擦伤和油耗的影响。
Cat.1 P使用Caterpillar公司生产的1Y3700单缸直喷四气门发动机，排量2.44 L，功率55 kW，压缩比16.25:1，转速2 100 r/min,燃油输人185 g/min,冷却液温度93.3℃，油温107.2℃，进气温度126.7℃，空燃比29:1，试验油硫含量为0.03%-0.05%，试验时间360 h。发动机活塞顶环、二环采用梯形活塞环。Cat.1P与C at. l K/ 1 N相比，其活塞环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。
试验结束后，评定活塞、活塞环和气缸套，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析。Cat.1P试验通过标准见表5.
2.4 Cat.1R发动机台架试验
Cat. l R用于评定DHD-1和API CI-4级油，它通过模拟高速、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、粘环以及活塞环、气缸套擦伤和油耗的影响。
Cat.1 R使用Caterpillar公司生产的1Y3700高速、单缸、直喷四气门发动机，发动机采用顶部为铁、裙部为铝的2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。Cat.1R试验时间504 h，发动机转速1800 r/min，功率68 kW，燃油流量240g/min，油温120℃，冷却液温度105℃，试验燃油硫含量为0.03%-0.05%,,
试验结束后，评定活塞、活塞环和气缸套，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析。Cat 1R通过标准见表6.
2.5 Cummins M--11（HST）发动机台架试验
Cummins M-11（HST）用于评定API CH-4和Cummins CES 20076级油，它通过模拟1998以后的重型载货车的运行工况，评定油品对由烟炱起的发动机摇臂相关部件的磨损。
Cummins M-11（HST）使用1994年生产的Cummins M-11 330-E发动机，额定功率为250 kW，转速1600 r/min，主要评定活塞环磨损、顶置摇臂，滤网堵塞和油泥。Cummins M-l l (HST)试验时间为200 h，发动机在富油、1600 r/min下运转100 h，接着在富油、延迟喷射和1800 r/min下运转100 h。
试验结束后，评定发动机十字头失重、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25 h取样，并分析40℃、100℃时的运动粘度、总碱值、总酸值、金属含量。Cummins M-11(HST)发动机台架试验通过标准见表7。
2.6 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 1SM 425发动机改装而成，发动机额定功率为3171W，转速1 800 r/min，具有废气再循环装置，试验时间为300 h，主要评定活塞环磨损、气门搭桥磨损、滤网堵塞和油泥。试验开始时，发动机在富油、1600 r/min下运转150 h。随后在富油、延迟喷射各5Oh下交替运转150 h，发动机转速为800 r/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8。
2.7 Mack T-8（Mack T-8A和Mack T-8E）发动机台架试验
Mack T-8用于评定API CG-4级油；Mack T-8A代替Mack T-7评定CF-4级油；Mack T-8E用于评定CH-4，CI-4级油。其区别在于Mack T-8A试验时间为150 h, Mack T-8试验时间为250 h，而Mack T-8E试验时间为300 h.
Mack T-8主要用于评定油品的烟炱分散能力，它模拟重型载货车停停-开开、高烟臭含量的工况。Mack T-8采用Mack E7-350发动机，即直列六缸、四冲程、涡轮增压、中冷、压燃式发动机，其排量为11.93 L,1 800 r/min时的额定功率为261 kW，绝对进气压力203 kPa,冷却液出口温度85℃，油温104.4℃，燃油硫含量0.03%~0.05%。
试验时每隔25 min采样，分析100 ℃时的运动粘度，试验件主要评定滤网堵塞E2,11 Mack T-8发动机台架试验通过标准见表9。
2.8 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CF-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261 kW。Mack T-9试验时间500 h，前75 h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425 h，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。
2.9 Mack T-10发动机台架试验
Mack T-10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1800 r/min时的额定功率为348 kW，具有EGR装置。Mack T-10试验时间为300 h,前75 h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225 h，以产生对活塞环和气缸套的最大磨损[4]。
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1000。
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，CH-4，CI-4级油，它主要评定润滑油对滚动随动轴磨损的影响。
RFWT发动机台架采用General Motor 6.5 L非直喷柴油机，其排量6.2 L，在3 400 r/min下的额定功率为120 kW,,试验时发动机在1000 r/min和近乎最大负荷下运转50 h不换油（在25 h时补加油），输油管油品温度和冷却液出口温度控制在118℃，燃油硫含量0.03%-0.05%。
每次试验前安装1副新的滚动随动件，试验后取出滚动随动轴，其磨损通过表面形貌仪测定。另外，在0.25 h和50 h时取样，分析40℃、100℃时的运动粘度、总碱值、总酸值和金属含量。
RFWT发动机台架试验通过标准如下。CG-4通过标准为：1次试验不大于11.4μm，2次试验不大于12.4μm, 3次试验不大于12.7μm。CH-4 和CI-4 通过标准为：1次试验不大于7.6μm,2次试验不大于8.4μm，3次试验不大于9.1μm。
2.11空气混入性发动机台架试验
空气混入性发动机台架用于评定API CG-4,CH-4和CI-4 油品，它通过模拟大型皮卡车和中型载货车的高速、重载运行工况，评定油品的空气混入性能。
空气混人性发动机台架采用1994年产Navistar7.3 LV-8、四冲程、涡轮增压、使用液压电子控制燃油喷射系统(HEUI)的发动机，在3 000 r/min下的额定功率为163 kW。在进行空气混人性发动机台架试验时，控制冷却水出口温度、燃油和进气温度及进气压力，在额定速度、最大/最小负荷下运转20 h，每次试验前发动机用测试油冲洗2次，每次1 h.
试验在0、5 h和20 h时，评定油品中混人的空气，同时采样分析0、20 h时油品中磨损金属的含量。
空气混人性发动机台架试验通过标准是在发动机运行20 h时，CH-4和CI-4允许混入的最大空气量为8.0%，CG-4为10.0%。
3、用于PC-10的正在发展中的发动机台架
美国柴油机油规格PC-10将于2006年发布，PC-10规格中有5个新的发动机台架试验已由发动机制造商完成，同时还考虑用于评定催化剂后处理相容性的第6个发动机台架试验。已经完成的5个发动机台架试验如下。
a. Caterpillar C-13发动机台架试验，用于评定铁活塞沉积物和油耗。
b. Mack T-12发动机台架试验，用于评定活塞环、轴承的腐蚀和气缸套的磨损。
c. Cummins ISB发动机台架试验，用于评定由烟炱引起的滑动随动件设计中的阀系的磨损。
d. Cummins ISM发动机台架试验，用于评定装配EGR发动机的由烟炱引起的阀系的磨损和腐蚀。
e. Mack T-11发动机台架试验，用于评定烟炱引起的粘度增长。
这些多缸发动机台架试验的费用非常昂贵，每次试验费用大约在11万-15万美元之间，因此在以后新规格的柴油机油研制过程中，不但要求有雄厚的技术实力，同时要有坚实的经济基础。
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