馬瑞瑄解彬（1-長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心河北保定0710002-河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心）

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小型增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油適應(yīng)性的試驗(yàn)研究

馬瑞瑄1，2解彬1，2
（1-長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心河北保定0710002-河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心）

近年來(lái)，隨著汽車(chē)技術(shù)的不斷進(jìn)步及在節(jié)能減排政策的推動(dòng)下，發(fā)動(dòng)機(jī)正沿著大功率、小體積的方向發(fā)展。增壓技術(shù)在新上市的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用也趨向于普及化，但是渦輪增壓技術(shù)的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度升高，熱負(fù)荷增大，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的使用也提出了相應(yīng)的要求。在汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)油適應(yīng)性好與差，將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、耐久性產(chǎn)生顯著的影響。確定機(jī)油的適應(yīng)性需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)搭載整車(chē)后的運(yùn)行工況和實(shí)際使用環(huán)境的多樣性，僅通過(guò)試驗(yàn)室臺(tái)架驗(yàn)證試驗(yàn)無(wú)法有效評(píng)估實(shí)際情況，因此選擇試驗(yàn)車(chē)路試的方式進(jìn)行驗(yàn)證。

增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油換油周期適應(yīng)性劣化

引言

本次機(jī)油適應(yīng)性試驗(yàn)主要選用基礎(chǔ)油為礦物基礎(chǔ)油的不同牌號(hào)機(jī)油，進(jìn)行不同環(huán)境、不同行駛里程的對(duì)比性試驗(yàn)驗(yàn)證，并依據(jù)試驗(yàn)后機(jī)油的消耗量、機(jī)油的劣化及發(fā)動(dòng)機(jī)零部件運(yùn)動(dòng)副的磨損程度來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1　試驗(yàn)用機(jī)油的選擇

結(jié)合目前國(guó)內(nèi)已上市的增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的機(jī)油質(zhì)量等級(jí)及粘度等級(jí)，選擇本次試驗(yàn)用機(jī)油牌號(hào)。該試驗(yàn)所選用的機(jī)油牌號(hào)見(jiàn)表1。

表1　試驗(yàn)用機(jī)油牌號(hào)

2　試驗(yàn)車(chē)輛

試驗(yàn)車(chē)輛為國(guó)產(chǎn)緊湊型城市SUV，該車(chē)為手動(dòng)檔、兩驅(qū)。為保證此次試驗(yàn)的充分性、有效性，共涉及試驗(yàn)車(chē)8輛，試驗(yàn)過(guò)程中均在滿載（約1 800 kg）條件下行駛。

3　試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為國(guó)產(chǎn)4G15T型增壓汽油機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)為直列四缸、雙頂置凸輪軸結(jié)構(gòu)，采用了廢氣渦輪增壓中冷、多點(diǎn)順序燃油噴射、電控機(jī)械式節(jié)氣門(mén)等多種先進(jìn)技術(shù)，排放水平達(dá)到歐V標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)動(dòng)機(jī)特性指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2　發(fā)動(dòng)機(jī)特性

4　試驗(yàn)路況及環(huán)境

根據(jù)國(guó)內(nèi)氣候條件、地理環(huán)境的實(shí)際情況，選擇路試地點(diǎn)的同時(shí)要考慮環(huán)境、路況。其中高寒環(huán)境路試地點(diǎn)選擇黑龍江省黑河市，試驗(yàn)工況主要通過(guò)市區(qū)、郊區(qū)、高速各工況循環(huán)驗(yàn)證，溫度范圍-35℃～-15℃；高溫高濕環(huán)境路試地點(diǎn)選擇海南省瓊海市，試驗(yàn)工況主要通過(guò)沿海公路驗(yàn)證，溫度范圍22℃～35℃，濕度大于70%；其他環(huán)境路試地點(diǎn)均選擇北京市及周邊，試驗(yàn)工況主要通過(guò)市區(qū)、郊區(qū)、高速、山區(qū)、壞路各工況循環(huán)驗(yàn)證。

5　機(jī)油保養(yǎng)周期及取樣

使用車(chē)輛每行駛10 000 km進(jìn)行一次機(jī)油保養(yǎng)，同時(shí)更換機(jī)油濾清器。所有試驗(yàn)均為熱車(chē)取樣，取樣周期分別為距上一次機(jī)油保養(yǎng)后行駛里程5 000 km、8 000 km、10 000 km時(shí)，取樣部位為油底殼儲(chǔ)油中部，每次取樣200 mL，如取樣后試驗(yàn)車(chē)不進(jìn)行保養(yǎng)將繼續(xù)路試，并補(bǔ)加200 mL同牌號(hào)新機(jī)油至發(fā)動(dòng)機(jī)［1-5］。

6　油樣檢測(cè)項(xiàng)目

油樣檢測(cè)內(nèi)容按GB/T8028-2011汽油機(jī)油換油指標(biāo)所規(guī)定的項(xiàng)目進(jìn)行，主要檢測(cè)油樣的指標(biāo)有：運(yùn)動(dòng)粘度（100℃）、酸值、堿值、水分含量、汽油含量、元素含量及機(jī)油消耗量。

7　機(jī)油性能指標(biāo)的劣變分析

在試驗(yàn)過(guò)程中，結(jié)合試驗(yàn)車(chē)的行駛里程及運(yùn)行環(huán)境，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的性能參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，定期取樣，并對(duì)過(guò)程變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指導(dǎo)在按質(zhì)換油時(shí)換油周期和換油指標(biāo)的具休制定。試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)車(chē)加入指定機(jī)油，整車(chē)磨合3 000 km后更換機(jī)油、機(jī)油濾清器，并加入新油開(kāi)始試驗(yàn)，具體試驗(yàn)信息見(jiàn)表3。

表3　試驗(yàn)情況

針對(duì)本試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程變化數(shù)據(jù)及機(jī)油檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，具體如下：

7.1運(yùn)動(dòng)粘度

運(yùn)動(dòng)粘度是衡量油品油膜強(qiáng)度、流動(dòng)性的重要指標(biāo)，而運(yùn)動(dòng)粘度變化率反映了油品的油膜強(qiáng)度、流動(dòng)性的變化情況。在用機(jī)油運(yùn)動(dòng)粘度的變化反映了油品發(fā)生深度氧化、聚合、輕組分揮發(fā)生成油泥以及受燃油稀釋、水污染和機(jī)械剪切的綜合結(jié)果。粘度的增長(zhǎng)會(huì)增加動(dòng)力消耗，過(guò)高的粘度增長(zhǎng)甚至?xí)?lái)泵送困難，從而影響潤(rùn)滑帶來(lái)事故。粘度的下降則會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)油膜變薄，潤(rùn)滑性下降，機(jī)件磨損加大，粘度大幅下降往往會(huì)造成拉缸的后果。

不同環(huán)境及車(chē)輛行駛里程與機(jī)油運(yùn)動(dòng)粘度的關(guān)系如圖1a），b），c）所示。

驗(yàn)證結(jié)果說(shuō)明，在車(chē)輛行駛5 000 km就出現(xiàn)粘度變化率超出換油指標(biāo)所要求≤20%的限值，但直到車(chē)輛行駛至10 000 km機(jī)油粘度變化率均不超出25%，說(shuō)明車(chē)輛行駛里程在5 000 km內(nèi)粘度變化大，從5 000到10 000 km之間粘度變化較小。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以反映出，主要原因是粘度等級(jí)為5W-30的機(jī)油所添加的粘度指數(shù)提升劑失效。粘度等級(jí)為5W-30的機(jī)油采用合成基礎(chǔ)油將會(huì)有效改善粘度變化率，增強(qiáng)機(jī)油粘度對(duì)小型增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的適應(yīng)性。

7.2燃油稀釋

車(chē)輛在使用過(guò)程中，因種種原因燃料會(huì)部分竄入機(jī)油油底殼，污染機(jī)油，甚至?xí)斐衫椎膰?yán)重后果。通常只有發(fā)動(dòng)機(jī)活塞間隙變大或發(fā)生不正常磨損等異常情況發(fā)生時(shí)，燃油才會(huì)大量地進(jìn)入潤(rùn)滑油中。

圖1　各種環(huán)境運(yùn)動(dòng)粘度變化率

不同環(huán)境及車(chē)輛行駛里程與汽油含量的關(guān)系如圖2a），b），c）所示。

圖2　　各種環(huán)境汽油含量

驗(yàn)證結(jié)果表明，通過(guò)各環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證三種牌號(hào)機(jī)油，汽油含量均處于較低水平≤3%未超出換油指標(biāo)，且不同環(huán)境下隨著試驗(yàn)里程增加變化也較穩(wěn)定≤1%變化。此項(xiàng)指標(biāo)可以從側(cè)面反映出發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦副無(wú)異常，可在一定程度上說(shuō)明機(jī)油的適應(yīng)性。

7.3水分

發(fā)動(dòng)機(jī)在做功過(guò)程中，燃油燃燒生成的水汽以及通過(guò)油箱呼吸吸入的水汽，會(huì)進(jìn)入機(jī)油中帶來(lái)污染。油中的水分會(huì)導(dǎo)致油品乳化變質(zhì)，并造成發(fā)動(dòng)機(jī)零部件表面的銹蝕。由于在工作中發(fā)動(dòng)機(jī)油始終處在相對(duì)較高的溫度（＞80℃）下，正常情況下油中的水含量均較低。

不同環(huán)境及車(chē)輛行駛里程與水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖3 a），b），c）所示。

圖3　各種環(huán)境水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

水分在高溫高濕環(huán)境試驗(yàn)28 000至30 000km及高寒環(huán)境下水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)突增，而其他驗(yàn)證結(jié)果均反映水分的變化穩(wěn)定均在0.15%以內(nèi)。針對(duì)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)突增的現(xiàn)象進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，取油樣前所進(jìn)行的整車(chē)道路試驗(yàn)均存在連續(xù)的雨雪天氣，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣水分增高，最終導(dǎo)致機(jī)油水分含量增加。

7.4酸值增加量

油品在使用中受溫度、水分或其他因素的影響，油品會(huì)逐漸老化變質(zhì)。隨著油品老化程度增加，會(huì)產(chǎn)生較多的酸性物質(zhì)，使油品酸值增加；較大量的酸性物質(zhì)對(duì)設(shè)備造成一定程度的腐蝕，并在金屬的催化作用下繼續(xù)加速油品的老化狀況，影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。不同環(huán)境及車(chē)輛行駛里程與酸值增加的關(guān)系如圖4 a），b），c）所示。

從機(jī)油油樣的檢測(cè)結(jié)果可以得出：

圖4　各種環(huán)境酸值增加量

1）使用牌號(hào)為5W-30的機(jī)油在不同環(huán)境的試驗(yàn)車(chē)行駛5 000 km后均存在酸值超標(biāo)；

2）使用牌號(hào)為10W-40、5W-40的機(jī)油在不同環(huán)境及行駛里程所采集的油樣酸值均未超標(biāo)；

3）試驗(yàn)車(chē)用機(jī)油的酸值主要隨行駛里程的延長(zhǎng)而增大。牌號(hào)為10W-40、5W-40的機(jī)油滿足該款發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)酸值變化的要求。

7.5堿值-酸值

油品的堿值是用于中和燃燒生成的強(qiáng)酸性物質(zhì)及油品自身氧化產(chǎn)生的有機(jī)酸，因此堿值的下降直接反映了油品中添加劑有效組分的消耗、使用性能的下降。通過(guò)堿值-酸值來(lái)評(píng)估機(jī)油中和酸的能力。不同環(huán)境及車(chē)輛行駛里程與堿值-酸值的關(guān)系如圖5 a），b），c）所示。

圖5　各種環(huán)境堿值-酸值

從機(jī)油油樣的檢測(cè)結(jié)果可以得出：各牌號(hào)的機(jī)油在不同環(huán)境及車(chē)輛行駛里程中主要表現(xiàn)出（堿值-酸值）隨車(chē)輛行駛里程的延長(zhǎng)而下降的趨勢(shì)，直至行駛里程達(dá)到10 000 km時(shí)均未超標(biāo)。試驗(yàn)用機(jī)油滿足該款發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)（堿值-酸值）的要求。

7.6鐵含量

發(fā)動(dòng)機(jī)的主要磨損件為缸套、曲軸、活塞環(huán)、軸瓦等，通過(guò)檢測(cè)機(jī)油中的鐵含量，可以有效地評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損情況。不同環(huán)境及車(chē)輛行駛里程與鐵含量變化關(guān)系如圖6 a），b），c）所示。

圖6　各種環(huán)境鐵含量

從機(jī)油油樣的檢測(cè)結(jié)果可以得出：各牌號(hào)的機(jī)油在不同環(huán)境及車(chē)輛行駛里程中主要表現(xiàn)出，鐵含量隨車(chē)輛行駛里程的延長(zhǎng)而逐步增加的趨勢(shì)，且直至行駛里程達(dá)到10 000 km時(shí)機(jī)油中的鐵含量均小于70 μg/g，未超出標(biāo)準(zhǔn)限值，表明試驗(yàn)用機(jī)油均滿足該款發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)機(jī)油潤(rùn)滑性能的要求。

8　試驗(yàn)后發(fā)動(dòng)機(jī)磨損

通過(guò)試驗(yàn)后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)拆解，其各主要易磨損件均無(wú)異常磨損。以下為一臺(tái)30 000 km一般環(huán)境試驗(yàn)后發(fā)動(dòng)機(jī)連桿軸瓦及缸孔網(wǎng)紋照片，分別如圖7 a），b）所示，均無(wú)異常磨損。

9　結(jié)論

通過(guò)選用不同牌號(hào)的礦物機(jī)油，進(jìn)行不同環(huán)境、不同行駛里程的對(duì)比驗(yàn)證，得出結(jié)論如下：

1）在相同試驗(yàn)環(huán)境及換油里程條件下，SM 5W-40牌號(hào)機(jī)油抗老化能力優(yōu)于SL 10W-40優(yōu)于SM 5W-30。

2）使用相同牌號(hào)機(jī)油，在相同試驗(yàn)里程下，高溫高濕環(huán)境、一般環(huán)境對(duì)機(jī)油性能指標(biāo)無(wú)明顯影響，高寒環(huán)境SM 5W-30機(jī)油對(duì)運(yùn)動(dòng)粘度、酸值性能指標(biāo)存在加速劣化影響，但達(dá)到換油里程。

3）隨著換油里程的增加，無(wú)論何種試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)用油，各項(xiàng)性能指標(biāo)均有所下降。當(dāng)試驗(yàn)里程到達(dá)10 000 km時(shí)，SL 10W-40、SM 10W-40各項(xiàng)指標(biāo)均在換油標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，SM 5W-30雖然部分指標(biāo)到達(dá)換油標(biāo)準(zhǔn)，但通過(guò)對(duì)鐵含量進(jìn)行檢測(cè)及試驗(yàn)后發(fā)動(dòng)機(jī)拆解，不存在異常磨損現(xiàn)象。

以上說(shuō)明試驗(yàn)所選三種礦物機(jī)油可滿足國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)10 000 km保養(yǎng)要求，且SM 5W-40牌號(hào)機(jī)油抗老化能力優(yōu)于SL 10W-40優(yōu)于SM 5W-30。

圖7　優(yōu)化后的車(chē)架承載極限值曲線

1全國(guó)石油產(chǎn)品和潤(rùn)滑劑標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 8028-2010汽油機(jī)油換油指標(biāo)［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010

2李綱，王成燾，陳銘，等.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油更換周期的實(shí)驗(yàn)研究［J］.潤(rùn)滑與密封，1997（5）：45-47

3張艷中，吳輝.汽車(chē)潤(rùn)滑油更換時(shí)機(jī)的把握［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2010（12）：17-18

4王朝忠，張鵬輝.汽車(chē)潤(rùn)滑油粘度變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響及預(yù)防探要［J］.潤(rùn)滑與密封，2003（3）：64-65

5全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 19055-2003汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003

Experimental Research on Small Turbocharged Gasoline Engine Oil Adaptability

Ma Ruixuan1，2，Xie Bin1，2
1-Technical Center，Great Wall Motor Co.，Ltd.（Baoding，Hebei，071000，China）2-Hebei Automobile Engineering&Research Center

In recent years，along with the advance of technology，and driven by energy conservation and emission reduction policy，the engine is developing along the direction of high power and small size.The application of turbo technology on new gasoline engines tends to spread.But as the wide use of turbo technology results in higher engine operating temperature and increased heat load，corresponding requirements on the use of engine oil are also put forward.In car running process，the adaptability of the oil will significantly influence the reliability and durability of the engine.To determine the adaptability of engine oil，the diversity of operation condition of the engine after powering vehicle and the actual operation environment should be considered.As laboratory bench test cannot effectively evaluate the practical situation solely，the vehicle road test method is selected for validation.

Turbocharged gasoline engine，Oil，Oil change cycle，Adaptability，Degradation

TK418.9

A

2095-8234（2015）06-0057-05

馬瑞瑄（1979-），男，工程師，主要研究方向?yàn)槠桶l(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。

（2015-05-21）