沈穎倩 崔振偉

（中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司天津技術(shù)開(kāi)發(fā)分公司）

降低發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油黏度可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的功率損失，降低燃油油耗，提高低溫啟動(dòng)性能。近年來(lái)，日、美、歐、韓的汽車(chē)制造商都在極力使機(jī)油的黏度變低，尤其是日系汽車(chē)都使用黏度等級(jí)為0W-20的機(jī)油。但是黏度減小過(guò)多，可能會(huì)導(dǎo)致邊界摩擦，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)磨損增大。選擇合適的基礎(chǔ)油和添加劑可以彌補(bǔ)低黏度的不足，采用優(yōu)化配方比的SN 0W-20低黏度機(jī)油能夠同時(shí)滿足整機(jī)性能開(kāi)發(fā)和降油耗的要求。文章首先在搭載4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的整車(chē)上進(jìn)行NEDC循環(huán)試驗(yàn)，對(duì)比使用SN 0W-20和SM 5W-30機(jī)油條件下，I型試驗(yàn)排放測(cè)試結(jié)果及整車(chē)油耗的差異；然后對(duì)SN0W-20機(jī)油進(jìn)行整機(jī)可靠性試驗(yàn)，從功率、油耗、主油道壓力及機(jī)油與燃油消耗比等方面研究其對(duì)整機(jī)性能的影響。

1 整車(chē)NEDC循環(huán)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)油品參數(shù)

目前國(guó)內(nèi)使用的汽油機(jī)油普遍為SM5W-30。文章將其他發(fā)動(dòng)機(jī)在用的SM5W-30機(jī)油作為基礎(chǔ)油，另外選擇2種符合此4缸發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)的SN 0W-20機(jī)油進(jìn)行NEDC循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)用機(jī)油的基本參數(shù)，如表1所示。

表1 整車(chē)NEDC循環(huán)試驗(yàn)油品基本參數(shù)

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

在搭載4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的某車(chē)型上，分別采用SM 5W-30和SN0W-20機(jī)油進(jìn)行NEDC循環(huán)試驗(yàn)，獲取I型試驗(yàn)排放和整車(chē)油耗數(shù)據(jù)。每種油品進(jìn)行3次試驗(yàn)，結(jié)果取其平均值，如表2所示。

表2 整車(chē)NEDC循環(huán)I型試驗(yàn)排放結(jié)果 g/km

從表2可以看出，3種油品的排放測(cè)試結(jié)果都能滿足國(guó)V排放法規(guī)的限值要求[1]。SN0W-20機(jī)油的整體排放性能優(yōu)于 SM5W-30機(jī)油；SN 0W-20（b）機(jī)油的HC，NO，NMHC排放優(yōu)于SM5W-30機(jī)油，但是CO排放比SM5W-30機(jī)油高0.108 g/km。

整車(chē)油耗對(duì)比，如圖1所示。從圖1中可以發(fā)現(xiàn)：相比傳統(tǒng)SM5W-30機(jī)油，使用SN 0W-20機(jī)油的節(jié)油率為1.67%；SN 0W-20（b）沒(méi)有節(jié)油效果。對(duì)比結(jié)果表明，SN 0W-20（b）配方的機(jī)油與試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)不匹配，顯現(xiàn)不出節(jié)油優(yōu)勢(shì)。

圖1 整車(chē)NEDC循環(huán)試驗(yàn)不同油品油耗結(jié)果

2 整機(jī)可靠性試驗(yàn)

在整機(jī)可靠性試驗(yàn)時(shí)，文章僅選用SN 0W-20進(jìn)行試驗(yàn)。按照機(jī)油可靠性試驗(yàn)規(guī)范在可靠性臺(tái)架上進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)檢測(cè)相關(guān)元素含量變化來(lái)監(jiān)測(cè)油品性能變化及發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生異常磨損；通過(guò)評(píng)價(jià)可靠性試驗(yàn)前后整機(jī)性能、油壓、漏氣量、機(jī)油與燃油消耗比及主要部件磨損來(lái)判定試驗(yàn)是否通過(guò)[2]。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程機(jī)油溫度控制在140℃以下，冷卻液溫度控制在（90±3）℃，燃油溫度控制在（25±5）℃。

2.1 油品分析結(jié)果

試驗(yàn)中每間隔50 h從油底殼中抽取150 mL油樣，間隔200 h換1次機(jī)油。并對(duì)取樣油品的黏度、堿值及金屬元素含量等指標(biāo)進(jìn)行跟蹤分析，根據(jù)GB/T8028—2010《汽油機(jī)油換油指標(biāo)》[3]進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1.1 100℃運(yùn)動(dòng)黏度

黏度是衡量油品油膜強(qiáng)度及流動(dòng)性的重要指標(biāo)之一。圖2示出100℃機(jī)油運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)試結(jié)果。從圖2中可以看出，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程，油品黏度變化比較穩(wěn)定，初期有輕微下降，后期平穩(wěn)上升，總體變化率在±14%以內(nèi)，低于換油指標(biāo)的要求，表明油品有良好的抗氧化性能和抗剪切性能。

圖2 100℃機(jī)油運(yùn)動(dòng)黏度變化曲線

2.1.2 堿值

堿值主要由機(jī)油的添加劑體系決定。一般高堿值對(duì)應(yīng)油品的高清凈分散性，有利于延長(zhǎng)油品的換油期。同時(shí)油品的堿值可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。圖3示出機(jī)油堿值測(cè)試結(jié)果。從圖3中可以看出，可靠性試驗(yàn)后堿值有所下降，但仍遠(yuǎn)高于下限，表明該油品有較強(qiáng)的堿值保持能力，可以有效抑制積碳和油泥的生成。

圖3 整機(jī)可靠性試驗(yàn)機(jī)油堿值變化曲線

2.1.3 磨損元素

油品中不同金屬元素含量的變化，代表發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中不同摩擦部位的磨損情況，磨損元素分析是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦狀態(tài)的簡(jiǎn)潔有效的方式。在整個(gè)可靠性試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)油品中金屬元素呈平穩(wěn)上升趨勢(shì)，如果金屬元素含量急劇增加則表明發(fā)生了嚴(yán)重磨損[4]。圖4示出鐵、銅、鋁含量分析結(jié)果，從圖4中可以看出，各金屬元素含量表現(xiàn)出平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，可靠性試驗(yàn)后含量均低于換油指標(biāo)要求。

圖4 整機(jī)可靠性試驗(yàn)油品中金屬元素含量變化曲線

2.2 可靠性試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 整機(jī)性能影響

可靠性試驗(yàn)前后分別進(jìn)行功率及油耗測(cè)量，對(duì)比曲線如圖5和圖6所示。從圖5中可以看出，可靠性試驗(yàn)后額定功率降低1.9%，符合試驗(yàn)規(guī)范中限值（5%）要求；從圖6可以看出，油耗在可靠性試驗(yàn)后略有惡化，最大增長(zhǎng)約4.2%。

圖5 整機(jī)可靠性試驗(yàn)前后功率對(duì)比曲線

圖6 整機(jī)可靠性試驗(yàn)前后燃油消耗率對(duì)比曲線

2.2.2 主油道機(jī)油壓力

在可靠性試驗(yàn)前后進(jìn)行主油道機(jī)油壓力的測(cè)量，以評(píng)價(jià)磨損對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的影響。對(duì)比結(jié)果，如圖7所示。從圖7中可以發(fā)現(xiàn)，可靠性試驗(yàn)后機(jī)油壓力下降，但仍符合試驗(yàn)規(guī)范中的限值（轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)，機(jī)油壓力≥300 kPa）要求。

圖7 整機(jī)可靠性試驗(yàn)前后主油道機(jī)油壓力對(duì)比曲線

2.2.3 機(jī)油與燃油消耗比

在進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的同時(shí)，檢測(cè)整機(jī)機(jī)油與燃油消耗比的變化，評(píng)價(jià)機(jī)油消耗量是否滿足技術(shù)規(guī)范要求。發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)前后，機(jī)油與燃油的消耗比分別為0.11%和0.13%，雖然可靠性試驗(yàn)后機(jī)油的消耗增加，但未超過(guò)0.15%的限值。

2.2.4 主要零件磨損

可靠性試驗(yàn)前，對(duì)活塞、缸筒、氣門(mén)、凸輪軸及軸瓦等主要潤(rùn)滑部件的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測(cè)量?？煽啃栽囼?yàn)后，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行拆解清洗，仔細(xì)檢查各零部件工作狀態(tài)，根據(jù)檢查結(jié)果對(duì)主要零件狀態(tài)進(jìn)行打分評(píng)價(jià)，并再次測(cè)量主要潤(rùn)滑部件的關(guān)鍵尺寸，計(jì)算其磨損值。從主觀評(píng)價(jià)和磨損量結(jié)果來(lái)看，主要潤(rùn)滑零件磨損量滿足評(píng)價(jià)要求。

3 結(jié)論

文章通過(guò)對(duì)搭載4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的整車(chē)進(jìn)行NEDC循環(huán)試驗(yàn)及整機(jī)可靠性試驗(yàn)得出：1）使用SN 0W-20機(jī)油，I型試驗(yàn)結(jié)果能滿足國(guó)V排放法規(guī)限值要求，且整車(chē)油耗較SM5W-30機(jī)油能節(jié)油1.67%；2）整機(jī)可靠性試驗(yàn)結(jié)束后，功率、油耗、機(jī)油壓力及機(jī)油與燃油消耗比的主要指標(biāo)，以及零件磨損量都能滿足要求。因此本次研究表明，SN 0W-20機(jī)油能滿足該4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的使用要求。