祝洪宇，聞元，卿輝斌，蘇學(xué)穎，林海洪，鄧偉，付陳玲，羅珍妮

(重慶長安汽車股份有限公司，重慶 401120)

0 引言

隨著國家節(jié)能和環(huán)保法規(guī)的不斷升級，越來越嚴(yán)苛的汽車燃油經(jīng)濟性要求和排放法規(guī)推動著發(fā)動機技術(shù)快速發(fā)展。

長安汽車基于平臺化開發(fā)技術(shù)理念，應(yīng)用多項先進技術(shù)，如缸蓋集成排氣歧管(IEM)、35 MPa高壓直噴系統(tǒng)、發(fā)動機智能熱管理模塊(TMM)、全可變排量機油泵(VDOP)、可控PCJ等技術(shù)，打造的長安汽車最新發(fā)動機平臺，可實現(xiàn)世界最嚴(yán)苛的國6b排放標(biāo)準(zhǔn)。

為應(yīng)對嚴(yán)苛的油耗排放法規(guī)，同時要適應(yīng)長安汽車最新發(fā)動機平臺的先進技術(shù)，汽油機油的選型、開發(fā)和應(yīng)用面臨著更多的挑戰(zhàn)。為了滿足最新平臺發(fā)動機的使用要求，長安汽車完成高效節(jié)能0W-20汽油機油的開發(fā)和平臺化應(yīng)用，長安高效節(jié)能0W-20汽油機油在保證小型TGDI發(fā)動機使用所要求的清凈分散性和抗磨性的同時，具有更優(yōu)異的燃油經(jīng)濟性、排放耐久保護性和抗LSPI等特性。

1 開發(fā)目標(biāo)和開發(fā)策略

長安汽車開發(fā)的高效節(jié)能0W-20汽油機油相比5W-30燃油經(jīng)濟性改善1.2%，在具備抗低速早燃LSPI[1](早燃是內(nèi)燃機中點火前出現(xiàn)著火的異常燃燒現(xiàn)象。增壓直噴發(fā)動機在低速、大負荷工況下，發(fā)生早燃稱為低速早燃。低速早燃極易引發(fā)超級爆震，杜絕早燃是抑制超級爆震的一條重要途徑)性能和排放耐久保護性的同時，需要滿足ACEA2016 C5要求的全套汽油機油臺架試驗。

根據(jù)Fujimoto[2]等人在LSPI方面的研究成果，LSPI發(fā)生頻率=6.59×Ca%-(26.6×P%)-(5.12×Mo%。)從公式可以看出鈣元素含量對LSPI有負面影響，磷元素和鉬元素含量對LSPI有正面影響，因此選擇低鈣、高鎂或高鉬的配方會使油品具有一定的抗LSPI性能。根據(jù)Fujimoto的摩擦曲線：通過摩擦改進劑和低黏度發(fā)動機油可以降低邊界潤滑和流體潤滑時的摩擦系數(shù)，從而改善燃油經(jīng)濟性[3-5]，所以通過使用高質(zhì)量基礎(chǔ)油和高性能黏度指數(shù)改進劑及摩擦改進劑使油品滿足使用的需要同時達到燃油經(jīng)濟性改善目標(biāo)。最后通過長安LSPI、燃油經(jīng)濟性篩選測試臺架和長安汽車最新平臺發(fā)動機的可靠性臺架測試以及道路試驗驗證汽油機油應(yīng)用的可行性，并完成長安汽車高效節(jié)能0W-20汽油機油的開發(fā)和應(yīng)用。

2 試驗方案

2.1 摩擦篩選試驗

摩擦篩選試驗選用MTM和SRV作為備選油品摩擦磨損情況的篩選，其中MTM[6](Mini Traction Machi長安汽車最新)即微型牽引力試驗機是評價和篩選黏度指數(shù)改進劑、考察邊界潤滑和流體潤滑條件下油品摩擦系數(shù)的重要方法，MTM試驗條件如表1所示。SRV即高頻線性震動試驗機是評價和篩選邊界潤滑條件下油品摩擦系數(shù)的重要方法，SRV試驗條件如表2所示。

表1 MTM試驗條件

表2 SRV試驗條件

2.2 燃油經(jīng)濟性篩選試驗

燃油經(jīng)濟性篩選試驗參比油為5W-30汽油機油，根據(jù)摩擦篩選試驗的結(jié)果選定摩擦系數(shù)較小的油品進行燃油經(jīng)濟性篩選試驗。

燃油經(jīng)濟性篩選試驗的試驗誤差為±0.2%,采用長安汽車發(fā)動機。試驗采用標(biāo)準(zhǔn)試驗用燃油，并參考長安汽車最新NEDC工況，按照A(參比油)-B(候選油)-A(參比油)的測試順序進行測試。試驗條件如表3所示。

表3 燃油經(jīng)濟性發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)/試驗條件

2.3 抗LSPI試驗

抗LSPI試驗選用長安汽車最新發(fā)動機平臺首款量產(chǎn)發(fā)動機。

LSPI發(fā)生頻次是在6種轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門全開的工況下測得，在試驗過程中通過ECU統(tǒng)計1 h內(nèi)LSPI發(fā)生次數(shù)。試驗發(fā)動機條件如表4所示。

表4 抗LSPI發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)/試驗條件

2.4 C5發(fā)動機臺架試驗

開發(fā)的0W-20汽油機油在通過以上篩選試驗后，開展了C5要求的全部汽油發(fā)動機試驗和理化試驗。

2.5 發(fā)動機可靠性試驗

開發(fā)的0W-20汽油機油在通過以上試驗后，搭載長安汽車最新發(fā)動機進行了3種工況下的臺架可靠性試驗，發(fā)動機試驗條件如表5所示。

表5 發(fā)動機可靠性技術(shù)狀態(tài)/試驗條件

表5(續(xù))

2.6 道路可靠性試驗

開發(fā)的0W-20汽油機油通過臺架可靠性試驗后，搭載整車進行道路可靠性測試，道路試驗條件如表6所示。

表6 發(fā)動機道路可靠性技術(shù)狀態(tài)/試驗條件

3 結(jié)果

3.1 摩擦篩選試驗

摩擦篩選試驗中，油品A、油品B、油品C和油品D為候選油，為了保證候選油在后續(xù)的燃油經(jīng)濟性篩選試驗中有更好表現(xiàn)，減少試驗次數(shù)和試驗周期，故將0W-20作為參比油(油品E)。

MTM和SRV試驗結(jié)果如圖1、圖2和表7所示。根據(jù)試驗結(jié)果，油品A、油品B、油品C和油品D相比參比油均具有較低的摩擦系數(shù)和抗磨損性能，可能預(yù)示著更好的燃油經(jīng)濟性和可靠性，故將該4種油作為燃油經(jīng)濟性篩選試驗的候選油。

圖1 MTM試驗結(jié)果

圖2 SRV試驗結(jié)果

表7 SRV試驗結(jié)果 mm

3.2 燃油經(jīng)濟性篩選試驗

經(jīng)過摩擦篩選試驗可以看出，油A、油B、油C和油D相比參比油5W-30具有較低的摩擦系數(shù)，油品基本性能及配方組成見表8。

表8 燃油經(jīng)濟性油品基本性能及配方組成

故選用編號為油A、油B、油C、油D的0W-20油品開展發(fā)動機燃油經(jīng)濟性試驗，試驗參比油為5W-30汽油機油，候選油A、油B、油C和油D與參比油的燃油經(jīng)濟性測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 燃油經(jīng)濟性篩選試驗結(jié)果

從圖3可以看出，油A和油D的燃油經(jīng)濟性改善率分別為1.2%和1.33%，均滿足設(shè)計目標(biāo)(相比參比油燃油經(jīng)濟性改善率超過1.2%)。最終選擇燃油經(jīng)濟性改善效果最好的油D作為下一步試驗用油。

3.3 抗LSPI驗證試驗

在開展抗LSPI驗證試驗前，針對油D進行了理化性能測試，理化性能測試結(jié)果見表9。

表9 理化性能測試結(jié)果

油D通過理化性能測試后，使用油D在長安汽車最新發(fā)動機平臺首款發(fā)動機上進行LSPI試驗，為保證驗證的充分準(zhǔn)確性，共進行了兩輪驗證。LSPI發(fā)動機試驗結(jié)果如表10所示。

表10 抗LSPI驗證試驗結(jié)果

注：*0/0/0/0分別表示1缸/2缸/3缸/4缸每小時出現(xiàn)的超爆次數(shù)。

根據(jù)長安LSPI試驗評價規(guī)范，結(jié)合表10顯示的抗LSPI驗證試驗結(jié)果，表明油D通過抗LSPI驗證試驗具有較好的抗LSPI特性。

3.4 C5發(fā)動機臺架試驗

在開展C5要求的發(fā)動機臺架試驗前，針對油D進行了橡膠兼容性試驗，橡膠兼容性試驗結(jié)果見表11。

表11 橡膠兼容性試驗結(jié)果 %

通過結(jié)果可以看出，油D對橡膠具有較好的兼容性。因此后續(xù)對油D開展C5要求的全部汽油發(fā)動機臺架試驗[7]。詳細試驗結(jié)果如表12所示。

表12 C5汽油發(fā)動機臺架試驗結(jié)果

通過表12可以看出，油D表現(xiàn)出良好的油泥和積炭控制能力，除程序VG、黑油泥試驗和汽油直噴發(fā)動機清凈性試驗外，油D通過了C5要求的全套汽油發(fā)動機臺架試驗，試驗結(jié)果均滿足各項試驗質(zhì)量指標(biāo)要求。

3.5 發(fā)動機可靠性試驗

為充分考察油品在長安汽車最新發(fā)動機上的適用性，在長安汽車最新發(fā)動機平臺首款發(fā)動機上搭載油D分別進行交變負荷、冷熱沖擊、全速全負荷3種工況下的可靠性臺架試驗。

試驗結(jié)束后，通過分析油品的酸堿差值和油品中部分金屬含量來評估油品的老化和潤滑情況。油品酸堿差值情況見圖4，油品中磨損元素銅、鐵、鋁檢測結(jié)果見圖5。

圖4 臺架可靠性油品酸堿差值

圖5 臺架可靠性磨損元素檢測結(jié)果

通過圖4的檢測結(jié)果可以看出，油品的酸堿差值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，并具有較高的安全余量，表明經(jīng)過臺架可靠性試驗后油品未出現(xiàn)過度氧化。

通過圖5的檢測結(jié)果可以看出，油品中銅、鐵、鋁三種磨損元素含量滿足評價標(biāo)準(zhǔn)，并且遠遠低于限值要求，表明油品具有優(yōu)異的潤滑性能，未發(fā)現(xiàn)異常磨損。

3.6 道路可靠性試驗

為保證油品D應(yīng)用的可行性，根據(jù)長安潤滑油驗證體系，最后需要搭載該發(fā)動機進行道路可靠性試驗。

試驗結(jié)束后，通過分析油品的酸堿差值和油品中部分金屬含量來評估油品的老化和潤滑情況。油品酸堿差值情況見圖6，油品中磨損元素銅、鐵、鋁檢測結(jié)果見圖7。

圖6 道路可靠性油品酸堿差值

圖7 道路可靠性磨損元素檢測結(jié)果

通過圖6的檢測結(jié)果可以看出，道路可靠性試驗后油品的酸堿差值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，并具有較高的安全余量，表明經(jīng)過臺架可靠性試驗后油品未出現(xiàn)過度氧化。

通過圖7的檢測結(jié)果可以看出，道路可靠性試驗后油品中銅、鐵、鋁三種磨損元素含量滿足評價標(biāo)準(zhǔn)，表明油品具有良好的潤滑性能，未發(fā)現(xiàn)異常磨損。

4 結(jié)論

根據(jù)上述試驗結(jié)果，長安汽車開發(fā)的高效節(jié)能0W-20汽油機油較5W-30燃油經(jīng)濟性改善率為1.33%，并且采用的抗LSPI配方也表現(xiàn)了優(yōu)異的抗LSPI特性。與此同時，本次開發(fā)的0W-20通過臺架和道路可靠性試驗，表現(xiàn)了優(yōu)異的抗磨特性、清凈分散性和抗老化性能。

目前長安汽車開發(fā)的高效節(jié)能0W-20汽油機油已應(yīng)用于長安汽車最新發(fā)動機平臺首款發(fā)動機，并將進行平臺化應(yīng)用，為長安汽車最新發(fā)動機平臺提供優(yōu)異燃油經(jīng)濟性的同時提供更好的保護。