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(zhǎng)安汽車股份有限公司，重慶 401120)

0 引言

隨著國(guó)家節(jié)能和環(huán)保法規(guī)的不斷升級(jí)，越來越嚴(yán)苛的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性要求和排放法規(guī)推動(dòng)著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)快速發(fā)展。

長(zhǎng)安汽車基于平臺(tái)化開發(fā)技術(shù)理念，應(yīng)用多項(xiàng)先進(jìn)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(dòng)機(jī)智能熱管理模塊(TMM)、全可變排量機(jī)油泵(VDOP)、可控PCJ等技術(shù)，打造的長(zhǎng)安汽車最新發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)世界最嚴(yán)苛的國(guó)6b排放標(biāo)準(zhǔn)。

為應(yīng)對(duì)嚴(yán)苛的油耗排放法規(guī)，同時(shí)要適應(yīng)長(zhǎng)安汽車最新發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)的先進(jìn)技術(shù)，汽油機(jī)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用要求，長(zhǎng)安汽車完成高效節(jié)能0W-20汽油機(jī)油的開發(fā)和平臺(tái)化應(yīng)用，長(zhǎng)安高效節(jié)能0W-20汽油機(jī)油在保證小型TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)使用所要求的清凈分散性和抗磨性的同時(shí)，具有更優(yōu)異的燃油經(jīng)濟(jì)性、排放耐久保護(hù)性和抗LSPI等特性。

1 開發(fā)目標(biāo)和開發(fā)策略

長(zhǎng)安汽車開發(fā)的高效節(jié)能0W-20汽油機(jī)油相比5W-30燃油經(jīng)濟(jì)性改善1.2%，在具備抗低速早燃LSPI[1](早燃是內(nèi)燃機(jī)中點(diǎn)火前出現(xiàn)著火的異常燃燒現(xiàn)象。增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在低速、大負(fù)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(jí)爆震，杜絕早燃是抑制超級(jí)爆震的一條重要途徑)性能和排放耐久保護(hù)性的同時(shí)，需要滿足ACEA2016 C5要求的全套汽油機(jī)油臺(tái)架試驗(yàn)。

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(duì)LSPI有負(fù)面影響，磷元素和鉬元素含量對(duì)LSPI有正面影響，因此選擇低鈣、高鎂或高鉬的配方會(huì)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(jìn)劑和低黏度發(fā)動(dòng)機(jī)油可以降低邊界潤(rùn)滑和流體潤(rùn)滑時(shí)的摩擦系數(shù)，從而改善燃油經(jīng)濟(jì)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(jìn)劑及摩擦改進(jìn)劑使油品滿足使用的需要同時(shí)達(dá)到燃油經(jīng)濟(jì)性改善目標(biāo)。最后通過長(zhǎng)安LSPI、燃油經(jīng)濟(jì)性篩選測(cè)試臺(tái)架和長(zhǎng)安汽車最新平臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性臺(tái)架測(cè)試以及道路試驗(yàn)驗(yàn)證汽油機(jī)油應(yīng)用的可行性，并完成長(zhǎng)安汽車高效節(jié)能0W-20汽油機(jī)油的開發(fā)和應(yīng)用。

2 試驗(yàn)方案

2.1 摩擦篩選試驗(yàn)

摩擦篩選試驗(yàn)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(zhǎng)安汽車最新)即微型牽引力試驗(yàn)機(jī)是評(píng)價(jià)和篩選黏度指數(shù)改進(jìn)劑、考察邊界潤(rùn)滑和流體潤(rùn)滑條件下油品摩擦系數(shù)的重要方法，MTM試驗(yàn)條件如表1所示。SRV即高頻線性震動(dòng)試驗(yàn)機(jī)是評(píng)價(jià)和篩選邊界潤(rùn)滑條件下油品摩擦系數(shù)的重要方法，SRV試驗(yàn)條件如表2所示。

表1 MTM試驗(yàn)條件

表2 SRV試驗(yàn)條件

2.2 燃油經(jīng)濟(jì)性篩選試驗(yàn)

燃油經(jīng)濟(jì)性篩選試驗(yàn)參比油為5W-30汽油機(jī)油，根據(jù)摩擦篩選試驗(yàn)的結(jié)果選定摩擦系數(shù)較小的油品進(jìn)行燃油經(jīng)濟(jì)性篩選試驗(yàn)。

燃油經(jīng)濟(jì)性篩選試驗(yàn)的試驗(yàn)誤差為±0.2%,采用長(zhǎng)安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)用燃油，并參考長(zhǎng)安汽車最新NEDC工況，按照A(參比油)-B(候選油)-A(參比油)的測(cè)試順序進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)條件如表3所示。

表3 燃油經(jīng)濟(jì)性發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)/試驗(yàn)條件

2.3 抗LSPI試驗(yàn)

抗LSPI試驗(yàn)選用長(zhǎng)安汽車最新發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)首款量產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。

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(cè)得，在試驗(yàn)過程中通過ECU統(tǒng)計(jì)1 h內(nèi)LSPI發(fā)生次數(shù)。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)條件如表4所示。

表4 抗LSPI發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)/試驗(yàn)條件

2.4 C5發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

開發(fā)的0W-20汽油機(jī)油在通過以上篩選試驗(yàn)后，開展了C5要求的全部汽油發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)和理化試驗(yàn)。

2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)

開發(fā)的0W-20汽油機(jī)油在通過以上試驗(yàn)后，搭載長(zhǎng)安汽車最新發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了3種工況下的臺(tái)架可靠性試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)條件如表5所示。

表5 發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性技術(shù)狀態(tài)/試驗(yàn)條件

表5(續(xù))

2.6 道路可靠性試驗(yàn)

開發(fā)的0W-20汽油機(jī)油通過臺(tái)架可靠性試驗(yàn)后，搭載整車進(jìn)行道路可靠性測(cè)試，道路試驗(yàn)條件如表6所示。

表6 發(fā)動(dòng)機(jī)道路可靠性技術(shù)狀態(tài)/試驗(yàn)條件

3 結(jié)果

3.1 摩擦篩選試驗(yàn)

摩擦篩選試驗(yàn)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(jì)性篩選試驗(yàn)中有更好表現(xiàn)，減少試驗(yàn)次數(shù)和試驗(yàn)周期，故將0W-20作為參比油(油品E)。

MTM和SRV試驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2和表7所示。根據(jù)試驗(yàn)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(jì)性和可靠性，故將該4種油作為燃油經(jīng)濟(jì)性篩選試驗(yàn)的候選油。

圖1 MTM試驗(yàn)結(jié)果

圖2 SRV試驗(yàn)結(jié)果

表7 SRV試驗(yàn)結(jié)果 mm

3.2 燃油經(jīng)濟(jì)性篩選試驗(yàn)

經(jīng)過摩擦篩選試驗(yàn)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(jì)性油品基本性能及配方組成

故選用編號(hào)為油A、油B、油C、油D的0W-20油品開展發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)，試驗(yàn)參比油為5W-30汽油機(jī)油，候選油A、油B、油C和油D與參比油的燃油經(jīng)濟(jì)性測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 燃油經(jīng)濟(jì)性篩選試驗(yàn)結(jié)果

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

3.3 抗LSPI驗(yàn)證試驗(yàn)

在開展抗LSPI驗(yàn)證試驗(yàn)前，針對(duì)油D進(jìn)行了理化性能測(cè)試，理化性能測(cè)試結(jié)果見表9。

表9 理化性能測(cè)試結(jié)果

油D通過理化性能測(cè)試后，使用油D在長(zhǎng)安汽車最新發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)首款發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行LSPI試驗(yàn)，為保證驗(yàn)證的充分準(zhǔn)確性，共進(jìn)行了兩輪驗(yàn)證。LSPI發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。

表10 抗LSPI驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

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

根據(jù)長(zhǎng)安LSPI試驗(yàn)評(píng)價(jià)規(guī)范，結(jié)合表10顯示的抗LSPI驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，表明油D通過抗LSPI驗(yàn)證試驗(yàn)具有較好的抗LSPI特性。

3.4 C5發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

在開展C5要求的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)前，針對(duì)油D進(jìn)行了橡膠兼容性試驗(yàn)，橡膠兼容性試驗(yàn)結(jié)果見表11。

表11 橡膠兼容性試驗(yàn)結(jié)果 %

通過結(jié)果可以看出，油D對(duì)橡膠具有較好的兼容性。因此后續(xù)對(duì)油D開展C5要求的全部汽油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)[7]。詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果如表12所示。

表12 C5汽油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)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(yàn)和汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)清凈性試驗(yàn)外，油D通過了C5要求的全套汽油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均滿足各項(xiàng)試驗(yàn)質(zhì)量指標(biāo)要求。

3.5 發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)

為充分考察油品在長(zhǎng)安汽車最新發(fā)動(dòng)機(jī)上的適用性，在長(zhǎng)安汽車最新發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)首款發(fā)動(dòng)機(jī)上搭載油D分別進(jìn)行交變負(fù)荷、冷熱沖擊、全速全負(fù)荷3種工況下的可靠性臺(tái)架試驗(yàn)。

試驗(yàn)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(píng)估油品的老化和潤(rùn)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(cè)結(jié)果見圖5。

圖4 臺(tái)架可靠性油品酸堿差值

圖5 臺(tái)架可靠性磨損元素檢測(cè)結(jié)果

通過圖4的檢測(cè)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(tái)架可靠性試驗(yàn)后油品未出現(xiàn)過度氧化。

通過圖5的檢測(cè)結(jié)果可以看出，油品中銅、鐵、鋁三種磨損元素含量滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于限值要求，表明油品具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性能，未發(fā)現(xiàn)異常磨損。

3.6 道路可靠性試驗(yàn)

為保證油品D應(yīng)用的可行性，根據(jù)長(zhǎng)安潤(rùn)滑油驗(yàn)證體系，最后需要搭載該發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行道路可靠性試驗(yàn)。

試驗(yàn)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(píng)估油品的老化和潤(rùn)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(cè)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(cè)結(jié)果

通過圖6的檢測(cè)結(jié)果可以看出，道路可靠性試驗(yàn)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(tái)架可靠性試驗(yàn)后油品未出現(xiàn)過度氧化。

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

4 結(jié)論

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，長(zhǎng)安汽車開發(fā)的高效節(jié)能0W-20汽油機(jī)油較5W-30燃油經(jīng)濟(jì)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(shí)，本次開發(fā)的0W-20通過臺(tái)架和道路可靠性試驗(yàn)，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(zhǎng)安汽車開發(fā)的高效節(jié)能0W-20汽油機(jī)油已應(yīng)用于長(zhǎng)安汽車最新發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)首款發(fā)動(dòng)機(jī)，并將進(jìn)行平臺(tái)化應(yīng)用，為長(zhǎng)安汽車最新發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)提供優(yōu)異燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)提供更好的保護(hù)。