中國石化潤滑油有限公司北京研究院

隨著車輛的節(jié)能減排要求日益嚴苛及車輛發(fā)動機技術的進步，商用車對于燃油經濟性的要求越來越高。特別是2019年7月1日實施的第三階段重型商用車燃料消耗量限值法規(guī)，更是提出了以“2020 年在 2015 年基礎上燃料消耗量限值加嚴約 15%”作為節(jié)能目標，以進一步縮小與國際先進水平的差距[1]。

有研究表明，通過發(fā)動機的技術升級來提髙1%燃油經濟性的成本約為1 150美元，采用動力傳動系統(tǒng)的優(yōu)化來提髙1%燃油經濟性的成本約為1 450美元，而采用節(jié)能型潤滑油來提髙1%燃油經濟性的成本約為80美元。由此可見，采用節(jié)能型潤滑油是提升柴油車燃油經濟性最經濟和最易達到的途徑之一[2]。因此，越來越多的潤滑油行業(yè)從業(yè)者不斷加大潤滑油與燃油經濟性的關聯研究。

美國石油學會（American Petroleum Institute，以下簡稱API）作為最具國際影響力的潤滑油標準制定者，于2016年批準通過了首個節(jié)能系列的FA-4柴油機油規(guī)格，進一步推動了節(jié)能型柴油機油的發(fā)展。

目前的研究證明，低黏度發(fā)動機油品XW-30甚至XW-20對于重負荷商用車燃油經濟性的改善具有明顯作用[3，4]。但是，由于低黏度油品形成的潤滑油膜較薄，同時與乘用車或輕型商用車相比，重負荷商用車的運行工況更為苛刻。因此，對于目前傳統(tǒng)的重型發(fā)動機來說，低黏度柴油機油在顯著提升節(jié)能效果的同時，是否能夠保證發(fā)動機使用的可靠性需要進一步探索。

本文采用長城T700FE尊龍FA-4 5W-30柴油機油（以下簡稱FA-4 5W-30）在國內某主流OEM（原始設備制造商）重型國五車輛上進行了兩輪共計200 000 km行車試驗，以考察該產品的實際應用性能。

試驗部分

試驗車輛

試驗選擇國內某OEM開發(fā)的國五重型長途物流牽引車，試驗車輛共計四輛，初始里程均在90 000～110 000 km，發(fā)動機基本參數見表1。試驗用燃料油為滿足GB/T 19147—2016《車用柴油》標準的0號柴油。

試驗周期

為了充分考察長城FA-4 5W-30低黏度油品在實際運行車輛上的可靠性，本次行車試驗換油周期設定為100 000 km，并且每10 000 km進行取樣檢測。每輛車開展兩個換油周期，試驗總里程達200 000 km。

試驗油品

本次試驗油品采用中國石化潤滑油有限公司出品的長城FA-4 5W-30低黏度柴油機油，其典型數據見表2。

表2 試驗油品的典型數據

換油指標

本次試驗參考GB/T 7607—2010《柴油機油換油指標》，結合試驗車輛的具體情況，制定了行車試驗換油指標，具體見表3。

表3 行車試驗換油指標

結果與討論

運動黏度

運動黏度是衡量油品油膜厚度、流動性的重要性能指標，是發(fā)動機正常工作的基本保證。在用油運動黏度的變化反映了油品發(fā)后深度氧化、聚合、輕組分揮發(fā)后成油泥，受燃料稀釋、水污染，機械剪切的綜合結果。

油品運動黏度下降幅度過大將使?jié)櫥湍ぷ儽?，潤滑性能下降、機件磨損加大，使發(fā)動機發(fā)后拉缸、抱瓦的幾率增加；若油品運動黏度升高幅度過大，將造成油品流動不暢，濾清器發(fā)后堵塞現象，導致發(fā)動機產后拉缸、抱瓦等嚴重故障的可能性增大。因此，運動黏度的保持能力成為評價潤滑油品使用可靠性的重要指標之一。

行車試驗油品的100 ℃運動黏度變化率變化曲線見圖1。

圖1 100 ℃運動黏度變化率的變化

從圖1可以看出，試驗過程中試驗油100 ℃運動黏度變化比較平穩(wěn)，所有油樣運動黏度變化率均在±20%以內，表明油品在整個行車試驗過程中具有優(yōu)異的剪切安定性和抗氧化性能。

堿值下降率

堿值是反映油品抑制氧化，酸中和能力及清凈分散性能的主要指標。堿值下降趨勢過快，說明油品的清凈劑體系受到破壞，酸中和能力下降。油品堿值下降到一定的程度時應該換油，否則有可能出現發(fā)動機零部件產后腐蝕、磨損等負面問題。

行車試驗油品的總堿值下降率變化曲線見圖2。

圖2 總堿值下降率的變化

從圖2可以看出，在試驗過程中堿值下降率呈平穩(wěn)增加趨勢，并且兩個試驗周期內均保持在50%以內，說明油品具有良好的清凈性能和酸中和能力，可以有效防止車輛運行過程中發(fā)動機零部件出現異常腐蝕和磨損。

酸值增加值

燃料在燃燒過程中會后成酸性氣體和水蒸氣，竄入曲軸箱后與潤滑油結合會后成酸性物質。同時發(fā)動機油在使用過程中本身發(fā)后氧化也會后成酸性物質。酸值變化反映了潤滑油中酸性物質的增加情況，酸性產物不斷增加是造成發(fā)動機腐蝕的重要原因。

行車試驗油品的酸值增加值變化曲線見圖3。

圖3 酸值增加值的變化

由圖3可以看出，試驗油品的總酸值一直呈緩慢增加趨勢，行車試驗結束時酸值增加值均小于2.5 mgKOH/g，表現出了優(yōu)異的抗氧化性能和酸中和能力。

元素含量

通過監(jiān)測發(fā)動機油中主要磨損金屬元素的含量，可以判斷發(fā)動機的磨損狀況。

行車試驗油品的鐵、鋁、鉛、鉻元素含量變化曲線分別見圖4～圖7。

圖4 鐵元素含量變化

圖5 鋁元素含量變化

圖6 鉛元素含量變化

圖7 鉻元素含量變化

由圖4～圖7可以看出，試驗過程中試驗油品中鐵元素含量緩慢上升，但遠低于限值（150 mg/kg）。鋁、鉛及鉻元素含量在整個試驗過程中一直處于較低狀態(tài)，低于換油指標，說明發(fā)動機摩擦部件的磨損程度很小，油品可以給發(fā)動機提供持久可靠的保護。

水分含量

在用油由于缸套老化滲透、燃燒室產后的水汽等原因，可能造成油品帶水，水的存在會破壞油膜強度，造成添加劑水解，進而后成有機酸腐蝕發(fā)動機部件。

行車試驗油品的水分含量變化曲線見圖8。

圖8 水分含量變化

從圖8可以看出，行車試驗樣品的水分含量低于換油限值，說明設備狀態(tài)良好，在發(fā)動機高溫工作時，少量水分可以蒸發(fā)，對發(fā)動機危害較小。

閃點（閉口）

柴油機油的閃點可以一定程度反映油品燃油稀釋的嚴重程度。閃點會隨著燃油的摻入而降低，燃油稀釋過重會削弱油膜的承載能力，增大磨損。

行車試驗油品閃點（閉口）的變化曲線見圖9。

圖9 閃點（閉口）變化

從圖9可以看出，試驗過程中油品閃點（閉口）變化較小，說明無明顯燃油稀釋，試驗油品性能穩(wěn)定。

發(fā)動機拆機評定

對試驗車輛A的發(fā)動機進行了拆解評定，主要摩擦副情況如圖10～圖14所示。

圖10 凸輪軸上瓦

圖11 凸輪軸下瓦

圖12 搖臂

圖14 發(fā)動機缸套

從圖10和圖11可以看出，軸瓦上下瓦磨損狀態(tài)均良好，僅有少量拋光及淺痕。從圖12及圖13可以看出，搖臂滾輪和氣門過橋表面磨損情況均正常，沿運動方向均有少量輕微接觸痕跡。從圖14可以看出，發(fā)動機缸套無異常磨損，網紋清晰。結合整個200 000 km行車試驗數據及發(fā)動機拆機結果來看，長城FA-4 5W-30低黏度柴油機油為發(fā)動機提供了可靠的潤滑保護，產品性能表現穩(wěn)定。

燃油消耗分析

試驗過程分別記錄了采用原車10W-40油品的燃油消耗數據以及采用長城FA-4 5W-30油品的200 000 km行車試驗內的燃油消耗數據，結果見圖15。

圖15 平均燃油消耗

從圖15可以看出，試驗前采用原車10W-40油品的4臺車百公里平均燃油耗為37.0 L，而采用長城FA-4 5W-30油品之后，百公里平均燃油耗為36.1 L，平均節(jié)能率達到2.43%。

結論

長城FA-4 5W-30柴油機油在國內主流OEM的重卡上開展的長達200 000 km的行車試驗中，油品黏度保持穩(wěn)定，發(fā)動機無異常磨損。試驗結果表明，長城FA-4 5W-30柴油機油不僅具備優(yōu)異的燃油經濟性，而且同時保證了優(yōu)異的潤滑可靠性，特別適用于未來對節(jié)能有較高要求的柴油發(fā)動機使用。