柴洪磊，葉輝，王兆遠，王善強，孫澤，張大晴，洪欣

(安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

對于汽車而言，發(fā)動機是其“心臟”，機油是發(fā)動機的“血液”[1]。發(fā)動機運轉工作時，各個運動部件之間必然會產生摩擦，這會導致運動部件表面磨損，消耗發(fā)動機功率。同時由于摩擦產生大量的熱可能使某些部件發(fā)生損壞，嚴重時造成發(fā)動機無法正常工作[2]，所以需要將清潔的、溫度和壓力合適的機油運送到各個運動副表面，對其進行有效保護，延長發(fā)動機使用壽命[3]。

隨著技術的升級、排放和油耗法規(guī)的逐漸趨嚴，許多新技術(如涂層、EGR、DPF、GPF等)在發(fā)動機上得到廣泛應用，引領發(fā)動機向更高的燃燒效率和更少的排放污染物方向邁進。機油作為發(fā)動機的“血液”隨之也提出了新的要求：更低的黏度、更好的磨損保護、更持久的氧化安定性、更好的煙炱分散性以及更低的灰分含量。因此，機油必須根據(jù)發(fā)動機新技術的應用而進行技術升級[4-5]。

1 機油的發(fā)展趨勢

1.1 長換油周期

根據(jù)消費者需求，更長換油周期的產品是未來發(fā)動機機油發(fā)展主要驅動力之一。更長的換油周期可以降低用戶的使用成本[6]，減少保養(yǎng)次數(shù)，節(jié)約時間，同時也可以減少資源浪費，降低有害物質的排放，保護環(huán)境，提升產品的品牌形象和競爭力。

1.2 燃油經濟性

目前隨著油價的波動、物價的上漲，造成物流以及用車成本增加，促生了各種節(jié)油技術在發(fā)動機上的廣泛應用，其中節(jié)能機油的使用是較為有效的方法。消費者需要技術水平高、質量穩(wěn)定、節(jié)油節(jié)能的機油產品，以減小摩擦阻力，降低磨損，減少動力消耗。

1.3 環(huán)保適應性

國家、社會與消費者對環(huán)境保護意識逐漸增強，促進了國六排放法規(guī)的頒布，對車輛減排的要求也越來越高，導致發(fā)動機燃燒、后處理等新技術的應用，因此也對機油提出更高的要求，需要其適應DPF、EGR等后處理技術[7]。

2 機油綜合性能試驗必要性

為了驗證機油是否滿足更長換油周期的使用要求，需要進行專項試驗，驗證機油的使用性能[8]。整車耐久試驗周期長、費用高，所以有必要開發(fā)專項發(fā)動機臺架試驗，來驗證機油的綜合使用性能，要求能夠考察機油在極限工況下的使用性能，評價機油經過長時間運轉后的性能衰減及指標變化情況，并依此制定合理的換油周期，服務于發(fā)動機產品的開發(fā)與應用[9]。

3 綜合性能試驗設計說明

3.1 試驗對象

試驗發(fā)動機為江淮汽車1.5TGDI汽油發(fā)動機，發(fā)動機采用增壓、直噴、中冷等先進技術。試驗使用GF-5 5W-30機油。

3.2 試驗工況需求

機油的綜合性能試驗需要考核機油的抗高溫、高剪切和抗磨損性能以及清凈性、分散性、燃油稀釋水平和品質保持性。針對機油的各種性能需求設定相應工況進行考核，試驗時長等效整車1.2～1.5倍換油周期，具體如下：

1)抗高溫、高剪切和抗磨損

高速、高溫、高負荷工況下，模擬整車持續(xù)高速運行，提高發(fā)動機和機油運轉過程的溫度，目的是增大機油高溫剪切。

2)清凈性

城市、城郊低負荷下，模擬城市常用工況，對應整車車速60km/h～80km/h，目的是加劇機油老化。

3)關鍵技術工況

高煙度工況和高燃油稀釋下，具體工況依據(jù)發(fā)動機技術特點，適當改變水溫、噴油等參數(shù)，加劇燃油稀釋形成。

4)分散性

低溫、低轉速工況下，模擬整車怠速，表征原地熱機及等紅綠燈工況，加劇油泥形成。

3.3 試驗評價內容

在進行機油綜合性能試驗后，需要分別對機油理化性能、關鍵零部件沉積物、發(fā)動機性能進行評價，具體評價內容如圖1所示。

圖1 機油綜合性能試驗評價內容

1)機油理化性能評價

試驗后對過程機油樣品的運動黏度、酸值、堿值、燃油稀釋及金屬元素(鐵、銅、鋁)等進行檢測，具體見表1[10]，分析確認機油抗氧化性、燃油稀釋水平等。

2)關鍵零部件沉積物評價

試驗后對發(fā)動機關鍵零部件進行拆解評價，包括活塞積碳漆膜沉積、油底殼和前端蓋板油泥、軸瓦活塞銷氣門運動副磨損性等方面的評價。確認機油的清凈性與分散性。

3)發(fā)動機性能評價

試驗前后需對發(fā)動機進行性能確認，包括發(fā)動機的動力性、經濟性及機油耗水平。評價機油對發(fā)動機的性能是否存在影響。

表1 機油理化性能分析評價內容

4 試驗驗證及評價

4.1 試驗符合性評價

綜合性能試驗過程發(fā)動機的轉速、油溫無異常，機油溫度滿足試驗設計要求(圖2)。

圖2 綜合性能試驗過程轉速、油溫曲線

4.2 機油老化評價

機油綜合性能試驗后，機油抗高溫、高剪切和抗磨損性能良好，燃油稀釋及品質保持性滿足使用要求，綜合性能變化曲線如圖3-圖5所示。

圖3 綜合性能試驗運動黏度(100℃)變化曲線

圖4 綜合性能試驗酸、堿值變化曲線

圖5 綜合性能試驗燃油稀釋變化曲線

機油運動黏度最大變化率為13%，堿值下降率為26.24%，酸值增加為1.1mgKOH/g，堿值始終大于酸值，燃油稀釋水平維持在3%～4%，金屬元素均未超換油指標，符合公司的評價標準要求。

4.3 沉積物評價

試驗后對發(fā)動機活塞、油底殼部件的積碳、漆膜、油泥等沉積物進行評價，各缸活塞環(huán)槽、環(huán)岸、前后端面及內頂整體沉積物情況良好，油底殼、擋板存在輕微油泥。進氣門存在少量積碳，軸瓦無異常磨損。沉積物評價結果符合企業(yè)標準要求，機油的清凈性分散性良好，見圖6-圖8。

圖6 試驗后活塞圖片

圖7 試驗后油底殼圖片

圖8 試驗后進氣門圖片

4.4 發(fā)動機評價

發(fā)動機試驗前后的發(fā)動機功率、轉矩性能參數(shù)正常，變化率符合企業(yè)標準要求；發(fā)動機運動副無異常磨損，磨損量符合技術要求，見圖9-圖11。

圖9 試驗前后發(fā)動機動力性對比曲線

圖10 試驗各階段發(fā)動機經濟性對比曲線

圖11 試驗后軸瓦圖片

5 結語

根據(jù)需要考核機油各項性能，再結合發(fā)動機增壓、中冷、直噴的技術特點，設定機油綜合性能試驗工況，實際運行時長模擬實車行駛1.5倍換油周期，進行臺架試驗，通過此試驗可以有效評價機油搭載發(fā)動機的使用性能。

通過發(fā)動機臺架機油綜合性能試驗開發(fā)，可以相對快速、有效地評價機油的各項使用性能是否滿足發(fā)動機在換油周期內的使用要求，節(jié)省項目的開發(fā)成本，縮短試驗開發(fā)周期，提高產品的競爭力。