長安汽車高效節能0W-20汽油機油的開發和應用

祝洪宇，聞元，卿輝斌，蘇學穎，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

隨著國家節能和環保法規的不斷升級，越來越嚴苛的汽車燃油經濟性要求和排放法規推動著發動機技術快速發展。

長安汽車基于平臺化開發技術理念，應用多項先進技術，如缸蓋集成排氣歧管(IEM)、35 MPa高壓直噴系統、發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，打造的長安汽車最新發動機平臺，可實現世界最嚴苛的國6b排放標準。

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

1 開發目標和開發策略

長安汽車開發的高效節能0W-20汽油機油相比5W-30燃油經濟性改善1.2%，在具備抗低速早燃LSPI[1](早燃是內燃機中點火前出現著火的異常燃燒現象。增壓直噴發動機在低速、大負荷工況下，發生早燃稱為低速早燃。低速早燃極易引發超級爆震，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Fujimoto[2]等人在LSPI方面的研究成果，LSPI發生頻率=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Fujimoto的摩擦曲線：通過摩擦改進劑和低黏度發動機油可以降低邊界潤滑和流體潤滑時的摩擦系數，從而改善燃油經濟性[3-5]，所以通過使用高質量基礎油和高性能黏度指數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濟性改善目標。最后通過長安LSPI、燃油經濟性篩選測試臺架和長安汽車最新平臺發動機的可靠性臺架測試以及道路試驗驗證汽油機油應用的可行性，并完成長安汽車高效節能0W-20汽油機油的開發和應用。

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改進劑、考察邊界潤滑和流體潤滑條件下油品摩擦系數的重要方法，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 燃油經濟性篩選試驗

燃油經濟性篩選試驗參比油為5W-30汽油機油，根據摩擦篩選試驗的結果選定摩擦系數較小的油品進行燃油經濟性篩選試驗。

燃油經濟性篩選試驗的試驗誤差為±0.2%,采用長安汽車發動機。試驗采用標準試驗用燃油，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 燃油經濟性發動機技術狀態/試驗條件

2.3 抗LSPI試驗

抗LSPI試驗選用長安汽車最新發動機平臺首款量產發動機。

LSPI發生頻次是在6種轉速和節氣門全開的工況下測得，在試驗過程中通過ECU統計1 h內LSPI發生次數。試驗發動機條件如表4所示。

表4 抗LSPI發動機技術狀態/試驗條件

2.4 C5發動機臺架試驗

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

2.5 發動機可靠性試驗

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

表5 發動機可靠性技術狀態/試驗條件

表5(續)

2.6 道路可靠性試驗

開發的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 發動機道路可靠性技術狀態/試驗條件

3 結果

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的燃油經濟性篩選試驗中有更好表現，減少試驗次數和試驗周期，故將0W-20作為參比油(油品E)。

MTM和SRV試驗結果如圖1、圖2和表7所示。根據試驗結果，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和抗磨損性能，可能預示著更好的燃油經濟性和可靠性，故將該4種油作為燃油經濟性篩選試驗的候選油。

圖1 MTM試驗結果

圖2 SRV試驗結果

表7 SRV試驗結果 mm

3.2 燃油經濟性篩選試驗

經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，油品基本性能及配方組成見表8。

表8 燃油經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油品開展發動機燃油經濟性試驗，試驗參比油為5W-30汽油機油，候選油A、油B、油C和油D與參比油的燃油經濟性測試結果如圖3所示。

圖3 燃油經濟性篩選試驗結果

從圖3可以看出，油A和油D的燃油經濟性改善率分別為1.2%和1.33%，均滿足設計目標(相比參比油燃油經濟性改善率超過1.2%)。最終選擇燃油經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，理化性能測試結果見表9。

表9 理化性能測試結果

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

表10 抗LSPI驗證試驗結果

注：*0/0/0/0分別表示1缸/2缸/3缸/4缸每小時出現的超爆次數。

根據長安LSPI試驗評價規范，結合表10顯示的抗LSPI驗證試驗結果，表明油D通過抗LSPI驗證試驗具有較好的抗LSPI特性。

3.4 C5發動機臺架試驗

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

表11 橡膠兼容性試驗結果 %

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

表12 C5汽油發動機臺架試驗結果

通過表12可以看出，油D表現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動機清凈性試驗外，油D通過了C5要求的全套汽油發動機臺架試驗，試驗結果均滿足各項試驗質量指標要求。

3.5 發動機可靠性試驗

為充分考察油品在長安汽車最新發動機上的適用性，在長安汽車最新發動機平臺首款發動機上搭載油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果

通過圖4的檢測結果可以看出，油品的酸堿差值在標準范圍內，并具有較高的安全余量，表明經過臺架可靠性試驗后油品未出現過度氧化。

通過圖5的檢測結果可以看出，油品中銅、鐵、鋁三種磨損元素含量滿足評價標準，并且遠遠低于限值要求，表明油品具有優異的潤滑性能，未發現異常磨損。

3.6 道路可靠性試驗

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

試驗結束后，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果

通過圖6的檢測結果可以看出，道路可靠性試驗后油品的酸堿差值在標準范圍內，并具有較高的安全余量，表明經過臺架可靠性試驗后油品未出現過度氧化。

通過圖7的檢測結果可以看出，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準，表明油品具有良好的潤滑性能，未發現異常磨損。

4 結論

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

目前長安汽車開發的高效節能0W-20汽油機油已應用于長安汽車最新發動機平臺首款發動機，并將進行平臺化應用，為長安汽車最新發動機平臺提供優異燃油經濟性的同時提供更好的保護。