機(jī)油綜合性能臺(tái)架試驗(yàn)方法研究

柴洪磊，葉輝，王兆遠(yuǎn)，王善強(qiáng)，孫澤，張大晴，洪欣

(安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

對(duì)于汽車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)是其“心臟”，機(jī)油是發(fā)動(dòng)機(jī)的“血液”[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件之間必然會(huì)產(chǎn)生摩擦，這會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件表面磨損，消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率。同時(shí)由于摩擦產(chǎn)生大量的熱可能使某些部件發(fā)生損壞，嚴(yán)重時(shí)造成發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法正常工作[2]，所以需要將清潔的、溫度和壓力合適的機(jī)油運(yùn)送到各個(gè)運(yùn)動(dòng)副表面，對(duì)其進(jìn)行有效保護(hù)，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命[3]。

隨著技術(shù)的升級(jí)、排放和油耗法規(guī)的逐漸趨嚴(yán)，許多新技術(shù)(如涂層、EGR、DPF、GPF等)在發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，引領(lǐng)發(fā)動(dòng)機(jī)向更高的燃燒效率和更少的排放污染物方向邁進(jìn)。機(jī)油作為發(fā)動(dòng)機(jī)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(hù)、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(jī)油必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用而進(jìn)行技術(shù)升級(jí)[4-5]。

1 機(jī)油的發(fā)展趨勢(shì)

1.1 長(zhǎng)換油周期

根據(jù)消費(fèi)者需求，更長(zhǎng)換油周期的產(chǎn)品是未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油發(fā)展主要驅(qū)動(dòng)力之一。更長(zhǎng)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(shí)間，同時(shí)也可以減少資源浪費(fèi)，降低有害物質(zhì)的排放，保護(hù)環(huán)境，提升產(chǎn)品的品牌形象和競(jìng)爭(zhēng)力。

1.2 燃油經(jīng)濟(jì)性

目前隨著油價(jià)的波動(dòng)、物價(jià)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(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的廣泛應(yīng)用，其中節(jié)能機(jī)油的使用是較為有效的方法。消費(fèi)者需要技術(shù)水平高、質(zhì)量穩(wěn)定、節(jié)油節(jié)能的機(jī)油產(chǎn)品，以減小摩擦阻力，降低磨損，減少動(dòng)力消耗。

1.3 環(huán)保適應(yīng)性

國(guó)家、社會(huì)與消費(fèi)者對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)，促進(jìn)了國(guó)六排放法規(guī)的頒布，對(duì)車輛減排的要求也越來(lái)越高，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒、后處理等新技術(shù)的應(yīng)用，因此也對(duì)機(jī)油提出更高的要求，需要其適應(yīng)DPF、EGR等后處理技術(shù)[7]。

2 機(jī)油綜合性能試驗(yàn)必要性

為了驗(yàn)證機(jī)油是否滿足更長(zhǎng)換油周期的使用要求，需要進(jìn)行專項(xiàng)試驗(yàn)，驗(yàn)證機(jī)油的使用性能[8]。整車耐久試驗(yàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，所以有必要開發(fā)專項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證機(jī)油的綜合使用性能，要求能夠考察機(jī)油在極限工況下的使用性能，評(píng)價(jià)機(jī)油經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后的性能衰減及指標(biāo)變化情況，并依此制定合理的換油周期，服務(wù)于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用[9]。

3 綜合性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)說(shuō)明

3.1 試驗(yàn)對(duì)象

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為江淮汽車1.5TGDI汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)采用增壓、直噴、中冷等先進(jìn)技術(shù)。試驗(yàn)使用GF-5 5W-30機(jī)油。

3.2 試驗(yàn)工況需求

機(jī)油的綜合性能試驗(yàn)需要考核機(jī)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(zhì)保持性。針對(duì)機(jī)油的各種性能需求設(shè)定相應(yīng)工況進(jìn)行考核，試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)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(fù)荷工況下，模擬整車持續(xù)高速運(yùn)行，提高發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)油運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的溫度，目的是增大機(jī)油高溫剪切。

2)清凈性

城市、城郊低負(fù)荷下，模擬城市常用工況，對(duì)應(yīng)整車車速60km/h～80km/h，目的是加劇機(jī)油老化。

3)關(guān)鍵技術(shù)工況

高煙度工況和高燃油稀釋下，具體工況依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)，適當(dāng)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(zhuǎn)速工況下，模擬整車怠速，表征原地?zé)釞C(jī)及等紅綠燈工況，加劇油泥形成。

3.3 試驗(yàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容

在進(jìn)行機(jī)油綜合性能試驗(yàn)后，需要分別對(duì)機(jī)油理化性能、關(guān)鍵零部件沉積物、發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)內(nèi)容如圖1所示。

圖1 機(jī)油綜合性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容

1)機(jī)油理化性能評(píng)價(jià)

試驗(yàn)后對(duì)過(guò)程機(jī)油樣品的運(yùn)動(dòng)黏度、酸值、堿值、燃油稀釋及金屬元素(鐵、銅、鋁)等進(jìn)行檢測(cè)，具體見表1[10]，分析確認(rèn)機(jī)油抗氧化性、燃油稀釋水平等。

2)關(guān)鍵零部件沉積物評(píng)價(jià)

試驗(yàn)后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件進(jìn)行拆解評(píng)價(jià)，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(yùn)動(dòng)副磨損性等方面的評(píng)價(jià)。確認(rèn)機(jī)油的清凈性與分散性。

3)發(fā)動(dòng)機(jī)性能評(píng)價(jià)

試驗(yàn)前后需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能確認(rèn)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及機(jī)油耗水平。評(píng)價(jià)機(jī)油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是否存在影響。

表1 機(jī)油理化性能分析評(píng)價(jià)內(nèi)容

4 試驗(yàn)驗(yàn)證及評(píng)價(jià)

4.1 試驗(yàn)符合性評(píng)價(jià)

綜合性能試驗(yàn)過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、油溫?zé)o異常，機(jī)油溫度滿足試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求(圖2)。

圖2 綜合性能試驗(yàn)過(guò)程轉(zhuǎn)速、油溫曲線

4.2 機(jī)油老化評(píng)價(jià)

機(jī)油綜合性能試驗(yàn)后，機(jī)油抗高溫、高剪切和抗磨損性能良好，燃油稀釋及品質(zhì)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(yàn)運(yùn)動(dòng)黏度(100℃)變化曲線

圖4 綜合性能試驗(yàn)酸、堿值變化曲線

圖5 綜合性能試驗(yàn)燃油稀釋變化曲線

機(jī)油運(yùn)動(dòng)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(biāo)，符合公司的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 沉積物評(píng)價(jià)

試驗(yàn)后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、油底殼部件的積碳、漆膜、油泥等沉積物進(jìn)行評(píng)價(jià)，各缸活塞環(huán)槽、環(huán)岸、前后端面及內(nèi)頂整體沉積物情況良好，油底殼、擋板存在輕微油泥。進(jìn)氣門存在少量積碳，軸瓦無(wú)異常磨損。沉積物評(píng)價(jià)結(jié)果符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，機(jī)油的清凈性分散性良好，見圖6-圖8。

圖6 試驗(yàn)后活塞圖片

圖7 試驗(yàn)后油底殼圖片

圖8 試驗(yàn)后進(jìn)氣門圖片

4.4 發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)價(jià)

發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)前后的發(fā)動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩性能參數(shù)正常，變化率符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)副無(wú)異常磨損，磨損量符合技術(shù)要求，見圖9-圖11。

圖9 試驗(yàn)前后發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性對(duì)比曲線

圖10 試驗(yàn)各階段發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比曲線

圖11 試驗(yàn)后軸瓦圖片

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)需要考核機(jī)油各項(xiàng)性能，再結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)增壓、中冷、直噴的技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)定機(jī)油綜合性能試驗(yàn)工況，實(shí)際運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)模擬實(shí)車行駛1.5倍換油周期，進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，通過(guò)此試驗(yàn)可以有效評(píng)價(jià)機(jī)油搭載發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能。

通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架機(jī)油綜合性能試驗(yàn)開發(fā)，可以相對(duì)快速、有效地評(píng)價(jià)機(jī)油的各項(xiàng)使用性能是否滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在換油周期內(nèi)的使用要求，節(jié)省項(xiàng)目的開發(fā)成本，縮短試驗(yàn)開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。