长安汽车高效节能0W-20汽油机油的开发和应用

祝洪宇，闻元，卿辉斌，苏学颖，林海洪，邓伟，付陈玲，罗珍妮

(重庆长安汽车股份有限公司，重庆 401120)

0 引言

随着国家节能和环保法规的不断升级，越来越严苛的汽车燃油经济性要求和排放法规推动着发动机技术快速发展。

长安汽车基于平台化开发技术理念，应用多项先进技术，如缸盖集成排气歧管(IEM)、35 MPa高压直喷系统、发动机智能热管理模块(TMM)、全可变排量机油泵(VDOP)、可控PCJ等技术，打造的长安汽车最新发动机平台，可实现世界最严苛的国6b排放标准。

为应对严苛的油耗排放法规，同时要适应长安汽车最新发动机平台的先进技术，汽油机油的选型、开发和应用面临着更多的挑战。为了满足最新平台发动机的使用要求，长安汽车完成高效节能0W-20汽油机油的开发和平台化应用，长安高效节能0W-20汽油机油在保证小型TGDI发动机使用所要求的清净分散性和抗磨性的同时，具有更优异的燃油经济性、排放耐久保护性和抗LSPI等特性。

1 开发目标和开发策略

长安汽车开发的高效节能0W-20汽油机油相比5W-30燃油经济性改善1.2%，在具备抗低速早燃LSPI[1](早燃是内燃机中点火前出现着火的异常燃烧现象。增压直喷发动机在低速、大负荷工况下，发生早燃称为低速早燃。低速早燃极易引发超级爆震，杜绝早燃是抑制超级爆震的一条重要途径)性能和排放耐久保护性的同时，需要满足ACEA2016 C5要求的全套汽油机油台架试验。

根据Fujimoto[2]等人在LSPI方面的研究成果，LSPI发生频率=6.59×Ca%-(26.6×P%)-(5.12×Mo%。)从公式可以看出钙元素含量对LSPI有负面影响，磷元素和钼元素含量对LSPI有正面影响，因此选择低钙、高镁或高钼的配方会使油品具有一定的抗LSPI性能。根据Fujimoto的摩擦曲线：通过摩擦改进剂和低黏度发动机油可以降低边界润滑和流体润滑时的摩擦系数，从而改善燃油经济性[3-5]，所以通过使用高质量基础油和高性能黏度指数改进剂及摩擦改进剂使油品满足使用的需要同时达到燃油经济性改善目标。最后通过长安LSPI、燃油经济性筛选测试台架和长安汽车最新平台发动机的可靠性台架测试以及道路试验验证汽油机油应用的可行性，并完成长安汽车高效节能0W-20汽油机油的开发和应用。

2 试验方案

2.1 摩擦筛选试验

摩擦筛选试验选用MTM和SRV作为备选油品摩擦磨损情况的筛选，其中MTM[6](Mini Traction Machi长安汽车最新)即微型牵引力试验机是评价和筛选黏度指数改进剂、考察边界润滑和流体润滑条件下油品摩擦系数的重要方法，MTM试验条件如表1所示。SRV即高频线性震动试验机是评价和筛选边界润滑条件下油品摩擦系数的重要方法，SRV试验条件如表2所示。

表1 MTM试验条件

表2 SRV试验条件

2.2 燃油经济性筛选试验

燃油经济性筛选试验参比油为5W-30汽油机油，根据摩擦筛选试验的结果选定摩擦系数较小的油品进行燃油经济性筛选试验。

燃油经济性筛选试验的试验误差为±0.2%,采用长安汽车发动机。试验采用标准试验用燃油，并参考长安汽车最新NEDC工况，按照A(参比油)-B(候选油)-A(参比油)的测试顺序进行测试。试验条件如表3所示。

表3 燃油经济性发动机技术状态/试验条件

2.3 抗LSPI试验

抗LSPI试验选用长安汽车最新发动机平台首款量产发动机。

LSPI发生频次是在6种转速和节气门全开的工况下测得，在试验过程中通过ECU统计1 h内LSPI发生次数。试验发动机条件如表4所示。

表4 抗LSPI发动机技术状态/试验条件

2.4 C5发动机台架试验

开发的0W-20汽油机油在通过以上筛选试验后，开展了C5要求的全部汽油发动机试验和理化试验。

2.5 发动机可靠性试验

开发的0W-20汽油机油在通过以上试验后，搭载长安汽车最新发动机进行了3种工况下的台架可靠性试验，发动机试验条件如表5所示。

表5 发动机可靠性技术状态/试验条件

表5(续)

2.6 道路可靠性试验

开发的0W-20汽油机油通过台架可靠性试验后，搭载整车进行道路可靠性测试，道路试验条件如表6所示。

表6 发动机道路可靠性技术状态/试验条件

3 结果

3.1 摩擦筛选试验

摩擦筛选试验中，油品A、油品B、油品C和油品D为候选油，为了保证候选油在后续的燃油经济性筛选试验中有更好表现，减少试验次数和试验周期，故将0W-20作为参比油(油品E)。

MTM和SRV试验结果如图1、图2和表7所示。根据试验结果，油品A、油品B、油品C和油品D相比参比油均具有较低的摩擦系数和抗磨损性能，可能预示着更好的燃油经济性和可靠性，故将该4种油作为燃油经济性筛选试验的候选油。

图1 MTM试验结果

图2 SRV试验结果

表7 SRV试验结果 mm

3.2 燃油经济性筛选试验

经过摩擦筛选试验可以看出，油A、油B、油C和油D相比参比油5W-30具有较低的摩擦系数，油品基本性能及配方组成见表8。

表8 燃油经济性油品基本性能及配方组成

故选用编号为油A、油B、油C、油D的0W-20油品开展发动机燃油经济性试验，试验参比油为5W-30汽油机油，候选油A、油B、油C和油D与参比油的燃油经济性测试结果如图3所示。

图3 燃油经济性筛选试验结果

从图3可以看出，油A和油D的燃油经济性改善率分别为1.2%和1.33%，均满足设计目标(相比参比油燃油经济性改善率超过1.2%)。最终选择燃油经济性改善效果最好的油D作为下一步试验用油。

3.3 抗LSPI验证试验

在开展抗LSPI验证试验前，针对油D进行了理化性能测试，理化性能测试结果见表9。

表9 理化性能测试结果

油D通过理化性能测试后，使用油D在长安汽车最新发动机平台首款发动机上进行LSPI试验，为保证验证的充分准确性，共进行了两轮验证。LSPI发动机试验结果如表10所示。

表10 抗LSPI验证试验结果

注：*0/0/0/0分别表示1缸/2缸/3缸/4缸每小时出现的超爆次数。

根据长安LSPI试验评价规范，结合表10显示的抗LSPI验证试验结果，表明油D通过抗LSPI验证试验具有较好的抗LSPI特性。

3.4 C5发动机台架试验

在开展C5要求的发动机台架试验前，针对油D进行了橡胶兼容性试验，橡胶兼容性试验结果见表11。

表11 橡胶兼容性试验结果 %

通过结果可以看出，油D对橡胶具有较好的兼容性。因此后续对油D开展C5要求的全部汽油发动机台架试验[7]。详细试验结果如表12所示。

表12 C5汽油发动机台架试验结果

通过表12可以看出，油D表现出良好的油泥和积炭控制能力，除程序VG、黑油泥试验和汽油直喷发动机清净性试验外，油D通过了C5要求的全套汽油发动机台架试验，试验结果均满足各项试验质量指标要求。

3.5 发动机可靠性试验

为充分考察油品在长安汽车最新发动机上的适用性，在长安汽车最新发动机平台首款发动机上搭载油D分别进行交变负荷、冷热冲击、全速全负荷3种工况下的可靠性台架试验。

试验结束后，通过分析油品的酸碱差值和油品中部分金属含量来评估油品的老化和润滑情况。油品酸碱差值情况见图4，油品中磨损元素铜、铁、铝检测结果见图5。

图4 台架可靠性油品酸碱差值

图5 台架可靠性磨损元素检测结果

通过图4的检测结果可以看出，油品的酸碱差值在标准范围内，并具有较高的安全余量，表明经过台架可靠性试验后油品未出现过度氧化。

通过图5的检测结果可以看出，油品中铜、铁、铝三种磨损元素含量满足评价标准，并且远远低于限值要求，表明油品具有优异的润滑性能，未发现异常磨损。

3.6 道路可靠性试验

为保证油品D应用的可行性，根据长安润滑油验证体系，最后需要搭载该发动机进行道路可靠性试验。

试验结束后，通过分析油品的酸碱差值和油品中部分金属含量来评估油品的老化和润滑情况。油品酸碱差值情况见图6，油品中磨损元素铜、铁、铝检测结果见图7。

图6 道路可靠性油品酸碱差值

图7 道路可靠性磨损元素检测结果

通过图6的检测结果可以看出，道路可靠性试验后油品的酸碱差值在标准范围内，并具有较高的安全余量，表明经过台架可靠性试验后油品未出现过度氧化。

通过图7的检测结果可以看出，道路可靠性试验后油品中铜、铁、铝三种磨损元素含量满足评价标准，表明油品具有良好的润滑性能，未发现异常磨损。

4 结论

根据上述试验结果，长安汽车开发的高效节能0W-20汽油机油较5W-30燃油经济性改善率为1.33%，并且采用的抗LSPI配方也表现了优异的抗LSPI特性。与此同时，本次开发的0W-20通过台架和道路可靠性试验，表现了优异的抗磨特性、清净分散性和抗老化性能。

目前长安汽车开发的高效节能0W-20汽油机油已应用于长安汽车最新发动机平台首款发动机，并将进行平台化应用，为长安汽车最新发动机平台提供优异燃油经济性的同时提供更好的保护。