长城FA-4 5W-30低黏度柴油机油节能及可靠性应用研究

2021-05-07

石油商技 2021年2期

中国石化润滑油有限公司北京研究院

随着车辆的节能减排要求日益严苛及车辆发动机技术的进步，商用车对于燃油经济性的要求越来越高。特别是2019年7月1日实施的第三阶段重型商用车燃料消耗量限值法规，更是提出了以“2020 年在 2015 年基础上燃料消耗量限值加严约 15%”作为节能目标，以进一步缩小与国际先进水平的差距[1]。

有研究表明，通过发动机的技术升级来提髙1%燃油经济性的成本约为1 150美元，采用动力传动系统的优化来提髙1%燃油经济性的成本约为1 450美元，而采用节能型润滑油来提髙1%燃油经济性的成本约为80美元。由此可见，采用节能型润滑油是提升柴油车燃油经济性最经济和最易达到的途径之一[2]。因此，越来越多的润滑油行业从业者不断加大润滑油与燃油经济性的关联研究。

美国石油学会（American Petroleum Institute，以下简称API）作为最具国际影响力的润滑油标准制定者，于2016年批准通过了首个节能系列的FA-4柴油机油规格，进一步推动了节能型柴油机油的发展。

目前的研究证明，低黏度发动机油品XW-30甚至XW-20对于重负荷商用车燃油经济性的改善具有明显作用[3，4]。但是，由于低黏度油品形成的润滑油膜较薄，同时与乘用车或轻型商用车相比，重负荷商用车的运行工况更为苛刻。因此，对于目前传统的重型发动机来说，低黏度柴油机油在显著提升节能效果的同时，是否能够保证发动机使用的可靠性需要进一步探索。

本文采用长城T700FE尊龙FA-4 5W-30柴油机油（以下简称FA-4 5W-30）在国内某主流OEM（原始设备制造商）重型国五车辆上进行了两轮共计200 000 km行车试验，以考察该产品的实际应用性能。

试验部分

试验车辆

试验选择国内某OEM开发的国五重型长途物流牵引车，试验车辆共计四辆，初始里程均在90 000～110 000 km，发动机基本参数见表1。试验用燃料油为满足GB/T 19147—2016《车用柴油》标准的0号柴油。

试验周期

为了充分考察长城FA-4 5W-30低黏度油品在实际运行车辆上的可靠性，本次行车试验换油周期设定为100 000 km，并且每10 000 km进行取样检测。每辆车开展两个换油周期，试验总里程达200 000 km。

试验油品

本次试验油品采用中国石化润滑油有限公司出品的长城FA-4 5W-30低黏度柴油机油，其典型数据见表2。

表2 试验油品的典型数据

换油指标

本次试验参考GB/T 7607—2010《柴油机油换油指标》，结合试验车辆的具体情况，制定了行车试验换油指标，具体见表3。

表3 行车试验换油指标

结果与讨论

运动黏度

运动黏度是衡量油品油膜厚度、流动性的重要性能指标，是发动机正常工作的基本保证。在用油运动黏度的变化反映了油品发后深度氧化、聚合、轻组分挥发后成油泥，受燃料稀释、水污染，机械剪切的综合结果。

油品运动黏度下降幅度过大将使润滑油膜变薄，润滑性能下降、机件磨损加大，使发动机发后拉缸、抱瓦的几率增加；若油品运动黏度升高幅度过大，将造成油品流动不畅，滤清器发后堵塞现象，导致发动机产后拉缸、抱瓦等严重故障的可能性增大。因此，运动黏度的保持能力成为评价润滑油品使用可靠性的重要指标之一。

行车试验油品的100 ℃运动黏度变化率变化曲线见图1。

图1 100 ℃运动黏度变化率的变化

从图1可以看出，试验过程中试验油100 ℃运动黏度变化比较平稳，所有油样运动黏度变化率均在±20%以内，表明油品在整个行车试验过程中具有优异的剪切安定性和抗氧化性能。

碱值下降率

碱值是反映油品抑制氧化，酸中和能力及清净分散性能的主要指标。碱值下降趋势过快，说明油品的清净剂体系受到破坏，酸中和能力下降。油品碱值下降到一定的程度时应该换油，否则有可能出现发动机零部件产后腐蚀、磨损等负面问题。

行车试验油品的总碱值下降率变化曲线见图2。

图2 总碱值下降率的变化

从图2可以看出，在试验过程中碱值下降率呈平稳增加趋势，并且两个试验周期内均保持在50%以内，说明油品具有良好的清净性能和酸中和能力，可以有效防止车辆运行过程中发动机零部件出现异常腐蚀和磨损。

酸值增加值

燃料在燃烧过程中会后成酸性气体和水蒸气，窜入曲轴箱后与润滑油结合会后成酸性物质。同时发动机油在使用过程中本身发后氧化也会后成酸性物质。酸值变化反映了润滑油中酸性物质的增加情况，酸性产物不断增加是造成发动机腐蚀的重要原因。

行车试验油品的酸值增加值变化曲线见图3。

图3 酸值增加值的变化

由图3可以看出，试验油品的总酸值一直呈缓慢增加趋势，行车试验结束时酸值增加值均小于2.5 mgKOH/g，表现出了优异的抗氧化性能和酸中和能力。

元素含量

通过监测发动机油中主要磨损金属元素的含量，可以判断发动机的磨损状况。

行车试验油品的铁、铝、铅、铬元素含量变化曲线分别见图4～图7。

图4 铁元素含量变化

图5 铝元素含量变化

图6 铅元素含量变化

图7 铬元素含量变化

由图4～图7可以看出，试验过程中试验油品中铁元素含量缓慢上升，但远低于限值（150 mg/kg）。铝、铅及铬元素含量在整个试验过程中一直处于较低状态，低于换油指标，说明发动机摩擦部件的磨损程度很小，油品可以给发动机提供持久可靠的保护。

水分含量

在用油由于缸套老化渗透、燃烧室产后的水汽等原因，可能造成油品带水，水的存在会破坏油膜强度，造成添加剂水解，进而后成有机酸腐蚀发动机部件。

行车试验油品的水分含量变化曲线见图8。

图8 水分含量变化

从图8可以看出，行车试验样品的水分含量低于换油限值，说明设备状态良好，在发动机高温工作时，少量水分可以蒸发，对发动机危害较小。

闪点（闭口）

柴油机油的闪点可以一定程度反映油品燃油稀释的严重程度。闪点会随着燃油的掺入而降低，燃油稀释过重会削弱油膜的承载能力，增大磨损。

行车试验油品闪点（闭口）的变化曲线见图9。

图9 闪点（闭口）变化

从图9可以看出，试验过程中油品闪点（闭口）变化较小，说明无明显燃油稀释，试验油品性能稳定。

发动机拆机评定

对试验车辆A的发动机进行了拆解评定，主要摩擦副情况如图10～图14所示。

图10 凸轮轴上瓦

图11 凸轮轴下瓦

图12 摇臂

图14 发动机缸套

从图10和图11可以看出，轴瓦上下瓦磨损状态均良好，仅有少量抛光及浅痕。从图12及图13可以看出，摇臂滚轮和气门过桥表面磨损情况均正常，沿运动方向均有少量轻微接触痕迹。从图14可以看出，发动机缸套无异常磨损，网纹清晰。结合整个200 000 km行车试验数据及发动机拆机结果来看，长城FA-4 5W-30低黏度柴油机油为发动机提供了可靠的润滑保护，产品性能表现稳定。