小型增压汽油发动机机油适应性的试验研究

马瑞瑄解彬（1-长城汽车股份有限公司技术中心河北保定0710002-河北省汽车工程技术研究中心）



小型增压汽油发动机机油适应性的试验研究

马瑞瑄1，2解彬1，2
（1-长城汽车股份有限公司技术中心河北保定0710002-河北省汽车工程技术研究中心）

近年来，随着汽车技术的不断进步及在节能减排政策的推动下，发动机正沿着大功率、小体积的方向发展。增压技术在新上市的汽油发动机上的应用也趋向于普及化，但是涡轮增压技术的广泛应用，导致发动机工作温度升高，热负荷增大，对发动机机油的使用也提出了相应的要求。在汽车运行过程中，机油适应性好与差，将对发动机的可靠性、耐久性产生显著的影响。确定机油的适应性需考虑发动机搭载整车后的运行工况和实际使用环境的多样性，仅通过试验室台架验证试验无法有效评估实际情况，因此选择试验车路试的方式进行验证。

增压汽油发动机机油换油周期适应性劣化

引言

本次机油适应性试验主要选用基础油为矿物基础油的不同牌号机油，进行不同环境、不同行驶里程的对比性试验验证，并依据试验后机油的消耗量、机油的劣化及发动机零部件运动副的磨损程度来进行评价。

1　试验用机油的选择

结合目前国内已上市的增压汽油发动机所采用的机油质量等级及粘度等级，选择本次试验用机油牌号。该试验所选用的机油牌号见表1。

表1　试验用机油牌号

2　试验车辆

试验车辆为国产紧凑型城市SUV，该车为手动档、两驱。为保证此次试验的充分性、有效性，共涉及试验车8辆，试验过程中均在满载（约1 800 kg）条件下行驶。

3　试验发动机

试验发动机为国产4G15T型增压汽油机，该发动机为直列四缸、双顶置凸轮轴结构，采用了废气涡轮增压中冷、多点顺序燃油喷射、电控机械式节气门等多种先进技术，排放水平达到欧V标准。发动机特性指标见表2。

表2　发动机特性

4　试验路况及环境

根据国内气候条件、地理环境的实际情况，选择路试地点的同时要考虑环境、路况。其中高寒环境路试地点选择黑龙江省黑河市，试验工况主要通过市区、郊区、高速各工况循环验证，温度范围-35℃～-15℃；高温高湿环境路试地点选择海南省琼海市，试验工况主要通过沿海公路验证，温度范围22℃～35℃，湿度大于70%；其他环境路试地点均选择北京市及周边，试验工况主要通过市区、郊区、高速、山区、坏路各工况循环验证。

5　机油保养周期及取样

使用车辆每行驶10 000 km进行一次机油保养，同时更换机油滤清器。所有试验均为热车取样，取样周期分别为距上一次机油保养后行驶里程5 000 km、8 000 km、10 000 km时，取样部位为油底壳储油中部，每次取样200 mL，如取样后试验车不进行保养将继续路试，并补加200 mL同牌号新机油至发动机［1-5］。

6　油样检测项目

油样检测内容按GB/T8028-2011汽油机油换油指标所规定的项目进行，主要检测油样的指标有：运动粘度（100℃）、酸值、碱值、水分含量、汽油含量、元素含量及机油消耗量。

7　机油性能指标的劣变分析

在试验过程中，结合试验车的行驶里程及运行环境，对发动机机油的性能参数进行监测，定期取样，并对过程变化数据进行分析，指导在按质换油时换油周期和换油指标的具休制定。试验前对试验车加入指定机油，整车磨合3 000 km后更换机油、机油滤清器，并加入新油开始试验，具体试验信息见表3。

表3　试验情况

针对本试验，对试验过程变化数据及机油检测结果进行分析，具体如下：

7.1运动粘度

运动粘度是衡量油品油膜强度、流动性的重要指标，而运动粘度变化率反映了油品的油膜强度、流动性的变化情况。在用机油运动粘度的变化反映了油品发生深度氧化、聚合、轻组分挥发生成油泥以及受燃油稀释、水污染和机械剪切的综合结果。粘度的增长会增加动力消耗，过高的粘度增长甚至会带来泵送困难，从而影响润滑带来事故。粘度的下降则会造成发动机油膜变薄，润滑性下降，机件磨损加大，粘度大幅下降往往会造成拉缸的后果。

不同环境及车辆行驶里程与机油运动粘度的关系如图1a），b），c）所示。

验证结果说明，在车辆行驶5 000 km就出现粘度变化率超出换油指标所要求≤20%的限值，但直到车辆行驶至10 000 km机油粘度变化率均不超出25%，说明车辆行驶里程在5 000 km内粘度变化大，从5 000到10 000 km之间粘度变化较小。通过试验数据可以反映出，主要原因是粘度等级为5W-30的机油所添加的粘度指数提升剂失效。粘度等级为5W-30的机油采用合成基础油将会有效改善粘度变化率，增强机油粘度对小型增压汽油发动机的适应性。

7.2燃油稀释

车辆在使用过程中，因种种原因燃料会部分窜入机油油底壳，污染机油，甚至会造成拉缸的严重后果。通常只有发动机活塞间隙变大或发生不正常磨损等异常情况发生时，燃油才会大量地进入润滑油中。

图1　各种环境运动粘度变化率

不同环境及车辆行驶里程与汽油含量的关系如图2a），b），c）所示。

图2　　各种环境汽油含量

验证结果表明，通过各环境试验验证三种牌号机油，汽油含量均处于较低水平≤3%未超出换油指标，且不同环境下随着试验里程增加变化也较稳定≤1%变化。此项指标可以从侧面反映出发动机摩擦副无异常，可在一定程度上说明机油的适应性。

7.3水分

发动机在做功过程中，燃油燃烧生成的水汽以及通过油箱呼吸吸入的水汽，会进入机油中带来污染。油中的水分会导致油品乳化变质，并造成发动机零部件表面的锈蚀。由于在工作中发动机油始终处在相对较高的温度（＞80℃）下，正常情况下油中的水含量均较低。

不同环境及车辆行驶里程与水分质量分数的关系如图3 a），b），c）所示。

图3　各种环境水分质量分数

水分在高温高湿环境试验28 000至30 000km及高寒环境下水分质量分数突增，而其他验证结果均反映水分的变化稳定均在0.15%以内。针对水分质量分数突增的现象进行分析发现，取油样前所进行的整车道路试验均存在连续的雨雪天气，导致发动机吸入的空气水分增高，最终导致机油水分含量增加。

7.4酸值增加量

油品在使用中受温度、水分或其他因素的影响，油品会逐渐老化变质。随着油品老化程度增加，会产生较多的酸性物质，使油品酸值增加；较大量的酸性物质对设备造成一定程度的腐蚀，并在金属的催化作用下继续加速油品的老化状况，影响发动机正常运行。不同环境及车辆行驶里程与酸值增加的关系如图4 a），b），c）所示。

从机油油样的检测结果可以得出：

图4　各种环境酸值增加量

1）使用牌号为5W-30的机油在不同环境的试验车行驶5 000 km后均存在酸值超标；

2）使用牌号为10W-40、5W-40的机油在不同环境及行驶里程所采集的油样酸值均未超标；

3）试验车用机油的酸值主要随行驶里程的延长而增大。牌号为10W-40、5W-40的机油满足该款发动机对酸值变化的要求。

7.5碱值-酸值

油品的碱值是用于中和燃烧生成的强酸性物质及油品自身氧化产生的有机酸，因此碱值的下降直接反映了油品中添加剂有效组分的消耗、使用性能的下降。通过碱值-酸值来评估机油中和酸的能力。不同环境及车辆行驶里程与碱值-酸值的关系如图5 a），b），c）所示。

图5　各种环境碱值-酸值

从机油油样的检测结果可以得出：各牌号的机油在不同环境及车辆行驶里程中主要表现出（碱值-酸值）随车辆行驶里程的延长而下降的趋势，直至行驶里程达到10 000 km时均未超标。试验用机油满足该款发动机对（碱值-酸值）的要求。

7.6铁含量

发动机的主要磨损件为缸套、曲轴、活塞环、轴瓦等，通过检测机油中的铁含量，可以有效地评估发动机的磨损情况。不同环境及车辆行驶里程与铁含量变化关系如图6 a），b），c）所示。

图6　各种环境铁含量

从机油油样的检测结果可以得出：各牌号的机油在不同环境及车辆行驶里程中主要表现出，铁含量随车辆行驶里程的延长而逐步增加的趋势，且直至行驶里程达到10 000 km时机油中的铁含量均小于70 μg/g，未超出标准限值，表明试验用机油均满足该款发动机对机油润滑性能的要求。

8　试验后发动机磨损

通过试验后对发动机拆解，其各主要易磨损件均无异常磨损。以下为一台30 000 km一般环境试验后发动机连杆轴瓦及缸孔网纹照片，分别如图7 a），b）所示，均无异常磨损。

9　结论

通过选用不同牌号的矿物机油，进行不同环境、不同行驶里程的对比验证，得出结论如下：

1）在相同试验环境及换油里程条件下，SM 5W-40牌号机油抗老化能力优于SL 10W-40优于SM 5W-30。

2）使用相同牌号机油，在相同试验里程下，高温高湿环境、一般环境对机油性能指标无明显影响，高寒环境SM 5W-30机油对运动粘度、酸值性能指标存在加速劣化影响，但达到换油里程。

3）随着换油里程的增加，无论何种试验环境、试验用油，各项性能指标均有所下降。当试验里程到达10 000 km时，SL 10W-40、SM 10W-40各项指标均在换油标准内，SM 5W-30虽然部分指标到达换油标准，但通过对铁含量进行检测及试验后发动机拆解，不存在异常磨损现象。

以上说明试验所选三种矿物机油可满足国内大部分地区10 000 km保养要求，且SM 5W-40牌号机油抗老化能力优于SL 10W-40优于SM 5W-30。

图7　优化后的车架承载极限值曲线

1全国石油产品和润滑剂标准化技术委员会.GB/T 8028-2010汽油机油换油指标［S］.北京：中国标准出版社，2010

2李纲，王成焘，陈铭，等.汽车发动机润滑油更换周期的实验研究［J］.润滑与密封，1997（5）：45-47

3张艳中，吴辉.汽车润滑油更换时机的把握［J］.中国设备工程，2010（12）：17-18

4王朝忠，张鹏辉.汽车润滑油粘度变化对发动机的影响及预防探要［J］.润滑与密封，2003（3）：64-65

5全国汽车标准化技术委员会.GB/T 19055-2003汽车发动机可靠性试验方法［S］.北京：中国标准出版社，2003

Experimental Research on Small Turbocharged Gasoline Engine Oil Adaptability

Ma Ruixuan1，2，Xie Bin1，2
1-Technical Center，Great Wall Motor Co.，Ltd.（Baoding，Hebei，071000，China）2-Hebei Automobile Engineering&Research Center

In recent years，along with the advance of technology，and driven by energy conservation and emission reduction policy，the engine is developing along the direction of high power and small size.The application of turbo technology on new gasoline engines tends to spread.But as the wide use of turbo technology results in higher engine operating temperature and increased heat load，corresponding requirements on the use of engine oil are also put forward.In car running process，the adaptability of the oil will significantly influence the reliability and durability of the engine.To determine the adaptability of engine oil，the diversity of operation condition of the engine after powering vehicle and the actual operation environment should be considered.As laboratory bench test cannot effectively evaluate the practical situation solely，the vehicle road test method is selected for validation.

Turbocharged gasoline engine，Oil，Oil change cycle，Adaptability，Degradation

TK418.9

A

2095-8234（2015）06-0057-05

马瑞瑄（1979-），男，工程师，主要研究方向为汽油发动机设计。

（2015-05-21）