長城FA-4 5W-30低黏度柴油機油節能及可靠性應用研究

中國石化潤滑油有限公司北京研究院

隨著車輛的節能減排要求日益嚴苛及車輛發動機技術的進步，商用車對于燃油經濟性的要求越來越高。特別是2019年7月1日實施的第三階段重型商用車燃料消耗量限值法規，更是提出了以“2020 年在 2015 年基礎上燃料消耗量限值加嚴約 15%”作為節能目標，以進一步縮小與國際先進水平的差距[1]。

有研究表明，通過發動機的技術升級來提髙1%燃油經濟性的成本約為1 150美元，采用動力傳動系統的優化來提髙1%燃油經濟性的成本約為1 450美元，而采用節能型潤滑油來提髙1%燃油經濟性的成本約為80美元。由此可見，采用節能型潤滑油是提升柴油車燃油經濟性最經濟和最易達到的途徑之一[2]。因此，越來越多的潤滑油行業從業者不斷加大潤滑油與燃油經濟性的關聯研究。

美國石油學會（American Petroleum Institute，以下簡稱API）作為最具國際影響力的潤滑油標準制定者，于2016年批準通過了首個節能系列的FA-4柴油機油規格，進一步推動了節能型柴油機油的發展。

目前的研究證明，低黏度發動機油品XW-30甚至XW-20對于重負荷商用車燃油經濟性的改善具有明顯作用[3，4]。但是，由于低黏度油品形成的潤滑油膜較薄，同時與乘用車或輕型商用車相比，重負荷商用車的運行工況更為苛刻。因此，對于目前傳統的重型發動機來說，低黏度柴油機油在顯著提升節能效果的同時，是否能夠保證發動機使用的可靠性需要進一步探索。

本文采用長城T700FE尊龍FA-4 5W-30柴油機油（以下簡稱FA-4 5W-30）在國內某主流OEM（原始設備制造商）重型國五車輛上進行了兩輪共計200 000 km行車試驗，以考察該產品的實際應用性能。

試驗部分

試驗車輛

試驗選擇國內某OEM開發的國五重型長途物流牽引車，試驗車輛共計四輛，初始里程均在90 000～110 000 km，發動機基本參數見表1。試驗用燃料油為滿足GB/T 19147—2016《車用柴油》標準的0號柴油。

試驗周期

為了充分考察長城FA-4 5W-30低黏度油品在實際運行車輛上的可靠性，本次行車試驗換油周期設定為100 000 km，并且每10 000 km進行取樣檢測。每輛車開展兩個換油周期，試驗總里程達200 000 km。

試驗油品

本次試驗油品采用中國石化潤滑油有限公司出品的長城FA-4 5W-30低黏度柴油機油，其典型數據見表2。

表2 試驗油品的典型數據

換油指標

本次試驗參考GB/T 7607—2010《柴油機油換油指標》，結合試驗車輛的具體情況，制定了行車試驗換油指標，具體見表3。

表3 行車試驗換油指標

結果與討論

運動黏度

運動黏度是衡量油品油膜厚度、流動性的重要性能指標，是發動機正常工作的基本保證。在用油運動黏度的變化反映了油品發后深度氧化、聚合、輕組分揮發后成油泥，受燃料稀釋、水污染，機械剪切的綜合結果。

油品運動黏度下降幅度過大將使潤滑油膜變薄，潤滑性能下降、機件磨損加大，使發動機發后拉缸、抱瓦的幾率增加；若油品運動黏度升高幅度過大，將造成油品流動不暢，濾清器發后堵塞現象，導致發動機產后拉缸、抱瓦等嚴重故障的可能性增大。因此，運動黏度的保持能力成為評價潤滑油品使用可靠性的重要指標之一。

行車試驗油品的100 ℃運動黏度變化率變化曲線見圖1。

圖1 100 ℃運動黏度變化率的變化

從圖1可以看出，試驗過程中試驗油100 ℃運動黏度變化比較平穩，所有油樣運動黏度變化率均在±20%以內，表明油品在整個行車試驗過程中具有優異的剪切安定性和抗氧化性能。

堿值下降率

堿值是反映油品抑制氧化，酸中和能力及清凈分散性能的主要指標。堿值下降趨勢過快，說明油品的清凈劑體系受到破壞，酸中和能力下降。油品堿值下降到一定的程度時應該換油，否則有可能出現發動機零部件產后腐蝕、磨損等負面問題。

行車試驗油品的總堿值下降率變化曲線見圖2。

圖2 總堿值下降率的變化

從圖2可以看出，在試驗過程中堿值下降率呈平穩增加趨勢，并且兩個試驗周期內均保持在50%以內，說明油品具有良好的清凈性能和酸中和能力，可以有效防止車輛運行過程中發動機零部件出現異常腐蝕和磨損。

酸值增加值

燃料在燃燒過程中會后成酸性氣體和水蒸氣，竄入曲軸箱后與潤滑油結合會后成酸性物質。同時發動機油在使用過程中本身發后氧化也會后成酸性物質。酸值變化反映了潤滑油中酸性物質的增加情況，酸性產物不斷增加是造成發動機腐蝕的重要原因。

行車試驗油品的酸值增加值變化曲線見圖3。

圖3 酸值增加值的變化

由圖3可以看出，試驗油品的總酸值一直呈緩慢增加趨勢，行車試驗結束時酸值增加值均小于2.5 mgKOH/g，表現出了優異的抗氧化性能和酸中和能力。

元素含量

通過監測發動機油中主要磨損金屬元素的含量，可以判斷發動機的磨損狀況。

行車試驗油品的鐵、鋁、鉛、鉻元素含量變化曲線分別見圖4～圖7。

圖4 鐵元素含量變化

圖5 鋁元素含量變化

圖6 鉛元素含量變化

圖7 鉻元素含量變化

由圖4～圖7可以看出，試驗過程中試驗油品中鐵元素含量緩慢上升，但遠低于限值（150 mg/kg）。鋁、鉛及鉻元素含量在整個試驗過程中一直處于較低狀態，低于換油指標，說明發動機摩擦部件的磨損程度很小，油品可以給發動機提供持久可靠的保護。

水分含量

在用油由于缸套老化滲透、燃燒室產后的水汽等原因，可能造成油品帶水，水的存在會破壞油膜強度，造成添加劑水解，進而后成有機酸腐蝕發動機部件。

行車試驗油品的水分含量變化曲線見圖8。

圖8 水分含量變化

從圖8可以看出，行車試驗樣品的水分含量低于換油限值，說明設備狀態良好，在發動機高溫工作時，少量水分可以蒸發，對發動機危害較小。

閃點（閉口）

柴油機油的閃點可以一定程度反映油品燃油稀釋的嚴重程度。閃點會隨著燃油的摻入而降低，燃油稀釋過重會削弱油膜的承載能力，增大磨損。

行車試驗油品閃點（閉口）的變化曲線見圖9。

圖9 閃點（閉口）變化

從圖9可以看出，試驗過程中油品閃點（閉口）變化較小，說明無明顯燃油稀釋，試驗油品性能穩定。

發動機拆機評定

對試驗車輛A的發動機進行了拆解評定，主要摩擦副情況如圖10～圖14所示。

圖10 凸輪軸上瓦

圖11 凸輪軸下瓦

圖12 搖臂

圖14 發動機缸套

從圖10和圖11可以看出，軸瓦上下瓦磨損狀態均良好，僅有少量拋光及淺痕。從圖12及圖13可以看出，搖臂滾輪和氣門過橋表面磨損情況均正常，沿運動方向均有少量輕微接觸痕跡。從圖14可以看出，發動機缸套無異常磨損，網紋清晰。結合整個200 000 km行車試驗數據及發動機拆機結果來看，長城FA-4 5W-30低黏度柴油機油為發動機提供了可靠的潤滑保護，產品性能表現穩定。

燃油消耗分析

試驗過程分別記錄了采用原車10W-40油品的燃油消耗數據以及采用長城FA-4 5W-30油品的200 000 km行車試驗內的燃油消耗數據，結果見圖15。

圖15 平均燃油消耗

從圖15可以看出，試驗前采用原車10W-40油品的4臺車百公里平均燃油耗為37.0 L，而采用長城FA-4 5W-30油品之后，百公里平均燃油耗為36.1 L，平均節能率達到2.43%。

結論

長城FA-4 5W-30柴油機油在國內主流OEM的重卡上開展的長達200 000 km的行車試驗中，油品黏度保持穩定，發動機無異常磨損。試驗結果表明，長城FA-4 5W-30柴油機油不僅具備優異的燃油經濟性，而且同時保證了優異的潤滑可靠性，特別適用于未來對節能有較高要求的柴油發動機使用。