李自強，王兆遠(yuǎn)，楊咸珠，崔奎據(jù)，楊昊滋

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

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節(jié)能潤滑油的發(fā)動機臺架測試

李自強，王兆遠(yuǎn)，楊咸珠，崔奎據(jù)，楊昊滋

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：發(fā)動機潤滑油的節(jié)能效果逐漸被研究認(rèn)可，相對于ASTM標(biāo)準(zhǔn)臺架試驗，如何通過自主發(fā)動機進(jìn)行潤滑油節(jié)能效果評價是廣大發(fā)動機從業(yè)者需要研究的課題，文章通過對某款節(jié)能潤滑油的試驗測試，評價節(jié)油效果，建立潤滑油節(jié)能測試方法。

關(guān)鍵詞：潤滑油；節(jié)能；試驗方法

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.037

CLC NO.: U467.2Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-109-03

前言

內(nèi)燃機工作時，有一半以上的能量損失，其中，內(nèi)燃機克服自身內(nèi)部的機械摩擦、流體阻力消耗一部分能量，這部分能量損失與潤滑介質(zhì)的性能密切相關(guān)。如何確認(rèn)不同規(guī)格的潤滑油對發(fā)動機機械損失降低（節(jié)能）的影響，需要經(jīng)過試驗評價。本文通過對潤滑油的試驗測試，總結(jié)節(jié)能潤滑油測試方法及認(rèn)證流程。

1、發(fā)動機的潤滑形式及潤滑油的節(jié)能

有研究表明，發(fā)動機中大約有12%的燃料用于克服滑動部件間的摩擦。在發(fā)動機中主要有三種類型的潤滑方式：

a）流體潤滑：潤滑油以較厚的油膜狀態(tài)存在于兩固體界面間并使其完全分離；摩擦磨損特性（摩擦系數(shù)）取決于潤滑油及運動副材料的力學(xué)特性（潤滑油為粘度）。此種潤滑方式主要存在于發(fā)動機的軸瓦、軸承間。

b）邊界潤滑：潤滑油膜顯著變?。◣讉€分子層厚），摩擦磨損特性與潤滑油力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性變小，摩擦系數(shù)取決于潤滑油及運動副工作表面的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)。此種潤滑方式主要存在于發(fā)動機的活塞、缸套間。

c）混合潤滑：潤滑油膜接近運動副的表面粗糙度，摩擦表面之間存在流體潤滑、邊界潤滑、甚至固體摩擦等多種潤滑方式。摩擦系數(shù)取決于潤滑油粘度特性及工作面的物理、化學(xué)性質(zhì)。此種潤滑方式主要存在于在發(fā)動機的閥系、正時齒輪等。

因此，潤滑油具備節(jié)能效果，減小摩擦的主要途徑有兩種：

①降低潤滑油粘度，減小流體潤滑、混合潤滑狀態(tài)的摩擦系數(shù)，降低機械損失，改善燃油經(jīng)濟(jì)性；

②提升潤滑油摩擦磨損特性，通過摩擦改進(jìn)劑改善邊界潤滑、混合潤滑狀態(tài)的油膜特性，降級摩擦損失，提升燃油經(jīng)濟(jì)性。

2、潤滑油節(jié)能試驗方法

2.1 國際標(biāo)準(zhǔn)試驗方法

1983年，API提出“節(jié)能油”，即節(jié)省燃料的汽油機油，并由ASTM開發(fā)了程序Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)臺架試驗方法，節(jié)能效果以同一試驗條件下試驗油燃油耗與參比油燃油耗之差表示。以程序ⅥD為例，試驗使用通用2009年 3.6 L V6發(fā)動機為測試基準(zhǔn)，參比油與SAE 20W-30汽油機油分別完成16小時、84小時老化后，進(jìn)行六階段試驗循環(huán)測試（每階段運行0.5h），對比燃油消耗節(jié)省情況。

2.2 自主試驗方法

ASTM試驗方法采用標(biāo)準(zhǔn)臺架、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機進(jìn)行試驗，各主機廠實施難度大，必須找出適合自己發(fā)動機的試驗方法及評價手段，結(jié)合潤滑油節(jié)能機理，可以從三個方向進(jìn)行試驗方法的設(shè)計、驗證：

1）機械損失降低效果評價：潤滑油的節(jié)能的本質(zhì)是降低發(fā)動機機械損失，可以進(jìn)行節(jié)能油與參比油的同一發(fā)動機機械損失試驗，并設(shè)置2-3個溫度，區(qū)分低溫粘度等級、高溫粘度等級的影響。

2）節(jié)油效果評價：潤滑油節(jié)能的直接體現(xiàn)是燃油消耗降低，可以進(jìn)行節(jié)能油與參比油的同一發(fā)動機油耗循環(huán)試驗，針對某款發(fā)動機的NEDC循環(huán)對應(yīng)工況，在發(fā)動機臺架利用自動控制功能編制臺架NEDC循環(huán)，作為標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)進(jìn)行節(jié)能效果測試。

3）潤滑油的節(jié)能效果：最終體現(xiàn)在整車油耗循環(huán)的節(jié)油效果，可以用同一車輛進(jìn)行節(jié)能油與參比油的轉(zhuǎn)轂NEDC循環(huán)測試，驗證機械損失試驗及臺架模擬NEDC循環(huán)的準(zhǔn)確性。

為規(guī)避節(jié)能油與參比油的相互影響，應(yīng)該在參比油試驗后、節(jié)能油試驗前用節(jié)能油清洗發(fā)動機油道，按中速中負(fù)荷運轉(zhuǎn)30min，重復(fù)兩次后進(jìn)行節(jié)能油測試。

3、節(jié)能潤滑油試驗結(jié)果

3.1 試驗對象

試驗對象為某款節(jié)能5W-30汽油機油，參比油選取常用的10W-30汽油機油。同時為確認(rèn)摩擦改進(jìn)劑對節(jié)能的影響，選取同級別無摩擦改進(jìn)劑的普通5W-30機油進(jìn)行機械損失試驗，3款機油的理化性能均滿足GB 11121-2006的指標(biāo)要求。其中100℃運動粘度為：

表2　節(jié)能油與參比油運動粘度

在進(jìn)行發(fā)動機臺架試驗前，針對節(jié)能5W-30完成ASTM程序ⅥD試驗，試驗表明，節(jié)油效果為1.54%。

試驗發(fā)動機：某款1.5L汽油發(fā)動機。

試驗車輛：搭載上述1.5L發(fā)動機的某款A(yù)級轎車。

3.2 機械損失試驗

對三款機油進(jìn)行40℃、90℃、120℃反拖機械損失試驗，對比三種機油在3種溫度下的機械損失。

圖1　三種機油機械損失@T_OIL=40℃

從較低溫度下機械損失對比曲線，可以確認(rèn)低溫粘度等級低的機油具有更低的機械損失，同時，摩擦改進(jìn)劑具備降摩擦效果，同一粘度等級下，機械損失更小。40℃全轉(zhuǎn)速下，節(jié)能5W-30比SAE10W-30機械損失平均下降4.69%。

圖2　三種機油機械損失@T_OIL=90℃

圖3　三種機油機械損失@T_OIL=120℃

從90℃溫度下機械損失對比曲線，可以確認(rèn)，高溫粘度級別相同，100℃運動粘度相近的情況下，機械損失基本相當(dāng)（10W-30、5W-30），摩擦改進(jìn)劑發(fā)揮作用，節(jié)能潤滑油具有更低的機械損失（5W-30、節(jié)能5W-30）。90℃全轉(zhuǎn)速下，節(jié)能5W-30比SAE10W-30機械損失平均下降8.41%。

從1200℃溫度下機械損失對比曲線，可以再次確認(rèn)，高溫粘度級別相同，100℃運動粘度相近的情況下，摩擦改進(jìn)劑可以具有更好的降摩擦效果。90℃全轉(zhuǎn)速下，節(jié)能5W-30比SAE10W-30機械損失平均下降8.58%。

通過機械損失試驗，可以對節(jié)能型潤滑油及低粘度級別潤滑油的節(jié)能效果進(jìn)行測試評價。

3.3 發(fā)動機臺架模擬油耗循環(huán)試驗

對10W-30、節(jié)能5W-30進(jìn)行臺架模擬油耗循環(huán)試驗，試驗中發(fā)動機工況變化符合預(yù)期，兩種油品的工況一致性，機油溫度上升速度一致：

圖4　臺架模擬NEDC城市循環(huán)工況曲線

通過瞬時油耗測量積分（高精度油耗儀），可以明確兩種機油的循環(huán)油耗，評價節(jié)能潤滑油的燃油經(jīng)濟(jì)性改善效果（每種油品測量三次取平均值）：

圖5　臺架模擬NEDC瞬時油耗對比曲線

對比兩種油品在三臺樣機NEDC循環(huán)油耗，臺架模擬油耗循環(huán)能夠明確節(jié)能油的節(jié)能效果。

表3　節(jié)能油與參比油臺架模擬冷態(tài)NEDC循環(huán)油耗

3.4 整車轉(zhuǎn)轂NEDC循環(huán)確認(rèn)節(jié)能潤滑油效果及臺架試驗可

行性

臺架模擬油耗循環(huán)可以精確控制發(fā)動機工況，避免人為因素對試驗結(jié)果的影響。但考慮模擬計算整車試驗對應(yīng)發(fā)動機工況時存在偏差，在整車轉(zhuǎn)轂進(jìn)行實車NEDC油耗測試，確認(rèn)臺架循環(huán)的合理性及節(jié)能油燃油經(jīng)濟(jì)性改善效果（同一駕駛員，各進(jìn)行兩次試驗，取平均值）。

表4　節(jié)能油與參比油NEDC循環(huán)油耗

試驗表明，臺架模擬NEDC循環(huán)與整車實際測試相似度極高，在潤滑油節(jié)能效果評價時，規(guī)避人為因素，以臺架模擬油耗循環(huán)的結(jié)果作為結(jié)論依據(jù)。

4、結(jié)論

（1）潤滑油作為發(fā)動機工作時的主要介質(zhì)，與發(fā)動機的機械損失、燃油經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，改善潤滑油品質(zhì)或降低粘度等級可以有效實現(xiàn)節(jié)能；

（2）潤滑油的節(jié)能效果可以通過自主發(fā)動機、自主臺架進(jìn)行試驗評價，且相對于ASTM試驗使用標(biāo)準(zhǔn)參比油，自主試驗更能準(zhǔn)確評價在用機油、節(jié)能機油的節(jié)能效果；

（3）潤滑油的節(jié)能可以通過機械損失試驗、模擬油耗循環(huán)試驗準(zhǔn)確評價。

參考文獻(xiàn)

[1] 石俊峰.汽車潤滑解碼.[M]北京：中國石化出版社,2012.08.

[2] 陳剛,劉嵐,吳鍵.減摩劑對汽油機油節(jié)能減摩性能影響研究.[J]潤滑油.2008.(5):43-47.

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中圖分類號：U467.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-109-03

作者簡介：李自強，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。

Practical test of fuel-saving oil on engine test bench

Li Ziqiang, Wang Zhaoyuan, Yang XianZhu, Cui Kuiju, Yang Haozi
（AnHui JiangHuai Automobile Co., Ltd.Technical Center, Anhui Hefei 230601）

Abstract:The energy saving effect of engine lubricating oil is gradually recognized, compared with ASTM standard bench test, how to evaluate energy efficiency of the lubricating oil by the autonomous engine is a problem for the practitioners of the engine. This paper with the test of a fuel-saving oil, evaluation of fuel saving effect, establish the method of energy saving test on lubricating oil.

Keywords:lubricating oil; energy saving; test method