熊仕宇，賀子龍，喬曌

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230000）

淺談低摩擦技術(shù)的節(jié)油潛力

熊仕宇，賀子龍，喬曌

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230000）

油耗不斷加嚴(yán)的情況下，低摩擦技術(shù)是重點(diǎn)研究的方向之一。文章從整車(chē)能量流的角度，識(shí)別摩擦損失集中在發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系和整車(chē)，并提出了節(jié)油的技術(shù)，整理了各技術(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果。結(jié)果表明，低摩擦技術(shù)有一定的效果，NEDC工況下最多能節(jié)油4.5%。

摩擦損失；節(jié)油技術(shù)；節(jié)油效果

CLC NO.:U471.2Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-147-03

前言

為了有效應(yīng)對(duì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展所帶來(lái)的能源和環(huán)境問(wèn)題，提高本國(guó)汽車(chē)工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，世界主要汽車(chē)工業(yè)國(guó)家或地區(qū)均出臺(tái)了日益嚴(yán)格的油耗法規(guī)，以提高區(qū)域內(nèi)汽車(chē)的油耗水平。

針對(duì)乘用車(chē)（或輕型車(chē)），美國(guó)要求CAFC在2020年達(dá)到44.8mpg，2025年達(dá)到56.2mpg；歐盟要求CO2排放量2020年降至95g/km，2025年降至75g/km；日本要求2020年達(dá)到 20.3km/L；我國(guó)要求乘用車(chē) CAFC在 2020年降至5L/100km，2025年降至4L/100km。

節(jié)能減排是主機(jī)廠(chǎng)共同關(guān)注的課題，不僅要研究不同的技術(shù)方案，還要從成本增加、研發(fā)周期、質(zhì)量控制等角度選擇合適的技術(shù)路線(xiàn)。低摩擦技術(shù)是用于降低車(chē)輛摩擦所采用的技術(shù)，其變動(dòng)相對(duì)較小，是重點(diǎn)研究的方向之一。

1、整車(chē)能量流分析

圖1 傳統(tǒng)燃油車(chē)的能量流動(dòng)圖

任一車(chē)輛驅(qū)動(dòng)所需能量的傳遞路線(xiàn)均是由動(dòng)力單元產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)（離合器、變速器、主減速器、差速器和制動(dòng)器），最終傳遞至車(chē)輪。以傳統(tǒng)燃油車(chē)為例，其動(dòng)力單元是發(fā)動(dòng)機(jī)，它將燃油的化學(xué)能先轉(zhuǎn)化為活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，再通過(guò)降速增扭轉(zhuǎn)化為供車(chē)輛行駛使用的動(dòng)能。在能量傳遞的每個(gè)環(huán)節(jié)，均采用的是機(jī)械連接方式，各個(gè)運(yùn)動(dòng)副的接觸表面均存在摩擦損失，其中主要的摩擦損失集中在發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系和整車(chē)。

2、節(jié)油技術(shù)簡(jiǎn)介

低摩擦節(jié)油技術(shù)見(jiàn)表1：

表1 節(jié)油技術(shù)清單-低摩擦技術(shù)

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)低摩擦技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)低摩擦技術(shù)有運(yùn)動(dòng)件使用特殊涂層和發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能潤(rùn)滑油的應(yīng)用。

圖2 特殊涂層的示意圖

在曲軸、活塞、活塞環(huán)、軸瓦、凸輪軸、機(jī)械挺柱等運(yùn)動(dòng)摩擦件上使用特殊涂層技術(shù)，即采用熱噴涂與珠擊合而為一的新工藝，使復(fù)合材料（含固體潤(rùn)滑劑）在高溫高壓的條件下撞擊并滲透進(jìn)母材的20um深度表面，改變金屬表面的晶相組織。固體潤(rùn)滑劑滲入金屬表面后，使表面具有自潤(rùn)滑效果，同時(shí)還可以提高金屬表面的硬度、增強(qiáng)油膜的附著性、降低粗糙度、消除引張應(yīng)力、提升抗疲勞強(qiáng)度等。運(yùn)動(dòng)件使用特殊涂層后，發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損失有一定程度的降低，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)油的目的。

圖3 潤(rùn)滑特性曲線(xiàn)及潤(rùn)滑狀態(tài)

發(fā)動(dòng)機(jī)總是同時(shí)存在著流體潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑3種狀態(tài)，它們所占的比例因發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行工況的不同而不同。為保證既能實(shí)現(xiàn)良好的潤(rùn)滑，又能獲得最佳的節(jié)能效果，就要求潤(rùn)滑油在各種條件下（溫度、應(yīng)力、剪切力）下都應(yīng)具有最佳粘度，在邊界潤(rùn)滑時(shí)具有優(yōu)良的抗磨性能[1,2]。在基礎(chǔ)油的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)機(jī)油粘度，實(shí)現(xiàn)低粘度化，從而降低流體潤(rùn)滑和混合潤(rùn)滑摩擦系數(shù)；通過(guò)添加摩擦改進(jìn)劑，改善邊界吸附薄膜質(zhì)量，從而降低邊界潤(rùn)滑和混合潤(rùn)滑摩擦系數(shù)。應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能潤(rùn)滑油后，發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損失也有一定程度的降低，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)油的目的。

2.2 傳動(dòng)系低摩擦技術(shù)

傳動(dòng)系低摩擦技術(shù)主要包含齒輪加工工藝的改進(jìn)和高效節(jié)能齒輪油的應(yīng)用。

對(duì)于手動(dòng)擋車(chē)型而言，傳動(dòng)系各部件的損失主要包括：齒輪嚙合損失、齒輪攪油損失、軸承摩擦損失、密封損失、同步損失和離合器損失等[3]，其中齒輪攪油損失和齒輪嚙合損失所占損失的比例最大。不改變齒輪的幾何參數(shù)，通過(guò)提高加工精度即將齒輪的加工工藝由剃齒改為磨齒，即可以有效地降低齒輪嚙合損失，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)油的目的。為了降低成本，可選擇對(duì)油耗敏感度高的高檔位使用磨齒，低檔位仍采用剃齒，以獲得最優(yōu)的性?xún)r(jià)比。

圖4 磨齒工藝示意圖

類(lèi)似于發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能潤(rùn)滑油，通過(guò)選用粘度合適的含極壓添加劑的全合成多級(jí)潤(rùn)滑油。它的特點(diǎn)是粘溫性能好，它能使汽車(chē)在低溫環(huán)境下或者啟動(dòng)溫度低的時(shí)候，油的粘度不致太高；高溫環(huán)境下啟動(dòng)或工作溫度較高時(shí)，油的粘度不致太低。這樣使得汽車(chē)齒輪變速箱和后橋齒輪的工作溫升下，摩擦損失小、傳動(dòng)效率高，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)油的目的。

2.3 整車(chē)低摩擦技術(shù)

整車(chē)低摩擦技術(shù)指的是低滾阻輪胎的應(yīng)用。在不影響耐磨性、操控性等其它性能的前提下，輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)的降低能帶來(lái)整車(chē)行駛阻力的降低，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)油的目的。減小輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)的方案有：一是調(diào)整配方，即調(diào)整各部分材料的成分以及不同成分之間的比例，目前最常見(jiàn)的方法是添加白炭黑以及一些高分子合成材料。二是優(yōu)化結(jié)構(gòu)，即調(diào)整輪胎內(nèi)部各部分材料合成在一起之后的幾何關(guān)系（厚度、體積、層級(jí)、材料強(qiáng)度等）改變輪胎受力分布，進(jìn)而降低輪胎滾動(dòng)過(guò)程中的彈性遲滯損失。

圖5 低滾阻輪胎的技術(shù)方案

3、節(jié)油效果測(cè)量

為了保證各節(jié)油技術(shù)節(jié)油效果的測(cè)試精度，應(yīng)嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，包含整車(chē)阻力、測(cè)試工況、空調(diào)開(kāi)啟狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)初始狀態(tài)等方面。整車(chē)阻力統(tǒng)一按滑行法或查表法，空調(diào)一般設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)（與空調(diào)相關(guān)的節(jié)油技術(shù)除外），發(fā)動(dòng)機(jī)初始狀態(tài)為冷機(jī)。因本文提及的節(jié)油技術(shù)均在乘用車(chē)上進(jìn)行研究，因此測(cè)試工況為 NEDC工況。測(cè)量應(yīng)用節(jié)油技術(shù)前/后的整車(chē)油耗，就可以獲得每一項(xiàng)技術(shù)的節(jié)油效果，具體數(shù)據(jù)如下：

表2 各技術(shù)節(jié)油效果

4、結(jié)語(yǔ)

不考慮節(jié)油技術(shù)之間的相互影響，通過(guò)優(yōu)化摩擦損失，NEDC工況下最多可以節(jié)油4.5%。在不同的車(chē)型上應(yīng)用時(shí)，節(jié)油效果可能存在一定的差異。在商品化應(yīng)用時(shí)，還應(yīng)考慮對(duì)其它性能如可靠性、耐候性等的驗(yàn)證。

[1] 徐元強(qiáng).改善潤(rùn)滑對(duì)汽車(chē)節(jié)能的影響及車(chē)用潤(rùn)滑油的發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車(chē)技術(shù),1997(03):6-11.

[2] 児玉幸多.降低汽車(chē)燃油耗得摩擦學(xué)技術(shù)[J].國(guó)外內(nèi)燃機(jī), 2014 (04):32-36.

[3] Harald Naunheimer等著,宋進(jìn)桂,龔宗洋等譯.汽車(chē)變速器理論基礎(chǔ)、選擇、設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013.11.

Discussion on Fuel-saving Potential of Low Friction Technology

Xiong Shiyu, He Zilong, Qiao Zhao
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Anhui Hefei 230000 )

Under the pressure of fuel economy regulation, low-friction technology is one of the key research directions. Based on the vehicle energy flow, this paper identifies the frictional losses concentrated in the engine, transmission and vehicle, and puts forward a fuel-saving technology, neatens the measured results of each technology. The result shows that the low friction technology has some effect, with NEDC condition can save up to 4.5%.

friction loss; low friction technology; fuel-saving potential

U471.2

A

1671-7988 (2017)06-147-03

熊仕宇(1987.01-)，男，助理工程師，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司。主要從事汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目管理。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.053