熊仕宇，賀子龍，喬曌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，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

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230000）

油耗不斷加嚴的情況下，低摩擦技術(shù)是重點研究的方向之一。文章從整車能量流的角度，識別摩擦損失集中在發(fā)動機、傳動系和整車，并提出了節(jié)油的技術(shù)，整理了各技術(shù)的實測結(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

為了有效應對汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展所帶來的能源和環(huán)境問題，提高本國汽車工業(yè)競爭力，世界主要汽車工業(yè)國家或地區(qū)均出臺了日益嚴格的油耗法規(guī)，以提高區(qū)域內(nèi)汽車的油耗水平。

針對乘用車（或輕型車），美國要求CAFC在2020年達到44.8mpg，2025年達到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年達到 20.3km/L；我國要求乘用車 CAFC在 2020年降至5L/100km，2025年降至4L/100km。

節(jié)能減排是主機廠共同關(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。低摩擦技術(shù)是用于降低車輛摩擦所采用的技術(shù)，其變動相對較小，是重點研究的方向之一。

1、整車能量流分析

圖1 傳統(tǒng)燃油車的能量流動圖

任一車輛驅(qū)動所需能量的傳遞路線均是由動力單元產(chǎn)生，經(jīng)過傳動系統(tǒng)（離合器、變速器、主減速器、差速器和制動器），最終傳遞至車輪。以傳統(tǒng)燃油車為例，其動力單元是發(fā)動機，它將燃油的化學能先轉(zhuǎn)化為活塞往復運動的動能，再通過降速增扭轉(zhuǎn)化為供車輛行駛使用的動能。在能量傳遞的每個環(huán)節(jié)，均采用的是機械連接方式，各個運動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)動機、傳動系和整車。

2、節(jié)油技術(shù)簡介

低摩擦節(jié)油技術(shù)見表1：

表1 節(jié)油技術(shù)清單-低摩擦技術(shù)

2.1 發(fā)動機低摩擦技術(shù)

發(fā)動機低摩擦技術(shù)有運動件使用特殊涂層和發(fā)動機節(jié)能潤滑油的應用。

圖2 特殊涂層的示意圖

在曲軸、活塞、活塞環(huán)、軸瓦、凸輪軸、機械挺柱等運動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，使復合材料（含固體潤滑劑）在高溫高壓的條件下撞擊并滲透進母材的20um深度表面，改變金屬表面的晶相組織。固體潤滑劑滲入金屬表面后，使表面具有自潤滑效果，同時還可以提高金屬表面的硬度、增強油膜的附著性、降低粗糙度、消除引張應力、提升抗疲勞強度等。運動件使用特殊涂層后，發(fā)動機摩擦損失有一定程度的降低，從而實現(xiàn)節(jié)油的目的。

圖3 潤滑特性曲線及潤滑狀態(tài)

發(fā)動機總是同時存在著流體潤滑、混合潤滑和邊界潤滑3種狀態(tài)，它們所占的比例因發(fā)動機設計和運行工況的不同而不同。為保證既能實現(xiàn)良好的潤滑，又能獲得最佳的節(jié)能效果，就要求潤滑油在各種條件下（溫度、應力、剪切力）下都應具有最佳粘度，在邊界潤滑時具有優(yōu)良的抗磨性能[1,2]。在基礎(chǔ)油的基礎(chǔ)上，通過改進機油粘度，實現(xiàn)低粘度化，從而降低流體潤滑和混合潤滑摩擦系數(shù)；通過添加摩擦改進劑，改善邊界吸附薄膜質(zhì)量，從而降低邊界潤滑和混合潤滑摩擦系數(shù)。應用發(fā)動機節(jié)能潤滑油后，發(fā)動機摩擦損失也有一定程度的降低，從而實現(xiàn)節(jié)油的目的。

2.2 傳動系低摩擦技術(shù)

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

對于手動擋車型而言，傳動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，從而實現(xiàn)節(jié)油的目的。為了降低成本，可選擇對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)的性價比。

圖4 磨齒工藝示意圖

類似于發(fā)動機節(jié)能潤滑油，通過選用粘度合適的含極壓添加劑的全合成多級潤滑油。它的特點是粘溫性能好，它能使汽車在低溫環(huán)境下或者啟動溫度低的時候，油的粘度不致太高；高溫環(huán)境下啟動或工作溫度較高時，油的粘度不致太低。這樣使得汽車齒輪變速箱和后橋齒輪的工作溫升下，摩擦損失小、傳動效率高，從而實現(xiàn)節(jié)油的目的。

2.3 整車低摩擦技術(shù)

整車低摩擦技術(shù)指的是低滾阻輪胎的應用。在不影響耐磨性、操控性等其它性能的前提下，輪胎滾動阻力系數(shù)的降低能帶來整車行駛阻力的降低，從而實現(xiàn)節(jié)油的目的。減小輪胎滾動阻力系數(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、材料強度等）改變輪胎受力分布，進而降低輪胎滾動過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)油效果測量

為了保證各節(jié)油技術(shù)節(jié)油效果的測試精度，應嚴格控制試驗條件，包含整車阻力、測試工況、空調(diào)開啟狀態(tài)、發(fā)動機初始狀態(tài)等方面。整車阻力統(tǒng)一按滑行法或查表法，空調(diào)一般設置為關(guān)閉狀態(tài)（與空調(diào)相關(guān)的節(jié)油技術(shù)除外），發(fā)動機初始狀態(tài)為冷機。因本文提及的節(jié)油技術(shù)均在乘用車上進行研究，因此測試工況為 NEDC工況。測量應用節(jié)油技術(shù)前/后的整車油耗，就可以獲得每一項技術(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

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

[1] 徐元強.改善潤滑對汽車節(jié)能的影響及車用潤滑油的發(fā)展趨勢[J].汽車技術(shù),1997(03):6-11.

[2] 児玉幸多.降低汽車燃油耗得摩擦學技術(shù)[J].國外內(nèi)燃機, 2014 (04):32-36.

[3] Harald Naunheimer等著,宋進桂,龔宗洋等譯.汽車變速器理論基礎(chǔ)、選擇、設計與應用[M].北京:機械工業(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集團股份有限公司。主要從事汽車產(chǎn)品開發(fā)項目管理。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.053