馮小蘭，翟洪軍

(浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江寧波 315000)

0 引言

隨著全球越來越嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)，國(guó)家相繼發(fā)布了各類車輛的油耗限制法規(guī)，各大汽車廠也越來越重視節(jié)能和環(huán)保問題。據(jù)有關(guān)資料介紹，在汽車中運(yùn)動(dòng)部件的摩擦磨損所消耗功率占全部功率的30%左右[1]，通過改善潤(rùn)滑條件降低摩擦效率成為提高燃油經(jīng)濟(jì)性的主要途徑。

對(duì)于手動(dòng)變速器，選用低黏度變速器油可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性。手動(dòng)變速器主要依靠齒輪之間的相互傳遞來輸出動(dòng)力，齒輪工作面之間動(dòng)力的傳遞是依靠每對(duì)嚙合齒面相互作用和運(yùn)動(dòng)來完成的。為降低齒面之間的摩擦力和齒輪的磨損，通過潤(rùn)滑油在齒面之間形成油膜將齒面隔開。變速器油在變速器工作過程中主要有以下幾個(gè)方面的作用：降低齒輪傳動(dòng)副之間的磨損；降低齒輪摩擦造成的功率損失；帶走變速器因相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量；防止齒輪的腐蝕和生銹；減少噪聲，降低齒輪接觸傳動(dòng)產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)；沖洗齒面帶走顆粒雜質(zhì)，以免雜質(zhì)磨損齒面。而更換一款低黏度變速器油，有可能因潤(rùn)滑不良造成齒輪等零部件異常磨損、變速器油溫過高、變速器NVH惡化，以及變速器漏油等問題。但低黏度變速器油在降低油耗的同時(shí)，存在高溫潤(rùn)滑性不好，容易使齒面發(fā)生擦傷、增大磨損的風(fēng)險(xiǎn)，尤其在使用一段時(shí)間之后，很容易引發(fā)齒輪磨損軸承斷裂等故障。因此，如何選擇一款傳動(dòng)效率更高，且能夠適用于變速器的低黏度變速器油，就需要經(jīng)過一系列試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和判斷。本文作者針對(duì)更換低黏度變速器油后可能引發(fā)的問題，進(jìn)行針對(duì)性的試驗(yàn)，以及對(duì)過程和結(jié)果進(jìn)行逐一闡述，從而判斷該低黏度變速器油是否適用于該款手動(dòng)變速器。

1 選用一款低黏度變速器齒輪油

首先，選定某品牌的5擋手動(dòng)變速器車型。該變速器原來的齒輪油為普通變速器齒輪油(75W-90)，通過與某知名油品供應(yīng)商進(jìn)行多次技術(shù)討論，決定開發(fā)一款低黏度的變速器齒輪油(75W-80)，該齒輪油需滿足在節(jié)油效果明顯的情況下，變速器及整車可靠性受影響。對(duì)這兩種變速器油進(jìn)行油樣測(cè)試分析，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 兩種變速器油的測(cè)試結(jié)果對(duì)比

通過表1可知，與普通變速器齒輪油(75W-90)相比，低黏度齒輪油(75W-80)具有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性：它在40 ℃和100 ℃兩種工況下的運(yùn)動(dòng)黏度較低，比普通齒輪油降低了約50%。隨著黏度的降低，齒輪之間的摩擦阻力減小，可以提高傳動(dòng)效率，降低攪油損失，從而達(dá)到降低油耗的目的。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 綜合傳動(dòng)效率試驗(yàn)

為了驗(yàn)證低黏度變速器油(75W-80)的節(jié)油效率，按照QC/T 568.1-2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傳動(dòng)效率試驗(yàn)：準(zhǔn)備兩臺(tái)同一批次生產(chǎn)的性能良好的手動(dòng)變速器，經(jīng)過磨合后分別加注75W-90和75W-80兩種黏度的油品，實(shí)驗(yàn)過程中保證兩臺(tái)變速器具有相同的油溫(60±5) ℃。試驗(yàn)依次測(cè)定各擋位下的傳動(dòng)效率，得到兩臺(tái)變速器在各轉(zhuǎn)速下的綜合傳動(dòng)效率如圖1所示。

圖1 兩臺(tái)變速器在各轉(zhuǎn)速下的綜合傳動(dòng)效率

通過計(jì)算可知，加注兩種黏度變速器油的綜合效率分別為97.13%和97.24%。在外界調(diào)節(jié)完全一致的情況下，低黏度變速器油(75W-80)比75W-90的齒輪油傳動(dòng)效率提高了0.1%，75W-80對(duì)整車油耗有貢獻(xiàn)。

2.2 整車100 km油耗試驗(yàn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證75W-80對(duì)整車油耗的貢獻(xiàn)量，對(duì)同一品牌、同一型號(hào)的同一輛車，分別加注兩種不同黏度等級(jí)的變速器油，采用多次測(cè)量取平均值的方法，用NEDC循環(huán)法測(cè)試整車100 km油耗。測(cè)量結(jié)果見圖2。

圖2 加注兩種不同黏度等級(jí)的變速器油的整車油耗

由圖2可知，75W-90的100 km油耗為7.30 L，75W-80的100 km油耗為7.20 L。即低黏度變速器油(75W-80)約降低整車100 km油耗的1.3%，具有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。

經(jīng)過以上變速器傳動(dòng)效率試驗(yàn)和整車油耗試驗(yàn)的驗(yàn)證，新開發(fā)的低黏度變速器油(75W-80)能夠顯著降低整車油耗，但是否影響變速器可靠性，需要通過變速器疲勞壽命和溫升試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.3 變速器疲勞壽命和溫升試驗(yàn)

首先，對(duì)變速器是否異常磨損進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。按照QC/T 568.1-2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行變速器疲勞壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中無異響等故障發(fā)生。試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)變速器進(jìn)行內(nèi)部拆解分析，觀察各個(gè)零部件狀態(tài)，并測(cè)量各擋位間隙值和同步環(huán)后備量，如圖3和表2所示。

圖3 各零部件狀態(tài)圖示

表2 各擋位間隙值和同步環(huán)后備量mm

通過疲勞壽命試驗(yàn)結(jié)果可以看出：加注了低黏度變速器油的變速器各擋位齒輪無異常磨損，狀態(tài)完好；各軸承磨損正常；各撥叉無異常磨損；輸入軸、輸出軸狀態(tài)完好。變速器外觀良好，油封無泄漏，各零部件無異常磨損，齒面無燒蝕變形等現(xiàn)象，各擋位間隙和同步環(huán)后背量均在合格范圍之內(nèi)，試驗(yàn)合格。

其次，對(duì)變速器是否過熱進(jìn)行判斷。車輛運(yùn)行時(shí)，變速器在工作過程中各齒輪副之間相互摩擦產(chǎn)生大量的熱量，其中很大一部分熱量需要依靠變速器油帶走。因此，更換低黏度變速器油，可能出現(xiàn)變速器散熱問題，當(dāng)變速器溫度超過設(shè)計(jì)最高許用油溫時(shí)，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油失效，出現(xiàn)齒輪燒結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)。一般通過變速器溫升試驗(yàn)，按照變速器容積標(biāo)準(zhǔn)加注規(guī)定容積的低黏度變速器油，在發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速下，讀取各個(gè)擋位下變速器的油液溫度如表3所示。

通過試驗(yàn)結(jié)果可以看出：各擋位下變速器油液最高溫度不大于119.6 ℃，小于低黏度變速器油75W-80的最高許用油溫130 ℃，不會(huì)造成潤(rùn)滑油失效，試驗(yàn)合格。

通過以上兩項(xiàng)試驗(yàn)可知，低黏度變速器油75W-80應(yīng)用于手動(dòng)變速器，不會(huì)因黏度的降低引起變速器可靠性問題。如需要全面了解該低黏度變速器油在變速器上的應(yīng)用表現(xiàn)，可按照QC/T 568.1-2011標(biāo)準(zhǔn)完成所有的臺(tái)架試驗(yàn)，以及橡膠兼容性實(shí)驗(yàn)和整車綜合耐久試驗(yàn)，文中不再贅述。

表3 各個(gè)擋位下變速器的油液溫度

3 結(jié)論

通過搭載變速器及整車進(jìn)行低黏度變速器油對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性和可靠性的驗(yàn)證，可以看出：

(1)采用低黏度變速器油后，節(jié)油效果顯著，變速器傳動(dòng)效率提升0.1%；整車100 km油耗降低1.31%。

(2)采用75W-80低黏度變速器油，相對(duì)批產(chǎn)的75W-90潤(rùn)滑油，變速器油溫及各零部件磨損正常，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)轲ざ冉档蛯?dǎo)致潤(rùn)滑不足的現(xiàn)象。

(3)通過此次更換低黏度變速器油表明，75W-80低黏度變速器油在不會(huì)影響變速器可靠性的情況下，能夠顯著降低整車油耗，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性有很大的貢獻(xiàn)，能夠滿足某5擋手動(dòng)變速器車型的使用要求。