寧李譜 丁月蕾

(泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201208)

0 引言

隨著排放法規(guī)和油耗限制要求的日益嚴格，節(jié)能減排成為汽車工業(yè)發(fā)展的主要推動力。為了降低乘用車的燃油消耗，高效燃燒、高壓噴油等技術(shù)以及許多低摩擦技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)為整車油耗的改進做出重要貢獻，而研發(fā)設(shè)計人員還希望借助使用節(jié)能效果更好的發(fā)動機油進一步提升燃油經(jīng)濟性[1-4]。

通常，發(fā)動機在運行過程中，不同的摩擦副可能處于不同的潤滑狀態(tài)，為了滿足發(fā)動機的使用要求，同時確保發(fā)動機擁有可靠的耐久性能，需要綜合考慮潤滑油的黏度特性與摩擦特性。綜合性能好的潤滑油有助于摩擦副表面形成潤滑油膜，改善潤滑狀態(tài)，提升汽油機油的燃油經(jīng)濟性。不同黏度級別的機油在不同的發(fā)動機上會有不同的摩擦損失和燃油消耗表現(xiàn)[5-7]。近些年，已有眾多汽車OEM開始廣泛使用黏度級別為0 W-20的機油，甚至研發(fā)出更低黏度級別的機油，例如日本，已開始使用0 W-16級別和0 W-8級別的機油。隨著發(fā)動機技術(shù)和油品技術(shù)的進步，會有越來越多的高性能、低油耗表現(xiàn)的機油被開發(fā)出來，可以為各個汽車OEM提供更多、更好的選擇[8-9]。

本文調(diào)配了四個0 W-20黏度級別的機油，借助摩擦磨損試驗機和發(fā)動機臺架，考察并對比四個0 W-20機油對汽油發(fā)動機摩擦性能的影響。

1 試驗用油

本文使用的參比為5 W-30，將黏度相對較低的0 W-20定義為低黏度機油，試驗用油的典型理化數(shù)據(jù)見表1所示。

表1 試驗用油的典型理化數(shù)據(jù)

2 試驗設(shè)備

2.1 往復式摩擦磨損試驗機

往復式摩擦磨損試驗機可以對機油在發(fā)動機某個摩擦副上的摩擦磨損特性進行測試，臺架如圖1所示。本文考察了發(fā)動機缸套-活塞環(huán)摩擦副的摩擦磨損情況，通過對比摩擦系數(shù)，分析幾種試驗機油的潤滑效果。

圖1 往復式摩擦磨損試驗臺架

圖2 發(fā)動機倒拖測試臺架

2.2 發(fā)動機倒拖臺架

試驗使用的發(fā)動機為泛亞自主開發(fā)的1.0 L渦輪增壓汽油機，發(fā)動機主要性能參數(shù)見表2。發(fā)動機通過扭矩法蘭與測功機連接，在不點火的狀態(tài)下用電機倒拖發(fā)動機測試不同工況下的摩擦扭矩值。發(fā)動機倒拖測試臺架如圖2所示。

表2 發(fā)動機主要性能參數(shù)

3 結(jié)果與討論

3.1 摩擦磨損試驗

往復摩擦磨損試驗的模擬試驗條件為：沖程7 mm，頻率5 Hz，載荷400 N，溫度100 °C和活塞環(huán)材料SP-2鋼，表面為DLC涂層，維氏硬度510～550，缸體材料為鋁合金，缸套的材質(zhì)為HT250。用摩擦磨損試驗對參比油5W-30和四種試驗油0W-20，LV1、LV2、LV3、LV4分別進行測試，試驗時間15 min，保證機油供應(yīng)，確保摩擦副在流體潤滑狀態(tài)。摩擦系數(shù)的結(jié)果見表3。

表3 摩擦系數(shù)測量結(jié)果

從表3的結(jié)果可以看出，在降低摩擦系數(shù)方面，LV1機油表現(xiàn)較好，表明LV1機油具有較好的減摩效果和潤滑性能。這是因為LV1的黏度指數(shù)較大 (參見表1) ，表示機油黏度受溫度的影響較以及100 °C運動黏度相對較低(參見表1)的緣故。說明黏度穩(wěn)定性好，100 °C運動黏度較低的機油更有利于降低摩擦系數(shù)。

3.2 發(fā)動機倒拖試驗

在發(fā)動機倒拖臺架上對參比油、LV1機油、LV2機油、LV3機油和LV4機油分別進行倒拖摩擦扭矩測試，考察測試不同類型低黏度機油的摩擦性能。在測試時，設(shè)定溫度和轉(zhuǎn)速，測試參比油5 W-30的摩擦扭矩(摩擦扭矩F1)，然后用試驗油(分別為LV1、LV2、LV3和LV4)進行沖洗，并在相同工況下測定每種試驗油的摩擦扭矩，最后再測試參比油5 W-30的摩擦扭矩(摩擦扭矩F2)，保證F1和F2數(shù)據(jù)穩(wěn)定，不能有太大差別，否則就需要重新測試上述試驗過程。取參比油摩擦扭矩F1和摩擦扭矩F2的平均值與試驗油的摩擦扭矩值進行對比，計算出兩者的扭矩差 (差=參比油摩擦扭矩的平均值-試驗油的摩擦扭矩)，同時減小比例也可以計算出來。最后用NEDC(New European Driving Cycle)模擬循環(huán)測試溫度和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)對摩擦扭矩結(jié)果進行修正，即可計算出LV1機油、LV2機油、LV3機油和LV4機油對應(yīng)的摩擦扭矩減小百分比。按照上述方法分別測試了LV1機油，LV2機油，LV3機油和LV4機油的摩擦扭矩，并計算得到不同溫度和不同發(fā)動機轉(zhuǎn)速下參比油與試驗油的摩擦扭矩減小比例，如圖3～圖5所示。

圖3 60 °C摩擦扭矩減小比例對比

圖4 80 °C摩擦扭矩減小比例對比

圖5 100°C摩擦扭矩減小比例對比

摩擦扭矩減小比例越大，說明試驗油在降低發(fā)動機摩擦扭矩的能力越強，對應(yīng)的燃油經(jīng)濟性也越好。從圖3～圖5的試驗結(jié)果可以看出，LVl機油的減摩能力較突出，特別是中低溫低速工況下和高溫高速工況下降低扭矩比較明顯，在中低溫低速工況下，說明機油中的一定量的Mo還是對減摩有一定幫助的，但是要和黏度特性綜合考慮。在高溫高速工況下，油品之間的黏度差異也相應(yīng)減小，此時KV100占主導作用[10-11]。

根據(jù)整車在進行NEDC循環(huán)試驗的實測數(shù)據(jù)大致分布情況，確定了NEDC循環(huán)試驗的工況條件，即：機油溫度分別為60 °C，80 °C和100 °C；發(fā)動機轉(zhuǎn)速分別為800 r/min，1,000 r/min，1,200 r/min，1,600 r/min，2,000 r/min，2,400 r/min和2,800 r/min。通過模擬計算，將倒拖摩擦扭矩減小比例轉(zhuǎn)化為NEDC循環(huán)試驗節(jié)油比例，分別得到參比油，LVl機油，LV2機油，LV3機油和LV4機油的NEDC循環(huán)模擬結(jié)果，見表4。

表4 發(fā)動機主要性能參數(shù)

從表4的結(jié)果看，LVl機油的減摩能力較好，對應(yīng)的燃油經(jīng)濟性也會較好。LV1機油的100 °C運動黏度較小，VI黏度指數(shù)較高(100 °C運動黏度為7.95 mm2/s，VI為207，參見表1)，在高溫高剪切黏度相同的條件下，調(diào)配的LVl機油的100 °C運動黏度較小，更有利于提高燃油經(jīng)濟性。通過幾種低黏度0W20機油的摩擦扭矩測量結(jié)果，篩選出調(diào)配的LVl機油為適合本機型的低黏度機油，在ISP的整車轉(zhuǎn)轂臺架上進行了油耗測試，并和參比油5W30的油耗數(shù)據(jù)進行對比，LVl機油相對于參比油5W30節(jié)油效果大約為1.5%，結(jié)果如表5所示。

表5 整車油耗測試結(jié)果

4 結(jié)論

(1) 低黏度機油0W20具有一定的節(jié)油效果，在摩擦磨損試驗和發(fā)動機倒拖臺架上都有降低摩擦的效果，減摩效果最好的一款0W20機油在整車NEDC油耗測試中，節(jié)油效果約為1.5%；

(2) 不同類型的0W20機油，100 °C運動黏度越小，同時含有一定量的Mo，節(jié)油效果越明顯；

低黏度機油的適用性和耐久性還需進行低黏度機油發(fā)動機臺架耐久測試、整車耐久試驗和機油消耗試驗等測試，并在試驗后對發(fā)動機進行拆解，對摩擦副的摩擦狀態(tài)進行評價。本文的研究成果為低黏度機油在發(fā)動機上的運用提供了支持和幫助。