節(jié)能潤(rùn)滑油的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試

李自強(qiáng)，王兆遠(yuǎn)，楊咸珠，崔奎據(jù)，楊昊滋

（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

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節(jié)能潤(rùn)滑油的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試

李自強(qiáng)，王兆遠(yuǎn)，楊咸珠，崔奎據(jù)，楊昊滋

（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的節(jié)能效果逐漸被研究認(rèn)可，相對(duì)于ASTM標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)架試驗(yàn)，如何通過(guò)自主發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行潤(rùn)滑油節(jié)能效果評(píng)價(jià)是廣大發(fā)動(dòng)機(jī)從業(yè)者需要研究的課題，文章通過(guò)對(duì)某款節(jié)能潤(rùn)滑油的試驗(yàn)測(cè)試，評(píng)價(jià)節(jié)油效果，建立潤(rùn)滑油節(jié)能測(cè)試方法。

關(guān)鍵詞：潤(rùn)滑油；節(jié)能；試驗(yàn)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(jī)工作時(shí)，有一半以上的能量損失，其中，內(nèi)燃機(jī)克服自身內(nèi)部的機(jī)械摩擦、流體阻力消耗一部分能量，這部分能量損失與潤(rùn)滑介質(zhì)的性能密切相關(guān)。如何確認(rèn)不同規(guī)格的潤(rùn)滑油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失降低（節(jié)能）的影響，需要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)評(píng)價(jià)。本文通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油的試驗(yàn)測(cè)試，總結(jié)節(jié)能潤(rùn)滑油測(cè)試方法及認(rèn)證流程。

1、發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑形式及潤(rùn)滑油的節(jié)能

有研究表明，發(fā)動(dòng)機(jī)中大約有12%的燃料用于克服滑動(dòng)部件間的摩擦。在發(fā)動(dòng)機(jī)中主要有三種類(lèi)型的潤(rùn)滑方式：

a）流體潤(rùn)滑：潤(rùn)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(rùn)滑油及運(yùn)動(dòng)副材料的力學(xué)特性（潤(rùn)滑油為粘度）。此種潤(rùn)滑方式主要存在于發(fā)動(dòng)機(jī)的軸瓦、軸承間。

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

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

因此，潤(rùn)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(rùn)滑油粘度，減小流體潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑狀態(tài)的摩擦系數(shù)，降低機(jī)械損失，改善燃油經(jīng)濟(jì)性；

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

2、潤(rùn)滑油節(jié)能試驗(yàn)方法

2.1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法

1983年，API提出“節(jié)能油”，即節(jié)省燃料的汽油機(jī)油，并由ASTM開(kāi)發(fā)了程序Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)架試驗(yàn)方法，節(jié)能效果以同一試驗(yàn)條件下試驗(yàn)油燃油耗與參比油燃油耗之差表示。以程序ⅥD為例，試驗(yàn)使用通用2009年 3.6 L V6發(fā)動(dòng)機(jī)為測(cè)試基準(zhǔn)，參比油與SAE 20W-30汽油機(jī)油分別完成16小時(shí)、84小時(shí)老化后，進(jìn)行六階段試驗(yàn)循環(huán)測(cè)試（每階段運(yùn)行0.5h），對(duì)比燃油消耗節(jié)省情況。

2.2 自主試驗(yàn)方法

ASTM試驗(yàn)方法采用標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)架、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，各主機(jī)廠實(shí)施難度大，必須找出適合自己發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)手段，結(jié)合潤(rùn)滑油節(jié)能機(jī)理，可以從三個(gè)方向進(jìn)行試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證：

1）機(jī)械損失降低效果評(píng)價(jià)：潤(rùn)滑油的節(jié)能的本質(zhì)是降低發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失，可以進(jìn)行節(jié)能油與參比油的同一發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失試驗(yàn)，并設(shè)置2-3個(gè)溫度，區(qū)分低溫粘度等級(jí)、高溫粘度等級(jí)的影響。

2）節(jié)油效果評(píng)價(jià)：潤(rùn)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(dòng)機(jī)油耗循環(huán)試驗(yàn)，針對(duì)某款發(fā)動(dòng)機(jī)的NEDC循環(huán)對(duì)應(yīng)工況，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架利用自動(dòng)控制功能編制臺(tái)架NEDC循環(huán)，作為標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)進(jìn)行節(jié)能效果測(cè)試。

3）潤(rùn)滑油的節(jié)能效果：最終體現(xiàn)在整車(chē)油耗循環(huán)的節(jié)油效果，可以用同一車(chē)輛進(jìn)行節(jié)能油與參比油的轉(zhuǎn)轂NEDC循環(huán)測(cè)試，驗(yàn)證機(jī)械損失試驗(yàn)及臺(tái)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(yàn)后、節(jié)能油試驗(yàn)前用節(jié)能油清洗發(fā)動(dòng)機(jī)油道，按中速中負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)30min，重復(fù)兩次后進(jìn)行節(jié)能油測(cè)試。

3、節(jié)能潤(rùn)滑油試驗(yàn)結(jié)果

3.1 試驗(yàn)對(duì)象

試驗(yàn)對(duì)象為某款節(jié)能5W-30汽油機(jī)油，參比油選取常用的10W-30汽油機(jī)油。同時(shí)為確認(rèn)摩擦改進(jìn)劑對(duì)節(jié)能的影響，選取同級(jí)別無(wú)摩擦改進(jìn)劑的普通5W-30機(jī)油進(jìn)行機(jī)械損失試驗(yàn)，3款機(jī)油的理化性能均滿(mǎn)足GB 11121-2006的指標(biāo)要求。其中100℃運(yùn)動(dòng)粘度為：

表2　節(jié)能油與參比油運(yùn)動(dòng)粘度

在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)前，針對(duì)節(jié)能5W-30完成ASTM程序ⅥD試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，節(jié)油效果為1.54%。

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)：某款1.5L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。

試驗(yàn)車(chē)輛：搭載上述1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)的某款A(yù)級(jí)轎車(chē)。

3.2 機(jī)械損失試驗(yàn)

對(duì)三款機(jī)油進(jìn)行40℃、90℃、120℃反拖機(jī)械損失試驗(yàn)，對(duì)比三種機(jī)油在3種溫度下的機(jī)械損失。

圖1　三種機(jī)油機(jī)械損失@T_OIL=40℃

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

圖2　三種機(jī)油機(jī)械損失@T_OIL=90℃

圖3　三種機(jī)油機(jī)械損失@T_OIL=120℃

從90℃溫度下機(jī)械損失對(duì)比曲線，可以確認(rèn)，高溫粘度級(jí)別相同，100℃運(yùn)動(dòng)粘度相近的情況下，機(jī)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(rùn)滑油具有更低的機(jī)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(jī)械損失平均下降8.41%。

從1200℃溫度下機(jī)械損失對(duì)比曲線，可以再次確認(rèn)，高溫粘度級(jí)別相同，100℃運(yùn)動(dòng)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(jī)械損失平均下降8.58%。

通過(guò)機(jī)械損失試驗(yàn)，可以對(duì)節(jié)能型潤(rùn)滑油及低粘度級(jí)別潤(rùn)滑油的節(jié)能效果進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。

3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架模擬油耗循環(huán)試驗(yàn)

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

圖4　臺(tái)架模擬NEDC城市循環(huán)工況曲線

通過(guò)瞬時(shí)油耗測(cè)量積分（高精度油耗儀），可以明確兩種機(jī)油的循環(huán)油耗，評(píng)價(jià)節(jié)能潤(rùn)滑油的燃油經(jīng)濟(jì)性改善效果（每種油品測(cè)量三次取平均值）：

圖5　臺(tái)架模擬NEDC瞬時(shí)油耗對(duì)比曲線

對(duì)比兩種油品在三臺(tái)樣機(jī)NEDC循環(huán)油耗，臺(tái)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(tái)架模擬冷態(tài)NEDC循環(huán)油耗

3.4 整車(chē)轉(zhuǎn)轂NEDC循環(huán)確認(rèn)節(jié)能潤(rùn)滑油效果及臺(tái)架試驗(yàn)可

行性

臺(tái)架模擬油耗循環(huán)可以精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)工況，避免人為因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。但考慮模擬計(jì)算整車(chē)試驗(yàn)對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況時(shí)存在偏差，在整車(chē)轉(zhuǎn)轂進(jìn)行實(shí)車(chē)NEDC油耗測(cè)試，確認(rèn)臺(tái)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(yàn)，取平均值）。

表4　節(jié)能油與參比油NEDC循環(huán)油耗

試驗(yàn)表明，臺(tái)架模擬NEDC循環(huán)與整車(chē)實(shí)際測(cè)試相似度極高，在潤(rùn)滑油節(jié)能效果評(píng)價(jià)時(shí)，規(guī)避人為因素，以臺(tái)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(rùn)滑油作為發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的主要介質(zhì)，與發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失、燃油經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，改善潤(rùn)滑油品質(zhì)或降低粘度等級(jí)可以有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能；

（2）潤(rùn)滑油的節(jié)能效果可以通過(guò)自主發(fā)動(dòng)機(jī)、自主臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)，且相對(duì)于ASTM試驗(yàn)使用標(biāo)準(zhǔn)參比油，自主試驗(yàn)更能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)在用機(jī)油、節(jié)能機(jī)油的節(jié)能效果；

（3）潤(rùn)滑油的節(jié)能可以通過(guò)機(jī)械損失試驗(yàn)、模擬油耗循環(huán)試驗(yàn)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類(lèi)號(hào)：U467.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)04-109-03

作者簡(jiǎn)介：李自強(qiáng)，就職于安徽江淮汽車(chē)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