低黏度變速器油對整車油耗和變速器可靠性的影響

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

隨著全球越來越嚴峻的環(huán)境形勢，國家相繼發(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，在汽車中運動部件的摩擦磨損所消耗功率占全部功率的30%左右[1]，通過改善潤滑條件降低摩擦效率成為提高燃油經(jīng)濟性的主要途徑。

對于手動變速器，選用低黏度變速器油可以提高燃油經(jīng)濟性。手動變速器主要依靠齒輪之間的相互傳遞來輸出動力，齒輪工作面之間動力的傳遞是依靠每對嚙合齒面相互作用和運動來完成的。為降低齒面之間的摩擦力和齒輪的磨損，通過潤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方面的作用：降低齒輪傳動副之間的磨損；降低齒輪摩擦造成的功率損失；帶走變速器因相對運動產(chǎn)生的熱量；防止齒輪的腐蝕和生銹；減少噪聲，降低齒輪接觸傳動產(chǎn)生的沖擊和振動；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，存在高溫潤滑性不好，容易使齒面發(fā)生擦傷、增大磨損的風險，尤其在使用一段時間之后，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)過一系列試驗進行驗證和判斷。本文作者針對更換低黏度變速器油后可能引發(fā)的問題，進行針對性的試驗，以及對過程和結(jié)果進行逐一闡述，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商進行多次技術(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。對這兩種變速器油進行油樣測試分析，測試結(jié)果見表1。

表1 兩種變速器油的測試結(jié)果對比

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)濟性：它在40 ℃和100 ℃兩種工況下的運動黏度較低，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，可以提高傳動效率，降低攪油損失，從而達到降低油耗的目的。

2 試驗驗證

2.1 綜合傳動效率試驗

為了驗證低黏度變速器油(75W-80)的節(jié)油效率，按照QC/T 568.1-2011標準進行傳動效率試驗：準備兩臺同一批次生產(chǎn)的性能良好的手動變速器，經(jīng)過磨合后分別加注75W-90和75W-80兩種黏度的油品，實驗過程中保證兩臺變速器具有相同的油溫(60±5) ℃。試驗依次測定各擋位下的傳動效率，得到兩臺變速器在各轉(zhuǎn)速下的綜合傳動效率如圖1所示。

圖1 兩臺變速器在各轉(zhuǎn)速下的綜合傳動效率

通過計算可知，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的齒輪油傳動效率提高了0.1%，75W-80對整車油耗有貢獻。

2.2 整車100 km油耗試驗

為了進一步驗證75W-80對整車油耗的貢獻量，對同一品牌、同一型號的同一輛車，分別加注兩種不同黏度等級的變速器油，采用多次測量取平均值的方法，用NEDC循環(huán)法測試整車100 km油耗。測量結(jié)果見圖2。

圖2 加注兩種不同黏度等級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)濟性。

經(jīng)過以上變速器傳動效率試驗和整車油耗試驗的驗證，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進行驗證。

2.3 變速器疲勞壽命和溫升試驗

首先，對變速器是否異常磨損進行試驗驗證。按照QC/T 568.1-2011標準進行變速器疲勞壽命試驗，試驗過程中無異響等故障發(fā)生。試驗結(jié)束后，對變速器進行內(nèi)部拆解分析，觀察各個零部件狀態(tài)，并測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)，試驗合格。

其次，對變速器是否過熱進行判斷。車輛運行時，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，當變速器溫度超過設(shè)計最高許用油溫時，會導致潤滑油失效，出現(xiàn)齒輪燒結(jié)的風險。一般通過變速器溫升試驗，按照變速器容積標準加注規(guī)定容積的低黏度變速器油，在發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)速下，讀取各個擋位下變速器的油液溫度如表3所示。

通過試驗結(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 ℃，不會造成潤滑油失效，試驗合格。

通過以上兩項試驗可知，低黏度變速器油75W-80應用于手動變速器，不會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用表現(xiàn)，可按照QC/T 568.1-2011標準完成所有的臺架試驗，以及橡膠兼容性實驗和整車綜合耐久試驗，文中不再贅述。

表3 各個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行低黏度變速器油對燃油經(jīng)濟性和可靠性的驗證，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，相對批產(chǎn)的75W-90潤滑油，變速器油溫及各零部件磨損正常，不會出現(xiàn)因為黏度降低導致潤滑不足的現(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影響變速器可靠性的情況下，能夠顯著降低整車油耗，對燃油經(jīng)濟性有很大的貢獻，能夠滿足某5擋手動變速器車型的使用要求。