目前，國六排放標準和乘用車第四階段油耗標準即將實施，國內(nèi)各汽車生產(chǎn)廠商都已經(jīng)啟動了節(jié)能降耗的相關(guān)研究。發(fā)動機作為汽車的關(guān)鍵零部件，其燃油經(jīng)濟性水平對整車油耗水平影響尤其重要其中，通過減小發(fā)動機內(nèi)關(guān)鍵摩擦副的摩擦損失來提升燃油經(jīng)濟性是十分有效的措施。而各摩擦副之間通過機油來實現(xiàn)減磨潤滑，減少接觸表面磨損。機油黏度對潤滑質(zhì)量存在影響，當機油黏度較高時，摩擦副間容易生成油膜使其獲得良好的潤滑效果。但是，相比于高黏度潤滑油，低黏度的潤滑油具有良好的流動性，能夠促使車輛獲得更高的燃油經(jīng)濟性和動力性。低黏化已經(jīng)是潤滑油技術(shù)的發(fā)展趨勢，據(jù)相關(guān)資料顯示，美歐日等同家多數(shù)車企已經(jīng)對更低黏度的0W16和0W08機油進行研究，且取得良好節(jié)能降耗效果。因此，我們應(yīng)更加重視對低黏度機油的研究。

 

本文先從機油黏度對燃油經(jīng)濟性的影響進行理論分析，然后結(jié)合臺架試驗，對比探究SM5W30與SN0W20兩種不同黏度的機油對發(fā)動機摩擦損失的影響情況，據(jù)此來評價其燃油經(jīng)濟性。

 

 

發(fā)動機工作時，內(nèi)部各部件間相對運動組成多種摩擦副，其中主要有活塞-缸套、曲軸-軸承、凸輪-挺桿等，如圖1所示。Tung等研究了發(fā)動機在工作過程中各摩擦副所產(chǎn)生的摩擦損失占比情況，如表1所示，不難看出發(fā)動機摩擦損失主要發(fā)生在軸承和活塞區(qū)域。圖2是著名的斯特里貝克曲線(StribeckCurve)，探究了特征參數(shù)（“ηU/P”）與摩擦系數(shù)之間的相互關(guān)系，而摩擦副的潤滑狀態(tài)與機油黏度η、運動速度U和法向載荷P存在相應(yīng)聯(lián)系。

 

 

 

 

一般來說，發(fā)動機中產(chǎn)生主要摩擦損失的軸承和活塞區(qū)域都處于流體潤滑（HydrodynamicLubrication）狀態(tài)。在流體潤滑的條件下，摩擦副表面被一薄層機油完全分隔開，摩擦副完全被潤滑，一般不會出現(xiàn)磨損狀況。此時，摩擦損失與接觸表面質(zhì)量無關(guān)，只與潤滑油分子間摩擦阻力大小相關(guān)，則其摩擦損失完全由機油黏度決定。機油黏度本質(zhì)上就是衡量流體分子間的阻力大小，黏度越小，則機油流動起來的摩擦阻力就越小，流動性就越好，摩擦損失就越小。當發(fā)動機在使用工況已經(jīng)確定的條件下，機油黏度η的選擇就比較重要。從斯特里貝克曲線中可以看出，在流體潤滑區(qū)間內(nèi)，機油黏度η越低，則對應(yīng)的摩擦系數(shù)越小。相應(yīng)地發(fā)動機主要摩擦損失也就會降低，有利于提升發(fā)動機燃油經(jīng)濟性。

 

 

本文所述的低黏度只是一個對比定義。目前，國內(nèi)OEM多數(shù)使用5W30機油，相比于5W30,0W20則可以被稱為低黏度機油。為了確保試驗研究結(jié)果的準確可靠，排除其他因素對試驗的影響。試驗用機油均使州同樣標準的潤滑油，設(shè)計兩種對比試驗用油將SM5W30設(shè)為參比油，SN0W20設(shè)為試驗油。其主要理化參數(shù)如表2所示。

 

 

 

 

2.2試驗設(shè)備及方法

 

本次試驗方法采用較為常用的倒拖法，試驗過程中發(fā)動機無需點火，由外部電機直接驅(qū)動發(fā)動機運轉(zhuǎn)，由溫度控制系統(tǒng)對機油溫度進行實時監(jiān)測與控制，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行實時采集與記錄。整個試驗操作方便，易于控制，所得到的試驗結(jié)果也比較精準。

 

本文通過試驗測定的發(fā)動機摩擦力矩與摩擦功率來評價機油黏度對發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的影響。試驗以GB/T18297-2001汽車發(fā)動機性能試驗為標準進行。試驗開始前，首先注入?yún)⒈扔驮诎l(fā)動機滿載的條件下對發(fā)動機進行磨合，磨合時間為2~3h，這樣能盡量排除誤差因素的干擾。加注新的機油時都必須對發(fā)動機進行沖洗處理，首先換上新的機油濾清器，然后為了排除參比油的殘留，再用預(yù)加注機油沖洗2?3次，最后采用同樣的量杯加注等量(3.6L)的機油。試驗測定在2種不同狀態(tài)下的發(fā)動機摩擦力矩和摩擦功率。發(fā)動機運行的轉(zhuǎn)速保持在1000~5600r/min，每間隔400r/min進行一次測量，大約一共能夠得到13個測量點，試驗過程中，機油溫度始終控制在95℃左右。

 

2.3試驗結(jié)果與分析

 

經(jīng)過試驗操作后，得到了一系列試驗數(shù)據(jù)。通過簡單的數(shù)據(jù)處理后，得到如下2種狀態(tài)下的試驗結(jié)果。圖3和圖4是油門全開狀態(tài)下摩擦力矩與功率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線，圖5和圖6為油門全閉狀態(tài)下摩擦力矩與功率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。

 

 

 

 

結(jié)合4幅點線圖進行分析，可以看出在油門全開和全閉兩種狀態(tài)下，低黏度的SN0W20試驗油的摩擦力矩和功率一般都低于較高黏度的SM5W30機油。表4為2種狀態(tài)下兩種機油13個測量點數(shù)據(jù)的均值，結(jié)合表4分析，參比油在全速范圍內(nèi)的摩擦力矩和功率的均值都大于試驗油。因此可以認為低黏度機油有利于降低發(fā)動機摩擦損失，能有效提升發(fā)動機燃油經(jīng)濟性，促使整車節(jié)能降耗。

 

 

同時，黏度不同的2種機油的摩擦力矩和功率都呈現(xiàn)出隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加而增大的趨勢，并且隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加，2種機油的摩擦力矩和功率的差異越明顯。測試油與參比油的摩擦力矩幾乎由無差異變?yōu)樽畲笙嗖罴s2.63N·m(在油門全開狀態(tài)下），其摩擦功率也幾乎由無差異變?yōu)樽畲笙嗖罴s為3.06kw(在油門全閉狀態(tài)下）。

 

可以大致認為，在轉(zhuǎn)速較高的情況下，低黏度機油對提升發(fā)動機燃油經(jīng)濟性優(yōu)勢更加明顯。

 

 

（1）機油黏度對發(fā)動機摩擦損失有重要影響。黏度較低的機油流動性好，分子間摩擦力小，能夠有效的減小發(fā)動機的摩擦損失，從而提升發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。

 

（2）低黏度機油雖然能提升發(fā)動機燃油經(jīng)濟性，但是黏度并不能低于某一限值，會導(dǎo)致其承載能力變差，油膜易破裂，造成摩擦表面發(fā)生磨損。同時，低黏度的機油對發(fā)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高要求，未來應(yīng)該朝著精密化方向發(fā)展。

 

（3）本文針對機油黏度對發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的影響所進行的試驗研究為整車節(jié)能減耗提供一定的參考。