论文部分内容阅读
（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）
【摘 要】随着国家政策鼓励加大和环保要求逐步提高，降低汽车的油耗受到了人们广泛的关注。汽车的油耗与发动机油的性质有着密切的关系，不同黏度的发动机油对整车燃油经济性有着不同程度的影响。文章针对国内某微车选取参比油SM 5W-30和不同规格的SN 5W-20发动机油，通过NEDC试验验证，得出低黏度的发动机油对于整车燃油经济性的提升有着重要的意义的结论。同时，不同发动机油的规格与整车燃油经济性没有必然的联系。
【关键词】发动机油；黏度；规格；油耗；NEDC试验
【中图分类号】TE626.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）07-0123-03
0 引言
随着第4阶段乘用车油耗法规的实施，到2020年，全国平均乘用车燃油消耗量将降为5 L/100 km左右。目前，国内各汽车品牌制造商都开展了降低油耗方法的研究，其中通过发动机油剂优化减小发动机的摩擦从而提高燃油经济性的方法受到了广泛的关注，而低黏度的发动机油是提高能量效率、获取更好的燃油经济性的主要解决方案之一。
通过对某款微车选取多款低黏度发动机油的研究和试验，本文对低黏度润滑油对整车油耗的影响进行初步探讨。
1 发动机油黏度选择的基础依据
Stribeck曲线[1]是一个被广泛熟知的摩擦理论（如图1所示）。润滑状态分为流體动力润滑、混合润滑和边界润滑3种状态。当施加的力（F）和相对速度（V）保持一定时，随着润滑油黏度（η）的降低，润滑状态的变化顺序由流体动力润滑到混合润滑再到边界润滑。
图1也表达了摩擦系数随润滑状态的变化趋势。在流体动力润滑的情况下，摩擦系数随着黏度的降低而减小，这也是应用低黏度润滑油能够减小摩擦从而降低油耗的主要理论依据；当黏度降低到一个临界点后，润滑状态变为混合润滑或者边界润滑，从而使摩擦系数迅速增大，此时不仅不会降低摩擦功，反而会造成运动件摩擦加剧，最终导致油耗升高等问题。
根据以上理论，适当的黏度有助于润滑油膜的形成。黏度高，有助于油膜形成，使摩擦表面处于流体动压润滑状态，过高的黏度会使能耗增加；黏度低，虽然有利于减少能源消耗，但过低则不利于油膜形成，使摩擦表面处于边界润滑或干摩擦状态[2]。
2 试验研究
2.1 试验思路
台架试验时，将试验车驱动轮置于底盘测功机滚筒上，利用底盘测功机滚筒模拟连续移动的路面，利用底盘测功机加载装置模拟汽车的行驶阻力，利用底盘测功机飞轮系统模拟汽车的运动惯性，按多工况指定的车速—时间规范和挡位操作试验车和底盘测功机，利用底盘测功机测量装置记录行程—车速—时间曲线，利用气体分析仪检测试验参数及油耗，折算出汽车百公里油耗量。
试验按《汽车燃料消耗量试验方法第1部分：乘用车燃料消耗量试验方法》（GB/T 12545. 5—2008）[3]进行（如图2所示），试验由4个市区运转循环和1个市郊运转循环组成。
市区循环用于模拟汽车在城市中行驶时的工况，城市工况中汽车行驶的最高车速为50 km/h，循环单元平均车速为19 km/h，变速箱主要使用1、2、3挡。具体的操作规范参考《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》（GB 18352.3—2005）中“表CA.1”所示。市郊循环用于模拟汽车在市郊和高速公路上行驶时的工况，市郊工况中汽车行驶的最高车速为120 km/h，平均车速为62.6 km/h，主要使用3、4、5挡。具体的操作规范参考GB 18352.3—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》中“表CA.2”所示。
2.2 试验样本
2.2.1 车辆基本参数
本试验所选用的某微车基本参数见表1。
2.2.2 发动机油理化指标
本试验选取的发动机油是SM 5W-30，2种SN 5W-20和2种Dexos1 5W-20润滑油，其中SN 5W-20和Dexos1 5W-20这4种润滑油分别采用了不同的添加剂技术路线，分别为SN 5W-20（1）、SN 5W-20（2）、Dexos1 5W-20（1）和Dexos1 5W-20（2）。这5种油样的主要理化指标对比和黏温特性曲线分别见表2和图3所示。
从2组油样的主要理化指标和黏温特性曲线可知，在低温环境下，SM 5W-30润滑油的黏度要高于SN 5W-20（1）、SN 5W-20（2）、Dexos1 5W-20（1）和Dexos1 5W-20（2）这4种润滑油，随着温度的逐渐升高，该5种润滑油的黏度趋近一致。
2.3 试验设备
整车排放试验的试验对象为使用该发动机的微型车，试验设备为汽车转鼓试验台。转鼓试验台是利用转鼓滚筒模拟地面，汽车检测车轮置于转鼓上进行性能检测的试验装置，其示意图如图4所示。转鼓试验台在进行车辆测试实验时，汽车与试验室地面相对静止，转鼓试验台以转鼓滚筒转动的方法形成相对汽车活动的路面，与汽车产生相对运动并吸收驱动轮的输出功率。辅助设备有排气分析仪、鼓风机和燃油消耗剂等。
2.4 试验结果
考虑NEDC循环试验的精度相对较低，因此每种待测油至少有3组有效试验结果，每款发动机油的最终试验结果取有效试验结果的平均值，得出的结果如图5所示。
通过试验可以看出，采用了SM 5W-30润滑油时的整车NEDC油耗均高于另外4种润滑油，其中相对于SM 5W-30润滑油，SN 5W-20（1）和SN 5W-20（2）对整车燃油经济性分别提升1.69%和0.28%，Dexos1 5W-20（1）和Dexos1 5W-20（2）对整车燃油经济性分别提升2.82%和0.71%。
3 总结
根据上述试验结果分析，可以得出以下结论。
（1）在理论研究上，当润滑油黏度在合适范围内时，在保证一定油膜厚度的情况下，黏度越低，则发动机摩擦损耗越小，整车油耗越低。根据试验结果，选取4种低黏度润滑油后，整车燃油经济性均有不同程度的改善。在NEDC循环工况下，整车燃油消耗量降低了0.28%～2.82%。因此，发动机油的低黏化对于整车燃油经济性的提升有着积极的影响。
（2）Dexos1 5W-20和SN 5W-20虽处于同样的质量级别，但是Dexos1规格明显要求高于API规格，而从试验结果可以发现，Dexos1规格相对于API规格而言，对整车燃油经济性的提升没有必然联系。
参 考 文 献
[1]Kobayashi N，Suzuki T，karmoka R，et al.Study ofFuture Engine Oil（First Report）：Future Engine Oil Sc-enario[R].SAE Technical Paper，2007.
[2]粟斌，史永刚，徐金龙等.发动机润滑油黏度等级对其性能的影响[J].润滑与密封，2011，36（1）：92-94.
[3]GB/T 12545.5—2008，汽车燃料消耗量试验方法第1部分：乘用车燃料消耗量试验方法[S].
[责任编辑：陈泽琦]
【作者简介】黎谦，男，四川宜宾人，硕士，上汽通用五菱汽车股份有限公司工程师，研究方向：整车性能开发；巫绍宁，男，广西宾阳人，硕士，上汽通用五菱汽车股份有限公司工程师，研究方向：整车性能开发；何润，男，四川雅安人，本科，上汽通用五菱汽车股份有限公司工程师，研究方向：整车节油技术。
【摘 要】随着国家政策鼓励加大和环保要求逐步提高，降低汽车的油耗受到了人们广泛的关注。汽车的油耗与发动机油的性质有着密切的关系，不同黏度的发动机油对整车燃油经济性有着不同程度的影响。文章针对国内某微车选取参比油SM 5W-30和不同规格的SN 5W-20发动机油，通过NEDC试验验证，得出低黏度的发动机油对于整车燃油经济性的提升有着重要的意义的结论。同时，不同发动机油的规格与整车燃油经济性没有必然的联系。
【关键词】发动机油；黏度；规格；油耗；NEDC试验
【中图分类号】TE626.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）07-0123-03
0 引言
随着第4阶段乘用车油耗法规的实施，到2020年，全国平均乘用车燃油消耗量将降为5 L/100 km左右。目前，国内各汽车品牌制造商都开展了降低油耗方法的研究，其中通过发动机油剂优化减小发动机的摩擦从而提高燃油经济性的方法受到了广泛的关注，而低黏度的发动机油是提高能量效率、获取更好的燃油经济性的主要解决方案之一。
通过对某款微车选取多款低黏度发动机油的研究和试验，本文对低黏度润滑油对整车油耗的影响进行初步探讨。
1 发动机油黏度选择的基础依据
Stribeck曲线[1]是一个被广泛熟知的摩擦理论（如图1所示）。润滑状态分为流體动力润滑、混合润滑和边界润滑3种状态。当施加的力（F）和相对速度（V）保持一定时，随着润滑油黏度（η）的降低，润滑状态的变化顺序由流体动力润滑到混合润滑再到边界润滑。
图1也表达了摩擦系数随润滑状态的变化趋势。在流体动力润滑的情况下，摩擦系数随着黏度的降低而减小，这也是应用低黏度润滑油能够减小摩擦从而降低油耗的主要理论依据；当黏度降低到一个临界点后，润滑状态变为混合润滑或者边界润滑，从而使摩擦系数迅速增大，此时不仅不会降低摩擦功，反而会造成运动件摩擦加剧，最终导致油耗升高等问题。
根据以上理论，适当的黏度有助于润滑油膜的形成。黏度高，有助于油膜形成，使摩擦表面处于流体动压润滑状态，过高的黏度会使能耗增加；黏度低，虽然有利于减少能源消耗，但过低则不利于油膜形成，使摩擦表面处于边界润滑或干摩擦状态[2]。
2 试验研究
2.1 试验思路
台架试验时，将试验车驱动轮置于底盘测功机滚筒上，利用底盘测功机滚筒模拟连续移动的路面，利用底盘测功机加载装置模拟汽车的行驶阻力，利用底盘测功机飞轮系统模拟汽车的运动惯性，按多工况指定的车速—时间规范和挡位操作试验车和底盘测功机，利用底盘测功机测量装置记录行程—车速—时间曲线，利用气体分析仪检测试验参数及油耗，折算出汽车百公里油耗量。
试验按《汽车燃料消耗量试验方法第1部分：乘用车燃料消耗量试验方法》（GB/T 12545. 5—2008）[3]进行（如图2所示），试验由4个市区运转循环和1个市郊运转循环组成。
市区循环用于模拟汽车在城市中行驶时的工况，城市工况中汽车行驶的最高车速为50 km/h，循环单元平均车速为19 km/h，变速箱主要使用1、2、3挡。具体的操作规范参考《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》（GB 18352.3—2005）中“表CA.1”所示。市郊循环用于模拟汽车在市郊和高速公路上行驶时的工况，市郊工况中汽车行驶的最高车速为120 km/h，平均车速为62.6 km/h，主要使用3、4、5挡。具体的操作规范参考GB 18352.3—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》中“表CA.2”所示。
2.2 试验样本
2.2.1 车辆基本参数
本试验所选用的某微车基本参数见表1。
2.2.2 发动机油理化指标
本试验选取的发动机油是SM 5W-30，2种SN 5W-20和2种Dexos1 5W-20润滑油，其中SN 5W-20和Dexos1 5W-20这4种润滑油分别采用了不同的添加剂技术路线，分别为SN 5W-20（1）、SN 5W-20（2）、Dexos1 5W-20（1）和Dexos1 5W-20（2）。这5种油样的主要理化指标对比和黏温特性曲线分别见表2和图3所示。
从2组油样的主要理化指标和黏温特性曲线可知，在低温环境下，SM 5W-30润滑油的黏度要高于SN 5W-20（1）、SN 5W-20（2）、Dexos1 5W-20（1）和Dexos1 5W-20（2）这4种润滑油，随着温度的逐渐升高，该5种润滑油的黏度趋近一致。
2.3 试验设备
整车排放试验的试验对象为使用该发动机的微型车，试验设备为汽车转鼓试验台。转鼓试验台是利用转鼓滚筒模拟地面，汽车检测车轮置于转鼓上进行性能检测的试验装置，其示意图如图4所示。转鼓试验台在进行车辆测试实验时，汽车与试验室地面相对静止，转鼓试验台以转鼓滚筒转动的方法形成相对汽车活动的路面，与汽车产生相对运动并吸收驱动轮的输出功率。辅助设备有排气分析仪、鼓风机和燃油消耗剂等。
2.4 试验结果
考虑NEDC循环试验的精度相对较低，因此每种待测油至少有3组有效试验结果，每款发动机油的最终试验结果取有效试验结果的平均值，得出的结果如图5所示。
通过试验可以看出，采用了SM 5W-30润滑油时的整车NEDC油耗均高于另外4种润滑油，其中相对于SM 5W-30润滑油，SN 5W-20（1）和SN 5W-20（2）对整车燃油经济性分别提升1.69%和0.28%，Dexos1 5W-20（1）和Dexos1 5W-20（2）对整车燃油经济性分别提升2.82%和0.71%。
3 总结
根据上述试验结果分析，可以得出以下结论。
（1）在理论研究上，当润滑油黏度在合适范围内时，在保证一定油膜厚度的情况下，黏度越低，则发动机摩擦损耗越小，整车油耗越低。根据试验结果，选取4种低黏度润滑油后，整车燃油经济性均有不同程度的改善。在NEDC循环工况下，整车燃油消耗量降低了0.28%～2.82%。因此，发动机油的低黏化对于整车燃油经济性的提升有着积极的影响。
（2）Dexos1 5W-20和SN 5W-20虽处于同样的质量级别，但是Dexos1规格明显要求高于API规格，而从试验结果可以发现，Dexos1规格相对于API规格而言，对整车燃油经济性的提升没有必然联系。
参 考 文 献
[1]Kobayashi N，Suzuki T，karmoka R，et al.Study ofFuture Engine Oil（First Report）：Future Engine Oil Sc-enario[R].SAE Technical Paper，2007.
[2]粟斌，史永刚，徐金龙等.发动机润滑油黏度等级对其性能的影响[J].润滑与密封，2011，36（1）：92-94.
[3]GB/T 12545.5—2008，汽车燃料消耗量试验方法第1部分：乘用车燃料消耗量试验方法[S].
[责任编辑：陈泽琦]
【作者简介】黎谦，男，四川宜宾人，硕士，上汽通用五菱汽车股份有限公司工程师，研究方向：整车性能开发；巫绍宁，男，广西宾阳人，硕士，上汽通用五菱汽车股份有限公司工程师，研究方向：整车性能开发；何润，男，四川雅安人，本科，上汽通用五菱汽车股份有限公司工程师，研究方向：整车节油技术。