润滑机油黏度对汽车尾气及燃油经济性的影响

来源 :企业科技与发展 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kuo1314
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  【摘 要】随着国家排放法规中的要求日益严格,减少汽车尾气污染已成为各汽车厂关注的重点,润滑油对汽车尾气排放量有重要影响,针对不同黏度的润滑油进行整车NEDC工况循环试验,试验结果表明,低润滑油黏度在降低燃油消耗的同时,能有效地降低汽车CO2和NOX的排放量,但对CO的排放量无明显影响。
  【关键词】NEDC循环工况;润滑油黏度;NOX;燃油消耗
  【中图分类号】TH117.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688(2017)07-0044-05
  0 引言
  汽车工业是衡量一個国家经济实力和综合国力的标准,据统计,2015年年底,全国机动车保有量达到2.79亿辆,而且这一数字还将快速上升。然而,随着中国汽车行业的高速发展,其带来的环境问题也日益严重。近年来,各地出现的雾霾现象引起了人们对于环境问题的密切关注,其中汽车尾气的排放是产生雾霾的主要原因之一。为此,国家出台了相关的法律法规来约束汽车产生的污染和燃油消耗,《乘用车第四阶段燃料消耗量标准》(GB 27999—2014)于2016年1月1日开始实施,标准要求2020年乘用车新车平均燃料消耗量达到5.0 L/100 km;并且,将于2018年1月正式实施的国V标准《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》(GB 18352.5—2013)规定所有汽车均需在NEDC工况下进行排气取样、颗粒物取样和称重方法的实验[1]。相较于国Ⅳ,国Ⅴ对汽车尾气排放量提出了更高要求。因此,节能减排将成为各大汽车厂关注的重点。
  目前,W.J.Bartz分析了汽车油耗和摩擦学有关,其中润滑油占较大因素[2]。Zervas E分析了润滑油基础油对发动机性能及排放的影响[3]。毛琳等人在分析润滑油性质的基础上,分析了它对于汽油机排放性能的影响[4-7]。对于汽车生产厂家而言,通过提升润滑机油品质改善燃油经济性,无疑是最具性价比的方式之一[7]。一方面,低黏度的润滑油能降低流体动力摩擦,减少各摩擦副的磨损;另一方面,现在发动机的设计也在朝着满足低黏度润滑油所需的方向发展。
  本文通过NEDC试验验证,分别对目前不同质量标准的发动机润滑油进行整车试验,分析润滑油性质对于整车油耗及对污染物排放的影响,并对其中的规律进行总结及探讨。
  1 发动机油黏度选择的理论依据
  斯特里贝克(Stribeck)曲线是一个经典的摩擦理论,如图1所示,在润滑中,润滑状态分为3种:流体润滑、混合润滑和边界润滑。当压力(F)和相对速度(v)保持一定时,随着润滑油黏度(η)的降低,润滑状态由流体润滑到混合润滑再到边界润滑。
  图1中说明了摩擦系数随润滑状态变化的趋势。在流体润滑状态下,摩擦系数随着黏度的降低而减小,这是低黏度润滑油能够减小摩擦从而降低燃油油耗的主要理论依据。当黏度降低到一个值后,润滑状态变为混合润滑,从而使摩擦系数增大,这样不仅不会降低摩擦功,运动部件的摩擦也会加剧,最后导致油耗升高等问题。根据润滑理论,适当黏度润滑油有助于油膜的形成。润滑油黏度较高时,易形成油膜,使摩擦表面处于流体润滑状态,但黏度过高会使能耗增加。低黏度润滑油虽有利于减少能耗,但过低则不易形成油膜,使摩擦表面处于边界润滑或干摩擦状态[9](在保证油膜厚度的条件下,应尽可能地选取低黏度的润滑油以降低摩擦损失)。
  2 基本参数及试验流程
  2.1 仪器参数
  2.1.1 测功机系统
  整车NEDC试验主要是在转鼓试验台上进行,转鼓试验台主要由AVL48"紧凑型底盘测功机、车辆轮胎固定装置、车辆对中装置、冷却风机、转鼓盖板等组成。其中,底盘测功测功机的直径为1 219 mm,测试车辆的最大轴荷为44.1 kN,测试测量的质量范围为450~5 400 kg,最大可测速度为200 km/h。
  在NEDC工况试验中采用“T”形热电偶和数据采集仪Agilent 34970A记录温度数据。其中,“T”形热电偶适用温度为-200~350 ℃,满足发动机行驶工况下的温度范围,测量精度为±0.01 ℃。
  2.1.2 汽车尾气分析设备
  根据《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(国Ⅳ阶段)》(GB 18352.3—2005),气态污染物应使用下列仪器分析排气系统(如图2所示)。
  (1)一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)分析仪:不分光红外线吸收(NDIR)型。
  (2)碳氢化合物(HC)分析仪:对点燃式发动机,氢火焰离子化(FID)型。用丙烷气体标定,以碳原子(C1)当量表示。
  碳氢化合物(HC)分析仪:对压燃式发动机,加热式氢火焰离子化(HFID)型,其检测器、阀、管道等加热至463 K(190 ℃)±10 K。
  (3)氮氧化物(NOx)分析仪:化学发光(CLA)型或非扩散紫外线谐振吸收(NDUVR)型,两者均需带有NOx—NO转换器。
  2.2 试验样车参数
  试验样车为国内某畅销性SUV,其主要技术参数见表1。
  2.3 样油参数
  目前,机油质量标准分为API、ILSAC、ACEA三大体系,其中美国通用公司也推出了自己的润滑油标准DEXOS1。本试验分别选取了不同标准的润滑油进行对比试验,SM 5W-30(API/ILSAC)是参比油,作为其他油对比的基准。测试油分别为SN 0W-20油样一(API基础配方),DEXOS1 5W-20油样二,以下各表均用参比油、油样一、油样二表示。各种油的理化指标见表2(润滑油牌号统一)。
  2.4 试验步骤
  为了研究NEDC循环工况下发动机油黏度对整车油耗及汽车尾气排放的影响,将所选油样与参比油进行市区、郊区和整车油耗的比较。   试验步骤如下:?譹?訛试验前,将试验车送入排放恒温室内,按照最新国五标准GB 18352.5—2013进行预处理,浸车时间达6 h以上。?譺?訛试验样车为前轮驱动,试验前需将试验车前轮至于底盘测功机转鼓上,并用固定架固定试验车前轮。?譻?訛试验车按照NEDC工况完成NEDC行程,通过仪器分析得到油耗数值,同时使用分析仪测得NOX、CO、CO2随时间的变化值。
  上述试验过程为一次测试循环。一般在油耗数据稳定的情况下,每组油的油耗测试达5次以上,才能进行其他油样的测试。流程为先将试验车上油放出,加入等量的油样,为充分消除油样变化带来的差异,发动机挡位置于空挡保持转速为2 500~3 000 r/min运行15~20 min后,排除测试油,并连续进行3次冲洗,减小原先油样带来的影响。
  3 试验方案
  3.1 运行工况分析
  试验按照《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)进行。如图3所示,NEDC工况分为2个部分,4个市区运转循环按工况分解,各工况所用时间及所占比例见表3。试验期间平均车速为19 km/h。1个郊区运转循环按工况分解,各工况所用时间及所占比例见表3、表4。试验期间平均车速为62.6 km/h。
  3.2 试验误差控制
  测试整车油耗与多种因素有关。其中,影响比较大的因素有发动机油初始温度、汽车胎压、汽车电源电压等。在试验初始阶段,要保证一些指标在试验误差允许范围类,如试验温度为25 ℃±0.5 ℃。而润滑机油黏度是随汽车行驶温度的变化而发生改变的。为了分析润滑机油在工况中黏温特性对试验的影响,现对行驶工况下的温度进行监控。试验结果显示,试验中润滑机油的温度变化区间在25~100 ℃。温度对机油黏度的影响很大,润滑机油黏度随温度的升高而减小。如图4为NEDC运行工况下机油温度随时间变化的曲线,在市区工况中各润滑油黏度在80 ℃以下,在郊区工况下,机油温度在80~100 ℃。
  3.3 整车燃油经济性实验
  油耗结果及分析:NEDC工况循环试验精度相对较低,每组油样均做5次实验,图5是每组油样取平均值后的结果。在图5中,油样一(SN 0W-20)与油样二(DEXOS1 5W-20)相比,黏度相同时,两者在郊区工况中的差值为0.02 L/100 km,市区工况油耗的差值为0.01 L/100 km,两者综合油耗的差值为0.014 L/100 km,这说明润滑油处于同一黏度时,其他影响因素对油耗的影响较小。油样一(SN 0W-20)与参比油(SM 5W-30)相比,油样一在市区与郊区工况中均比参比油消耗少,在综合油耗值上减少了0.237 L/100 km,降低了3.25%,这说明较低黏度的润滑机油可以在各个工况中降低燃油消耗,对于降低综合油耗有明显的作用。
  油温影响分析:图4温升曲线中,油样一与油样二的油温比参比油上升得更快,说明黏度较低的润滑油其油温上升更快。如图6中,在4个市区工况(UDC)中各燃油消耗呈递减趋势,这说明润滑油温度对整车燃油有着显著的影响,在润滑油温较高的情况下,消耗的燃油较少。
  3.4 NEDC工况下各试验车各尾气气体随时间变化图
  各油样NEDC工况下气体总排放具体数值见表5。
  (1)在NEDC工况上分析:从图7、图8与图9中NOX、CO与THC的排放量变化可以看出,汽车行驶初始阶段,各种气体的排放量显著上升,在市区工况中,各气体排放量显著高于郊区工况。在速度出现峰值时,各气体排放量亦会达到峰值,这说明汽车在加速行驶会增加NOX、CO等污染物的排放量。
  (2)根据润滑油黏度分析NOX的排放量:结合图7与表5进行分析,油样一与油样二相比,两者排放量的变化趋势一致,而在整个工况中,油样二的NOX的排放量较油样一高出0.04 g·km-1。参比油比油样一与油样二的平均值相比,NOX的排放量高出0.1 g·km-1,这说明黏度较高的参比油(5W-30)会引起更高的NOX排放量。
  (3)根据润滑油黏度分析CO的排放量:根据图8与表5进行分析,3种润滑机油在排放总量上几乎一致,均在0.135 g·km-1左右,这说明润滑油黏度对CO的排量影响较小。
  (4)根据润滑油黏度分析THC(碳氢化合物)的排放量:结合图9与表5进行分析,参比油THC的排量最少,为0.026 g·km-1,低于油样一与油样二的平均值0.033 g·km-1,这说明黏度较高的润滑油产生的总碳氢化合物的排放量更少。
  (5)根据润滑油黏度分析CO2的排放量:根据图10与表5进行分析,参比油在CO2的排放量显著高于其他2种油样,达到187 g·km-1,这说明黏度较高的润滑油会产生更多的CO2。
  (6)各排放气体结合燃油油耗:在较低黏度润滑油的情况下,NOX、CO2的排放量及燃油油耗均较少,而THC的排放量与燃油油耗呈相反的趋势,CO的排放量与燃油油耗则无明显联系。
  4 总结
  (1)在理论分析方面,本文分析了润滑油黏度选择的理论依据;整车油耗与工况之间的关系;滑油黏度随温度变化的影响,其中低黏度的润滑油温上升更快。
  (2)CO2虽不是空气污染物,但它是引起温室效应的主要气体,从排放量上看与黏度有一定的关系,使用较低黏度的润滑油的CO2排放量较少。
  (3)潤滑机油黏度与整车油耗相关。低黏度的润滑油能够有效地降低整车油耗,并且尾气污染物中的NOX更少。
  参 考 文 献
  [1]GB 18352.5—2013,轻型汽车污染物排放限值及测量方法[S].
  [2]Bartz W J,Wienecke D.Influence of Gear Oil For-
  mulation on Fuel Economy of Passenger Cars[J].SAE Technical Paper,2000(1).
  [3]Zervas E.Impact of altitude on fuel consumption
  of a gasoline passenger car[J].汽车工程,2015,37
  (10):1104-1108.
  [4]毛琳.润滑油对尾气颗粒污染物的影响[J].山东化工,
  2016(7).
  [5]刘传波,董拓.润滑油黏度对后桥传动效率和整车油耗影响的试验研究[J].机械传动,2016(5).
  [6]王月森,梁兴雨.润滑油基础油对柴油机性能及排放的影响[J].内燃机学报,2016(2).
  [7]姚勇.润滑油性质对汽油机排放的影响及汽油机润滑油的发展趋势[J].润滑与密封,2005(4).
  [8]吴立勋.润滑油性质对汽油机排放标准的影响[J].小型内燃机与摩托车,2005(6).
  [9]粟斌,史永刚,徐金龙,等.发动机润滑油精度等级对其性能的影响[J].润滑与密封,2011,36(1):92-94.
  [责任编辑:钟声贤]
其他文献
【摘 要】在竞争日益激烈的今天,制造企业如何在保证产品生产加工质量的前提下,提高生产效率,降低制造成本,成为其主要研究方向。文章介绍了某车企B系列发动机气缸盖气门导管的加工方式、工艺要求及刀具选型,通过分析现有典型的可调式换片气门导管加工刀具的结构及其存在的缺陷,提出新型一体式刀具的优化方案,提高了刀具加工的稳定性,提升了生产效率,降低了加工成本,并实现了气门导管加工刀具的国产化。  【关键词】B
目的 研究经皮椎间孔镜下腰椎间盘突出症髓核摘除术治疗腰椎间盘突出症患者过程中应用舒适护理的情况。方法 开展本次 研究的对象选择为2019年5月至2020年6月这一时间段中到
云南省罗平县位于滇、桂、黔三省结合部,素有"滇东门户"、"滇黔锁钥"之称。2010年4月,云南省委把罗平县板桥镇党委列为省级基层党建示范点。以此为契机,板桥镇先后建立了87个共产
本文通过对王世伟老师的“没有满意的馆员就没有满意的读者”管理理念的浅析,分析了“馆员第一”的最终目标是“读者第一”,提出了现代图书馆以人为本的服务理念,并浅述了追求服
【正】1.选料。选取粗壮、无虫蛀、长度在20厘米以上的新鲜蕨菜,切去老根,然后按长约20厘米,每把按直径5~6厘米、重量250~260克扎把。2.盐渍。先在用来盐渍的缸底撒一层厚约2
目的:分析临床护理路径在老年高血压护理中的临床效果。方法:将78例于某社区中选取的老年高血压患者作为实验研究 对象,经临床诊断,均被确诊为高血压,为提升对老年高血压患者
坐落在怒江东岸的康浪坝村民小组,隶属云南省保山市隆阳区芒宽乡芒宽村委会,与芒宽乡中心集镇隔江相望。2004年,芒宽乡被列为云南保山利根丝绸有限公司的蚕桑示范基地,康浪坝
"2月13日,玫瑰成交3000支,销售额6000元,单支最高价7.5元。"今年2月14日早晨6点半,云南省晋宁县宝峰镇前卫村花农胡贵华醒来后的第一件事,就是拿起手机查看他的"聚点晨曦玫瑰"头
今年以来,云南省昆明市旱情严重,许多鱼塘干裂,渔业生产受到严重影响。其中,宜良县鱼塘受灾面积9000多亩,经济损失2640余万元。针对严重的旱情,渔业部门积极采取抗旱减灾措施,组织水
“‘望天地’变成‘致富田’,改造前亩收二千三,改造后一亩翻三番……”最近,在实施中低产田地改造的红河哈尼族彝族自治州弥勒县,新哨镇里方村委会的村民敲起锣鼓、唱起山歌,表达