摘要：随着乘用车排放和油耗法规的日益严格，目前国内各品牌制造商都开展了降低油耗方法的相关研究，发动机是汽车的核心部件，其燃油经济性对整车油耗有很大影响。其中通过降低发动机摩擦功而实现节油受到了越来越多的重视，而采用低黏度润滑油能够对有效降低发动机摩擦功。然而，润滑油黏度对整机可靠性起着至关重要的作用，过低的黏度会使油膜厚度和强度不足而使发动机零件磨损增多，减少发动机的寿命。因此如何在不影响可靠性的前提下最大限度地优化润滑油黏度成为需要研究的重要内容。
关键词：发动机；低黏度；润滑油；经济性；耐久性
引言：利用发动机台架试验对比了测试油SN0W20与参比油SM5W30对发动机燃油经济性的影响，结果表明，采用低黏度润滑油能降低整机的机械摩擦损失约3.4%～5.7%，全工况燃油消耗率降低1%～3.5%。使用低黏度SN0W20润滑油进行耐久试验，耐久试验后发动机性能进行测试和润滑油理化指标与元素含量分析的结果表明，发动机耐久试验后各摩擦副磨损量较小，性能下降幅度在正常范围内，0W20黏度等级可满足发动机耐久性要求。
一、润滑油对发动机燃油经济性影响
（一）机械摩擦损失试验
测量发动机摩擦功时主要通过测功机电机反拖发动机进行，测定发动机在油门全开和全关状态下发动机的机械摩擦力矩和摩擦功率。经过实际试验可以得出结论，测试油与参比油摩擦转矩和摩擦功率的变化趋势基本相同，两者之间差距均随转速的增大而增大。油门全开条件下，测试油摩擦转矩比参比油降低0.5～2.5N•m；在全速范围内，测试油摩擦功率比参比油低3.6%～5.4%。在油门全闭状态下，发动机转速2000r/min以下时，测试油摩擦转矩高于参比油；随着发动机转速的提高，测试油摩擦转矩平均比测试油降低0.7～2.6N•m，测试油摩擦功率较参比油降低3.4%～5.7%。测试油摩擦损失明显低于参比油。降低黏度能有效降低发动机的摩擦损失。
（二）发动机万有特性试验
发动机万有特性曲线是所有负荷特性和速度特性曲线的合成，它可表示发动机在整个工作范围内主要参数，包括发动机转速、转矩、功率和燃油消耗率等，通过万有特性曲线可分析发动机的使用经济性。分别测定发动机在参比油与测试油状态下的万有特性曲线，比较两者燃油经济性的差别，试验条件控制和换油流程与发动机机械摩擦损失试验相同。下图为将测试油燃油消耗率与参比油燃油消耗率作差值所得到的万有特性曲线MAP图，曲线上数字为两者燃油消耗率差值，正数表示参比油燃油经济性优于测试油，负数表示测试油燃油经济性优于参比油，绝对值越大表示两者燃油经济性差别越大。由图可见：在大部分工况下测试油燃油经济性均好于参比油；仅在低转速高转矩工况下燃油经济性低于参比油，主要是因为在低转速高转矩的工况下，测试油黏度较低，油膜难以形成造成摩擦损失增大。高速工况节油性高于低速工况，试验结果与润滑油油膜厚度理论相符合。在转速3200～4200r/min、转矩30～80N•m工况下两者差别最大，测试油燃油消耗率比参比油低11g/（kW•h）；在发动机常用工况下（转速2000～3200r/min，转矩70～140N•m），测试油燃油消耗率平均降低3～5g/（kW•h）。 燃油经济性差值MAP图：
二、润滑油对发动机耐久性影响
（一）发动机耐久性能测试
为研究发动机性能随耐久时间的变化情况，每100h耐久试验完成更换机油前对发动机性能进行测试，试验测量发动机转速1000～5600r/min，油门全开状态下发动机转矩、功率、燃料消耗量随转速的变化情况。测量点间隔为200r/min，共24个。总体来看，采用低黏度的0W20润滑油进行耐久试验，发动机未出现摩擦副损坏和性能大幅度衰减的现象，说明润滑油满足发动机的耐久性要求。
（二）机油消耗量试验
通过发动机机油消耗量可判定发动机活塞环与气缸之间的磨损状态。耐久试验每进行100h会进行润滑油的更换，试验采用放油测质量法来确定机油消耗量，测量放出的机油、量杯和漏斗的总质量W1，将油倒回发动机，再测量未能倒净的机油、量杯和漏斗的总质量W2，两次质量之差（W1－W2），即为加入的机油量Wi。耐久试验完成后需静置发动机1h以上，待润滑油完全流回油底壳后将油放出，放油时间为15min并进行测量，得到试验后放出的机油、量杯和漏斗的总质量W3，W3与W2之差即为试验后放出的机油量Wo，机油总消耗量Go=Wi－Wo，平均机油消耗量为Go/100。随着耐久时长的增加，发动机机油消耗量逐渐增加，前300h，机油消耗量较小，经过400h耐久后，平均机油消耗量超过40g/h，说明此时活塞环与气缸壁之间磨损加剧，验证了此前试验中505h后发动机性能出现衰减的现象。经过505h耐久后机油消耗量为43.1g/h，满足耐久后小于45g/h的性能要求。
（三）发动机外特性曲线
外特性曲线表示在油门全开条件下发动机功率、转矩和燃油消耗率与发动机曲轴转速之间的函数关系，常用来评价发动机的动力性和经济性。分别测定耐久前后发动机的外特性曲线。耐久试验后测定外特性曲线需用测试油对发动机冲洗两遍并更换全新的机油滤清器，再注入测试油进行试验。耐久试验后，发动机性能与耐久前相差不大，在4000r/min转速后，性能出现一定程度的衰减，转速越高，衰减越大，转矩最大降低5.75%，功率最大降低5.4%；当发动机转速高于5000r/min后，燃油消耗率快速增加，相较耐久前高出3%～6.5%，耐久试验后，发动机高转速性能小幅下降，与耐久试验测试结果相符，下降幅度属于正常范围，发动机可正常运行。
（四）润滑油化学分析
对每100h耐久后试验用油进行理化指标及元素含量的分析试验，分析润滑油各理化指标随耐久的变化状况，通过对润滑油中各元素的含量分析可判断发动机各摩擦副的磨损状态，元素含量采用电子发射光谱法进行测量。对每100h耐久完成后试验用油情况进行分析，可得出以下结论。第一，经过耐久试验后，发动机油黏度均有一定程度的下降，下降幅度为7%～10.5%。发动机油的黏度变化是油品正常氧化、混入轻质燃油及进水等因素综合影响的结果。第二，油样中铁、铜、铝等磨损金属含量正常，发动机磨损量较小。第三，铁元素含量在400h后含量增多表明活塞环磨损加剧，验证了发动机在400h后性能下降与机油消耗量增加的现象。第四，100h油样的水分、氯含量偏高，通常与意外进水有关。油样中硅含量偏高通常与粉尘等杂质进入有关。
结论
简而言之，通过发动机台架试验，比较了参比油SM5W30与测试油SN0W20燃油经济性之间的差别，并对SN0W20润滑油进行了耐久性试验验证，从中我们可以看出，低黏度SN0W20润滑油能有效降低发动机的摩擦损失，全工况节油率可达1%～3.5%；另外，润滑油经过耐久后，各理化性能改变属于正常范围，性能衰减幅度较小，表明润滑油的稳定性能能满足耐久性要求，润滑油寿命能达到发动机的一般要求[2]。
参考文献：
[1]刘念．微车发动机润滑油性能对比分析研究[D].武汉：武汉理工大学，2014．
[2]柳国立，韩俊楠，桃春生，等．低黏度润滑油对发动机燃油经济性及可靠性影响的研究[J].［J］．汽车技术，2014（1）：54－57．
论文作者:曲立富
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/15
标签：发动机论文; 耐久论文; 润滑油论文; 黏度论文; 燃油论文; 摩擦论文; 机油论文; 《基层建设》2018年第28期论文;