目前，國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)和乘用車第四階段油耗標(biāo)準(zhǔn)即將實(shí)施，國(guó)內(nèi)各汽車生產(chǎn)廠商都已經(jīng)啟動(dòng)了節(jié)能降耗的相關(guān)研究。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的關(guān)鍵零部件，其燃油經(jīng)濟(jì)性水平對(duì)整車油耗水平影響尤其重要其中，通過(guò)減小發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)關(guān)鍵摩擦副的摩擦損失來(lái)提升燃油經(jīng)濟(jì)性是十分有效的措施。而各摩擦副之間通過(guò)機(jī)油來(lái)實(shí)現(xiàn)減磨潤(rùn)滑，減少接觸表面磨損。機(jī)油黏度對(duì)潤(rùn)滑質(zhì)量存在影響，當(dāng)機(jī)油黏度較高時(shí)，摩擦副間容易生成油膜使其獲得良好的潤(rùn)滑效果。但是，相比于高黏度潤(rùn)滑油，低黏度的潤(rùn)滑油具有良好的流動(dòng)性，能夠促使車輛獲得更高的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。低黏化已經(jīng)是潤(rùn)滑油技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，據(jù)相關(guān)資料顯示，美歐日等同家多數(shù)車企已經(jīng)對(duì)更低黏度的0W16和0W08機(jī)油進(jìn)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(duì)低黏度機(jī)油的研究。

 

本文先從機(jī)油黏度對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響進(jìn)行理論分析，然后結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)比探究SM5W30與SN0W20兩種不同黏度的機(jī)油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損失的影響情況，據(jù)此來(lái)評(píng)價(jià)其燃油經(jīng)濟(jì)性。

 

 

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，內(nèi)部各部件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)在工作過(guò)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(dòng)機(jī)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(rùn)滑狀態(tài)與機(jī)油黏度η、運(yùn)動(dòng)速度U和法向載荷P存在相應(yīng)聯(lián)系。

 

 

 

 

一般來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(rùn)滑（HydrodynamicLubrication）狀態(tài)。在流體潤(rùn)滑的條件下，摩擦副表面被一薄層機(jī)油完全分隔開，摩擦副完全被潤(rùn)滑，一般不會(huì)出現(xiàn)磨損狀況。此時(shí)，摩擦損失與接觸表面質(zhì)量無(wú)關(guān)，只與潤(rùn)滑油分子間摩擦阻力大小相關(guān)，則其摩擦損失完全由機(jī)油黏度決定。機(jī)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(jī)油流動(dòng)起來(lái)的摩擦阻力就越小，流動(dòng)性就越好，摩擦損失就越小。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在使用工況已經(jīng)確定的條件下，機(jī)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(rùn)滑區(qū)間內(nèi)，機(jī)油黏度η越低，則對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)越小。相應(yīng)地發(fā)動(dòng)機(jī)主要摩擦損失也就會(huì)降低，有利于提升發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性。

 

 

本文所述的低黏度只是一個(gè)對(duì)比定義。目前，國(guó)內(nèi)OEM多數(shù)使用5W30機(jī)油，相比于5W30,0W20則可以被稱為低黏度機(jī)油。為了確保試驗(yàn)研究結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，排除其他因素對(duì)試驗(yàn)的影響。試驗(yàn)用機(jī)油均使州同樣標(biāo)準(zhǔn)的潤(rùn)滑油，設(shè)計(jì)兩種對(duì)比試驗(yàn)用油將SM5W30設(shè)為參比油，SN0W20設(shè)為試驗(yàn)油。其主要理化參數(shù)如表2所示。

 

 

 

 

2.2試驗(yàn)設(shè)備及方法

 

本次試驗(yàn)方法采用較為常用的倒拖法，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需點(diǎn)火，由外部電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，由溫度控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)油溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與記錄。整個(gè)試驗(yàn)操作方便，易于控制，所得到的試驗(yàn)結(jié)果也比較精準(zhǔn)。

 

本文通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定的發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦力矩與摩擦功率來(lái)評(píng)價(jià)機(jī)油黏度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。試驗(yàn)以GB/T18297-2001汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。試驗(yàn)開始前，首先注入?yún)⒈扔驮诎l(fā)動(dòng)機(jī)滿載的條件下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行磨合，磨合時(shí)間為2~3h，這樣能盡量排除誤差因素的干擾。加注新的機(jī)油時(shí)都必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行沖洗處理，首先換上新的機(jī)油濾清器，然后為了排除參比油的殘留，再用預(yù)加注機(jī)油沖洗2?3次，最后采用同樣的量杯加注等量(3.6L)的機(jī)油。試驗(yàn)測(cè)定在2種不同狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦力矩和摩擦功率。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速保持在1000~5600r/min，每間隔400r/min進(jìn)行一次測(cè)量，大約一共能夠得到13個(gè)測(cè)量點(diǎn)，試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)油溫度始終控制在95℃左右。

 

2.3試驗(yàn)結(jié)果與分析

 

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)操作后，得到了一系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理后，得到如下2種狀態(tài)下的試驗(yàn)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。

 

 

 

 

結(jié)合4幅點(diǎn)線圖進(jìn)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(yàn)油的摩擦力矩和功率一般都低于較高黏度的SM5W30機(jī)油。表4為2種狀態(tài)下兩種機(jī)油13個(gè)測(cè)量點(diǎn)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(yàn)油。因此可以認(rèn)為低黏度機(jī)油有利于降低發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損失，能有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性，促使整車節(jié)能降耗。

 

 

同時(shí)，黏度不同的2種機(jī)油的摩擦力矩和功率都呈現(xiàn)出隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增大的趨勢(shì)，并且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，2種機(jī)油的摩擦力矩和功率的差異越明顯。測(cè)試油與參比油的摩擦力矩幾乎由無(wú)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(wú)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(rèn)為，在轉(zhuǎn)速較高的情況下，低黏度機(jī)油對(duì)提升發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)更加明顯。

 

 

（1）機(jī)油黏度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損失有重要影響。黏度較低的機(jī)油流動(dòng)性好，分子間摩擦力小，能夠有效的減小發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦損失，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。

 

（2）低黏度機(jī)油雖然能提升發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性，但是黏度并不能低于某一限值，會(huì)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(shí)，低黏度的機(jī)油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高要求，未來(lái)應(yīng)該朝著精密化方向發(fā)展。

 

（3）本文針對(duì)機(jī)油黏度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響所進(jìn)行的試驗(yàn)研究為整車節(jié)能減耗提供一定的參考。