节能润滑油的发动机台架测试

李自强，王兆远，杨咸珠，崔奎据，杨昊滋

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）



节能润滑油的发动机台架测试

李自强，王兆远，杨咸珠，崔奎据，杨昊滋

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：发动机润滑油的节能效果逐渐被研究认可，相对于ASTM标准台架试验，如何通过自主发动机进行润滑油节能效果评价是广大发动机从业者需要研究的课题，文章通过对某款节能润滑油的试验测试，评价节油效果，建立润滑油节能测试方法。

关键词：润滑油；节能；试验方法

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.037

CLC NO.: U467.2Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-109-03

前言

内燃机工作时，有一半以上的能量损失，其中，内燃机克服自身内部的机械摩擦、流体阻力消耗一部分能量，这部分能量损失与润滑介质的性能密切相关。如何确认不同规格的润滑油对发动机机械损失降低（节能）的影响，需要经过试验评价。本文通过对润滑油的试验测试，总结节能润滑油测试方法及认证流程。

1、发动机的润滑形式及润滑油的节能

有研究表明，发动机中大约有12%的燃料用于克服滑动部件间的摩擦。在发动机中主要有三种类型的润滑方式：

a）流体润滑：润滑油以较厚的油膜状态存在于两固体界面间并使其完全分离；摩擦磨损特性（摩擦系数）取决于润滑油及运动副材料的力学特性（润滑油为粘度）。此种润滑方式主要存在于发动机的轴瓦、轴承间。

b）边界润滑：润滑油膜显著变薄（几个分子层厚），摩擦磨损特性与润滑油力学性质的相关性变小，摩擦系数取决于润滑油及运动副工作表面的物理性质、化学性质。此种润滑方式主要存在于发动机的活塞、缸套间。

c）混合润滑：润滑油膜接近运动副的表面粗糙度，摩擦表面之间存在流体润滑、边界润滑、甚至固体摩擦等多种润滑方式。摩擦系数取决于润滑油粘度特性及工作面的物理、化学性质。此种润滑方式主要存在于在发动机的阀系、正时齿轮等。

因此，润滑油具备节能效果，减小摩擦的主要途径有两种：

①降低润滑油粘度，减小流体润滑、混合润滑状态的摩擦系数，降低机械损失，改善燃油经济性；

②提升润滑油摩擦磨损特性，通过摩擦改进剂改善边界润滑、混合润滑状态的油膜特性，降级摩擦损失，提升燃油经济性。

2、润滑油节能试验方法

2.1 国际标准试验方法

1983年，API提出“节能油”，即节省燃料的汽油机油，并由ASTM开发了程序Ⅵ标准台架试验方法，节能效果以同一试验条件下试验油燃油耗与参比油燃油耗之差表示。以程序ⅥD为例，试验使用通用2009年 3.6 L V6发动机为测试基准，参比油与SAE 20W-30汽油机油分别完成16小时、84小时老化后，进行六阶段试验循环测试（每阶段运行0.5h），对比燃油消耗节省情况。

2.2 自主试验方法

ASTM试验方法采用标准台架、标准发动机进行试验，各主机厂实施难度大，必须找出适合自己发动机的试验方法及评价手段，结合润滑油节能机理，可以从三个方向进行试验方法的设计、验证：

1）机械损失降低效果评价：润滑油的节能的本质是降低发动机机械损失，可以进行节能油与参比油的同一发动机机械损失试验，并设置2-3个温度，区分低温粘度等级、高温粘度等级的影响。

2）节油效果评价：润滑油节能的直接体现是燃油消耗降低，可以进行节能油与参比油的同一发动机油耗循环试验，针对某款发动机的NEDC循环对应工况，在发动机台架利用自动控制功能编制台架NEDC循环，作为标准循环进行节能效果测试。

3）润滑油的节能效果：最终体现在整车油耗循环的节油效果，可以用同一车辆进行节能油与参比油的转毂NEDC循环测试，验证机械损失试验及台架模拟NEDC循环的准确性。

为规避节能油与参比油的相互影响，应该在参比油试验后、节能油试验前用节能油清洗发动机油道，按中速中负荷运转30min，重复两次后进行节能油测试。

3、节能润滑油试验结果

3.1 试验对象

试验对象为某款节能5W-30汽油机油，参比油选取常用的10W-30汽油机油。同时为确认摩擦改进剂对节能的影响，选取同级别无摩擦改进剂的普通5W-30机油进行机械损失试验，3款机油的理化性能均满足GB 11121-2006的指标要求。其中100℃运动粘度为：

表2　节能油与参比油运动粘度

在进行发动机台架试验前，针对节能5W-30完成ASTM程序ⅥD试验，试验表明，节油效果为1.54%。

试验发动机：某款1.5L汽油发动机。

试验车辆：搭载上述1.5L发动机的某款A级轿车。

3.2 机械损失试验

对三款机油进行40℃、90℃、120℃反拖机械损失试验，对比三种机油在3种温度下的机械损失。

图1　三种机油机械损失@T_OIL=40℃

从较低温度下机械损失对比曲线，可以确认低温粘度等级低的机油具有更低的机械损失，同时，摩擦改进剂具备降摩擦效果，同一粘度等级下，机械损失更小。40℃全转速下，节能5W-30比SAE10W-30机械损失平均下降4.69%。

图2　三种机油机械损失@T_OIL=90℃

图3　三种机油机械损失@T_OIL=120℃

从90℃温度下机械损失对比曲线，可以确认，高温粘度级别相同，100℃运动粘度相近的情况下，机械损失基本相当（10W-30、5W-30），摩擦改进剂发挥作用，节能润滑油具有更低的机械损失（5W-30、节能5W-30）。90℃全转速下，节能5W-30比SAE10W-30机械损失平均下降8.41%。

从1200℃温度下机械损失对比曲线，可以再次确认，高温粘度级别相同，100℃运动粘度相近的情况下，摩擦改进剂可以具有更好的降摩擦效果。90℃全转速下，节能5W-30比SAE10W-30机械损失平均下降8.58%。

通过机械损失试验，可以对节能型润滑油及低粘度级别润滑油的节能效果进行测试评价。

3.3 发动机台架模拟油耗循环试验

对10W-30、节能5W-30进行台架模拟油耗循环试验，试验中发动机工况变化符合预期，两种油品的工况一致性，机油温度上升速度一致：

图4　台架模拟NEDC城市循环工况曲线

通过瞬时油耗测量积分（高精度油耗仪），可以明确两种机油的循环油耗，评价节能润滑油的燃油经济性改善效果（每种油品测量三次取平均值）：

图5　台架模拟NEDC瞬时油耗对比曲线

对比两种油品在三台样机NEDC循环油耗，台架模拟油耗循环能够明确节能油的节能效果。

表3　节能油与参比油台架模拟冷态NEDC循环油耗

3.4 整车转毂NEDC循环确认节能润滑油效果及台架试验可

行性

台架模拟油耗循环可以精确控制发动机工况，避免人为因素对试验结果的影响。但考虑模拟计算整车试验对应发动机工况时存在偏差，在整车转毂进行实车NEDC油耗测试，确认台架循环的合理性及节能油燃油经济性改善效果（同一驾驶员，各进行两次试验，取平均值）。

表4　节能油与参比油NEDC循环油耗

试验表明，台架模拟NEDC循环与整车实际测试相似度极高，在润滑油节能效果评价时，规避人为因素，以台架模拟油耗循环的结果作为结论依据。

4、结论

（1）润滑油作为发动机工作时的主要介质，与发动机的机械损失、燃油经济性密切相关，改善润滑油品质或降低粘度等级可以有效实现节能；

（2）润滑油的节能效果可以通过自主发动机、自主台架进行试验评价，且相对于ASTM试验使用标准参比油，自主试验更能准确评价在用机油、节能机油的节能效果；

（3）润滑油的节能可以通过机械损失试验、模拟油耗循环试验准确评价。

参考文献

[1] 石俊峰.汽车润滑解码.[M]北京：中国石化出版社,2012.08.

[2] 陈刚,刘岚,吴键.减摩剂对汽油机油节能减摩性能影响研究.[J]润滑油.2008.(5):43-47.

[3] 柳国立,韩俊楠.桃春生等.低粘度润滑油对发动机燃油经济性及可靠性影响的研究.[J]汽车技术.2014.(1)：54-57.

中图分类号：U467.2

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)04-109-03

作者简介：李自强，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。

Practical test of fuel-saving oil on engine test bench

Li Ziqiang, Wang Zhaoyuan, Yang XianZhu, Cui Kuiju, Yang Haozi
（AnHui JiangHuai Automobile Co., Ltd.Technical Center, Anhui Hefei 230601）

Abstract:The energy saving effect of engine lubricating oil is gradually recognized, compared with ASTM standard bench test, how to evaluate energy efficiency of the lubricating oil by the autonomous engine is a problem for the practitioners of the engine. This paper with the test of a fuel-saving oil, evaluation of fuel saving effect, establish the method of energy saving test on lubricating oil.

Keywords:lubricating oil; energy saving; test method