汽油机油燃油经济性测试方法的差异性比较

时间：2024-05-19

汪利平,张春雷，张坡 ,熊秋菊 ,徐进宝 ,金理力 ,金志良

(1.中国石油兰州润滑油研究开发中心，甘肃兰州 730060；2.中国石油润滑油公司，北京 100028；3.中国石油兰州润滑油厂，甘肃兰州 730060)

0 引言

节能环保是推动发动机技术发展的源动力，各大原始设备制造商利用先进的技术对发动机进行各项改进，以减少排放，提高燃油经济性[1]。为适应日益严格的节能和排放法规的要求，美国汽车制造商协会(AAMA)和日本汽车制造商协会(JAMA)联合一些大的润滑油、添加剂公司共同成立了国际润滑油标准化和认可委员会(ILSAC)，并相继推出了系列节能汽油机油规格[2]。

国内外已发展出多种不同的评价方法考察发动机油对燃油经济性的贡献，目前主要的模拟评价和台架试验方法有：摩擦系数测定法[3-4]、欧洲NEDC工况法[5]、美国FTP75工况法[6]、日本10-15工况法[7]、发动机机械损失测定法[8]、MS程序Ⅵ系列燃油经济性台架试验[9]和M111燃油经济性台架试验[4]。不同燃油经济性评价方法所采用的摩擦副、发动机和试验工况均不同，所得到的试验结果具有较大差异。本文以SJ 10W-30参比油和API SL/GF-3 5W-30节能汽油机油为研究对象，采用SRV和MTM摩擦系数测定法、发动机机械损失试验、模拟NEDC试验、模拟FTP试验和程序ⅥB台架试验等6种不同的方法评价了SL/GF-3 5W-30汽油机油的燃油经济性，并研究了不同测试方法所得结果与程序ⅥB台架试验结果间的对应性。

1 试验设备与油品

1.1 试验发动机

本研究中所用的发动机为某主机厂提供的1.5 L VVT发动机，发动机主要技术参数如表1所示。

表1 试验发动机主要技术参数

表1(续)

1.2 润滑油基本性能

本文研究中所用试验油和参比油的实测值如表2所示。试验油为中国石油兰州润滑油研究开发中心研制开发的SL/GF-3 5W-30节能型汽油机油，参比油为某主机厂提供的SJ 10W-30非节能型汽油机油。从表2数据可知：油品所列指标满足GB 11121汽油机油质量标准要求。

表2 试验油理化指标及实测值

2 油品燃油经济性测试结果

2.1 SRV摩擦系数测试结果

采用Optimal SRV@4摩擦磨损试验机进行油品摩擦系数的测量，采用文献[3]所述的阶梯升温方式进行试验，考察润滑油的摩擦系数与温度之间的关系。一粒直径为10 mm的试验钢球在注有润滑剂的试验盘上(直径24 mm，厚度7.8 mm)进行往复运动，运动频率为50 Hz、行程为1.0 mm、负荷400 N、温度40～ 120 ℃、每个温度下摩擦时间5 min。通过试验盘总成的压电传感器测量摩擦力，测定和记录整个试验过程中的摩擦系数。试验结束后，报告试验过程中不同温度段的平均摩擦系数。SJ 10W-30参比油和SL/GF-3 5W-30节能汽油机油SRV试验结果如图1所示。

图1 SRV摩擦系数随试验温度变化

从图1可以看出：SL/GF-3 5W-30节能汽油机油SRV摩擦系数远低于参比油，参比油平均摩擦系数为0.155，SL 5W-30油品平均摩擦系数为0.056，与参比油相比SL/GF-3 5W-30节能汽油机油平均摩擦系数降低63.9%。

2.2 MTM牵引系数测试结果

MTM(Mini-Traction Machine)试验机用于评价油品在弹性流体动压润滑、边界/混合条件下的摩擦系数，是节能型汽油机油产品的重要评价方法。本文试验参数为：载荷/滑滚比72、平均速度3000～10 mm/s、温度140 ℃。SJ 10W-30参比油和SL/GF-3 5W-30节能汽油机油MTM试验结果如图2所示。

图2 MTM试验结果

从图2可知：参比油SJ 10W-30在边界润滑条件下(10 mm/s)的摩擦系数约为0.15；SL 5W-30油品在边界润滑条件下(10 mm/s)摩擦系数约为0.09，与参比油相比，摩擦系数降低40.0%。

2.3 发动机机械损失测试结果

发动机机械损失试验是通过电力测功机倒拖发动机进行的，是在GB/T 18297摩擦损失功测量方法的基础上测量整机机械损失。SL/GF-3 5W-30节能汽油机油与SJ 10W-30参比油在不同试验温度下的机械损失试验结果如图3所示。

图3 发动机机械损失试验

从图3可知：在40 ℃和90 ℃的油温下，SL/GF-3 5W-30节能油较SJ 10W-30参比油发动机机械损失平均下降4.69%和8.41%，结果表明研制开发的SL 5W-30节能油在1.5 L VVT发动机上表现出较好的降低发动机摩擦功效果。

2.4 台架模拟NEDC测试结果

在完成发动机机械损失试验后，为进一步验证发动机油的节能性，在发动机台架上编制试验程序运行对应模拟NEDC工况循环，测量并记录更换不同润滑油后的燃油消耗量，并以此计算出油品在NEDC工况循环下的节油率。试验结果如图4 所示。

图4 台架模拟NEDC工况节能测试结果

通过试验结果可知：SL 5W-30节能润滑油较SJ 10W-30参比油，在1.5 L VVT发动机上均表现出良好的节能性，在NEDC循环下油耗降低0.75%～1.44%，平均降低1.0%。证明SL 5W-30节能润滑油在模拟NEDC循环工况下能有效改善油耗，提高燃油经济性。

2.5 台架模拟FTP测试结果

在美国整车燃料消耗量试验标准的基础上，通过测量记录整车测试循环中对应的发动机工况，在发动机台架上编制试验程序运行对应工况模拟FTP循环，测量并记录更换不同润滑油后的燃油消耗量，并以此计算出FTP工况循环下油品的节油率。台架模拟FTP循环试验结果见图5。

图5 台架模拟FTP工况节能测试结果

由图5中数据可知：在台架模拟FTP/Highway循环工况试验中，研制开发的SL 5W-30节能润滑油与SJ 10W-30参比油相比，在1.5 L VVT发动机上均表现出良好的节能性，三台发动机在台架模拟FTP/Highway循环工况试验中平均节油率为1.75%。

2.6 程序ⅥB台架试验

程序ⅥB试验严格按照ASTM D6837方法进行，试验所用发动机为美国Ford汽车公司1993年产4.6 L排量V型8缸汽油机。试验油首先在发动机转速为1500 r/min和机油温度为125 ℃的条件下老化16 h，然后进行5个试验阶段的燃油经济性测量，得到试验油相对参比油的节能率(FEIⅠ)；之后试验油在发动机转速为2250 r/min和机油温度为135 ℃的条件下老化80 h，再进行5个试验阶段的燃油经济性测量，得到试验油相对参比油的节能率(FEIⅡ)；试验结果用FEIⅠ、FEIⅡ、FEIⅠ+FEIⅡ表示。SL 5W-30节能油程序ⅥB试验结果见表3。

表3 SL 5W-30节能油程序ⅥB试验结果

由表3可知，研制开发的SL 5W-30节能润滑油在程序ⅥB试验阶段Ⅰ的燃油经济性FEIⅠ达到2.61%，阶段Ⅱ的燃油经济性FEIⅡ达到1.36%，FEIⅠ+FEIⅡ总和为3.97%，油品具有良好的燃油经济性。