汽油機油燃油經濟性測試方法的差異性比較

汪利平,張春雷，張坡 ,熊秋菊 ,徐進寶 ,金理力 ,金志良

(1.中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，甘肅 蘭州 730060；2.中國石油潤滑油公司，北京 100028；3.中國石油蘭州潤滑油廠，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

節能環保是推動發動機技術發展的源動力，各大原始設備制造商利用先進的技術對發動機進行各項改進，以減少排放，提高燃油經濟性[1]。為適應日益嚴格的節能和排放法規的要求，美國汽車制造商協會(AAMA)和日本汽車制造商協會(JAMA)聯合一些大的潤滑油、添加劑公司共同成立了國際潤滑油標準化和認可委員會(ILSAC)，并相繼推出了系列節能汽油機油規格[2]。

國內外已發展出多種不同的評價方法考察發動機油對燃油經濟性的貢獻，目前主要的模擬評價和臺架試驗方法有：摩擦系數測定法[3-4]、歐洲NEDC工況法[5]、美國FTP75工況法[6]、日本10-15工況法[7]、發動機機械損失測定法[8]、MS程序Ⅵ系列燃油經濟性臺架試驗[9]和M111燃油經濟性臺架試驗[4]。不同燃油經濟性評價方法所采用的摩擦副、發動機和試驗工況均不同，所得到的試驗結果具有較大差異。本文以SJ 10W-30參比油和API SL/GF-3 5W-30節能汽油機油為研究對象，采用SRV和MTM摩擦系數測定法、發動機機械損失試驗、模擬NEDC試驗、模擬FTP試驗和程序ⅥB臺架試驗等6種不同的方法評價了SL/GF-3 5W-30汽油機油的燃油經濟性，并研究了不同測試方法所得結果與程序ⅥB臺架試驗結果間的對應性。

1 試驗設備與油品

1.1 試驗發動機

本研究中所用的發動機為某主機廠提供的1.5 L VVT發動機，發動機主要技術參數如表1所示。

表1 試驗發動機主要技術參數

表1(續)

1.2 潤滑油基本性能

本文研究中所用試驗油和參比油的實測值如表2所示。試驗油為中國石油蘭州潤滑油研究開發中心研制開發的SL/GF-3 5W-30節能型汽油機油，參比油為某主機廠提供的SJ 10W-30非節能型汽油機油。從表2數據可知：油品所列指標滿足GB 11121汽油機油質量標準要求。

表2 試驗油理化指標及實測值

2 油品燃油經濟性測試結果

2.1 SRV摩擦系數測試結果

采用Optimal SRV@4摩擦磨損試驗機進行油品摩擦系數的測量，采用文獻[3]所述的階梯升溫方式進行試驗，考察潤滑油的摩擦系數與溫度之間的關系。一粒直徑為10 mm的試驗鋼球在注有潤滑劑的試驗盤上(直徑24 mm，厚度7.8 mm)進行往復運動，運動頻率為50 Hz、行程為1.0 mm、負荷400 N、溫度40～ 120 ℃、每個溫度下摩擦時間5 min。通過試驗盤總成的壓電傳感器測量摩擦力，測定和記錄整個試驗過程中的摩擦系數。試驗結束后，報告試驗過程中不同溫度段的平均摩擦系數。SJ 10W-30參比油和SL/GF-3 5W-30節能汽油機油SRV試驗結果如圖1所示。

圖1 SRV摩擦系數隨試驗溫度變化

從圖1可以看出：SL/GF-3 5W-30節能汽油機油SRV摩擦系數遠低于參比油，參比油平均摩擦系數為0.155，SL 5W-30油品平均摩擦系數為0.056，與參比油相比SL/GF-3 5W-30節能汽油機油平均摩擦系數降低63.9%。

2.2 MTM牽引系數測試結果

MTM(Mini-Traction Machine)試驗機用于評價油品在彈性流體動壓潤滑、邊界/混合條件下的摩擦系數，是節能型汽油機油產品的重要評價方法。本文試驗參數為：載荷/滑滾比72、平均速度3000～10 mm/s、溫度140 ℃。SJ 10W-30參比油和SL/GF-3 5W-30節能汽油機油MTM試驗結果如圖2所示。

圖2 MTM試驗結果

從圖2可知：參比油SJ 10W-30在邊界潤滑條件下(10 mm/s)的摩擦系數約為0.15；SL 5W-30油品在邊界潤滑條件下(10 mm/s)摩擦系數約為0.09，與參比油相比，摩擦系數降低40.0%。

2.3 發動機機械損失測試結果

發動機機械損失試驗是通過電力測功機倒拖發動機進行的，是在GB/T 18297摩擦損失功測量方法的基礎上測量整機機械損失。SL/GF-3 5W-30節能汽油機油與SJ 10W-30參比油在不同試驗溫度下的機械損失試驗結果如圖3所示。

圖3 發動機機械損失試驗

從圖3可知：在40 ℃和90 ℃的油溫下，SL/GF-3 5W-30節能油較SJ 10W-30參比油發動機機械損失平均下降4.69%和8.41%，結果表明研制開發的SL 5W-30節能油在1.5 L VVT發動機上表現出較好的降低發動機摩擦功效果。

2.4 臺架模擬NEDC測試結果

在完成發動機機械損失試驗后，為進一步驗證發動機油的節能性，在發動機臺架上編制試驗程序運行對應模擬NEDC工況循環，測量并記錄更換不同潤滑油后的燃油消耗量，并以此計算出油品在NEDC工況循環下的節油率。試驗結果如圖4 所示。

圖4 臺架模擬NEDC工況節能測試結果

通過試驗結果可知：SL 5W-30節能潤滑油較SJ 10W-30參比油，在1.5 L VVT發動機上均表現出良好的節能性，在NEDC循環下油耗降低0.75%～1.44%，平均降低1.0%。證明SL 5W-30節能潤滑油在模擬NEDC循環工況下能有效改善油耗，提高燃油經濟性。

2.5 臺架模擬FTP測試結果

在美國整車燃料消耗量試驗標準的基礎上，通過測量記錄整車測試循環中對應的發動機工況，在發動機臺架上編制試驗程序運行對應工況模擬FTP循環，測量并記錄更換不同潤滑油后的燃油消耗量，并以此計算出FTP工況循環下油品的節油率。臺架模擬FTP循環試驗結果見圖5。

圖5 臺架模擬FTP工況節能測試結果

由圖5中數據可知：在臺架模擬FTP/Highway循環工況試驗中，研制開發的SL 5W-30節能潤滑油與SJ 10W-30參比油相比，在1.5 L VVT發動機上均表現出良好的節能性，三臺發動機在臺架模擬FTP/Highway循環工況試驗中平均節油率為1.75%。

2.6 程序ⅥB臺架試驗

程序ⅥB試驗嚴格按照ASTM D6837方法進行，試驗所用發動機為美國Ford汽車公司1993年產4.6 L排量V型8缸汽油機。試驗油首先在發動機轉速為1500 r/min和機油溫度為125 ℃的條件下老化16 h，然后進行5個試驗階段的燃油經濟性測量，得到試驗油相對參比油的節能率(FEIⅠ)；之后試驗油在發動機轉速為2250 r/min和機油溫度為135 ℃的條件下老化80 h，再進行5個試驗階段的燃油經濟性測量，得到試驗油相對參比油的節能率(FEIⅡ)；試驗結果用FEIⅠ、FEIⅡ、FEIⅠ+FEIⅡ表示。SL 5W-30節能油程序ⅥB試驗結果見表3。

表3 SL 5W-30節能油程序ⅥB試驗結果

由表3可知，研制開發的SL 5W-30節能潤滑油在程序ⅥB試驗階段Ⅰ的燃油經濟性FEIⅠ達到2.61%，階段Ⅱ的燃油經濟性FEIⅡ達到1.36%，FEIⅠ+FEIⅡ總和為3.97%，油品具有良好的燃油經濟性。

3 測試結果差異性比較

SL 5W-30節能潤滑油較SJ 10W-30參比油在6種不同的模擬和臺架測試條件下均獲得了較好的燃油經濟性。由于不同燃油經濟性評價方法所采用的摩擦副、摩擦狀態、發動機和試驗工況均不同，所得到的試驗結果具有較大差異性。

(1)SL 5W-30節能潤滑油在SRV和MTM試驗中，平均摩擦系數下降較為明顯，建議可以作為摩擦改進劑和節能發動機油前期篩選的評價試驗。

(2)發動機機械損失測定法、NEDC和FTP 75工況法作為主機廠常用的燃油經濟性評價方法，與MS程序Ⅵ系列燃油經濟性臺架試驗具有較好的對應性，可作為節能油品的評價手段之一。

(3)MS程序Ⅵ系列燃油經濟性臺架試驗，作為ILSAC判定節能油品的一項指標要求，具有較強的權威性，主機廠可以結合不同工況循環在此基礎上提出自己的新要求。