润滑油改善汽车综合循环工况油耗的试验研究

２０１５年３月

第４０卷第３期

润滑与密封

ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

Ｍａｒ．２０１５

Ｖｏｌ ４０Ｎｏ ３

ＤＯＩ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ ０２５４－０１５０ ２０１５ ０３ ０１７

收稿日期：２０１４－０５－２９

作者简介：张和平（１９６１ ），男，硕士，副教授，研究方向为机电一体化应用技术．Ｅ?ｍａｉｌ：１８６２７７８８１９８＠１６３ ｃｏｍ．

润滑油改善汽车综合循环工况油耗的试验研究

张和平一刘一念一莫易敏一王金涛

（武汉理工大学机电工程学院一湖北武汉４３００７０）

摘要：已有台架试验研究表明润滑油对变速箱的传动效率有一定的影响，为此按照ＧＢ／Ｔ１２５４５ ５?２００８模拟汽车综合循环工况，采用整车台架模拟试验研究变速箱润滑油对汽车综合循环工况油耗的影响，验证了低黏度润滑油对提高变速箱以至于提升整车效率二降低整车油耗具有积极的作用三实验结果表明，不同黏度的变速箱润滑油对整车油耗有不同的影响，采用低黏度的变速箱润滑油能更有效地降低整车油耗三

关键词：润滑油；循环工况；油耗；传动效率

中图分类号：Ｕ４６３ ２１２一文献标志码：Ａ一文章编号：０２５４－０１５０（２０１５）３－０８４－４

ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｖｅｈｉｃｌｅＦｕｅｌＣｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｔ

ＣｏｍｂｉｎｅｄＣｙｃｌｅＭｏｄｅｂｙＬｕｂｒｉｃａｎｔｓ

ＺｈａｎｇＨｅｐｉｎｇ一ＬｉｕＮｉａｎ一ＭｏＹｉｍｉｎ一ＷａｎｇＪｉｎｔａｏ

（Ｓｃｈｏｏｌｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００７０）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｕｄｉｅｓｈａｖｅｓｈｏｗｎｔｈａｔｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｏｉｌｈａｓｓｏｍｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｇｅａｒｂｏｘ．ＢｙｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｃｏｍｂｉｎｅｄｃｙｃｌｅｍｏｄｅａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＧＢ／Ｔ１２５４５ ５?２００８，ｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｇｅａｒｂｏｘｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｏｉｌｏｎｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｔｃｏｍｂｉｎｅｄｃｙｃｌｅｍｏｄｅ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈａｔｌｏｗ?ｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｉｌｈａｓａｐｏｓｉｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｏｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｇｅａｒｂｏｘａｎｄｖｅｈｉｃｌｅ，ａｎｄｒｅｄｕｃｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓａｌｓｏｓｈｏｗｔｈａｔｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｉｌｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｉｓｃｏｓｉｔｙｈａｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎｖｅｈｉｃｌｅｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｌｏｗ?ｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｉｌｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｇｅａｒｂｏｘｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｏｉｌ；ｃｏｍｂｉｎｅｄｃｙｃｌｅｍｏｄｅ；ｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ一润滑油作为汽车行业中广泛使用的润滑剂，具有润滑二冷却二清洁以及密封等功能三已有台架试验研究表明润滑油对变速箱的传动效率具有一定的影

响［１－

２］，不同条件及工况下所需使用的润滑油均不相同，不同润滑油对汽车传动效率的影响也不一样三润滑油选用的合理与否，会直接影响汽车传动效率的高低三变速箱所使用的润滑油一般被称作变速箱油或者齿轮油，齿轮油是保证变速箱长周期健康运转的关键［３］三正确选择齿轮油是解决车辆手动变速箱及减速齿早期频繁损坏二齿面剥落二点蚀二断齿等问题，保护变速箱齿轮和轴承，延长变速箱使用寿命的有效途

径之一［４－

５］，也是减小综合油耗的一种方法三

综合循环工况油耗是模拟汽车在实际使用过程中的工作状况，能比较真实地反应汽车的实际使用油耗，它包括４次市区循环工况和１次郊区循环工况，

每个循环工况均包括怠速二加速二等速及减速等工况［６］三汽车变速箱的工作状况对综合循环工况油耗具有重大影响，变速箱的功率损失占汽车行驶总消耗的比重很大［７］三因此，变速箱性能的增强对于提高整车性能以及降低循环工况油耗显得尤为重要三

本文作者主要探讨变速箱润滑油对改善汽车综合循环工况油耗的作用三

１一燃油消耗量整车台架试验

燃油消耗量整车台架试验在紧凑型底盘测功机上进行三由于底盘测功机能模拟汽车行驶阻力二惯性阻力以及各种道路行驶工况，所以底盘测功机的台架试验可以按照很复杂的多工况循环规范对汽车的燃油消耗量进行测量，道路上进行的各种燃油消耗量试验均可在底盘测功机上进行［８］三１ １一试验材料

试验用车为上汽通用五菱股份有限公司提供的某微型车，整备质量为１２５０ｋｇ，轮胎标准胎压为２１０ｋＰａ三

试验用车辆变速箱润滑油有３种：原车油二１＃

油二２＃油三试验用油的理化指标见表１三

表１一各润滑油理化指标

Ｔａｂｌｅ１一Ｐｈｙｓｉｃａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｏｉｌｓ

油品编号原车油１＃油

２＃油

黏度等级

８０Ｗ／９０７５Ｗ／９０１００?运动黏度ν／（ｍｍ２四ｓ－１

）１５ ３５１５ ９２１４ ４１４０?运动黏度ν／（ｍｍ２四ｓ－１

）１５９ １

１５７ ５８０ ４３黏度指数

９７１０４

１８７

－４０?布氏黏度η／（Ｐａ四ｓ）

４５ ８（

－２６?）４０（－４０?）倾点ｔ／?

－２１

－２８

－４３

１ ２一试验规范

试验按照ＧＢ／Ｔ１２５４５ ５?２００８‘汽车燃料消耗量试验方法第１部分：乘用车燃料消耗量试验方法“进行，如图１所示，试验由４个市区运转循环和１个市郊运转循环组成

［７］

三

图１一试验运转循环Ｆｉｇ１一Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｙｃｌｅ

市区循环为１５工况循环，用来模拟汽车在城市中行驶时的工况，城市工况中汽车行驶的最高车速为５０ｋｍ／ｈ，变速箱主要使用１二２二３挡三具体的操作规范参考ＧＢ１８３５２ ３?２００５‘轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ二Ⅳ阶段）“表ＣＡ １所示三市郊循环为１３工况循环，用来模拟汽车在市郊和高速公路上行驶时的工况，市郊工况中汽车行驶的最高车速为１２０ｋｍ／ｈ，主要使用３二４二５挡三具体的操作规范参考ＧＢ１８３５２ ３?２００５‘轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ二Ⅳ阶段）“表ＣＡ ２所示三

一个市区运转循环按工况分解，各工况所用时间及所占比例见表２所示三试验期间平均车速为１９ｋｍ／ｈ三一个市郊运转循环按工况分解，各工况所用

时间及所占比例见表３所示三试验期间平均车速为６２ ６ｋｍ／ｈ三

表２一市区运转工况时间比例

Ｔａｂｌｅ２一Ｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｃｙｃｌｅｔｉｍｅｉｎｄｏｗｎｔｏｗｎ

项一目时间ｔ／ｓ比例ｙ／％

怠速

６０３０ ８怠速二车辆减速二离合器脱开

９４ ６换挡８４ １加速３６１８ ５等速５７２９ ２减速２５１２ ８总时间

１９５

１００

表３一市郊运转工况时间比例

Ｔａｂｌｅ３一Ｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｃｙｃｌｅｔｉｍｅｉｎｓｕｂｕｒｂｓ

项一目时间ｔ／ｓ比例ｙ／％

怠速

４０１０ ０怠速二车辆减速二离合器脱开

１０２ ５换挡６１ ５加速１０３２５ ８等速２０９５２ ２减速３２８ ０

总时间

４００

１００ ０

油耗按照ＧＢ１９５７８?２００４‘乘用车燃料消耗量限值“中规定的乘用车燃油消耗量碳平衡法计算公式得到，公式为

Ｑ＝０ １１５４Ｄ

［（０ ８６６?ＱＨＣ）＋（０ ４２９?ＱＣＯ）＋

（０ ２７３?ＱＣＯ２

）］（１）式中：Ｑ为燃油消耗量（Ｌ／（１００ｋｍ））；ＱＨＣ为测得的碳氢排放量（ｇ／ｋｍ）；ＱＣＯ为测得的一氧化碳排放量（ｇ／ｋｍ）；ＱＣＯ２

为测得的二氧化碳排放量（ｇ／ｋｍ）；Ｄ为１５?时试验燃油的密度（ｋｇ／Ｌ）三１ ３一试验方法

台架试验时，将试验车驱动轮置于底盘测功机滚筒上，利用底盘测功机滚筒模拟连续移动的路面，利用底盘测功机加载装置模拟汽车的行驶阻力，利用底盘测功机飞轮系统模拟汽车的运动惯性，按多工况指定的车速－时间规范和挡位操作试验车和底盘测功机，利用底盘测功机测量装置记录行程－车速－时间曲线，利用气体分析仪检测试验参数及油耗，折算出汽车百公里油耗量三

５

８２０１５年第３期张和平等：润滑油改善汽车综合循环工况油耗的试验研究

一次试验完成后，将变速箱油依次换为试验所要求的３种润滑油，再次进行循环测试，得到不同变速箱油下的综合循环工况油耗三２一模拟滑行试验

汽车在底盘测功机上进行滑行试验时，需要对底盘测功机的阻力进行设定三根据ＧＢ１８３５２ ３?２００５‘轻型汽车排放污染物限值及测量方法“中规定，对底盘测功机进行阻力设定可以采用２种方法，即车辆实际滑行阻力设定Ｆ＝ｆ０＋ｆ１＋ｆ２ｖ２和标准推荐阻力设定

Ｆ＝ａ＋ｂｖ２三

２ １一车辆实际滑行阻力设定

在底盘测功机上对汽车道路试验得到的总阻力进行二次曲线的拟合，得到阻力拟合系数ｆ０二ｆ１二ｆ２即为底盘测功机的阻力设定值三２ ２一标准推荐阻力设定

按照ＧＢ１８３５２ ３?２００５‘轻型汽车排放污染物限值及测量方法“中表ＣＢ １中的推荐值对底盘测功机的阻力进行设定三部分推荐值见表４三

与车辆实际滑行阻力设定法相比标准推荐阻力设定法较简单，在已知试验车的基准质量的情况下，可通过标准推荐阻力设定表直接查得底盘测功机的阻力设定系数，大大简化了试验过程，节省了试验周期和成本三本文试验采用的底盘测功机阻力设定方法为标准推荐阻力设定法三

表４一标准阻力系数推荐表（部分）

Ｔａｂｌｅ４一Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｏｆｓｔａｎｄａｒｄ

ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ（ｐａｒｔ）

车辆的基准质量ＲＭ／ｋｇ当量惯量Ｉ／（ｋｇ四ｍ２）系数

ａ／Ｎｂ／（Ｎ四ｋｍ－２

四ｈ－２

）

１０８０＜ＲＭ?１１９０１１３０６ ４０ ０４３３１１９０＜ＲＭ?１３０５１２５０６ ８０ ０４６０１３０５＜ＲＭ?１４２０１３６０７ １０ ０４８１１４２０＜ＲＭ?１５３０

１４７０

７ ４

０ ０５０２

汽车在底盘测功机上模拟道路行驶时，实验室内温度为２５?，大气压为１００ｋＰａ，室内相对湿度为５０％，实验前车身应洁净二干燥三汽车车轮内无砂石等颗粒物三试验流程为：

（１）将试验车的驱动轮置于底盘测功机的转鼓上三用三角架固定试验车的从动轮三

（２）调整试验车驱动轮的胎压至轮胎的标准胎压２１０ｋＰａ三

（３）启动发动机，对试验车进行３０ｍｉｎ的热车，使试验车各部件达到正常的运行温度三热车结束后将试验车变速器置于空挡三

（４）运用标准推荐阻力设定法，依据试验车的基准质量对底盘测功机的阻力系数值进行设定三设定方法如图２所示

三

图２一底盘测功机阻力系数设定

Ｆｉｇ２一Ｄｒａｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｅｔｔｉｎｇｏｆｃｈａｓｓｉｓｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ

一（５）启动底盘测功机滑行装置，底盘测功机的转鼓会反拖汽车运转，当试验车的转速在底盘测功机上加速到比设置的试验车速ｖ高出１０ｋｍ／ｈ的车速后，

底盘测功机将自动脱开滑行装置，让试验车在转鼓上滑行，测量装置记录试验车在各个指定测量速度点的滑行时间及阻力数据三

６

８润滑与密封第４０卷

（６）通过滑行时间及阻力的测量，拟合出阻力－速度曲线三

３一试验结果及分析

进行换油后的模拟循环工况试验的油耗结果如表５所示三

表５一循环工况油耗

Ｔａｂｌｅ５一ＦｕｅｌＣｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆＤｒｉｖｉｎｇＣｙｃｌｅ

油品循环工况综合油耗Ｑ／（Ｌ四（１００ｋｍ）－１

）

市区郊区综合原车油１０ ３５

６ ９１８ ２１＃油１０ ４６ ６７８ ０２＃油

１０ １２

６ ４８

７ ９

试验后，在不同油品下的整车百公里综合油耗分别为８ ２二８ ０和７ ９Ｌ，结果表明不同黏度等级的变速箱润滑油对整车油耗具有一定的影响，其大致影响趋势如图３所示三结果显示，低黏度润滑油，其黏度指数越高，对降低油耗的贡献越大三这也与世界车用润滑油低黏化的趋势相切合

三

图３一不同润滑油下的整车循环工况油耗

Ｆｉｇ３一Ｖｅｈｉｃｌｅｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｏｉｌｓ

对不同润滑油下的热态阻力与滑行距离的分析也可以得出相应的规律和结论三图４示出了在３种油品下的各速度节点的平均热态阻力的变化趋势，可知，润滑油黏度越低，变速箱的摩擦损失越少，因此变速箱的传动效率会得到提升，从而减小了能量的消耗

三

图４一不同油品下的热态阻力－速度曲线Ｆｉｇ４一Ｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｓｐｅｅｄｃｕｒｖｅｓ

ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｏｉｌｓ

４一结论

（１）滑行试验表明，低黏度变速箱润滑油能有

效增加滑行距离，降低变速箱传动阻力，提高传动效率三整车试验验证了润滑油黏度与变速箱效率具有一定的相关性，且降低润滑油黏度对提高变速箱效率贡献较大三（２）变速箱润滑油对整车循环工况油耗有一定的影响三

（３）建立了一种汽车综合循环工况油耗的试验

方法，可用于后续发动机油二后桥油二轴承润滑脂等的黏度与效率的关系研究三

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８２０１５年第３期张和平等：润滑油改善汽车综合循环工况油耗的试验研究