2021年4月Apr2021
網滑油
LUBRICATING OIL
第36卷第2期
Vol.36.No2
D O I：10.19532/j. cnki. cn21-1265/tq. 2021.02.007 文章编号：1002-3119(2021 )02"0034-06
贾旭岩\邓本福\朱和菊2，孙瑞雨2，李程2
(I.天津索克汽车试验存限公司，天津300300;2.中国石化润滑油有限公司北京研究院，北京100085)
摘要：文章提出了采用发动机f t架模拟整车油耗测试循环方式，来评估乘用车润滑油对发动机燃油经济性影响文中描述了方法建立流程，包括关键模拟t t和测试前处理方式。同时采用两种不同润滑油进行了相关验证，验证结果表明该测试方法边 界条件可控，同一润滑油测试结果相对标准差不超过〇.1%，同时该测
试方法与整车测试具有较强关联性，对于不同润滑油测 试结果具有明显可区分性。该测试方法可适用于主机厂初装油筛选，润滑油及添加剂公司新产品开发，同时可适用于燃油、添 加剂和其他节能产品评估、
关键词：f t架模拟测试；燃油消耗；相对标准差
中图分类号:TE626.32 文献标识码：A
Development of Fuel Economy Test Method for Passage Car
Oils Based on Engine Bench Test
JIA X u- y a n',D E N G B e n- fu',Z H U H e- ju2,S U N Rui- y u2,LI C h e n g2
(1. Tianjin SwARC Automotive Research Laboratory Co. , Ltd. , Tianjin 300300, China；
2. Beijing Research Institute,SINOPEC Lubricant Co. , Ltd. , Beijing 100085, China)
Abstract：In this paper,the engine bench test is used to simulate vehicle fuel consumption test cycle to evaluate the influence of passenger car oils on fuel economy of engines. This paper describes the met
hod establishment process,including the key analog and the pre - test processing method. At the same tim e,tw o different oils are used for relevant verification, and the verification results show that the boundary conditions are controllable, and the relative standard deviation of the test results for the same oil does not exceed 0.1 %• The test method has strong correlation w ith the vehicle test, and the test results are clearly distinguishable for different oils. The test method can be applied to the initial oil screening of OEMs, the development of new products for lubricant and additive companies, and the evaluation of fuels, additives and other energy -saving products.
Key words：engine bench simulation te s t；fuel consumption；relative standard deviation
〇引言
随着我国汽车保有量逐年增多，能源、环境问题 曰趋严峻。为节约能源，G B 19578 -2014《乘用车燃 料消耗量限值》:1：和G B 27999 -2019《乘用车燃料消 耗量评价方法及指标》2两项强制性国家标准正式发 布，要求至2020年乘用车平均燃油消耗水平降至5.0 m〇0 1c m，这给汽车制造厂商提出了严峻的挑战。
在当前日益成熟的发动机技术水平条件下，润 滑油作为发动机工作时的主要介质，对机械效率、燃 油经济性的影响日趋明显，研究表明，润滑油对发动机节能贡献可达1% ~3%m，节能型润滑油可作为 降
低油耗的重要技术手段。
如何客观地评价车用润滑油对发动机燃油经济 性的影响是从业者面临的重要问题。当前润滑油对 燃油经济性影响评价手段包括整车转毂测试和发动 机台架测试两种3
整车转毂测试可直接获得润滑油对整车燃油经 济性贡献，但是受限于试验室测试设备及环境、驾驶 员操作、传动系统总机械效率、轮胎、蓄电池电压等变 量因素影响，测试结果重复性误差基本在1% ~2%,
第2期贾旭岩等.车用润滑油燃油经济性评价方法开发35
无法很好识别发动机润滑油的燃油经济性能差异:4_5]〇
美国石油学会（A P I)、欧洲汽车制造协会(A C E A)、国际润滑剂标准化及认证委员会（I L S A C)等行业组织均对节能润滑油评价均采用发动机台架 测试，如A P I出台的程序V I E(G F -6A)和V I F(G F -6B)[6]和A C E A正在使用的M l丨1[7_8]测试方法。
乘用车制造企业和润滑油公司也纷纷出台了自 己的基于发动机台架燃油经济性测试方法，同时行 业内也进行了相关方法的比较研究[9_11]，笔者认为 发动机台架测试由于边界条件可控，测试重复性较 高，可区分出不同润滑油对燃油经济性影响差异。
目前较为常用的台架测试方法为发动机倒拖测 试和稳态循环测试，以上两种测试方法，所获得测试 结果无法直接与整车燃油消耗率法规测试相结合，即主机厂无法直接获得燃油消耗率法规测试时，润 滑油对燃油的经济性贡献。
基于上述情况，本评价方法将发动机台架测试 与整车测试相结合，即采用发动机台架测试手段模 拟整车油耗法规测试，充分利用两者的优势。通过 对测试程序的创新和完善，进一步提高测试精度，同时在保证测试精度及测试可区分度的前提下，使得 台架测试结果与整车法规测试结果强相关，测试结 果能够直接服务于汽车制造企业润滑油筛选和润滑 油公司产品开发。
1评价方法介绍
结合GB 27999 - 2019《乘用车燃料消耗量评价方 法及指标》对第五阶段燃料消耗量测量方法的要求，本评价采用发动机台架模拟整车W L T C循环测试。W L T C测试循环包括低速、中速、高速和超高速四个 部分组成，总时长为1800 s，行驶里程为23. 27 km，循 环工况如图1所示。
0 200 400 600 800 1000 1200 14001600 1800 2000
时间/s
图1W L T C循环曲线
发动机台架模拟整车W LT C循环测试是在假设
发动机燃烧热效率一致的前提下，通过整车循环测
试直接获得车辆测试过程中相关参数，并采用发动
机台架测试方式复现整车循环测试。在发动机净输
出功率、环境参量与整车循环一致条件下，考察不同
润滑油对燃油消耗影响。
该测试方法分为三阶段进行，分别为整车
W LTC循环测试、整车测试循环转化为台架测试循
环、台架测试阶段。其中整车循环测试装车发动机
与台架测试用发动机一致。
1.1整车循环测试
整车循环测试目的为获取相应参量，并作为台
架测试循环数据基础。
对于某一款试验样机进行润滑油燃油经济性评
价前，采用其相对应的整车进行燃油消耗率法规测
试，并读取测试过程中E C U参数，包括发动机转速、
输出扭矩、冷却液温度及润滑油温度。整车循环测
试中记录E C U相关输出参量及监测意义如下：
(1) 发动机转速、输出扭矩。监测并记录整车 测试中发动机转速、净输出扭矩，保证模拟循环测试
时发动机对外输出功率与整车测试时相一致。
(2) 发动机冷却液温度。冷却液温度对发动机 燃油经济性存在影响，温度过低，发动机喷油量增
加，同时热效率降低；温度过高，发动机充气效率降
低，燃烧不充分。为保证模拟循环测试能够复现整
车循环工作状态，需控制模拟循环测试时发动机冷
却液温度与整车测试时相一致。
(3) 油底壳机油温度。机油温度对发动机摩擦 阻力存在直接影响，进而影响发动机燃油经济性。
为保证台架模拟循环测试能够复现整车循环工作状
态，需控制模拟循环测试时机油温度与整车测试时
相一致。
1.2整车测试循环转化为台架模拟测试循环
发动机台架模拟整车W LT C循环测试为逐秒变
化的瞬态测试循环，循环长度及每测试点工况包括
转速、净输出扭矩、冷却液温度、油底壳机油温度与
整车循环测试时发动机工况基本一致，整个测试循
环要求能够复现试验样机在整车测试时发动机工作
状态。
1.3台架测试阶段
台架测试阶段规范了评价前处理流程、循环测
试边界条件控制要求及数据处理方式。
评价前处理程序包括润滑油更换程序、发动机
36m ill)2021 年第 36#
状态确认程序。
润滑油添加剂会在发动机摩擦副上有一定程度 的附着，当添加剂中含有减摩剂如钥盐时，这种附着 会对下一次测试结果造成较大影响，为尽可能排除 掉上次测试残存润滑油对测试结果的影响，需规范 润滑油路清洗流程及清洗次数。结合已有验证经 验，笔者认为4次润滑油路清洗，分别为两次清洗油 清洗和两次待测润滑油清洗，同时每次清洗需更换 机油滤清器，基本可以消除掉残留润滑油对测试结 果的影响。
正式测试前润滑油加注量的多少会对发动机工 作时油膜厚度和摩擦阻力的大小产生一定影响，因此需针对试验样机情况，规定正式测试前润滑油加 注量。
发动机状态的稳定性情况对测试结果造成直接 影响，尤其是在对比不同润滑油之间燃油经济性差 异时，因此需在正式测试前对发动机状态进行考察。发动机状态考察可采用净功率和负荷特性方式进 行，测试方法依据标准GB/T 18297 -2001《汽车发 动机性能试验方法》[12]，其中测试工况点可结合试 验样机循环测试时工况占比选取。
正式循环测试时，本着单一变量的原则，需规范 边界条件测试起点，包括润滑油温度及冷却液温度；测试过程中润滑油温度曲线及冷却液温度曲线与整 车循环目标值差异限值及重复性测试时各自差异限 值；同时对其他边界条件进行规范，如进气温度、环 境温度以及供电电压等；对测试用燃油进行规范。
对于循环测试结果处理，通过对循环过程中各 测试点燃油消耗量进行积分，获得循环燃油消耗量。结合
燃油密度、模拟行驶里程等参量，计算出模拟循 环燃油消耗率，如对同一润滑油进行多次重复性测 试，需考察测试标准差以评估测试结果可靠性。
2验证及结果
本阶段采用上述测试方法进行同一润滑油测试 结果的重复性、与整车关联性情况，以及不同润滑油 对发动机燃油经济性影响可区分性验证工作。
其中测试结果重复性以及与整车关联性情况验 证，采用同一润滑油进行5次重复性测试，考察测试 边界条件一致性、测试结果重复性状况，并结合试验 燃油密度、循环模拟行驶里程计算出循环燃油消耗 率，对比整车燃油消耗率测试结果，考察台架测试结 果与整车关联性情况。
不同润滑油对发动机燃油经济性影响可区分性验证工作，分别采用润滑油R及润滑油A进行台架 模拟整车W L T C循环测试，测试顺序为R/A/R，通 过A测试结果与R测试结果均值对比，考察两者测 试结果差异。
其中，整车W LT C循环测试已提前完成，并获得 所需控制参数及测试结果。所选用润滑油为R，燃 油与台架测试一致。
2.1测试对象及设备
测试用润滑油选取如表1所示。
表1测试润滑油
验证阶段润滑油编号 黏度级别
重复性及与整车关联性验证K5W-30
可区分性验证H5W-30
可区分性验证A0W-20
可区分性验证R5W-30
测试用发动机为某款1.5 T G D I发动机，该发动机属国V I系列发动机，排量为1.5 L，额定功率为 124 k W，具体参数见表2，发动机在台架试验室状态如图2所示。
表2台架试验用发动机
项目参数
型号
进气形式增压中冷
气缸排列形式直列
排量/L 1.5
最大功率/kW124
最大功率转速/r•min-15000
供油形式缸内直喷
气缸数4
每缸气门数4
排放水平国V I
最大扭矩/Nm265
最大扭矩转速/r•mi n-丨1700 - 4000
图2发动机台架试验室状态
第2期
贾旭岩等.车用润滑油燃油经济性评价方法开发
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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
时间/s
图5油底壳润滑油温度曲线
2500
20001500
1000500
300250200—整车曲线—测试3
_测试1 一测试4—测试2
—测试5
50
!150
畜100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
时间/s
图6
冷却液温度曲线
图3 ~图6中整车曲线是指整车W L T C
循环
测试时E C U 相关输出参量，对比模拟测试曲线与 整车测试曲线变化情况可知，在发动机台架 W L T C 模拟循环测试中，发动机转速、油底壳润滑 油温度、冷却水温与整车测试目标曲线基本一 致，台架模拟循环测试中发动机能够复现其在整 车测试时工作状态。
5次重复性测试时，发动机转速、扭矩瞬态响 应及重复性测试一致性较好；各测试点油底壳机 油温度变化趋势一致，最大重复性差异不超过 ±2.5丈；冷却液温度变化趋势一致，且各测试点 温度最大重复差异不超过±2.5 t 。发动机台架 试验室测控设备动态响应及控制精度满足模拟 测试需求。
发动机油2.2.2 测试结果一致性及与整车关联性
表4为
R
润滑油进行5次重复性测试燃油消耗
量结果，由表4可知，在5次重复性测试中，台架模
拟循环测试燃油消耗量相对标准差不超过〇. 1% , 测试结果重复性情况满足润滑油对燃油经济性差异 区分需求。
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
时间/s 图3
发动机转速一致性
|
|
|
|
I
I
I
I
I
I
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
时间/s
图4发动机扭矩一致性
整车循环测试车辆：搭载上述发动机的某款B
级乘用车，车辆已运行里程为10231 k m ，且车辆状 态稳定。
发动机台架测试中各参量控制（测试）方式及 涉及到试验设备如表3所示。
表3
台架测试设备
控制（测试）内容控制设备发动机转速、扭矩电力测功机油底壳润滑油温度机油恒温系统冷却液温度冷却液恒温控制系统
进气温度、湿度进气空调燃油消耗量恒温燃油消耗测量仪
环境温度
全室空调
2.2重复性及与整车一致性验证
2.2.1边界条件一致性
图3 ~图6为5次重复性测试中边界条件控制 情况。
3500 r —整车曲线-测试3 3000 —测试1 —测试4—测试2 —测试5
A
8
000000000 987654321
1
j
红
一丨f 日
备讲
C T ^O
o o o o o o o o o o
210
987654321
13b /
趟
璉袅蛱褽姬蜓活
38润滑油2021 年第 36#
表4 R燃油消耗率测试结果
循环阶段
测试序号-
低速/g中速/g高速/g超高速/g
循环燃油消耗量/g循环燃油消耗量相对标准差"/%测试一218.81246.89316.86432.491215.050.07
测试二220.23245.86317.29431.311214.690.07
测试三220.49245.70315.86432.811214.860.07
测试四221.87245.31315.96431.761214.900.07
测试五219.13245.81316.19431.871213.000.07
注：1)循环燃油消耗量相对标准差=循环燃油消耗量标准差/循环燃油消耗量均值x100% _
基于R润滑油测试结果均值，燃油密度以及所 架模拟整车W L T C循环测试结果与整车W L T C循环模拟行驶里程，计算出循环燃油消耗率，台架循环燃 测试结果均值相差为〇.07 17100 k m，两者有强关联油消耗率与整车测试结果对比情况如表5所示，台性。
表5台架测试结果与整车测试结果比较
项目循环燃油消耗量/g燃油密度/kg • 1n-3模拟行驶里程/km循环燃油消耗率/L ■(100 km)台架测试1214.5073023.277. 150
整车测试7.22注：整车测试结果为3次重复性测试均值.
2.3 可区分性验证
分别应用R润滑油与A润滑油进行台架模拟 整车W L T C循环测试，测试顺序为R1/A/R2，每样 品均进行5次重复性测试，测试结果如表6所示，其 中R1结果为重复性验证工作中R测试结果。
由数据可知，每种润滑油进行5次重复性测试，测试结果相对标准差未超过0. 1%，且R润滑油两 次测试均值相差不超过〇.05%，测试系统稳定，且具有较高的重复性水平。
如图7所示，本次验证中，相对于R润滑油，应 用A润滑油进行台架模拟W L T C循环测试时，燃油 消耗量降低〇.38%，燃油消耗量的降低主要体现在 低速阶段，其他车速区间未有明显区别。W L T C循 环测试中，低速区间段温度较低，而A润滑油低温黏 度较参比油小，造成摩擦阻力相对较小，燃油消耗量 降低。
表6可区分性验证结果
样品信息-
低速/g中速/g 循环阶段
高速/g超高速/g
循环燃油
消耗量/g
循环燃油消耗量
相对标准差/%
燃油消耗率
差异百分比/%
R1220.11245.91316.43432.051214.500.07-0.38 A216.26244.92316.30432.171209.650.08-0.38 H2222.01244.89315.70431.381213.980.08-0.38
注：循环燃油消耗量相对标准差=循环燃油消耗量标准差/循环燃油消耗量均值x100%。
燃油消耗率差异百分比=(A循环燃油消耗量-K循环燃油消耗量均值)/R循环燃油消耗量均值x100%。
1220「
1218 -
-5?1216 -
_
涊 1214 -
t C E C
麵1212_
| 121〇 -
1208 -
1206 -
R1A
样品信息图7可区分性验证结果R2
综合上述分析，本评价方法从测试结果的重复 性、不同润滑油间结果的可区分性、台架测试结果
与整车关联性的角度看，满足不同润滑油对发动机
燃油经济性影响评估需求，可直接服务于整车制造
企业的初装油选型及润滑油和添加剂公司的产品
研发。
3结论
(1)发动机台架模拟W L T C循环测试方法边界
条件可控，能够复现整车W L T C循环测试时发动机
工作状态。
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