文章编号：１００６－８２４４（２０２０）０４－０１９－
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｌｏｗ Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ
Ｏｉｌ ｏｎ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｇａｓｏｌｉｎｅ Ｅｎｇｉｎｅ宁李谱 丁月蕾
（泛亚汽车技术中心有限公司，上海２０１２０８
）Ｎｉｎｇ Ｌｉｐｕ Ｄｉｎｇ
Ｙｕｅｌｅｉ（Ｐａｎ Ａｓｉａ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｃｅｎｔｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇ
ｈａｉ ２０１２０８）［摘要］为了研究低黏度机油对汽油发动机燃油摩擦性能的影响，选用四种低黏度０Ｗ－２０机油和参比油５Ｗ－３０，
分别进行了摩擦磨损试验和发动机倒拖台架对比试验。试验结果表明，与参比油相比，使用低黏度机油
时发动机的摩擦损失降低５％～７％，而在四种低黏度机油中，减摩效果最好的机油，在整车油耗测试中，节油率约为１．５％。
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌｏｗ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ
ｏｉｌ ｏｎ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｇａｓｏｌｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅ，ｆｏｕｒ ｌｏｗ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｉｌｓ ０Ｗ－２０ａｎｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｏｉｌ ５Ｗ－３０ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｅａｒ ｔｅｓｔｓ，ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｔｏｒｉｎｇ
ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｔｅｓｔｓ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｖｉｓ－ｃｏｓｉｔｙ ｏｉｌ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ５％～７％ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｏｉｌ，ａｎｄ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｌｏｗ ｖｉｓ－ｃｏｓｉｔｙ ｏｉｌ，ｔｈｅ ｏｉｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｆｕｅｌ ｓａｖｉｎｇ ｒａｔｅ ｉｓ ａｂｏｕｔ １．５％ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｉｓ
ｔｅｓｔｅｄ． 关键词：
汽油机 机油 低黏度 摩擦 Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ｇａｓｏｌｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅ ｏｉｌ ｌｏｗ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｆｒｉｃｔｉｏｎ 中图分类号：
Ｕ４７３．７ 文献标识码：Ａ作者简介：宁李谱，男，博士，主要研究方向：内燃机低摩擦技术。Ｅｍａｉｌ：ｌｉｐｕ＿ｎｉｎｇ
＠ｐａｔａｃ．ｃｏｍ．ｃｎ０ 引言
随着排放法规和油耗限制要求的日益严格，节能减排成为汽车工业发展的主要推动力。为了降低乘用车的燃油消耗，
高效燃烧、高压喷油等技术以及许多低摩擦技术的应用已经为整车油耗的改进做出重要贡献，而研发设计人员还希望借助使用节能效果更好的发动机油进一步提升燃油经
济性［
１－
４］。通常，发动机在运行过程中，不同的摩擦副可能处于不同的润滑状态，
为了满足发动机的使用要求，同时确保发动机拥有可靠的耐久性能，需要综合考虑润滑油的黏度特性与摩擦特性。综合性能好的润滑油有助于摩擦副表面形成润滑油膜，改善润滑状态，
提升汽油机油的燃油经济性。不同黏度级别的机油在不同的发动机上会有不同的摩擦损
失和燃油消耗表现［
５－
７］。近些年，已有众多汽车ＯＥＭ开始广泛使用黏度级别为０Ｗ－２０的机油，
甚至研发出更低黏度级别的机油，
例如日本，已开始使用０Ｗ－１６级别和０Ｗ－８级别的机油。随着发动机技术和油品技术的进步，
会有越来越多的高性能、低油耗表现的机油被开发出来，可以为各个汽
车ＯＥＭ提供更多、
更好的选择［８－
９］。本文调配了四个０Ｗ－２０黏度级别的机油，借助摩擦磨损试验机和发动机台架，
考察并对比四个０Ｗ－２０机油对汽油发动机摩擦性能的影响。
１ 试验用油
本文使用的参比为５Ｗ－３０，将黏度相对较低的０Ｗ－２０定义为低黏度机油，
试验用油的典型理化数据见表１所示。
—
９１—第３４卷第４期２０２０年１２月传 动 技 术
ＤＲＩＶＥ
ＳＹＳＴＥＭ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＶｏｌ．３４ Ｎｏ．４
Ｎｏｖｅｍｂｅｒ
２０２０
表１ 试验用油的典型理化数据
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｙｐｉｃａｌ ｐｈｙ
ｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｄａｔａ ｏｆ ｔｅｓｔ ｏｉｌｓ试验油品黏度级别ＫＶ４０
（ｍｍ２／ｓ）ＫＶ１００
（ｍｍ２／ｓ）ＶＩＨＴＨＳ
（ｍＰａ·ｓ）Ｍｏ
（ｐｐｍ）１
５Ｗ－３０
６１．１ １０．６ １２９ ２．９ ４９ＬＶ１ ０Ｗ－２
０
３５．４ ７．９５ ２０７ ２．６ ４１６ＬＶ２ ０Ｗ－２０ ４２．３ ８．１４ １６
４ ２．６ ４７７ＬＶ３ ０Ｗ－２０ ４３．３ ８．２６ １６９ ２．６ ７２９ＬＶ４ ０Ｗ－２０
４０．１
８．１９
１８２
２．６
８０
２ 试验设备
２．１ 往复式摩擦磨损试验机
往复式摩擦磨损试验机可以对机油在发动机某个摩擦副上的摩擦磨损特性进行测试，台架如图１所示。本文考察了发动机缸套－活塞环摩擦副的摩擦磨损情况，通过对比摩擦系数，分析几种试验机油的润滑效果。
图１ 往复式摩擦磨损试验台架
Ｆｉｇ．１ Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ
ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｅａｒ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ图２ 发动机倒拖测试台架Ｆｉｇ．２ Ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｔｏｒｉｎｇ
ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ２．２ 发动机倒拖台架
试验使用的发动机为泛亚自主开发的１．０Ｌ涡轮增压汽油机，发动机主要性能参数见表２。发动
机通过扭矩法兰与测功机连接，
在不点火的状态下用电机倒拖发动机测试不同工况下的摩擦扭矩值。发动机倒拖测试台架如图２所示。
表２ 发动机主要性能参数
Ｔａｂｌｅ ２ Ｍａｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐ
ａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ项目参数排量（ｍＬ）９９９
型式
Ｌ３，ＤＯＨＣ，Ｄ－ＶＶＴ，４气门，
液压挺柱最大额定功率ｋＷ（ｒ／ｍｉｎ）９２（５，６００）最大扭矩Ｎ·ｍ（ｒ／ｍｉｎ
）１７０（２，０００～４，０００）机油０Ｗ－２０／５Ｗ－３０燃油
９２号或以上无铅汽油
３ 结果与讨论
３．１ 摩擦磨损试验
往复摩擦磨损试验的模拟试验条件为：冲程７ｍｍ，频率５Ｈｚ，载荷４００Ｎ，温度１００°Ｃ和活塞环材料ＳＰ－２钢，表面为ＤＬＣ涂层，维氏硬度５１０～５５０，缸体材料为铝合金，缸套的材质为ＨＴ２５０。用摩擦磨损试验对参比油５Ｗ－３０和四种试验油０Ｗ－２０，ＬＶ１、ＬＶ２、ＬＶ３、ＬＶ４分别进行测试，试验时间１５ｍｉｎ，保证机油供应，确保摩擦副在流体润滑状态。摩擦系数的结果见表３。
表３ 摩擦系数测量结果
Ｔａｂｌｅ ３ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ试验油品
黏度级别摩擦系数１ ５Ｗ－３０ ０．０３５ＬＶ１ ０Ｗ－２０ ０．０２９ＬＶ２ ０Ｗ－２０ ０．０３３ＬＶ３ ０Ｗ－２０ ０．０３４ＬＶ４
０Ｗ－２０
０．０３４
从表３的结果可以看出，
在降低摩擦系数方面，ＬＶ１机油表现较好，表明ＬＶ１机油具有较好的减摩效果和润滑性能。这是因为ＬＶ１的黏度指数较大（参见表１），表示机油黏度受温度的影响较以及１００°Ｃ运动黏度相对较低（参见表１）的缘故。说明黏度稳定性好，１００°Ｃ运动黏度较低的机油更有利
于降低摩擦系数。３．２ 发动机倒拖试验
在发动机倒拖台架上对参比油、ＬＶ１机油、ＬＶ２机油、ＬＶ３机油和ＬＶ４机油分别进行倒拖摩擦扭矩测试，
考察测试不同类型低黏度机油的摩擦—
０２—
性能。在测试时，设定温度和转速，测试参比油５Ｗ－３０的摩擦扭矩（摩擦扭矩Ｆ１），然后用试验油（分别为ＬＶ１、ＬＶ２、ＬＶ３和ＬＶ４）进行冲洗，并在相同工况下测定每种试验油的摩擦扭矩，最后再测试参比油５Ｗ－３０的摩擦扭矩（摩擦扭矩Ｆ２），保证Ｆ１和Ｆ２数据稳定，
不能有太大差别，否则就需要重新测试上述试验过程。取参比油摩擦扭矩Ｆ１和摩擦扭矩Ｆ２的平均值与试验油的摩擦扭矩值进行对比，计算出两者的扭矩差（差＝参比油摩擦扭矩的平均值－试验油的摩擦扭矩），同时减小比例也可以计算出来。最后用ＮＥＤＣ（Ｎｅｗ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｃｙ－ｃｌｅ
）模拟循环测试温度和转速数据对摩擦扭矩结果进行修正，即可计算出ＬＶ１机油、ＬＶ２机油、ＬＶ３机油和ＬＶ４机油对应的摩擦扭矩减小百分比。按照上述方法分别测试了ＬＶ１机油，ＬＶ２机油，ＬＶ３机油和ＬＶ４机油的摩擦扭矩，并计算得到不同温度和不同发动机转速下参比油与试验油的摩擦扭矩减小比例，如图３～图５所示
。
图３ ６０°Ｃ摩擦扭矩减小比例对比
Ｆｉｇ．３ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｔｏｒｑ
ｕｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｔ６０°
Ｃ
图４ ８０°Ｃ摩擦扭矩减小比例对比
Ｆｉｇ．４ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｔｏｒｑ
ｕｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｔ８０°
Ｃ
图５ １００°Ｃ摩擦扭矩减小比例对比
Ｆｉｇ．５ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｔｏｒｑ
ｕｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｔ１００°Ｃ
摩擦扭矩减小比例越大，
说明试验油在降低发动机摩擦扭矩的能力越强，对应的燃油经济性也越好。从图３～图５的试验结果可以看出，ＬＶｌ机油的减摩能力较突出，特别是中低温低速工况下和高温高速工况下降低扭矩比较明显，
在中低温低速工况下，说明机油中的一定量的Ｍｏ还是对减摩有一定帮助的，但是要和黏度特性综合考虑。在高温高速工况下，
油品之间的黏度差异也相应减小，此时ＫＶ１００占主导作用［１
０－
１１］。 根据整车在进行Ｎ
ＥＤＣ循环试验的实测数据大致分布情况，确定了ＮＥＤＣ循环试验的工况条件，即：机油温度分别为６０°Ｃ，８０°Ｃ和１００°Ｃ；发动机转速分别为８００ｒ／ｍｉｎ，１，０００ｒ／ｍｉｎ，１，２００ｒ／ｍｉｎ，１，６００ｒ／ｍｉｎ，２，０００ｒ／ｍｉｎ，２，４００ｒ／ｍｉｎ和２，８００ｒ／ｍｉｎ。通过模拟计算，将倒拖摩擦扭矩减小比例转化为ＮＥＤＣ循环试验节油比例，
分别得到参比油，ＬＶｌ机油，ＬＶ２机油，ＬＶ３机油和ＬＶ４机油的ＮＥＤＣ循环模拟结果，
见表４。表４ 发动机主要性能参数
Ｔａｂｌｅ ４ Ｍａｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐ
ａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ验油ＮＥＤＣ工况下摩擦扭矩减小比例
ＬＶｌ ６．７％ＬＶ２ ５．８％ＬＶ３ ５．３％ＬＶ４
５．２％
从表４的结果看，
ＬＶｌ机油的减摩能力较好，对应的燃油经济性也会较好。ＬＶ１机油的１００°Ｃ运动黏度较小，ＶＩ黏度指数较高（１００°Ｃ运动黏度为
７．９５ｍｍ２
／ｓ，ＶＩ为２０７，
参见表１），在高温高剪切黏度相同的条件下，调配的ＬＶｌ机油的１００°Ｃ运动黏度较小，
更有利于提高燃油经济性。通过几种低黏—
１２—
度０Ｗ２０机油的摩擦扭矩测量结果，筛选出调配的ＬＶｌ机油为适合本机型的低黏度机油，在ＩＳＰ的整车转毂台架上进行了油耗测试，并和参比油５Ｗ３０的油耗数据进行对比，ＬＶｌ机油相对于参比
油５Ｗ３０节油效果大约为１．５％，结果如表５所示。
表５ 整车油耗测试结果
Ｔａｂｌｅ ５ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｔｅｓｔ
试验油整车油耗测试结果Ｌ／１００ｋｍ
参比油５Ｗ３０ ６．４７
ＬＶｌ ６．３７
４ 结论
（１）低黏度机油０Ｗ２０具有一定的节油效果，在摩擦磨损试验和发动机倒拖台架上都有降低摩擦的效果，减摩效果最好的一款０Ｗ２０机油在整车ＮＥＤＣ油耗测试中，节油效果约为１．５％；
（２）不同类型的０Ｗ２０机油，１００°Ｃ运动黏度越小，同时含有一定量的Ｍｏ，节油效果越明显；
低黏度机油的适用性和耐久性还需进行低黏度机油发动机台架耐久测试、整车耐久试验和机油消耗试验
等测试，并在试验后对发动机进行拆解，对摩擦副的摩擦状态进行评价。本文的研究成果为低黏度机油在发动机上的运用提供了支持和帮助。
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