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    1. 重慶中科盛弘科技集團有限公司

      發動機油粘度和摩擦改進劑對燃油經濟性的影響

      來源: 發布時間:2020/9/15 16:53:54 閱讀:次 【字體:

      環境(自然資源、空氣污染與全球變暖)和經濟問題使燃油經濟性(FE)對于發動機制造商和機油生產商而言都是重要的問題。近年來,國際潤滑油標準化與認可委員會(ILSAC)采用ASTM程序試驗來規定轎車發動機油的最低燃油經濟性標準。

      研究人員研究了發動機油對燃油經濟性的影響。FE性能的下降與ZDDP和MoDTC添加劑的消耗有關,而氮氧化物和高溫加速了這種消耗。需要仔細選擇添加劑,以優化新油的FE性能和老化過程中減摩持久性。

      潤滑劑的流變性能(特別是HTHS粘度)和邊界摩擦系數對FE的影響較大。MoDTC摩擦改進劑不僅可以通過表面膜的形成有效地減少摩擦,而且可以提高發動機潤滑油的整體性能,比如提高發動機機油的“穩健性”,從而使潤滑油在使用過程中保持所需的性能。

      潤滑油選樣

      采用相同的清凈分散劑和粘度指數改進劑,將四種不同粘度基礎劑(GG、EE、AA、FF)混合在一起。這四種油含有少量的摩擦改進劑,作為DI/VII 包的一部分。油DD與不同的DI/VII添加劑包混合,不含摩擦改進劑。BB和CC的油與DD相同,但摻入了兩種不同的摩擦改進劑(BB的MoDTC型Mo-1,CC的有機型FM-2),以研究摩擦對節省燃油的改進。潤滑油HH與潤滑油BB具有相同的粘度等級和添加劑,但與不同的基礎油(I和III組的混合物(高度精制,高VI)混合)。

      車輛

      燃油經濟性

      標準 EPA FE,車輛測功機測試,以量化車輛的燃油消耗。測試是根據模擬城市和高速公路行駛的FTP(聯邦測試程序)時間表進行的。將燃油經濟性結果稱為 FTP23,HWFET(高速公路駕駛循環)和COMFE(城市和高速公路的55/45 部分的 FTP 綜合加權平均值進行測試。)測試的FTP23部分包括23個周期;前五個循環(CY1-5)表示冷過渡部分,接下來的十三個循環(CY6-18)構成城市行駛時間表的穩定部分;最后五個循環(CY19-23),是在循環18完成之后并在10分鐘的熱浸之后運行的,它們是循環1-5的重復,并構成FTP2 的熱瞬態部分。

      結果與討論

      發動機/機油組合的燃油經濟性數據:燃油經濟性隨著里程的增加而增加。

      如圖2到圖5所示,車輛的燃油經濟性(從BC數據中觀察到)隨著里程而增加。在每輛車啟動FTP測試之后的 1000-2000 英里內,燃油經濟性急劇增長,隨后隨著里程數的降低,燃油經濟性緩慢提高。在開始測試或經過長時間休息后,在影響燃油經濟性的所有車輛和儀表參數的影響穩定(和優化)之前,有一段時間(涉及多次FTP重復測試)需要進行磨合過程。

      圖6到圖9分別表示了 3.1L、3.8L、2.3L 和 5.7L 車輛FTP試驗各部分的FE的試驗油效應。

      粘度效應

      圖10描述了油 HTHS(150°C 時)粘度對COMFE的影響。對于三臺發動機(3.1 升、3.8 升、2.3 升),燃油經濟性隨著所研究范圍內機油粘度的降低而提高。在高速公路和城市行駛計劃中,燃油經濟性隨著粘度的降低而增加,盡管在 FTP 測試的城市部分更為明顯。對于至少兩臺發動機(2.3 升和 3.8 升),使用 SAE 0W-10機油(150°C時的HTHS為2.17cP),燃油經濟性仍在提高。

      摩擦改進劑效果

      摩擦改進劑對燃油經濟性的影響如圖11,適用于試驗的各個部分。除冷瞬態(CY1-5)部分(圖 12)外,摩擦改進劑改善了所有車輛和試驗所有部分(CC、 BB 和 HH 油)的燃油經濟性。除3.8L發動機外,含MoDTC摩擦改進劑的BB油比使用有機摩擦改進劑的CC油更有效。在3.8L和2.3L兩款發動機上測試了HH機油,兩款發動機的燃油經濟性都不如BB機油。在這里測試的兩種發動機相比,第三組的基礎油比第一組的傳統基礎油沒有優勢。如前面所述,在 Sequence VIA 測試中與第Ⅲ組的基礎油共混的油比與第Ⅰ組的基礎油共混的油性能提高。這種差異強調了為優化燃油經濟性,必須仔細選擇和平衡配方中包含的基礎油、DI/VII 組分和FM添加劑。

      高速公路上的燃油經濟性得益于摩擦改進劑,在所有四款發動機中,基于MoDTC 的摩擦改進劑效果比有機摩擦改進劑效果更明顯。類似地,在熱瞬態部分(CY19-23)期間使用兩種摩擦改進劑均可觀察到燃油經濟性的大幅提高。在冷態瞬態期間(CY1-5),3.1L和5.7L發動機的兩個FM的FE均減小,而其他兩個發動機(3.8L 和 2.3L)的FE則有所增加(圖 12)。當發動機在較高的溫度(約100℃)運行時,這兩種摩擦改進劑都比在較低的溫度(約 80℃)運行時更有效。

      3.1L 發動機使用低粘度機油(GG)時的燃油經濟性

      在圖13中,顯示了3.1升發動機的低粘度(SAE 0W-10)試驗油GG的FE數據,對于該油的兩個系列試驗。當連續進行FTP測試時,此發動機的燃油經 濟性會隨著時間(或里程數)而降低。這一特性可能表明,對于3.1升發動機,最佳燃油經濟性的最佳機油粘度可能等于或略高于GG油(150°C 時為2.17cP)。圖10中 3.1L發動機的COMFE數據的二次擬合表明,在約2.5cP時,HTHS(150°C)粘度的COMFE達到最大值。

      結論

      1. 三臺通用發動機的燃油經濟性隨著機油粘度的降低而增加[HTHS(在 150°C下為2.17-3.70cP(SAE 0W-10 至 10W-40)]。當發動機在較低溫度(冷啟動)下運行時,粘度的影響更為明顯。

      2. 所有測試的GM發動機都對兩種摩擦改進劑(有機基和Mo型)反應明顯。當將任何一種摩擦改進劑混入機油中時,燃油經濟性都會提高,并且這種增長在高速公路上比FTP測試中的城市駕駛部分更為明顯。當發動機在較高溫度下運行時,MoDTC摩擦改進劑更有效。

      3. 研究發現 III 類基礎油(高精煉、高 VI 的礦物油)優于其他類型的基礎油。對油中二烷基二硫代磷酸鋅抗磨添加劑的含量和種類均敏感。ZDDP的分子量越低,對FE的影響越大。還觀察了MoDTC摩擦改進劑與ZDDP之間的相互作用。老化機油燃油效率的降低主要是由于粘度損失和氧化所致。

      4. 在 MoDTC(二硫代氨基甲酸鉬)摩擦改進劑耗盡之前,舊的機油就失去了其減摩能力;這表明了添加劑相互作用的重要性。含鉬摩擦改進劑會與ZDDP發生反應,反應產物對發動機油的減摩性能有很大影響。相互作用的程度高度依賴于基礎油的類型、溫度和油中的其他添加劑。

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