汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素的探究

【摘? 要】隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車擁有量急劇增加，能源短缺開始逐漸顯現(xiàn)，燃料經(jīng)濟(jì)成為國際關(guān)注的熱點(diǎn)之一。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車擁有量急劇增加，能源短缺開始逐漸顯現(xiàn)，燃料經(jīng)濟(jì)成為國際關(guān)注的熱點(diǎn)之一。研究表明，只有40%的燃料燃燒能源有效地為發(fā)動(dòng)機(jī)供電，60%的能量損失是由于氣瓶冷卻和排放廢氣造成的;并且在機(jī)械零件的摩擦中損失了25%的有效功率。這表明減少摩擦損失是提高燃油經(jīng)濟(jì)性的有效途徑。現(xiàn)就主要針對發(fā)動(dòng)機(jī)油燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素展開深入研究討論。

【關(guān)鍵詞】發(fā)動(dòng)機(jī);燃油;經(jīng)濟(jì)

引言

乙醇越來越普遍，被用作汽車的替代燃料，這對緩解能源危機(jī)和減少排放污染具有戰(zhàn)略重要性。與此同時(shí)，隨著全球石油儲(chǔ)備的減少和國際市場油價(jià)的持續(xù)飆升，世界各地的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商、研究人員和用戶對其經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)越來越感興趣。由于燃料的物理化學(xué)特性不同，原發(fā)動(dòng)機(jī)上乙醇的使用，如果通過桌面試驗(yàn)研究發(fā)動(dòng)機(jī)性能，不僅成本高，而且用數(shù)字模擬技術(shù)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程也需要很長時(shí)間。

1.燃油經(jīng)濟(jì)性測試方法

無論是在實(shí)驗(yàn)室還是在使用中，商業(yè)車輛的燃料效率測試都很困難。早在1981年，SAE就已經(jīng)發(fā)布了一項(xiàng)測試燃油經(jīng)濟(jì)性的道路試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)SAE J1321。這是一種在實(shí)際道路上行駛的實(shí)際車輛的試驗(yàn)方法，以及試驗(yàn)條件（車輛、天氣、道路、交通等）。在測試過程中受到嚴(yán)格控制。通過收集燃料消耗等其他數(shù)據(jù)，分析計(jì)量石油產(chǎn)品的燃料經(jīng)濟(jì)性。日本利用hino 4c發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)來評估燃油經(jīng)濟(jì)性，這是一種共30個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)周期的穩(wěn)定狀態(tài)試驗(yàn)，用于監(jiān)測兩個(gè)油溫，油溫包含60 c和90 c兩個(gè)水平，可以評估新舊油的燃油經(jīng)濟(jì)性。

沃爾沃卡車在其潤滑油規(guī)格中增加了潤滑油對燃油經(jīng)濟(jì)性的貢獻(xiàn)，并建立了沃爾沃D12D燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)流程。沃爾沃D12D燃料經(jīng)濟(jì)試驗(yàn)利用13種運(yùn)行模式的歐洲穩(wěn)定周期（ESC）測量各種運(yùn)行條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗。為了衡量實(shí)際燃料節(jié)約情況，沃爾沃為歐洲13個(gè)穩(wěn)定周期模型制定了兩個(gè)不同的權(quán)重，即長途公路和圍欄條件。在歐洲13種永久循環(huán)模式的定義中，其中發(fā)動(dòng)機(jī)速度定義為減速速度、最大轉(zhuǎn)矩速度、最大功率速度以及最大轉(zhuǎn)矩和最大功率點(diǎn)之間的電機(jī)速度。馬達(dá)負(fù)載設(shè)定為減速狀態(tài)的0%，其余點(diǎn)為指定馬達(dá)轉(zhuǎn)速下的25%、50%、75%和100%。

有學(xué)者針對速度與負(fù)載順序進(jìn)行了深入研究，將速度與負(fù)載順序之間的關(guān)系生動(dòng)形象體現(xiàn)出來，比較了13種模式下基準(zhǔn)油和候選油的結(jié)果。在這13種模式中，基準(zhǔn)油和候選油運(yùn)行5次，平均計(jì)量2至5次決定每種模式的燃料消耗。這些數(shù)字乘以沃爾沃特有的加權(quán)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了總體燃料節(jié)約的加權(quán)。

2.發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素分析

2.1添加劑的影響

添加劑對發(fā)動(dòng)機(jī)油來說是其非常重要的組成部分，添加劑的種類和含量對機(jī)油的性能發(fā)揮有著直接影響。由于摩擦行為是影響燃料經(jīng)濟(jì)的一個(gè)直接因素，為了更好地了解添加劑的摩擦效應(yīng)，研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)研究，評估三種最重要的添加劑，即分散劑、凈化器和磨料，以研究它們對摩擦的影響。從上述三類添加劑中選擇了一些常用添加劑，摩擦系數(shù)是使用高頻相互測試裝置測量的。結(jié)果顯示了相同附件之間摩擦行為的差異。第二個(gè)結(jié)論是添加劑的摩擦特性和溫度相互關(guān)聯(lián)，表明添加劑的表面化學(xué)特性可能影響摩擦。

不同分散劑對摩擦的影響研究以不同溫度下各個(gè)實(shí)驗(yàn)油的摩擦系數(shù)為基礎(chǔ)，試驗(yàn)以頻率為不變的系數(shù)。其中，參考組（基線）的公式是無色散的全配方油，其馀的公式是分別根據(jù)基線添加色散a、b、c、d、e。摩擦行為的變化是顯而易見的。分散劑b在任何溫度下增大摩擦系數(shù)，分散劑a、c、d、e降低低溫摩擦系數(shù)，分散劑a、c、d、e將摩擦系數(shù)提高到80 c以上。應(yīng)注意的是，分散劑e在溫度超過120時(shí)減小摩擦系數(shù)高溫下，分散劑與第二代硫磷酸鋅融合產(chǎn)生所產(chǎn)生的化學(xué)作用，是摩擦的主要影響因素。

不同的清凈劑對摩擦也會(huì)產(chǎn)生不同的影響，由此可見，清凈劑也是摩擦非常重要的影響因素之一。有學(xué)者專門針對清凈劑對摩擦的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)大部分清凈劑和基線都相差的比較近，這也正說明了在測試條件下，清凈劑對摩擦的影響可以說是微乎其微。而在研究過程中顯示，有些清凈劑對在試驗(yàn)的全過程中對摩擦的影響都是增加的，而有些分散劑在試驗(yàn)全過程中對摩擦的影響確實(shí)降低的。

針對抗磨劑對摩擦的影響研究，選擇了三種不同類型的第二代硫磷酸鋅與無磨料基體進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)表明，活化溫度較低的防污劑a和b在低溫下處于活躍狀態(tài)，可形成耐蝕膜層，從而增加摩擦。隨著溫度的升高，薄膜變得更加均勻和平滑，從而降低了相對于基準(zhǔn)線的摩擦系數(shù)。使用一半磨料a的配方組顯示類似的結(jié)果，但低溫摩擦系數(shù)也很低，接近基本溫度。磨料c具有較高的活化溫度，在低溫下不會(huì)干擾摩擦之間的接觸，但隨著溫度升高，防磨層開始形成，摩擦增加，溫度不足以形成完整的防磨層，最終的摩擦系數(shù)將會(huì)降低。

2.2黏度的影響

內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中軸承承受高沖擊載荷，軸承發(fā)動(dòng)機(jī)油膜溫度為140 ～ 160℃，被高速率約106 s-1切斷。如果不保持油膜的強(qiáng)度，往往會(huì)造成軸承的各種缺陷，甚至在嚴(yán)重的情況下可能會(huì)造成油炸。HTHS粘度一般被認(rèn)為是缸套活塞組和連桿軸承區(qū)多級機(jī)油的實(shí)際粘度，對發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性有很大影響。

運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度是測量發(fā)動(dòng)機(jī)油膜強(qiáng)度和流動(dòng)性的重要指標(biāo)之一，可以反映油品中的摩擦強(qiáng)度。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油運(yùn)動(dòng)粘度越大，油膜強(qiáng)度越高，粘度越好，但流動(dòng)性越差，摩擦阻力越大，油耗越大;反之，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的運(yùn)動(dòng)粘度越小，其流動(dòng)性越好，摩擦阻力越小，從而減少油耗，但運(yùn)動(dòng)粘度過低可能導(dǎo)致磨損增加。

2.3基礎(chǔ)油的影響

Igarashi等人研究了不同類型的基礎(chǔ)油對燃料經(jīng)濟(jì)的影響。結(jié)果表明，在同樣的運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度和高溫剪切粘度較高的情況下，氫精煉基礎(chǔ)油的平均燃料效率比溶劑精煉基礎(chǔ)油的平均效率高出約0.8%。粘度指數(shù)高的API III型基礎(chǔ)油和ii型合成基礎(chǔ)油均高于APLL和II型基礎(chǔ)油的能效。此外，許多研究人員發(fā)現(xiàn)，對于具有相同hth粘度的油來說，提高其粘度指數(shù)可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性。這主要是因?yàn)檎扯戎笖?shù)的提高可以減少軸承的摩擦，從而減少能量損失并提高燃料效率。

2.4溫度的影響

徐金山運(yùn)用回歸試驗(yàn)分析方法研究了冷卻水和潤滑油溫度對柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。結(jié)果表明，冷卻水和潤滑油溫度對柴油機(jī)油耗影響很大，當(dāng)柴油機(jī)在低速、局部負(fù)荷、冷卻水和潤滑油溫度下運(yùn)行時(shí)影響更大。吳張輝研究了起動(dòng)階段溫度對燃油經(jīng)濟(jì)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油溫度的升高，整個(gè)車輛的整體燃料消耗直線下降，溫度從22.7 c下降到27.4 c，整體燃料消耗下降2.33%。

3.結(jié)語

通過本文對發(fā)動(dòng)機(jī)油燃油經(jīng)濟(jì)性影響因素分析，得出以下結(jié)論：其一，提高燃料效率需要使用摩擦增強(qiáng)劑，而添加劑包的其他組成部分必須是能夠優(yōu)化摩擦的公式。其二，10w-30和5w-30柴油的燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于5w-40、10w-40和15w-40。高溫剪切粘度高與燃油經(jīng)濟(jì)性呈線性關(guān)系。其三，高粘度的API III型基礎(chǔ)油和II型合成基礎(chǔ)油比I型和II型基礎(chǔ)油具有更高的燃料成本效益。其四，潤滑油溫度也對燃油經(jīng)濟(jì)有一定影響。

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作者簡介：李建芳（1975.12-），男，漢族，河北保定人，本科，中級工程師，研究方向?yàn)檐囕v工程。