低黏度变速器油对整车油耗和变速器可靠性的影响

冯小兰，翟洪军

(浙江吉利汽车研究院有限公司，浙江宁波 315000)

0 引言

随着全球越来越严峻的环境形势，国家相继发布了各类车辆的油耗限制法规，各大汽车厂也越来越重视节能和环保问题。据有关资料介绍，在汽车中运动部件的摩擦磨损所消耗功率占全部功率的30%左右[1]，通过改善润滑条件降低摩擦效率成为提高燃油经济性的主要途径。

对于手动变速器，选用低黏度变速器油可以提高燃油经济性。手动变速器主要依靠齿轮之间的相互传递来输出动力，齿轮工作面之间动力的传递是依靠每对啮合齿面相互作用和运动来完成的。为降低齿面之间的摩擦力和齿轮的磨损，通过润滑油在齿面之间形成油膜将齿面隔开。变速器油在变速器工作过程中主要有以下几个方面的作用：降低齿轮传动副之间的磨损；降低齿轮摩擦造成的功率损失；带走变速器因相对运动产生的热量；防止齿轮的腐蚀和生锈；减少噪声，降低齿轮接触传动产生的冲击和振动；冲洗齿面带走颗粒杂质，以免杂质磨损齿面。而更换一款低黏度变速器油，有可能因润滑不良造成齿轮等零部件异常磨损、变速器油温过高、变速器NVH恶化，以及变速器漏油等问题。但低黏度变速器油在降低油耗的同时，存在高温润滑性不好，容易使齿面发生擦伤、增大磨损的风险，尤其在使用一段时间之后，很容易引发齿轮磨损轴承断裂等故障。因此，如何选择一款传动效率更高，且能够适用于变速器的低黏度变速器油，就需要经过一系列试验进行验证和判断。本文作者针对更换低黏度变速器油后可能引发的问题，进行针对性的试验，以及对过程和结果进行逐一阐述，从而判断该低黏度变速器油是否适用于该款手动变速器。

1 选用一款低黏度变速器齿轮油

首先，选定某品牌的5挡手动变速器车型。该变速器原来的齿轮油为普通变速器齿轮油(75W-90)，通过与某知名油品供应商进行多次技术讨论，决定开发一款低黏度的变速器齿轮油(75W-80)，该齿轮油需满足在节油效果明显的情况下，变速器及整车可靠性受影响。对这两种变速器油进行油样测试分析，测试结果见表1。

表1 两种变速器油的测试结果对比

通过表1可知，与普通变速器齿轮油(75W-90)相比，低黏度齿轮油(75W-80)具有良好的燃油经济性：它在40 ℃和100 ℃两种工况下的运动黏度较低，比普通齿轮油降低了约50%。随着黏度的降低，齿轮之间的摩擦阻力减小，可以提高传动效率，降低搅油损失，从而达到降低油耗的目的。

2 试验验证

2.1 综合传动效率试验

为了验证低黏度变速器油(75W-80)的节油效率，按照QC/T 568.1-2011标准进行传动效率试验：准备两台同一批次生产的性能良好的手动变速器，经过磨合后分别加注75W-90和75W-80两种黏度的油品，实验过程中保证两台变速器具有相同的油温(60±5) ℃。试验依次测定各挡位下的传动效率，得到两台变速器在各转速下的综合传动效率如图1所示。

图1 两台变速器在各转速下的综合传动效率

通过计算可知，加注两种黏度变速器油的综合效率分别为97.13%和97.24%。在外界调节完全一致的情况下，低黏度变速器油(75W-80)比75W-90的齿轮油传动效率提高了0.1%，75W-80对整车油耗有贡献。

2.2 整车100 km油耗试验

为了进一步验证75W-80对整车油耗的贡献量，对同一品牌、同一型号的同一辆车，分别加注两种不同黏度等级的变速器油，采用多次测量取平均值的方法，用NEDC循环法测试整车100 km油耗。测量结果见图2。

图2 加注两种不同黏度等级的变速器油的整车油耗

由图2可知，75W-90的100 km油耗为7.30 L，75W-80的100 km油耗为7.20 L。即低黏度变速器油(75W-80)约降低整车100 km油耗的1.3%，具有良好的燃油经济性。

经过以上变速器传动效率试验和整车油耗试验的验证，新开发的低黏度变速器油(75W-80)能够显著降低整车油耗，但是否影响变速器可靠性，需要通过变速器疲劳寿命和温升试验进行验证。

2.3 变速器疲劳寿命和温升试验

首先，对变速器是否异常磨损进行试验验证。按照QC/T 568.1-2011标准进行变速器疲劳寿命试验，试验过程中无异响等故障发生。试验结束后，对变速器进行内部拆解分析，观察各个零部件状态，并测量各挡位间隙值和同步环后备量，如图3和表2所示。

图3 各零部件状态图示

表2 各挡位间隙值和同步环后备量mm

通过疲劳寿命试验结果可以看出：加注了低黏度变速器油的变速器各挡位齿轮无异常磨损，状态完好；各轴承磨损正常；各拨叉无异常磨损；输入轴、输出轴状态完好。变速器外观良好，油封无泄漏，各零部件无异常磨损，齿面无烧蚀变形等现象，各挡位间隙和同步环后背量均在合格范围之内，试验合格。

其次，对变速器是否过热进行判断。车辆运行时，变速器在工作过程中各齿轮副之间相互摩擦产生大量的热量，其中很大一部分热量需要依靠变速器油带走。因此，更换低黏度变速器油，可能出现变速器散热问题，当变速器温度超过设计最高许用油温时，会导致润滑油失效，出现齿轮烧结的风险。一般通过变速器温升试验，按照变速器容积标准加注规定容积的低黏度变速器油，在发动机的最大转速下，读取各个挡位下变速器的油液温度如表3所示。

通过试验结果可以看出：各挡位下变速器油液最高温度不大于119.6 ℃，小于低黏度变速器油75W-80的最高许用油温130 ℃，不会造成润滑油失效，试验合格。

通过以上两项试验可知，低黏度变速器油75W-80应用于手动变速器，不会因黏度的降低引起变速器可靠性问题。如需要全面了解该低黏度变速器油在变速器上的应用表现，可按照QC/T 568.1-2011标准完成所有的台架试验，以及橡胶兼容性实验和整车综合耐久试验，文中不再赘述。

表3 各个挡位下变速器的油液温度

3 结论

通过搭载变速器及整车进行低黏度变速器油对燃油经济性和可靠性的验证，可以看出：

(1)采用低黏度变速器油后，节油效果显著，变速器传动效率提升0.1%；整车100 km油耗降低1.31%。

(2)采用75W-80低黏度变速器油，相对批产的75W-90润滑油，变速器油温及各零部件磨损正常，不会出现因为黏度降低导致润滑不足的现象。

(3)通过此次更换低黏度变速器油表明，75W-80低黏度变速器油在不会影响变速器可靠性的情况下，能够显著降低整车油耗，对燃油经济性有很大的贡献，能够满足某5挡手动变速器车型的使用要求。