混动及自动启停装置发动机节能效果的研究

王 瑜，刘晓明，陈 思，鲁子善，岳珊珊，张 浩，王茜昆，张桂林，宋应金*

（1.哈尔滨商业大学，黑龙江 哈尔滨 150076；2.中石化胜利石油工程有限公司塔里木分公司，新疆 库尔勒 841600；3.哈尔滨非方科技有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000；4.黑龙江省庄禹检测科技有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000；5.哈尔滨石油学院，黑龙江 哈尔滨 150076；6.太平洋联合石油化工有限公司，北京 100101）

引言

在日益激增的环保压力下，我国积极思考汽车产业未来的发展方向[1～2]。新能源汽车种类繁多，其中，混合动力汽车被认为比传统的内燃机汽车(ICE)更节能，污染更少[3]，还能弥补现有电动汽车的不足，因此广受青睐。自动启停技术作为混合动力汽车（微混合动力）的入门级技术，具有成本低、节能减排效果显著等优点[4～5]，如果遇到交通堵塞的情况，节油效果和减排效果可以更高，具有广阔的应用前景。

由于富勒烯C60晶体独特的球形结构，其抗压能力强，润滑性能良好[6]，其特殊的球形结构在苯、甲苯等环状结构的有机溶剂中具有较好的溶解性，利于在润滑油中使用[7]。含酰胺类脂类抗磨抗氧剂的润滑油在内燃机各运动部件中能够发挥优良的减摩抗磨作用，显著提升燃油经济性，同时延长发动机寿命。

由三维雷诺方程可知：润滑油的黏度，摩擦副的相对速度等成为影响液体润滑油膜的厚度及扭矩的关键因素，摩擦、磨损主要是发生在启动停车阶段，频繁的启动和停车势必会增加发动机的磨损。此试验研究将以富勒体石墨为主剂复合另外两种抗磨剂的办法来解决启动和停车阶段的磨损问题，旨在改进磨损最大的启动和停车阶段，使静-动摩擦系数差值尽可能小，润滑的改善也能够显著降低燃料的消耗。

1 试验部分

1.1 试验设备

设备：试验发动机采用BYD487ZQA，直列四缸、水冷、双顶置凸轮轴、16 气门、四冲程、电控燃油喷射发动机，发动机具体参数见表1。

1.2 试验方法

选取含量为0.025%、0.035%、0.045%、0.055%和0.065%质量分数的富勒烯溶液，含量为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%质量分数的酰胺类脂类抗磨抗氧剂溶液；含量为0.05%的噻二唑衍生物进行两元复合、三元复合。筛选出最佳配方。并将上述三元复合配方组分添加至SN-5W/30 和SN-5W/40 中进行试验。

2 结果与讨论

2.1 富勒烯单组分抗磨效果

选取富勒烯0.025%、0.035%、0.045%、0.055%和0.065%质量分数进行试验测试，富勒烯单组分抗磨性如表2 所示。

2.2 酰胺类脂类抗磨抗氧剂单组分抗磨效果

选取酰胺类脂类抗磨抗氧剂0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%质量分数进行试验测试，酰胺类脂类抗磨抗氧剂单组分抗磨性如表3 所示。

2.3 0.035%、0.045%、0.055%富勒烯与1.0%、1.5%、2.0%酰胺类脂类抗磨抗氧剂分别进行二元复合

基于实用性和经济性原则，根据上述试验综合判断，选取0.035%、0.045%、0.055%的富勒烯与1.0%、1.5%、2.0%酰胺类脂类抗磨抗氧剂分别复合，以探究其对润滑油抗磨性能的影响。

由表4 可知，富勒烯与酰胺类脂类抗磨抗氧剂复合，抗磨效果最好的是A2+B2、A2+B3、A2+B4、A3+B2 和A4+B3 五组，且复合后钢球的明显小于单剂的。

综合上述试验结果可知，0.045%富勒烯与1.5%酰胺类脂类复合后的抗磨效果最优。

2.4 富勒烯、酰胺类脂类组分和噻二唑衍生物三元复合

将二元复合效果最好的五组复合剂与含量为0.05%[8]的噻二唑衍生物进行三元复合，探究其抗磨效果，结果见表5。

由表5 可知，加入噻二唑衍生物之后，四球试验中C3、C4、C5 组合钢球的有很大改善，根据二元、三元复合确定出其中C3 复合剂效果最好；其余组合钢球的改变并不明显。

2.5 三元复合剂与SN-5W/30 和SN-5W/40 汽油机润滑油的复合

根据2.4 中选出最优的C3 配方分别添加到SN-5W/30、SN-5W/40 中，进行模拟试验，以验证，静-动摩擦系数差值，确定与发动机润滑油相容性，结果见表6 和表7。

2.6 发动机台架试验

2.6.1 发动机台架试验

抗磨剂组分、抗氧剂组分与内燃机油SN-5W/30 和SN-5W/40 复合后，模拟城市十五工况的500h 台架试验。采用ECE 工况同期对比试验，测试混动车、纯发动机模式频繁启动次数，评价复合配方是否满足使用要求。

台架试验过程中，每100h 从油底壳取样，进行在用润滑油的分析，测定在用润滑油中正戊烷不溶物的含量并进行直读铁谱、分析铁谱、元素光谱分析；依据在用润滑油中的铁谱分析和光谱分析，判断发动机的磨损状态，正戊烷不溶物的分析能简单判断润滑油的受污染和变质程度。

2.6.2 正戊烷不溶物分析

正戊烷不溶物根据GB/T8926-2012 方法进行分析试验，试验结果见表8 和表9。

由表8 和表9 可知，SN-5W/30 润滑油添加复合剂后平均正戊烷不溶物的量较未添加下降了72.04%，SN-5W/40 润滑油添加复合剂后平均正戊烷不溶物的量下降了66.76%，由于有抗氧化作用的噻二唑衍生物的引入，抗氧性提升大，抗氧化效果明显，有效抑制了正戊烷不溶物的增长。

2.7 直读铁谱、元素光谱分析

采用比亚迪BYD487ZQA 发动机对SN-5W/30润滑油和SN-5W/40 润滑油（含复合剂），SN-5W/30润滑油和SN-5W/40 润滑油（不含复合剂）进行500h 的台架试验，结果如下。

通过直读铁谱分析结果可知：随着运行时间的增加，总磨损水平也正常稳定地增加；通过对比表10 和表11 可知，SN-5W/30 润滑油（含三元复合剂）和SN-5W/40 润滑油（含三元复合剂）的磨损水平相差不大。

发射光谱元素分析结果表明：台架试验各时段的样品中金属元素的含量呈稳态增加趋势，未见异常磨损元素的急剧增加，摩擦副运行状态正常。通过表12 可知SN-5W/30 润滑油（含三元复合剂）和SN-5W/40 润滑油（含三元复合剂）在500h 台架试验过程中的在用润滑油中磨屑的金属含量相近。

2.8 油耗测试

由表13 可知，SN-5W/30 润滑油（含三元复合剂）相比于SN-5W/30 润滑油（空白）消耗的油量更少，节油率为2.15%；SN-5W/40 润滑油（含三元复合剂）相比于SN-5W/40 润滑油（空白）消耗的油量更少，节油率为2.60%；同时SN-5W/30 润滑油（含三元复合剂）相比于SN-5W/40 润滑油（含三元复合剂）消耗的油量更少，节油率为1.93%。因此，建议使用含复合剂的SN-5W/30 润滑油更节能。

3 结论

（1）富勒烯、酰胺类脂类抗磨抗氧剂和噻二唑衍生物三者按一定比例复合后，表现出良好的抗磨效果且静-动摩擦系数差值显著减少，利于频繁启动的车辆；建议以该三元复合剂作为润滑油补加剂的一种新产品，进一步放大试验，推广使用。

（2）添加三元复合剂后，SN-5W/30 润滑油和SN-5W/40 润滑油表现出良好的抗磨效果（与500h台架试验过程中的在用润滑油中的磨屑金属含量相近）。

（3）正戊烷不溶物、静动摩擦系数差值F 静-F动以及发动机台架试验分析和光谱元素分析表明：正戊烷不溶物有很大降低，其结果可以改善润滑油清洁性和耐候性，SN-5W/30 润滑油和SN-5W/40润滑油的抗磨性能基本一致，在环境状况允许的情况下，采用SN-5W/30 润滑油更节能合理。

（4）油耗测试试验表明随着复合添加剂的加入，汽油发动机油耗有明显的下降，有利于减少碳排放。