浅谈低摩擦技术的节油潜力

熊仕宇，贺子龙，乔曌

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230000）

浅谈低摩擦技术的节油潜力

熊仕宇，贺子龙，乔曌

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230000）

油耗不断加严的情况下，低摩擦技术是重点研究的方向之一。文章从整车能量流的角度，识别摩擦损失集中在发动机、传动系和整车，并提出了节油的技术，整理了各技术的实测结果。结果表明，低摩擦技术有一定的效果，NEDC工况下最多能节油4.5%。

摩擦损失；节油技术；节油效果

CLC NO.:U471.2Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-147-03

前言

为了有效应对汽车产业发展所带来的能源和环境问题，提高本国汽车工业竞争力，世界主要汽车工业国家或地区均出台了日益严格的油耗法规，以提高区域内汽车的油耗水平。

针对乘用车（或轻型车），美国要求CAFC在2020年达到44.8mpg，2025年达到56.2mpg；欧盟要求CO2排放量2020年降至95g/km，2025年降至75g/km；日本要求2020年达到 20.3km/L；我国要求乘用车 CAFC在 2020年降至5L/100km，2025年降至4L/100km。

节能减排是主机厂共同关注的课题，不仅要研究不同的技术方案，还要从成本增加、研发周期、质量控制等角度选择合适的技术路线。低摩擦技术是用于降低车辆摩擦所采用的技术，其变动相对较小，是重点研究的方向之一。

1、整车能量流分析

图1 传统燃油车的能量流动图

任一车辆驱动所需能量的传递路线均是由动力单元产生，经过传动系统（离合器、变速器、主减速器、差速器和制动器），最终传递至车轮。以传统燃油车为例，其动力单元是发动机，它将燃油的化学能先转化为活塞往复运动的动能，再通过降速增扭转化为供车辆行驶使用的动能。在能量传递的每个环节，均采用的是机械连接方式，各个运动副的接触表面均存在摩擦损失，其中主要的摩擦损失集中在发动机、传动系和整车。

2、节油技术简介

低摩擦节油技术见表1：

表1 节油技术清单-低摩擦技术

2.1 发动机低摩擦技术

发动机低摩擦技术有运动件使用特殊涂层和发动机节能润滑油的应用。

图2 特殊涂层的示意图

在曲轴、活塞、活塞环、轴瓦、凸轮轴、机械挺柱等运动摩擦件上使用特殊涂层技术，即采用热喷涂与珠击合而为一的新工艺，使复合材料（含固体润滑剂）在高温高压的条件下撞击并渗透进母材的20um深度表面，改变金属表面的晶相组织。固体润滑剂渗入金属表面后，使表面具有自润滑效果，同时还可以提高金属表面的硬度、增强油膜的附着性、降低粗糙度、消除引张应力、提升抗疲劳强度等。运动件使用特殊涂层后，发动机摩擦损失有一定程度的降低，从而实现节油的目的。

图3 润滑特性曲线及润滑状态

发动机总是同时存在着流体润滑、混合润滑和边界润滑3种状态，它们所占的比例因发动机设计和运行工况的不同而不同。为保证既能实现良好的润滑，又能获得最佳的节能效果，就要求润滑油在各种条件下（温度、应力、剪切力）下都应具有最佳粘度，在边界润滑时具有优良的抗磨性能[1,2]。在基础油的基础上，通过改进机油粘度，实现低粘度化，从而降低流体润滑和混合润滑摩擦系数；通过添加摩擦改进剂，改善边界吸附薄膜质量，从而降低边界润滑和混合润滑摩擦系数。应用发动机节能润滑油后，发动机摩擦损失也有一定程度的降低，从而实现节油的目的。

2.2 传动系低摩擦技术

传动系低摩擦技术主要包含齿轮加工工艺的改进和高效节能齿轮油的应用。

对于手动挡车型而言，传动系各部件的损失主要包括：齿轮啮合损失、齿轮搅油损失、轴承摩擦损失、密封损失、同步损失和离合器损失等[3]，其中齿轮搅油损失和齿轮啮合损失所占损失的比例最大。不改变齿轮的几何参数，通过提高加工精度即将齿轮的加工工艺由剃齿改为磨齿，即可以有效地降低齿轮啮合损失，从而实现节油的目的。为了降低成本，可选择对油耗敏感度高的高档位使用磨齿，低档位仍采用剃齿，以获得最优的性价比。

图4 磨齿工艺示意图

类似于发动机节能润滑油，通过选用粘度合适的含极压添加剂的全合成多级润滑油。它的特点是粘温性能好，它能使汽车在低温环境下或者启动温度低的时候，油的粘度不致太高；高温环境下启动或工作温度较高时，油的粘度不致太低。这样使得汽车齿轮变速箱和后桥齿轮的工作温升下，摩擦损失小、传动效率高，从而实现节油的目的。

2.3 整车低摩擦技术

整车低摩擦技术指的是低滚阻轮胎的应用。在不影响耐磨性、操控性等其它性能的前提下，轮胎滚动阻力系数的降低能带来整车行驶阻力的降低，从而实现节油的目的。减小轮胎滚动阻力系数的方案有：一是调整配方，即调整各部分材料的成分以及不同成分之间的比例，目前最常见的方法是添加白炭黑以及一些高分子合成材料。二是优化结构，即调整轮胎内部各部分材料合成在一起之后的几何关系（厚度、体积、层级、材料强度等）改变轮胎受力分布，进而降低轮胎滚动过程中的弹性迟滞损失。

图5 低滚阻轮胎的技术方案

3、节油效果测量

为了保证各节油技术节油效果的测试精度，应严格控制试验条件，包含整车阻力、测试工况、空调开启状态、发动机初始状态等方面。整车阻力统一按滑行法或查表法，空调一般设置为关闭状态（与空调相关的节油技术除外），发动机初始状态为冷机。因本文提及的节油技术均在乘用车上进行研究，因此测试工况为 NEDC工况。测量应用节油技术前/后的整车油耗，就可以获得每一项技术的节油效果，具体数据如下：

表2 各技术节油效果

4、结语

不考虑节油技术之间的相互影响，通过优化摩擦损失，NEDC工况下最多可以节油4.5%。在不同的车型上应用时，节油效果可能存在一定的差异。在商品化应用时，还应考虑对其它性能如可靠性、耐候性等的验证。

[1] 徐元强.改善润滑对汽车节能的影响及车用润滑油的发展趋势[J].汽车技术,1997(03):6-11.

[2] 児玉幸多.降低汽车燃油耗得摩擦学技术[J].国外内燃机, 2014 (04):32-36.

[3] Harald Naunheimer等著,宋进桂,龚宗洋等译.汽车变速器理论基础、选择、设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2013.11.

Discussion on Fuel-saving Potential of Low Friction Technology

Xiong Shiyu, He Zilong, Qiao Zhao
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Anhui Hefei 230000 )

Under the pressure of fuel economy regulation, low-friction technology is one of the key research directions. Based on the vehicle energy flow, this paper identifies the frictional losses concentrated in the engine, transmission and vehicle, and puts forward a fuel-saving technology, neatens the measured results of each technology. The result shows that the low friction technology has some effect, with NEDC condition can save up to 4.5%.

friction loss; low friction technology; fuel-saving potential

U471.2

A

1671-7988 (2017)06-147-03

熊仕宇(1987.01-)，男，助理工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。主要从事汽车产品开发项目管理。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.053