发动机油粘度和摩擦改进剂

对燃油经济性的影响

环境（自然资源、空气污染与变暖）和经济问题使燃油经济性（FE）对于发动机制造商和机油商而言都是重要的问题。近年来，国际润滑油标准化与认可委员会（ILSAC）采用ASTM程序试验来规定轿车发动机油的燃油经济性标准。

研究人员研究了发动机油对燃油经济性的影响。FE性能的下降与ZDDP和MoDTC添加剂的消耗有关，而氮氧化物和高温加速了这种消耗。需要仔细选择添加剂，以优化新油的FE性能和老化过程中减摩持久性。

润滑剂的流变性能(特别是HTHS粘度)和边界摩擦系数对FE的影响较大。MoDTC摩擦改进剂不仅可以通过表面膜的形成有效地减少摩擦，而且可以提高发动机润滑油的整体性能，比如提高发动机机油的“稳健性”，从而使润滑油在使用过程中保持所需的性能。

润滑油选样

采用相同的清净分散剂和粘度指数改进剂，将四种不同粘度基础剂(GG、EE、AA、FF)混合在一起。这四种油含有少量的摩擦改进剂，作为DI/VII 包的一部分。油DD与不同的DI/VII添加剂包混合，不含摩擦改进剂。BB和CC的油与DD相同，但掺入了两种不同的摩擦改进剂（BB的MoDTC型Mo-1，CC的有机型FM-2），以研究摩擦对节省燃油的改进。润滑油HH与润滑油BB具有相同的粘度等级和添加剂，但与不同的基础油（I和III组的混合物（高度精制，高VI）混合）。

车辆

燃油经济性

标准 EPA FE，车辆测功机测试，以量化车辆的燃油消耗。测试是根据模拟城市和高速公路行驶的FTP（联邦测试程序）时间表进行的。将燃油经济性结果称为 FTP23，HWFET（高速公路驾驶循环）和COMFE（城市和高速公路的55/45 部分的 FTP 综合加权平均值进行测试。）测试的FTP23部分包括23个周期；前五个循环（CY1-5）表示冷过渡部分，接下来的十三个循环（CY6-18）构成城市行驶时间表的稳定部分；五个循环（CY19-23），是在循环18完成之后并在10分钟的热浸之后运行的，它们是循环1-5的重复，并构成FTP2 的热瞬态部分。

结果与讨论

发动机/机油组合的燃油经济性数据：燃油经济性随着里程的增加而增加。

如图2到图5所示，车辆的燃油经济性（从BC数据中观察到）随着里程而增加。在每辆车启动FTP测试之后的 1000-2000 英里内，燃油经济性急剧增长，随后随着里程数的降低，燃油经济性缓慢提高。在开始测试或经过长时间休息后，在影响燃油经济性的所有车辆和仪表参数的影响稳定（和优化）之前，有一段时间（涉及多次FTP重复测试）需要进行磨合过程。

图6到图9分别表示了 3.1L、3.8L、2.3L 和 5.7L 车辆FTP试验各部分的FE的试验油效应。

粘度效应

图10描述了油 HTHS（150°C 时）粘度对COMFE的影响。对于三台发动机（3.1 升、3.8 升、2.3 升），燃油经济性随着所研究范围内机油粘度的降低而提 高。在高速公路和城市行驶计划中，燃油经济性随着粘度的降低而增加，尽管在 FTP 测试的城市部分更为明显。对于至少两台发动机（2.3 升和 3.8 升），使用 SAE 0W-10机油（150°C时的HTHS为2.17cP），燃油经济性仍在提高。

摩擦改进剂效果

摩擦改进剂对燃油经济性的影响如图11，适用于试验的各个部分。除冷瞬态（CY1-5）部分（图 12）外，摩擦改进剂改善了所有车辆和试验所有部分（CC、 BB 和 HH 油）的燃油经济性。除3.8L发动机外，含MoDTC摩擦改进剂的BB油比使用有机摩擦改进剂的CC油更有效。在3.8L和2.3L两款发动机上测试了HH机油，两款发动机的燃油经济性都不如BB机油。在这里测试的两种发动机相比，第三组的基础油比**组的传统基础油没有优势。如前面所述，在 Sequence VIA 测试中与第Ⅲ组的基础油共混的油比与第Ⅰ组的基础油共混的油性能提高。这种差异强调了为优化燃油经济性，**仔细选择和平衡配方中包含的基础油、DI/VII 组分和FM添加剂。

高速公路上的燃油经济性得益于摩擦改进剂，在所有四款发动机中，基于MoDTC 的摩擦改进剂效果比有机摩擦改进剂效果更明显。类似地，在热瞬态部分（CY19-23）期间使用两种摩擦改进剂均可观察到燃油经济性的大幅提高。在冷态瞬态期间（CY1-5），3.1L和5.7L发动机的两个FM的FE均减小，而其他两个发动机（3.8L 和 2.3L）的FE则有所增加（图 12）。当发动机在较高的温度(约100℃)运行时，这两种摩擦改进剂都比在较低的温度(约 80℃)运行时更有效。

3.1L 发动机使用低粘度机油（GG）时的燃油经济性

在图13中，显示了3.1升发动机的低粘度（SAE 0W-10）试验油GG的FE数据，对于该油的两个系列试验。当连续进行FTP测试时，此发动机的燃油经 济性会随着时间（或里程数）而降低。这一特性可能表明，对于3.1升发动机，燃油经济性的机油粘度可能等于或略高于GG油（150°C 时为2.17cP）。图10中 3.1L发动机的COMFE数据的二次拟合表明，在约2.5cP时，HTHS（150°C）粘度的COMFE达到值。

结论

1. 三台通用发动机的燃油经济性随着机油粘度的降低而增加[HTHS（在 150°C下为2.17-3.70cP（SAE 0W-10 至 10W-40）]。当发动机在较低温度（冷启动）下运行时，粘度的影响更为明显。 

2. 所有测试的GM发动机都对两种摩擦改进剂（有机基和Mo型）反应明显。当将任何一种摩擦改进剂混入机油中时，燃油经济性都会提高，并且这种增长在高速公路上比FTP测试中的城市驾驶部分更为明显。当发动机在较高温度下运行时，MoDTC摩擦改进剂更有效。

3. 研究发现 III 类基础油(高精炼、高 VI 的矿物油)优于其他类型的基础油。对油中二烷基二硫代磷酸锌抗磨添加剂的含量和种类均敏感。ZDDP的分子量越低，对FE的影响越大。还观察了MoDTC摩擦改进剂与ZDDP之间的相互作用。老化机油燃油效率的降低主要是由于粘度损失和氧化所致。 

4. 在 MoDTC(二硫代氨基甲酸钼)摩擦改进剂耗尽之前，旧的机油就失去了其减摩能力；这表明了添加剂相互作用的重要性。含钼摩擦改进剂会与ZDDP发生反应，反应产物对发动机油的减摩性能有很大影响。相互作用的程度高度依赖于基础油的类型、温度和油中的其他添加剂。