汽车发动机油的性能参数.doc

汽车发动机油的性能参数【机油主要性能指标】 由于发动机内部需要润滑的部位很多，而且各部位的环境有所不同，所需润滑性能也不同。加上车用润滑油需要在寒冷和酷热的较大温差范围内都能应付各种苛刻的环境条件，因此对机油在各种环境下的润滑性能都提出了更高要求。 上图为曲轴箱内摩擦副示意图，下表为曲轴箱内摩擦副润滑方式列表。机油制造商为了提升机油配方在应对各种摩擦情形下的性能，通常会采取多种国际标准测试方法，取得一些典型情形下的具体性能参数值，来衡量机油在各种摩擦副中的润滑表现和性能衰减速度。这些常用的性能指标包括有：粘度指数、40动态粘度、100动态粘度、150高温高剪切动态粘度、表观粘度、倾点、诺亚克法热蒸发损失、总碱值等。我们注意到一个现象，并非所有的制造商都愿意公布其产品的各项性能测试结果，可能他们希望用更加“让人容易理解的词汇”来表达其产品的卓越性能。坦白讲，倘若没有这些数据，如此高度同质化的产品及其广告词，消费者真的很难在35个品牌的500多款型机油中，确定到底哪一款最适合自己的情况。粘度指数首先，衡量机油粘度受温度变化的影响的重要指标是机油粘度。粘度指数越高，表示流体粘度受温度的影响越小，粘度对温度越不敏感。但是各润滑油制造商出于综合性能考虑，对于矿物质基础油添加粘度指数改进剂的具体比例各有不同。车用机油的粘度一般在120-170之间，最高的可以达到200以上。在全部在售500多款型中，录得机油粘度指数的有283款型，其余则未能从其官方网站或行业资料中取得相关信息。（包括受限于我的资料搜集能力，所以此数据也许并不具备您所期望的参考价值。）在所有已知粘度指数的机油产品中，矿物质机油的粘度指数主要集中在120-160区间，而半合成机油的粘度指数也仅在130-170区间。全合成机油则在140-220区间，而且以160-180区间款型最为多。显然，全合成机油粘度受温度的影响更加小，这是全合成基础油的特性之一，他们不需要像矿物质基础油一样添加粘度指数改善剂。SAE粘度分级中，拥有更大两级粘度区间范围的机油款型，机油粘度指数更高。比如绝大部分0W40、0W50、5W50、10W60粘度机油的粘度指数都达到惊人的180-220区间。其中日本速马力公司的高性能特别竞技配方5W50五类全合成机油的粘度指数以217夺冠。而在低粘度高性能机油款型中，魔特的300V系列5W30、皇家紫色的0W20、还有速马力的CODE 700 SERIES 705系列5W30多款boutique synthetic oils的机油粘度明显领先，分别为177、177、180。值得注意的是，目前所有0W20全合成机油，粘度指数都在169-179区间内，这说明目前高性能的低粘度机油，高温引起的粘度变化已经被抑至非常小的状态，甚至超过了众多拥有更宽两级粘度差的机油。机油粘度机油粘度是衡量机油在各种状态下的流动性的最主要性能指标。也就是大家通常说的“够不够滑”。机油粘度越低（手感更“稀”），表示机油的油膜更薄，流动性更好；但是在高温高压下对抗剪切的能力更弱。反之，机油粘度越高（手感更“稠”），则表示机油的油膜更厚，流动性随之减弱，但是在高温高压下的抗剪切性能更好，在较大压力下能帮助摩擦副抵抗磨损。一般来讲，我们看一款车用机油的粘度性能表现，主要看低温环境冷车启动的动力粘度、常温环境、暖机工况的运动粘度和高温高剪切环境的动力粘度。由于SAE J-300（2007）中有明确的SAE粘度等级对应的性能指标限值，所以，即使润滑油厂家不公布具体性能指标的数据，我们也能根据SAE粘度等级做出基本的判断。不过，众所周知车用发动机润滑油的市场竞争无比激烈，大多数厂商还是愿意公布其占有领先优势的性能参数，以获得精明的消费者的青睐。接下来我主要讲一下各个厂家的各款型机油在哪些性能指标上更为优秀的表现，帮助大家从同质化程度很高的机油中选购出更适合自己的机油。低温表观粘度低温表观粘度是用来表达低温冷车启动时的机油润滑性能的主要指标。有时候此指标也被理解为“低温启动的动力粘度”。粘度越低，说明机油的流动性越高，越能快速在各润滑部位形成油膜保护。这个指标也是SAE粘度等级划分的核心指标，是W前面数字的认证指标。SAE规则中约定了0W，5W，10W，15W，20W机油分别在-35、-30、-15、-10、-5下的表观粘度值范围，数值越小表达低温启动性能更佳。但是一直有这样一种以讹传讹的说法，认为0W，5W，10W，15W，20W分别表达了在-35、-30、-15、-10、-5的气温下必须对应使用的机油粘度等级。其实是个错误的观念。-30、-15、-10、-5绝不是表达0W，5W，10W，15W，20W的极限适用气温。下面我们会看到许多5W30的机油的表观粘度并不差，只是在-35下录得的表观粘度略微高于SAE的0W规则范围，则被归类为5W等级，绝非所谓的在-35“必须用0W”，“不能用5W”，或者在-30气温下“必须用5W”，“不能用10W”。通常，润滑油公司都会添加一定比例的低温流动改进剂来提升机油的低温润滑性能。在所有录得冬季低温表观粘度的机油款型中，-35下录得最低粘度的机油为美国胜牌SynPower系列和安索签名ASM系列的两款0W20机油，表观粘度分别低至4600cP和4885cP。但是我们无法得知当气温在-30或者更高的温度时，他们的表观粘度能否能比俄罗斯的卢克机油5W30的3670cP更低。 虽然建议高原寒冷地区的车友在冬季使用表观粘度较低的机油，不过仅仅看表观粘度还不够，确定某个款型机油能否适用高寒环境，还要看机油的倾点是否低于当地气温。倾点是表达机油在低温环境下能够流动的最低温度。由于倾点与泵送粘度的测试结果线性关系紧密，而泵送粘度几乎鲜有公布，所以理论上讲机油倾点才是机油能够影响到发动机能否正常启动的主要指数。我猜想每一个润滑油的设计者可能对添加倾点抑制剂的比例有自己的理解，上面提到的俄罗斯卢克石油公司的LUXE系列5W30机油，虽然表观粘度非常优秀，但其制造商给出的产品规格书中指出，此款机油的倾点只有-40。我们建议车友选择的机油其倾点最好还低于当地冬季常温10，以确保低温下引擎启动顺畅。下图为倾点低于-50的机油款型列表。值得注意的是，这个表内多次出现日本一个以竞技机油为主产品线的品牌，速马力。令人称奇的是，该品牌有一款名为“超规系列F1特别配方”的机油，以10W60的超高SAE粘度等级，达到了-50的倾点，不得不令世人赞叹其配方该有多么的“疯狂”。（以下为其产品规格书的截图。）请注意看，在其旁边的一款低调的5W50就是上文提到的粘度指数冠军。40运动粘度 40运动粘度是表达机油在常温环境低剪切速度下润滑性能的主要指标。通常可以理解为“常温冷车启动时的机油粘度“。大部分润滑油厂家都公布了此项指标的具体数据。整体来看，此粘度从40cst-180cst之间各种款型都有，且和SAE粘度等级成典型线性逻辑关系。一般理解机油粘度越快接近或达到暖机工况时的粘度，对发动机的磨损将越小。所以我们也可以如此认为，冷车启动温度时的机油粘度，最接近于暖机工况机油粘度（一般10-20之间），就能最快速到达正常润滑粘度。法国魔特公司的经典之作300V系列0W20款机油以40.1cst的超低粘度获得该项目冠军。此项指标虽然不是SAE等级规则中的指标，但是我个人认为对于南方用户而言（假如你不打算驾车去寒冷的北方长期旅行的话），这可能是关乎你发动机磨损的最重要指标，因为你的发动机的磨损主要来自每次常温冷车启动的润滑不足。100运动粘度由于曲轴箱内需要润滑的各个部位的工况不同，所以就要求机油在不同工况中都能表现出适当的粘度和润滑性能。下图为一般发动机暖机状态曲轴箱内各摩擦副的工况。 从上图我们得知，在暖机工况下曲轴箱内的机油温度设计在100附近。所以100的机油粘度显然是机油润滑性能的核心指标。这个指标也是SAE粘度等级划分的核心指标，是W后面数字的认证指标。所以大部分润滑油制造商为了表达其产品并非性能指标刚刚及格的大路货，都公开发布了此指标的具体测试结果，使得我们可以进行非常清晰的对比各款型产品之间的细微性能差异。SAE将机油在100的运动粘度从5.6cst-26cst区间进行了分级。如下图 如何确定SAE20还是30、40或者更高粘度最适合你？是季节气温还是驾驶方式呢？都不是，这个主要取决于你的发动机设计者在设计发动机之初对发动机各个组件之间设计的间隙。后面我们会再次详细谈到这个问题。在每一组粘度等级内，更低粘度表达流动性更好，发动机噪音也小，也更加节能省油。此粘度指标的冠军得主是美国拓克石油公司的SR1系列5W20款机油，以7.37cst的好成绩遥遥领先于排名第二的魔特公司大名鼎鼎300V高转系列0W20的8.00cst。制造商宣称其配方为合成基础油和TORCO专利第二代MPZ组合。下图为全部在售款型中录得100运动粘度数据中最低粘度的6款机油。 如果暂不考虑其它因素的影响，理论上此项指标表达了这几款机油搭配美、日系发动机，运转噪音最低且最节省燃油。大家能够注意到，有一款高温低剪粘度8.18cst的机油进入了SAE J-300标准粘度5W20区间，SAE粘度等级却标明是5W40。这是因为SAE机油粘度标准并非只有100运动粘度一个指标。下面我们来看另一项非常重要的机油性能指标。150高温高速剪切动力粘度150高温高速剪切动力粘度可以表达机油在曲轴颈、凸轮轴等润滑关键部位暖机状态的润滑性能。相对于100高温低速剪切的运动粘度，高温高剪切粘度更能准确的表达曲轴箱内关键润滑机件的润滑效果是否理想。不过，35个制造商中只有11个在其官方网站上公布了此参数，而且款型占比不到全部在售的500多款的两成。这和大部分制造商都愿意公布100高温低剪粘度和40的低温低剪粘度的情况形成了鲜明的对比。下图为公布高温高剪动力粘度的品牌。 许多用户都希望同时拥有更低的高温低剪运动粘度和更高的高温高剪动力粘度。但是从已经录得高温高剪切粘度的数据中，我们发现高温高剪切的运动粘度与高温低剪切动力粘度的线性关系比较明显。在低运动粘度机油中很难找到高温高剪切动力粘度很高的机油款型。不过，这也并不太重要，美、日系六大整车制造商近年来的发动机设计，在节能环保的大趋势下朝着精密化更进一步，多以5W30作为发动机暖机理想润滑粘度，且接受小于3.0cP的高温高剪粘度值，准确的讲应该是不太在意这个值，对于这类发动机来讲，2.8cP和3.5cP的油膜厚度基本上是没有区别的。实验室的数据表明大于2.6之后的无论数值多高都几乎没有磨损。说实在的，的确差别也太小了。但是德国大众遇到一个问题，其装车油规格TL-52167和它相应的服务油VW502.00/505.00均规定使用符合SAE J-300标准的5W40。但是特别要求机油的高温高剪粘度值达到3.5cP才行。这样一来，市场上只有粘度达到SAE nW50级机油才能满足这个指标用于大众车型。鉴于大众公司对润滑油制造商的强大影响力，SAE为此专门成立一个工作组进行了调查，最后以投票方式通过了在SAE J-300（2007）标准中将40粘度的高温高剪粘度标准从2.9cP提升到了3.5cP。这样一来，低粘度机油为了迁就高温高剪粘度只好适当调高其他各个粘度，目前市场上高温高剪粘度高于3.5cP的10W30机油也有不少，比如说美孚一号高里程系列10W30，安索OE系列、XL长效系列10W30，红线10W30等都是专门提升了高温高剪值的低粘度机油，其代价是将本来SAE30级粘度应该具有的不高于50的40运动粘度，提升到了70cst附近，我个人认为这是非常不值得的巨大代价。我想大家也注意了到曲轴箱内的摩擦副有不少高于200的情况，有些润滑油制造商也给出了200高温高剪切动力粘度的数据。不过由于给出该项指标测试结果的机油款型实在太少，我很难对此作出什么分析结论。而且无论是怎样的粘度值，我可以肯定的讲，这个温度下任何机油的动力粘度都会在2cp左右，而运动粘度也就2.5-3cst之间，差别都小到微乎其微了，所以我在此忽略了此性能参数。机油消耗量诺亚克法蒸发值是表达机油蒸发损失的重要指标。这个指标的计量单位可以简单理解为当油温上升到248-249时每100克机油中损失了多少克（ASTM6375-99a标准测试）。但是这个指标是特定环境下的指标，而发动机的设计每一款都不尽相同，所以用户实际感受到的每千公里的机油消耗量与这个指标并没有线性逻辑关联。更何况曲轴箱强制通风并非是目前国内中低端德系车主反应的“烧机油”的主要原因。大部分整车制造商的每千公里机油消耗量标准都十分的宽泛，大多都在每千公里0.5升左右，说白了你的汽车8000公里后即使机油一滴都没有了，也是在制造商的机油消耗允许范围内的，所以说几乎没有实际约束力。我国84年出台的标准是汽车在满负荷状态运转时机油消耗量不得超过燃油消耗量的千分之三。换算成百公里油耗8升的汽车，千公里机油消耗量不得超过0.24L。应该说这个标准还勉强能接受吧，不过遗憾在此标准是推荐标准，至今没有任何强制力。作为日、美系车的用户，也许大部分人对这个指标并不太在意，但对于不少德系车用户而言，只能套用一句俗话，那真是“谁用谁知道”啊。涡轮增加发动机各机件暖机工况温度更高，为高缸压配套设计的高刚性缸套一般是铸铁材质，所以这一类发动机在设计时通常给活塞环和缸套之间预留更大间隙，以给铝制活塞环预留更多高温下的热膨胀空间。在发动机冷车和走走停停过程中，由于活塞环温度一直没有起来，这个间隙就一直很大，机油消耗量就会大增，三元催化器压力也大。虽然机油消耗量主要还是与发动机设计有关，但是对于德系车用户而言，尽量选择诺亚克法蒸发值更低的机油款型，无疑是有所帮助的。毕竟在激烈驾驶时曲轴箱内油温可能从100迅速升高达150附近（从仪表板上的水温仪指针上是看不出来变化的），说机油此时完全不蒸发也是不现实的。那么我们横向对比一下这个指标的数据，发现其实主动在官网公布这个指标测试结果的机油款型只有美国鹏斯、拓克、安索、红线、胜牌和俄罗斯卢克及中石油7家润滑油公司的80多款机油。不过我们即使从这80多个数据中，也能看到范围居然可以从4.3g到15g这么大跨度，而且和S