润滑剂的终极目标，是减少运动部件之间的摩擦。根据目标应用的需求，润滑剂可以用不同的成分配制：一些性能可以通过添加剂改善，另一些则可以通过基础油改善，而最高质量的顶级润滑剂通常两者并用。不同基础油的选择会影响末端润滑剂的许多特性——API Group I、II、III 基础油在饱和度和粘度指数（VI）上逐步提升，同时硫含量减少；API Group IV 的聚α烯烃（PAO）则代表一类全合成基础油，范围从低粘度到高粘度材料，通常按其在 100°C 时的运动粘度命名（如 PAO 4 在 100°C 时约为 4 cSt）。

没有适合所有应用的一刀切基础油。本文聚焦一个关键问题：优质 III 组矿物油与 PAO 在乘用车发动机油摩擦方面的差异，以及这种摩擦差异对能源效率改进的潜在价值。

一、基础油的世界：从 Group I 到 PAO

基础油摩擦差异的研究并非首次。早在 1999 年，Gunsel、Korcek 和 Smeeth 就观察到溶剂精炼和经过加氢处理的矿物油比 Group III 和 Group IV（PAO）油的摩擦力更高。

即使检查粘度等级相似的油，基础油的温度/粘度行为差异在低温下也非常明显：例如 Group III 与 Group III+ 油的布鲁克菲尔德粘度曲线存在拐点，表明其在 -5℃ 至 -15℃ 之间出现凝胶化，而 PAO 的低温行为更平稳。PAO 不含任何芳香族或环状成分，是高度支化的异构石蜡集合；相比之下，矿物油（Group I~III）含有各种石蜡、环烷、芳香、多环和杂环成分。化学成分的不同，正是理解不同基础油物理特性差异的第一步。

二、本次实验：三种 0W-20 配方

研究按 SAE J300 标准调配了三种满足 SAE 0W-20 粘度目标的基础油配方（相同的添加剂与添加率，仅基础油不同）：

配方 基础油构成
油 APAO 4（1-癸烯寡聚异构化，全 PAO）
油 B4 cSt 北美 Group III 优质基础油
油 CGroup III 与 PAO 5 的 50:50 混合物（PAO 5 基于 1-十二烯，诺克挥发更低、VI 更高）

测试使用迷你牵引机（MTM2，PCS Instruments）测量牵引曲线与斯特里贝克曲线：¾ 英寸球压在高抛光钢盘（AISI 52100）上，球载荷 30 N（约 0.9 GPa 压力），在 40°C 与 100°C 下进行。

三、结果：摩擦系数排序 A < C < B

三种配方油在 100°C 的运动粘度非常接近（约 8.3 cSt），150°C 时 HTHS 粘度都接近 2.6 cP——但摩擦表现差异明显：牵引系数的顺序始终是油 A 最低、油 C 居中、油 B 最高，在 40°C 和 100°C 下一致；斯特里贝克曲线在边界、混合与弹性流体动力学（EHD）状态下也保持相同顺序。

四、讨论：化学组成与燃油经济性估算

三种油添加剂相同，摩擦差异只能归因于基础油。PAO（油 A）化学成分完全由高度支化的异构石蜡组成；Group III（油 B）中则存在异石蜡、环烷等多种化合物；50:50 混合（油 C）介于两者之间。

按 Holmberg、Andersson 和 Erdemir 的研究，普通乘用车发动机中与润滑油相关的摩擦损失约占总燃料能量的 11.5%，其中活塞组件占 45%、轴承与密封等流体动力润滑占 30%、阀组混合润滑占 15%、泵送与液压粘性损失占 10%。结合 MTM 在 100°C 下的测量，以油 B 为基线，100°C 流体动力状态平均摩擦系数与混合状态平均摩擦系数如下：

100°C 平均摩擦系数 油 B（III 组） 油 C（III+PAO5） 油 A（PAO4）
流体动力（轴承等，460~3200 mm/s） 0.02423 0.02243 0.02068
混合（阀组等，12~370 mm/s） 0.06200 0.06096 0.05884

按典型驾驶工况估算，以 III 组（油 B）为基线，换用 PAO 与 III 组混合（油 C）或全 PAO（油 A）配方，总体节能改善幅度估计在 0.7% 至 1.4% 之间——这还不包括因发动机摩擦减少而同步降低的排气与冷却损失（可能放大至三倍）等连锁效应。

结论

通过将基础油成分从 III 组改为 PAO 或 50:50 混合物，0W-20 乘用车发动机油的摩擦行为发生明显变化：全 PAO 配方在混合与 EHD 润滑制度中摩擦与牵引系数最低，III 组/PAO 混合物居中，纯 III 组最高。基础油选择是抗摩擦、提能效配方中的关键因素——这正是全合成机油"更好"的秘密所在。

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