潤滑油新配方提高燃油經(jīng)濟(jì)性

2017-08-10   來源：潤滑油情報

摘要：目前的法規(guī)正在促使原始設(shè)備制造商設(shè)法提高他們車隊的燃油經(jīng)濟(jì)性以及減少二氧化碳?xì)怏w排放，未來的法規(guī)也會延續(xù)這些要求。因此，提高燃油經(jīng)濟(jì)性將會是未來動力系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵目標(biāo).....

    目前的法規(guī)正在促使原始設(shè)備制造商設(shè)法提高他們車隊的燃油經(jīng)濟(jì)性以及減少二氧化碳?xì)怏w排放，未來的法規(guī)也會延續(xù)這些要求。因此，提高燃油經(jīng)濟(jì)性將會是未來動力系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵目標(biāo)。

在過去，機(jī)油添加劑主要從兩方面來提高燃油經(jīng)濟(jì)性。其一，添加劑在提高燃油經(jīng)濟(jì)性的同時，不會對機(jī)油性能造成負(fù)面影響，而且能夠在換油周期內(nèi)保持機(jī)油的耐用性，這些都有利于發(fā)動機(jī)的使用。其二，可以研發(fā)適合各家潤滑油公司和原始設(shè)備制造商的特定新型添加劑技術(shù)和機(jī)油配方，根據(jù)他們的需求提高一定的燃油經(jīng)濟(jì)性。

而現(xiàn)在，燃油經(jīng)濟(jì)性更多的是依靠低粘度潤滑油或者超低粘度潤滑油，以及新型硬件來改善。

想要提高燃油經(jīng)濟(jì)性，其實最好的方法就是雙管齊下，同時改進(jìn)發(fā)動機(jī)和潤滑油。但是，僅僅把燃油經(jīng)濟(jì)性視為唯一的目標(biāo)是不夠的。

我們應(yīng)該把未來的機(jī)油的所有性能要求都考慮在內(nèi)，并且牢記化學(xué)品限制并非決定潤滑油性能的唯一要素。

    遵守法規(guī)的要求

    潤滑油行業(yè)在未來的十年里，甚至在更久的將來會面臨諸多挑戰(zhàn)。所有地區(qū)都尚未能完全落實減排。即便在過去十年里，二氧化碳的絕對減排達(dá)到了25%左右；而在未來的十年中，絕對減排有望達(dá)到40%至50%。

目前，歐盟對燃油經(jīng)濟(jì)性的要求十分嚴(yán)格。在2020年之后，如果汽車制造商不能達(dá)到二氧化碳排放的限制要求，那么它們將面臨巨額罰款。針對商用車的二氧化碳限制法規(guī)還在籌劃當(dāng)中，而針對卡車的法規(guī)將發(fā)展得比商用車更加完善。到時候，所有與燃油經(jīng)濟(jì)性有關(guān)的汽車部件和潤滑油成分都將得到嚴(yán)格的控制。

在歐盟、美國和中國這三個主要地區(qū)，各種法規(guī)以及違規(guī)之后的處罰還在討論階段。中國可能首先會在一些大城市執(zhí)行這些法規(guī)，并且在某些城市只允許使用全電動車。

    提高燃油經(jīng)濟(jì)性的配方

    降低潤滑油粘度是減少燃料消耗的方法之一。可是，粘度降低會導(dǎo)致磨損增加。

舉個實地試驗作為例子，有10輛裝載低粘度齒輪油的卡車，它們的總里程為50萬公里。齒輪油的粘度越低，齒輪的磨損越大，即便這時候齒輪的狀態(tài)仍能滿足原始設(shè)備制造商的要求。

理論上來講，重新設(shè)計硬件可以彌補使用低粘度潤滑油的損失，但是新配方的添加劑加劑量增加了之后，也會增加潤滑油的粘度。原始設(shè)備制造商、添加劑生產(chǎn)商以及潤滑油生產(chǎn)商必須全程緊密合作，確保能夠研發(fā)出具有可靠性能的產(chǎn)品。

奔馳的新一代自動變速箱就是這種合作成功誕生的結(jié)果。奔馳與潤滑油供應(yīng)商緊密合作，研發(fā)出來的產(chǎn)品能夠使用目前全球范圍內(nèi)粘度最低的自動傳動液，節(jié)省了1.5%的燃油經(jīng)濟(jì)性。簡單地來說，低粘度就等于省燃料。但是，最適宜的粘度值還待研究，而根據(jù)特定發(fā)動機(jī)或車型來配置潤滑油仍然困難重重。

雅富頓的一項測試顯示，一臺使用了SAE 0W16機(jī)油的汽車節(jié)省了1.8%的燃料。而另一臺汽車使用了高溫高剪切粘度較低的機(jī)油，它的燃油經(jīng)濟(jì)性下降了。

不過，要想提高燃油經(jīng)濟(jì)性，潤滑油的粘度并非越低越好。而且，低粘度機(jī)油只適用于那些被設(shè)計成需要較低粘度機(jī)油的新型發(fā)動機(jī)中。

在過去二十年里，汽車的發(fā)展方向是更大、更舒適、更安全以及性能更好。與此同時，汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性也得到了明顯的改善。這得益于新型的硬件設(shè)計、部件小型化，以及新品種潤滑油的出現(xiàn)。

潤滑油與添加劑的作用

影響燃油經(jīng)濟(jì)性的因素有兩個：一個是潤滑油，它直接影響了燃油經(jīng)濟(jì)性；另一個是硬件的優(yōu)化，在這里潤滑油只是起輔助作用。新一代潤滑油不僅能提高燃油經(jīng)濟(jì)性，而且能適應(yīng)即將面世的各種硬件的改變，這些改變反映在ACEA（歐洲汽車制造協(xié)會）和原始設(shè)備制造商對潤滑油的要求之中。

燃油質(zhì)量在各個地區(qū)都備受重視；在全球范圍內(nèi)，生物燃油的使用率一直在增加。然而只靠一個汽車部件并不能實現(xiàn)最大的燃油經(jīng)濟(jì)性，因此，我們應(yīng)該把整個動力系統(tǒng)考慮在內(nèi)，包括車輪軸承、輪轂等等。

原始設(shè)備制造商進(jìn)行了各種硬件優(yōu)化來滿足所需的燃油經(jīng)濟(jì)性，其中幾種硬件需要使用新型潤滑油和添加劑，因此它們只有在新的潤滑油和添加劑技術(shù)出現(xiàn)之后才能投入使用。我們必須滿足市場對新型添加劑的化學(xué)成分的需求。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，需要使用有效的研發(fā)手段。因為只有使用DoE（實驗設(shè)計）等統(tǒng)計方法，才能研發(fā)出理想的產(chǎn)品。除此之外，測試也十分重要。

有效的篩選測試、部件檢驗和實地試驗對未來的產(chǎn)品研發(fā)十分重要，它們都應(yīng)該被納入新型潤滑油的研發(fā)策略之中。

圖表3顯示了在利用潤滑油或者使用硬件來提高燃油經(jīng)濟(jì)性的時候，各種添加劑成分分別對這兩種情況的作用。雖然抗磨劑不能直接改善燃油經(jīng)濟(jì)性，但是在使用低粘度基礎(chǔ)油的時候，需要認(rèn)真篩選抗磨劑的種類，這樣才能應(yīng)對磨損增加的情況。

使用鋼制活塞可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性，這是因為這種活塞能夠讓燃燒壓力增大，從而提高性能。

可是，這樣一來，油液和冷卻液就會變熱，導(dǎo)致活塞環(huán)槽處形成較多的沉淀物。因此，提高潤滑油的抗氧化性能十分關(guān)鍵。雅富頓的測試顯示，使用了新一代抗氧化劑之后，機(jī)油的壽命延長了三分之一。

渦輪增壓器在現(xiàn)代發(fā)動機(jī)技術(shù)中起著重要的作用。使用渦輪增壓器能夠提高發(fā)動機(jī)的性能，在實現(xiàn)發(fā)動機(jī)小型化的同時增加發(fā)動機(jī)的輸出。

渦輪增壓有利于減少廢氣排放，但是使用渦輪增壓時需要注意沉淀物�；�礎(chǔ)油成分對渦輪增壓器和活塞的沉淀情況有著巨大的影響。衡量基礎(chǔ)油質(zhì)量的一個重要方法就是諾亞克揮發(fā)損失測試。沸點較低而且粘度較小的基礎(chǔ)油成分可以在發(fā)動機(jī)中轉(zhuǎn)為氣相，導(dǎo)致渦輪增壓器、活塞和油霧分離器處出現(xiàn)沉淀。

卡諾循環(huán)闡述了內(nèi)燃機(jī)的最大理論效率。額外的能量損失來自于硬件的摩擦。活塞環(huán)和汽缸套之間產(chǎn)生的摩擦較多。減少這種鋼面之間的摩擦對于提高燃油經(jīng)濟(jì)性來說極為關(guān)鍵。SRV摩擦磨損實驗和銷盤試驗都能有效地測定出這種摩擦。

滑動軸承也具有較多的摩擦損失，因此需要設(shè)法降低。有一個辦法是把曲軸上的滑動軸承換成滾子軸承。雖然這樣能夠減少摩擦損失，但是也會導(dǎo)致燃燒壓力增加，使得摩擦也增加了。

電動車很有可能成為未來個體出行的乘用車。我們很難預(yù)測未來電動車的接受程度究竟有多廣。但是需要注意的是，歐盟計劃到2030年禁止裝有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的車輛進(jìn)行登記。

因此，越來越多的電子電氣元件將會與潤滑油扯上關(guān)系。這些元件主要來自于變速箱、車軸等傳動系統(tǒng)中，也有的來自發(fā)動機(jī)。

有些前所未見的需求需要潤滑油來實現(xiàn)。較高的燃燒壓力、發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量增加、高溫等現(xiàn)象引發(fā)了數(shù)年未見的情況。

這些情況提高了低速早燃現(xiàn)象的發(fā)生概率。如果不能有效地控制這些情況，那么發(fā)動機(jī)將會受到嚴(yán)重破壞。在所有能夠提高燃油經(jīng)濟(jì)性的方法當(dāng)中，原始設(shè)備制造商和消費者都最為重視換油周期的延長，并且都希望產(chǎn)品的價格能夠有所下降。原始設(shè)備制造商希望商用車機(jī)油的換油周期能夠從原來的9萬公里增加到12萬公里；手動變速箱油的換油周期從原來的30萬公里增加到50萬公里；齒輪油的換油周期從原來的50萬公里增加到80萬公里。實現(xiàn)這些目標(biāo)需要嚴(yán)格選擇潤滑油的成分。

（節(jié)選自《潤滑油情報》雜志2017年7月刊）

本文來源于《潤滑油情報》雜志，如需了解更多提高燃油經(jīng)濟(jì)性潤滑油新配方，歡迎來電索刊：020-87766826、37674321。