國內(nèi)外商用車長壽命車輛齒輪油的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

于海，糜莉萍，伏喜勝，廖豐斌，姬建華

(中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心,甘肅 蘭州 730060)

0 引言

近年來，由于國家經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整，物流行業(yè)發(fā)展迅猛。物流牽引車、危險品運輸車等以6×4、6×2為代表配置的重型卡車的需求比重在逐年攀升。而物流行業(yè)的興起對重型卡車也提出了新的要求，客戶更關(guān)心舒適性、可靠性、低維護成本和更長的保養(yǎng)周期[1]。此外，隨著商用車技術(shù)的發(fā)展，其傳動部位的潤滑條件較過去更為苛刻，例如：齒輪箱體積更小，致使齒輪溫度和負(fù)荷提高；整車的空氣動力學(xué)設(shè)計降低了后橋及變速箱周圍的空氣流速，這樣能有效提高燃油效率，但同時也使重負(fù)荷卡車變速箱工作溫度提高了25～30 ℃；還有緩沖器和同步器的應(yīng)用，使得在同步耐久性、抗點蝕、抗擦傷性能上對油品有了更高的要求。這些商用車技術(shù)的發(fā)展，推動了OEM對高性能車輛齒輪油的需求。而油品長壽命化則是高性能車輛齒輪油發(fā)展趨勢的關(guān)鍵技術(shù)之一，被很多商用車OEM制造商列為目前商用車市場的一個新賣點。一方面，OEM可以通過延長換油周期提升其產(chǎn)品競爭力，從而實現(xiàn)銷量的提升。另一方面，OEM可以通過減少車輛維修頻次，降低運營成本。在此背景下，本文從國內(nèi)外商用車長壽命車輛齒輪油用油現(xiàn)狀入手，分析了該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，并重點介紹了昆侖潤滑油在商用車長壽命車輛齒輪油上所取得的進展。

1 國內(nèi)外商用車車輛齒輪油用油現(xiàn)狀

1.1 國外商用車車輛齒輪油用油現(xiàn)狀

國外商用車技術(shù)起步較早，其配套的設(shè)備維護服務(wù)和長換油周期的配套潤滑油技術(shù)均發(fā)展迅速。比如，在北美市場中，北美OEM廠商紛紛推出了高速公路里程在120×104km內(nèi)的設(shè)備維護服務(wù)和擔(dān)保，但要求其用戶使用換油周期在80×104km以上的OEM指定車輛齒輪油。而為了能得到120×104km設(shè)備維護保證，用戶對長換油周期的車輛齒輪油需求迫切，促使其長壽命車輛齒輪油技術(shù)飛速發(fā)展[2]。表1為北美車輛齒輪油換油里程的發(fā)展歷程。

表1 北美車輛齒輪油換油里程的發(fā)展歷程

除卻北美地區(qū)外，國外其他地區(qū)的車輛齒輪油換油里程已從10×104km普遍發(fā)展到50×104km的水平，如圖1所示。國外重卡領(lǐng)先企業(yè)的車輛齒輪油換油周期如表2所示[3]。

圖1 國內(nèi)外車輛齒輪油的換油里程

OEM換油里程/km奔馳500000MAN500000VOLVO400000

在油品規(guī)格方面，GL-5規(guī)格早已不能完全滿足國外長壽命車輛齒輪油的使用要求，從90年代開始，在API GL-5規(guī)格的基礎(chǔ)上，相繼頒布了MT-1、PG-2、MIL-PRF-2105E、SAE J 2360以及美國DANA公司提出的SHAES-234和SHAES-256長壽命后橋齒輪油規(guī)格，其中SHAES-256規(guī)格適用于80.47×104km換油期，SHAES-234規(guī)格適用于120.7×104km換油期。在產(chǎn)品方面，國外知名油公司均有配套的長壽命車輛齒輪油產(chǎn)品，其中，國外某品牌的Delvac Synthetic Gear Oil 75W-90齒輪油，其推薦換油里程可達75萬英里。

1.2 我國商用車車輛齒輪油用油現(xiàn)狀

我國商用車技術(shù)相比國外起步較晚，其配套的車輛齒輪油的換油里程雖然從3×104km成功實現(xiàn)到10×104km的水平，但與國外發(fā)達國家普遍50×104km以上換油里程相比，還差距巨大。油品規(guī)格方面，國內(nèi)在重型卡車變速箱和后橋上普遍使用GL-5油品，約占80%左右。如圖2所示。

圖2 國內(nèi)重卡變速箱及驅(qū)動橋用油情況

2 長壽命車輛齒輪油的性能要求

隨著商用車向著節(jié)能型、輕量型、重載化的方向發(fā)展，其變速箱和驅(qū)動橋工況更加苛刻，比如卡車重載化使得驅(qū)動橋齒輪傳動的功率增加，而驅(qū)動橋齒輪的幾何尺寸并沒有很大變化，導(dǎo)致齒面壓力增加，溫度升高。特別是商用車車體設(shè)計不斷改進，使空氣動力學(xué)性能更趨合理，車輛行駛時空氣阻力減小，流過驅(qū)動橋外表面的空氣流量減少，散熱性變差[4]。這些工況的變化對新一代的車輛齒輪油提出了更高的要求。以長壽命車輛齒輪油的性能要求來說，相對于GL-5油，在熱氧化安定性、密封件適應(yīng)性、抗腐蝕性、抗點蝕、極壓抗磨性、剪切安定性方面均提出了更高的要求。具體如表3所示。

表3 長壽命車輛齒輪油和GL-5油的區(qū)別

注：0表示沒要求；++表示性能要求更高。

除以上性能外，OEM對提升商用車燃油經(jīng)濟性的需求越來越高，這也使得長壽命車輛齒輪油需要減少橋箱的摩擦能耗損失，降低摩擦系數(shù)，在保持甚至提升耐久性的前提下，提供更低的油品黏度。

3 長壽命車輛齒輪油的發(fā)展趨勢

目前國外車輛制造商對車輛齒輪油的要求是盡可能延長換油周期，甚至向免維護方向發(fā)展[5]。比如，德國大眾、美國通用等汽車公司對車輛齒輪油均提出了“全壽命”的要求，要求一次裝油，一直用到汽車報廢。通常，汽車壽命可達到70 ×104km，未來將提高到100 ×104km。對我國來說，領(lǐng)先OEM也逐漸要求延長車輛齒輪油的換油周期，從10×104km換油里程向20×104km甚至50×104km以上換油里程發(fā)展，換油方式上則要求一油橋箱通用，對橋箱通用油品提出了兼顧同步器保護，更好的熱穩(wěn)定性、更好的剪切穩(wěn)定性等要求。

而從產(chǎn)品配方來說，油品設(shè)計中考慮到油品換油周期的延長以及橋箱性能的通用性等要求，在基礎(chǔ)油設(shè)計上，將逐步從Ⅰ類基礎(chǔ)油向Ⅱ、Ⅲ類基礎(chǔ)油甚至全合成基礎(chǔ)油轉(zhuǎn)化。而在添加劑設(shè)計中，預(yù)計添加劑的加入量將會超過10%[6]。且添加劑會出現(xiàn)一些新的發(fā)展方向或是在現(xiàn)有平臺下的延伸和性能加強，比如有機硼酸酯型極壓抗磨劑、超高堿值金屬清凈劑、硫化制備惰性極壓抗磨劑、納米型極壓抗磨劑、具有防銹抗氧性能的多功能極壓抗磨劑、具有極壓性能的金屬減活劑、無灰分具有一定堿值的防銹添加劑等。

從產(chǎn)品性能方面來說，未來長壽命車輛齒輪油將進一步提升燃油經(jīng)濟性，要求更好的熱穩(wěn)定性，更好的密封件保護，更好的硬件保護，更好的同步器性能以及與合成油的相容性。

4 昆侖潤滑油在長壽命車輛齒輪油上所取得的進展

中國石油潤滑油公司在車輛齒輪油方面，一直緊密與國內(nèi)各OEM合作，自2010-2015年間，自主開發(fā)的MTF10、MTF18手動變速箱油以及驅(qū)動橋油GL-5+重負(fù)荷車輛齒輪油相繼通過了國內(nèi)數(shù)家知名汽車OEM廠家10×104km道路行車考核試驗的驗證。這些產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用均形成了良好的配方基礎(chǔ)，為昆侖潤滑油公司開發(fā)滿足20×104km換油里程甚至50×104km換油里程以上的長壽命車輛齒輪油起到了良好的指導(dǎo)意義和支撐引領(lǐng)作用。

近兩年間，隨著國內(nèi)各OEM對長壽命車輛齒輪油的需求逐漸增大，昆侖潤滑油公司在原有10×104km不換油的手動變速箱油、驅(qū)動油技術(shù)平臺下，通過引入深精制的Ⅱ、Ⅲ類基礎(chǔ)油及合成油與高性能極壓抗磨、抗氧復(fù)合配方結(jié)合的先進技術(shù)，相繼開發(fā)了20×104km不換油的80W-90變速箱油T20、驅(qū)動橋油A20以及50×104km不換油的75W-90變速箱油T50和驅(qū)動橋油A50，產(chǎn)品性能相較于原有的10×104km變速箱油和驅(qū)動橋油，在抗氧化性能、極壓抗磨性能、抗沉積性能等方面都有了較大提升。表4、表5分別是昆侖20×104km和50×104km變速箱油和驅(qū)動橋油的典型數(shù)據(jù)。

表4 20×104 km不換油的變速箱油T20和驅(qū)動橋油A20典型數(shù)據(jù)

表5 50×104 km不換油的變速箱油T50和驅(qū)動橋油A50典型數(shù)據(jù)

從表4、表5中可以看出，質(zhì)量升級后的昆侖20×104km和50×104km變速箱油和驅(qū)動橋油，相比于10×104km變速箱油和驅(qū)動橋油來說，在低溫性能、銅片腐蝕性能、抗泡性能方面均有提升。且全部通過了L-33、L-42、L-37、L-60-1臺架試驗測試，尤其是表征油品熱氧化安定性的L-60-1強化試驗臺架，其試驗條件相較于評價原有10×104km變速箱油和驅(qū)動橋油時，苛刻了數(shù)倍，但油品氧化后的100 ℃運動黏度增長、戊烷不溶物等結(jié)果均全部滿足指標(biāo)要求，說明油品具有優(yōu)異的熱氧化安定性和油泥分散性能。

此外，在產(chǎn)品開發(fā)過程中，試驗也與國外同類長壽命車輛齒輪油各項性能進行了對比。以50×104km不換油的變速箱油T50和驅(qū)動橋油A50的抗磨性能考察來說，分別對油品進行老化試驗，不同的時間后，通過觀察其磨斑三維形貌圖的方式，開展了昆侖50×104km不換油的驅(qū)動橋油A50、變速箱油T50與國外競品的對比工作，結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 昆侖A50驅(qū)動橋油與國外競品1的磨斑三維形貌對比

從圖3中可以看出，在兩種油品不同氧化時間下，昆侖A50驅(qū)動橋油和國外競品1相比，試驗件表面的磨斑直徑小，犁溝少，說明昆侖A50驅(qū)動橋油的抗磨性能優(yōu)于競品1。

圖4 昆侖T50變速箱油與國外競品2的磨斑三維形貌對比

從圖4中可以看出，在兩種油品不同氧化時間下，昆侖T50與競品2相比，試驗件表面同樣表現(xiàn)出較少的犁溝，說明昆侖T50變速箱油的抗磨性能優(yōu)于競品2。昆侖T50和A50和競品油在不同氧化時間下的D392N磨斑直徑對比柱形圖見圖5。

圖5 昆侖T50和A50和競品油在不同氧化時間下的D392N磨斑直徑對比柱形圖

從圖5通過對昆侖T50、A50和競品油進行D392磨斑直徑的量化分析中可以看出，其磨斑直徑結(jié)果與三維形貌圖結(jié)果一致，氧化前后的昆侖T50變速箱油和A50驅(qū)動橋油均略優(yōu)于競品1和競品2。

5 結(jié)束語

隨著商用車技術(shù)的發(fā)展，車輛設(shè)備性能結(jié)構(gòu)的變化對齒輪油性能提出了新的要求。長壽命車輛齒輪油由于具有相比于GL-5油更為優(yōu)異的熱氧化安定性、密封件適應(yīng)性、抗腐蝕性、抗點蝕性、極壓抗磨性、剪切安定性等性能特點，同時，又可以降低OEM運營成本和用戶的維護成本，將成為未來車輛齒輪油發(fā)展的主要趨勢之一。此外，汽車行業(yè)OEM應(yīng)與潤滑油行業(yè)加強長壽命車輛齒輪油的技術(shù)開發(fā)和專業(yè)化合作，以滿足市場上日益增多的長壽命車輛齒輪油國產(chǎn)化需求。

參考文獻：

[1] 武永亮,鄭小艷.重型車車橋換油周期的研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2017,17(2):40-48.

[2] Zakarian JA.EBZended Drain Field Testing of Group Ⅲ Based Lubricants in Heavy-Duty Transmissions and Axles[C]．SAE 2007-01-1987.

[3] 王清國,桃春生,楊南.汽車潤滑效率及潤滑油長換油期[C]∥中國潤滑技術(shù)論壇論文專輯,2016:17.

[4] 糜莉萍,伏喜勝,續(xù)景.80W/90重型車驅(qū)動橋車輛齒輪油的性能特點及其應(yīng)用[J].潤滑油,2008,23(2):38-42.

[5] Salentine C G．Results of a 50 000-Mile Fisld Test of a Gear Lubricant and an Engine Lubricant in Heavy-Duty Manual Transmissions[C]．SAE 912408.

[6] 伏喜勝，姚文釗，張龍華.潤滑油添加劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].汽車工藝與材料，2005(5):1-5.