車用潤滑油的發(fā)展趨勢及展望

劉少飛　孫龍

摘 要：本文使用1.8T汽油發(fā)動機進行臺架試驗，針對兩種不同潤滑油對發(fā)動機性能進行對比實驗，1.天然氣全合成工藝加工潤滑油，2.傳統(tǒng)工藝加工潤滑油。分析兩種潤滑油對發(fā)動機的影響，以及發(fā)動機磨損等問題展開分析，通過實驗數(shù)據(jù)分析不難發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)工藝潤滑油，發(fā)動機啟動時間相對較長，且潤滑油建立機油壓力時間比較緩慢，而天然氣全合成工藝潤滑油，發(fā)動機啟動時間相對較短，能在最短的時間內(nèi)建立機油壓力，從而得到更加充分的潤滑，并且在低溫下流動性更好、極耐磨損、抗泡性、清潔性等多項優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：潤滑油 粘度 抗磨性 經(jīng)濟型

1 前言

選擇合適的潤滑油，是保證發(fā)動機獲得良好潤滑的關(guān)鍵所在，早期是按照車子排量選擇潤滑油種類，如排量在1L以下建議選用SG級別，排量在1L以上建議選用SH級別的潤滑油，如果排量在1.8升以上的車建議選用SJ、SL級別潤滑油，或者更高級別的潤滑油。［1］但由于發(fā)動機運行時溫度的變化，對潤滑油的粘度和粘溫特性，提出了更為苛刻的要求。發(fā)動機內(nèi)潤滑部位較多，且潤滑條件各不相同，而發(fā)動機的工作狀態(tài)取決于，摩擦表面所形成的油膜，以及潤滑油的等級和粘度。

隨著我國提出碳中和要求，通過植樹造林、節(jié)能減排等方式，抵消產(chǎn)生的二氧化碳，實現(xiàn)正負抵消，從而達到零排放。為降低潤滑油碳排放，將原有的潤滑油調(diào)配工藝，提升為天然氣合成機油，該工藝將通過化學(xué)合成的加工方法，將天然氣轉(zhuǎn)化成水晶般透明無色的純凈基礎(chǔ)油，其純度高達100%，有效的提升了基礎(chǔ)油的性能。天然氣全合成潤滑油是來自原油中的瓦斯氣或天然氣所分散出來的乙烯、丙烯，再經(jīng)聚合、催化反應(yīng)等復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，煉制成大分子組成的潤滑液，是全合成潤滑油中的高等級油品，為市場提供更加全面零排放的潤滑油產(chǎn)品。

2 2017至2021年全國汽車保有量及新注冊車輛

據(jù)統(tǒng)計，截止到2021年底，我國汽車保有量為3.02億輛，同比增長7.5%。隨著中國經(jīng)濟社會持續(xù)高速發(fā)展，機動車和駕駛?cè)吮Ｓ辛砍掷m(xù)高位增長。汽車保有量逐年增加。截止到2021年，全國機動車駕駛?cè)藛T達到，4.81億人，較上年增加0.25億人，同比增長5.48%，而汽車駕駛?cè)藛T數(shù)量在4.44億人，較上年增加0.26億人，同比增長6.22%，全國汽車駕駛員占機動車駕駛員數(shù)量的92.2%，較上年提升0.4個百分點（見表1）。

近年來，我國居民生活水平逐步提升，而汽車將成為居民出行時，不可缺少的交通工具之一。我們國家也相應(yīng)出臺了一系列的購車補貼政策，1、如購買國產(chǎn)車輛，并且在政策施行之后購買的，就可以享受到補貼政策，向政府部門申請領(lǐng)取補貼金。國家補貼的費用是按照整車的價格來計算的，最高可以得到5000元的補貼。2、為促進汽車消費，支持汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國家對部分乘用車購置稅減半，具體以單車價格（不含增值稅）不超過30萬元，或在2.0L以下排量的乘用車。3、再有就是部分廠家為了搶占市場份額，提出購買指定車輛，“買車送保養(yǎng)”“買車送油卡”，等促銷活動，而這一舉動也深深的改變了消費者的選擇性。自2017年至2021年期間全國新注冊車輛呈直線上升趨勢，2021僅半年時間新注冊車輛就高達1781萬輛，同年機動車駕駛?cè)艘迅哌_4.81億人，由此可見我國居民對汽車的使用率逐步提升。

3 發(fā)動機熱管理系統(tǒng)

發(fā)動機在設(shè)計之初，散熱系統(tǒng)基本只能依賴于水來降溫，而非現(xiàn)在的防凍液來散熱，而水的沸點，在正常大氣壓下100°就開始沸騰蒸發(fā)，且沸騰的同時水內(nèi)會產(chǎn)生氣泡形成氣阻，所以只能將溫度下調(diào)到90°，從而有了現(xiàn)在的發(fā)動機正常水溫。

發(fā)動機上的零部件并非全都是由金屬造成的。如果長時間持續(xù)高溫運行，塑料、橡膠、電路壽命等，部分位置將會大大縮短，對于發(fā)動機的機油來說也是個致命的問題，高溫意味著機油需要，更高的高溫來實現(xiàn)流動性，但不至于產(chǎn)生嚴重?zé)龣C油，發(fā)動機溫度過高也會造成熱效率降低，造成動力損失，發(fā)動機溫度過高還會在一定程度上會影響進氣效果，以及動力輸出。

發(fā)動機熱管理系統(tǒng)，就是在發(fā)動機工作循環(huán)時，保持水溫最佳狀態(tài)（90°）從而使發(fā)動機達到最佳的工作狀態(tài)，包括穩(wěn)定性、以及節(jié)省燃油率。一是冷卻智能控制模式，二是風(fēng)扇智能控制模式。熱管理系統(tǒng)是使發(fā)動機不過冷也不過熱，一直控制在90°最佳溫度內(nèi)，使發(fā)動機在工作中發(fā)揮最佳能量，燃油消耗也達到最佳節(jié)油率。風(fēng)扇智能控制系統(tǒng)，就是發(fā)動機在工作時，系統(tǒng)控制發(fā)動機散熱過程，從而達到轉(zhuǎn)速的快與慢。一般發(fā)動機風(fēng)扇高速運轉(zhuǎn)時，需要消耗10KW的功率，而風(fēng)扇智能控制系統(tǒng)，能合理控制風(fēng)扇運轉(zhuǎn)，使發(fā)動機在最佳溫度下工作，從而可以達到節(jié)省發(fā)動機能量。這樣既能減少機械磨損，同時也能提高發(fā)動機使用壽命，并且可以實現(xiàn)節(jié)省燃油。

隨著計算機技術(shù)的提升發(fā)展，采用電子驅(qū)動及控制冷卻水泵、風(fēng)扇等部件，可以通過傳感器的信號和計算機，根據(jù)發(fā)動機實際運行時的溫度，全程保證正常運行，提供最佳的冷卻流量，實現(xiàn)發(fā)動機冷卻系統(tǒng)控制智能化，從而降低了能耗，且提高了效率。

4 車用潤滑油的發(fā)展趨勢

潤滑油是用在各種機械設(shè)備和汽車上、減少摩擦，從而能保護機械及加工件不被磨損，其主要作用是潤滑、冷卻、防銹、清潔、密封以及緩沖等作用，從而避免因潤滑效果不佳，導(dǎo)致發(fā)動機摩擦而受損。［2］伴隨著工業(yè)化進程的不斷提升，和發(fā)展戰(zhàn)略的調(diào)整，以及節(jié)約資源的不斷實施，使得工業(yè)潤滑油的創(chuàng)新，已迫在眉睫。在傳統(tǒng)的潤滑油生產(chǎn)加工中，基礎(chǔ)油的原料占比較大，一方面造成大量的資源浪費，另一方面也未能起到保護環(huán)境的需求，而單純的僅在潤滑油添加劑方面進行提升，顯然是達不到實質(zhì)性效果的，所以需要進一步深入研究，保證生產(chǎn)的潤滑油能符合當(dāng)下的發(fā)展趨勢（見圖2）。

而現(xiàn)有的車輛和設(shè)備雖符合環(huán)保要求，但對潤滑油的性能和環(huán)保，也提出了更為苛刻的要求：

1、高級別潤滑油需求量增加，等級不斷提高；2、提高潤滑油的高溫抗氧化性能、清凈性和分散性；3、適應(yīng)汽車及節(jié)能環(huán)保要求，使用多級潤滑油；4、適應(yīng)汽車齒輪和自動傳動液的新要求；5、開發(fā)清潔性潤滑油，具備汽、柴油發(fā)動機內(nèi)部清凈性和分散性，以及抗氧、抗腐，還需要具備更優(yōu)越的抗磨損性。針對乙醇燃料的發(fā)動機，還需要具有良好的抗酸性能力。

天然氣合成潤滑油API SP，（美國石油學(xué)會） 標準，是國際上比較通用的潤滑油質(zhì)量等級標準，其優(yōu)點是通過化學(xué)合成或精煉加工的方法將天然氣轉(zhuǎn)化成水晶般透明無色的純凈基礎(chǔ)油，其純度高達100%，大大提升了基礎(chǔ)油的性能。

天然氣全合成油是來自原油中的瓦斯氣或天然氣所分散出來的乙烯、丙烯，再經(jīng)聚合、催化反應(yīng)等復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，煉制成大分子組成的潤滑液，是全合成機油中的高等級油品，完全由100%全合成基礎(chǔ)油調(diào)配而成的，可展現(xiàn)粘度指數(shù)高、低溫流動性強、極耐磨損、抗泡性、清潔性等多項優(yōu)勢［3］。

其特性表征方面，全合成潤滑油的能力甚至可以接近于最頂級的基礎(chǔ)油。其本質(zhì)上，它使用的是原油中較好的成分，加以化學(xué)效應(yīng)并在技術(shù)的控制下，達到理想中的分子形態(tài)，全合成油分子排列整齊，抵抗外來的能力性很強，因此體質(zhì)較好，高溫穩(wěn)定、抗氧化反應(yīng)、抗粘度變化的能力自然要比，礦物油和半合成油強得多，從而達到能滿足市場需求，且技術(shù)更加全面的潤滑油產(chǎn)品（見圖2、3）。

我國潤滑油消費量呈增長趨勢，僅2019年，我國潤滑油的消費量達648萬/噸，相比2018年增長31萬/噸、約5%（見表1）。國內(nèi)潤滑油市場待疫情過后，需求量將逐漸恢復(fù)，自2020年第二季度開始，潤滑油下游終端工業(yè)、制造業(yè)逐步復(fù)蘇，工業(yè)潤滑油的消費量明顯提升，而車用潤滑油的市場銷量，仍需要時間來進一步提升，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，2024年潤滑油的需求量預(yù)計高達660萬/噸， 但今后仍將保持小幅度穩(wěn)定增長的趨勢，特別是中國仍有較大的增長潛力。這不僅是對國內(nèi)行業(yè)的肯定，更是對國內(nèi)工業(yè)發(fā)展一次質(zhì)的提升。

5 潤滑油試驗分析

5.1 耐磨性及流動性

盡管大部分的碳煙經(jīng)過發(fā)動機的，排氣總成被排出，但任然會有殘留的碳煙遺留在潤滑油中，時間越久殘留越多，而且還會影響到，潤滑油的耐磨減摩特性。所以要選擇流動性好的潤滑油，既能節(jié)省燃油，又能降低發(fā)動機內(nèi)部的摩擦，防止磨損是潤滑油通過保持在，機內(nèi)運動部件表面上形成的油膜或在金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后而生成的油膜來實現(xiàn)的，從而減少機內(nèi)各部件之間的磨損程度。

因在低溫下潤滑油的粘度較大，容易造成機油凝固，如啟動發(fā)動機會因潤滑油流動性差，造成軸與瓦片之間干磨，嚴重將會導(dǎo)致燒瓦、抱軸等故障。流動性好的潤滑油，在冬天低溫環(huán)境下，啟動更加迅速，熱車時間縮短，流動性是傳統(tǒng)潤滑油的兩倍（指著車一瞬間發(fā)動機轉(zhuǎn)速大約在2000上下，通過高轉(zhuǎn)速熱車降至怠速）提高動力，降低噪音，延長發(fā)動機使用壽命。

5.2 清潔性

目前內(nèi)燃機所使用的潤滑油是，反式環(huán)烷基數(shù)的反式酸鹽，其高溫清凈性好，總堿值高，中和性能良好，防銹性好，是內(nèi)燃機潤滑油的主要添加劑?；撬徭V與鈣鹽復(fù)配具有更好的抗沖擊性能、低灰分及協(xié)和效應(yīng)，是為滿足低灰分高標號汽油機潤滑油的要求而開發(fā)的。

好的潤滑油能夠?qū)?，發(fā)動機零件上的碳化物、油泥、金屬磨損顆粒，通過循環(huán)流動帶回機油箱，且沖洗了零件工作面上產(chǎn)生的臟物，帶走雜質(zhì)，經(jīng)過濾清器濾掉。所以同等保養(yǎng)周期，更換的機油感覺會更黑更臟，其實就是因為其清潔屬性，把發(fā)動機內(nèi)部的雜質(zhì)和油泥清理出來的結(jié)果。

5.3 潤滑油試驗過程

首先調(diào)試好試驗用發(fā)動機，以及發(fā)動機外圍邊界條件，選擇好試驗用潤滑油（天然氣合成潤滑油、傳統(tǒng)油），使用試驗潤滑油對發(fā)動機進行充分熱機，直至油溫40°以上，放出發(fā)動機內(nèi)潤滑油，固化放油時長（確保多次放油一致性），之后將試驗潤滑油加入發(fā)動機內(nèi)，繼續(xù)熱機直至油溫40°以上放油，為達到試驗的一致性及穩(wěn)定性，采用試驗潤滑油在試驗前，對發(fā)動機內(nèi)部進行全方位沖洗，更換機濾，使發(fā)動機內(nèi)部各各角落及部件表面，均為本次試驗所使用的潤滑油，重復(fù)以上過程3次即可準備完畢。熱機完成后，發(fā)動機開始常溫靜置，經(jīng)過常溫靜置一夜，發(fā)動機內(nèi)潤滑油已充分流入油底殼，可以正常進行試驗。

試驗前檢查確認狀態(tài)，記錄數(shù)據(jù)，啟動發(fā)動機至著車，觀察發(fā)動機運行狀態(tài)及數(shù)據(jù)變化。為了試驗數(shù)據(jù)更精確，前期已對發(fā)動機局部進行改良，在氣門室蓋處加裝傳感器，在啟動機大線上安裝信號采集器，以及溫度傳感器等相關(guān)設(shè)備，從而能更直接有效，讀取試驗數(shù)據(jù)。試驗1潤滑油試驗完成。重復(fù)以上換油過程，進行試驗2潤滑油試驗。

通過數(shù)據(jù)對比，不難發(fā)現(xiàn)試驗2潤滑油，啟動時間相對較長，潤滑油流動性欠佳，并且潤滑油建立壓力較慢。通俗來講，就是在著車一瞬間，潤滑油還沒有建立壓力，從而未能到達發(fā)動機的最上端，并且未能起到潤滑作用，在著車后，發(fā)動機未能形成機油壓力之前，這段時間發(fā)動機處于干磨狀態(tài)，甚至于拉缸，這將大大縮短發(fā)動機的使用壽命，而在日常生活中，每天上下班都需要啟動發(fā)動機，尤其在冬天磨損程度將會尤為明顯，久而久之發(fā)動機內(nèi)部磨損部位就會增加，磨損面積將會擴大，對發(fā)動機整體而言，將減少使用周期，而燃油消耗量也會提升，且發(fā)動機會出現(xiàn)低速早燃、抖動、內(nèi)部積碳會不斷增加等問題。

6 結(jié)論

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，車用潤滑油對生態(tài)環(huán)境的改善將顯得尤為重要，通過相關(guān)試驗對車用潤滑油數(shù)據(jù)分析，且滿足汽車全生命周期零污染，以及車輛安全性、可靠性；未來車用潤滑油的發(fā)展將朝著零污染、高質(zhì)量、高性能的方向發(fā)展，這不僅限于只提升車用潤滑油的品質(zhì)，更是對整個工業(yè)行業(yè)一次大的改革，最終全面促進我國工業(yè)經(jīng)濟水平的提升。

參考文獻：

[1]潤滑油粘度等級對發(fā)動機性能的影響.

[2]中國潤滑油市場發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢.

[3]淺析我國工程機械的發(fā)展趨勢及對潤滑油的新需求.