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柴家同:應和未來變速器設計的工程潤滑油技術

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2010年4月23日-24日、第十一屆北京國際汽車工業(yè)展覽會期間,在北京國家會議中心舉辦“2010國際汽車自動變速器技術及中國產(chǎn)業(yè)化研討會”。會上路博潤公司技術經(jīng)理柴家同先生就未來變速器設計的工程潤滑油技術方面發(fā)表了自己獨到見解。

路博潤公司技術經(jīng)理柴家同:在之前呢,我想各位專家都是主要集中在硬件的設計,包括變速箱未來的趨勢和發(fā)展,下面我說一句,歡迎大家來到流體的世界,上一個Richard Tamba先生部分說了一線油品的問題和趨勢,下面我會從油品的角度去講述一下,整個行業(yè)的一個特點,發(fā)展趨勢,以及未來發(fā)展的特點,以及路博潤公司在行業(yè)做的工作,等等的相關的問題。

首先呢,我是會講幾個方面的問題,第一個講一下全球的變速器的趨勢,包括市場的驅(qū)動力,包括硬件的驅(qū)動力,包括硬件的發(fā)展等等,我想這兩天的會議,各位專家和公司做了很多介紹,我們只是想從我們的角度,從我們油品的公司,或者天然氣公司的角度,怎么理解這個趨勢,和這個趨勢對油品產(chǎn)生的影響。接下來我們介紹一下路博潤公司在AT、CVT方面技術的發(fā)展,我們著重介紹一下具有燃油經(jīng)濟性的平臺,以及我們在高黏度指數(shù)的技術的一些測試的數(shù)據(jù)。那么最后一部分是我會講DCT,DCT現(xiàn)在是一個非常熱的話題,每個人都在談,從油品的角度講,如何開發(fā)一個好的油品,滿足新的硬件的需求,最后是一個小的結論。

  變速器的發(fā)展趨勢:

這是一個簡單的表,就是說可以看到全球的變速器的市場份額,現(xiàn)在那么和未來五年之后,會是什么樣的水平。分為這么幾個,AMT、DCT,我們這個數(shù)據(jù)基于很多行業(yè)的報告,以及我們自己的數(shù)據(jù)。各位行業(yè)的專家,如果有不同的看法盡管提出來。在未來MT還是市場主導的份額,AT仍然會有降低,但是AT份額還是很可觀,DCT在未來會是非常好的一個領域去開發(fā)變速器,以及它會在未來2015年占有大概10%的市場份額,這是全球的一個觀點。

OEM硬件展及其驅(qū)動力

  下面我會簡單講一下全球的OEM硬件方面的發(fā)展,以及它的驅(qū)動力,這個主要的驅(qū)動力來源于整個市場,我們整個汽車行業(yè)是一個競爭非常激烈的市場,那么現(xiàn)在就是說,所有的汽車行業(yè)都在里面做一個激烈的競爭,他們需要去贏得消費者的認可,擴大一個市場份額,這個需要在一些很多的方面,做一個改進,去迎合消費者的需求。比如在質(zhì)量和換擋方面做一個提升,同時做個全球發(fā)展的趨勢,燃油和二氧化碳的排放是一個話題,我們有責任和汽車行業(yè)一起,在改善燃油經(jīng)濟性方面,并兼顧耐久性做一個發(fā)展。為什么強調(diào)這個呢?因為效率和耐久性其實是矛盾的話題,你提高燃油經(jīng)濟性,可能就會影響到你的耐久性,整個硬件和油品的壽命,我們希望兼顧這兩個方面,開發(fā)好的油品,滿足這兩個需求。從AT到CVT來看的話,從目前的四速,五速,包括現(xiàn)在用到八速,這是一個趨勢,追求兩個方面,一個是燃油經(jīng)濟性了,還有一個是好的換擋的感覺,跟發(fā)動機更好的匹配。基于這樣的出發(fā)點,OEM在設計的時候,第一個減少離合器片的片數(shù),這樣來減輕整個發(fā)動機的變速器的質(zhì)量。那么這樣的話,就需要這個油品呢,需要更高的扭矩特性,和承載能力,因為它片數(shù)減少以后,整個工作的溫度都更加苛刻了,我們需要油品這方面性能加強。那么就是說,同時還需要使用一些熱穩(wěn)定性更好的離合器的材料,所以在油品方面,也有一些相應的變化。CVT更傾向于裝在功率不大的車上,目前來看現(xiàn)狀的話,還是以小型車為主。

由此種種變化帶來的現(xiàn)象就是說,潤滑油操作的溫度是提高了,包括油底殼的溫度和油箱的問題,這個給我們帶來了很大的挑戰(zhàn)。大家知道運動車非常普及,AMT在歐洲有非常好的應用前景和發(fā)展的前景。性能是兼顧了舒適和運動,在設備上投入比較小,因為它不需要去做很大的投資,建一個新的廠,可以把現(xiàn)有的廠做一個改進,用于生產(chǎn)DCT,所以這個投資上是一個很大的優(yōu)勢,所以在歐洲,OEM在談論,在北美談論的比較少,因為北美是一個AT的市場。干式離合器大家在談,從市場份額來看,濕式占主導的地位。所以綜上所述,包括AT,CVT和DCT的發(fā)展,油品首先是不能降低零部件的壽命和耐久性,其次呢,它需要一個低黏度的油品,來滿足燃油經(jīng)濟性和提高它的效率,這本身是一個挑戰(zhàn),我想這是我們行業(yè)的挑戰(zhàn),去完成這個任務。

油品的發(fā)展趨勢

  根據(jù)前面我講到的OEM硬件的趨勢,因此產(chǎn)生了油品的趨勢,大概是這樣的。

首先低黏度的油品會占到一個主導的地位,這個主要是由AT驅(qū)動的,包括現(xiàn)在的六速,甚至更高速比的AT的話,是現(xiàn)在的OEM的規(guī)格向低黏度發(fā)展,包括低溫性能,這兒有一個指標,黏度基本上小于一萬三這樣的水平,運動黏度大概在5.4到6.2之間,相對于傳統(tǒng)的AT,這是有很大的降低。目前的話,CVT和DCT的黏度,還是在傳統(tǒng)的范圍之內(nèi),七到八之間,業(yè)內(nèi)普遍談論低黏度化的趨勢。同時我們認為需要一個更高的黏度,主要考慮到耐久性的需求,需要在剪切之后,有一個比較好的能力,能保持零部件的摩擦和磨損,更好的剪切穩(wěn)定性,主要針對CVT,因為大家知道CVT主要是金屬和金屬之間的摩擦,它帶來的攪動和對油品的抗泡性能非常苛刻,去確保CVT工作的正常。

還有一個很大的方面就是說摩擦,以及抗抖動的耐久性,這是一個英文,那么針對這一點呢,我們需要一般更好的摩擦穩(wěn)定劑,主要要平衡兩個方面的性能,一個是高的金屬和金屬之間的摩擦,因為現(xiàn)在是金屬和金屬之間的接觸,之間的摩擦,需要考慮這兩個之間的摩擦特性,摩擦系數(shù)的改變,以及需要考慮的是抗抖動,耐久性,我們因為這個抗抖動,耐久性,這是一個性能的要求,耐久性需要長時間保持這個能力,這是一個挑戰(zhàn)。還有一個是磨損/極壓的保護,我們采用低黏度的油品,油膜的黏度和厚度會受到影響,你的黏度變小,同時你的工作環(huán)境在變得更加苛刻,所以這時候我們需要一個更新的一些科技,更新的一些發(fā)明,來滿足這樣的需求。尤其是對DCT來說,剛才上一個話題,也簡單說了一下,DCT介于兩個方面的特點,一個是有齒輪,有傳動,同時還有一個摩擦片,有AT的一些摩擦特性有要求,所以磨損保護來說,對DCT來說,是一個非常大的方面的一個考慮。同時呢,因為在前面講趨勢的時候,我說了就是說,因為硬件的變化,導致整個行業(yè)變速器的油溫提高了,需要更好的穩(wěn)定性,這是一個。

這一張是比較枯燥一點,這是我們公司在十年二十年期間發(fā)展的三個不同的技術平臺的基本的特點。在第一代平臺,大概從1980年到1992年這個期間,油品類似,都是高黏度的油品,黏度在七到八之間,一些行業(yè)標準,像通用的DEXRON,福特的MERCON這樣的規(guī)格,它關注的是齒輪的磨損,新變速器的抖動,新變速器的抖動主要說的是DCT。在第一代DCT的產(chǎn)品,在很短的時間內(nèi),甚至新的變速器,在使用五千公里之內(nèi),會發(fā)現(xiàn)很嚴重的變速器換擋抖動,我們行業(yè)會面臨同樣的問題,因為當時天然氣設計的特點,以及保濕能力不夠造成的問題。所以在那個時代,第一代產(chǎn)品的話,大家關注DCT抖動的問題。包括還有后面鐵和金屬的腐蝕的保護,是第一代產(chǎn)品關注的性能特點。從1993年開始一直到2005年,基于一個是OEM的需求,或者整個市場,整個最終客戶對性能的需求的提升,我們開發(fā)了一個第二代的產(chǎn)品,這是三速到四速的變速器,這個規(guī)格像通用的規(guī)格。第二代產(chǎn)品跟第一代產(chǎn)品相比的話,除了前面提到的性能之外呢,還有更關注抗氧化穩(wěn)定性,關注摩擦穩(wěn)定性,關注包括它在磨損保護方面也比第一代產(chǎn)品有所提升。那么第三代產(chǎn)品從2006年,這是比較新了,到現(xiàn)在基于最新的一些OEM發(fā)展的需要,包括五速到八速的AT的開發(fā),包括DCT的一些開發(fā),所以說整個OEM的規(guī)格也在提升,包括通用非常有名的,大家都知道,包括豐田的WS去取代他之前的TE4這樣的規(guī)格。

關注的一個是抗抖動,耐久性,我這兒強調(diào)的是。再一個是扭矩容量,還有一個是摩擦耐久性的改進,然后一個磨損的性能。這一代產(chǎn)品的話,主要關注在換油期,基于這一點的話,我們強調(diào)的是抖動的耐久性。現(xiàn)在沒有面向市場,是我們下一代的產(chǎn)品,黏度非常的低,是四到六之間,這是低黏度的油品,最大化把燃油經(jīng)濟性和耐久性進行一個平衡,在不損失耐久性的前提下,獲得最大的燃油經(jīng)濟性,這是下一代燃油開發(fā)的主要關注點。

一定是一個低黏度的油品,黏度非常低,比第一代,甚至比第三代產(chǎn)品低很多,它的低黏度具有很好的剪切穩(wěn)定性,以及對軸承的保護比以前提高了。接下來我詳細介紹一下我們新一代的技術。

我們第三代,或者第四代的產(chǎn)品,主要是基于多功能的分散劑,不光是有分散性能,還有腐蝕,抗摩,以及提高了摩擦控制能力,還有新一代的摩擦改進劑,就是說能夠兼顧耐久性和抗抖動性能,靠這個來實現(xiàn)它的功能。那么我們使用了新一代的或者下一代的摩擦材料,來實現(xiàn)這樣。

接下來一個關鍵的部分是抗摩添加劑,提高了保護,從而允許整個油品的黏度做到更低,獲得更大的燃油經(jīng)濟性。還有一個是黏度指數(shù)改進劑,優(yōu)化了增稠和剪切的穩(wěn)定性,這個組合使得我們新的技術,實現(xiàn)特別低的黏度,同時又能不損失它的性能。

這是一個著名的實驗,業(yè)內(nèi)非常有名的實驗,用于評價耐久性和抗抖動性能的臺架,大家看縱坐標應該是越高越好,我們的路博潤的產(chǎn)品,可以看到這個性能上比現(xiàn)有的第三代產(chǎn)品高很多。如果比之前的那些市場上的參比油的話,更是有一個非常明顯的提升。

這張圖表是通過蜘蛛圖站住性能的差異,圖表占的面積越大,肯定油品越好,從這個圖可以很直接看到,主要性能的差異,以及性能的平分,不詳細說了。

  現(xiàn)在看看現(xiàn)在的一些主要OEM的裝車和黏度的特點。我們列舉了幾個著名的OEM,一個是福特的,一個是豐田的T4,它的黏度大家可以看,大家都是在7.3,這是第二代產(chǎn)品,那么5.45,6左右,是第三代的產(chǎn)品,為什么把20黏度列出來,我們相信20黏度是油箱的溫度,這個黏度被經(jīng)常用來測試整個變速箱的效率的指標,我們的目標是降低20度黏度來實現(xiàn)燃油經(jīng)濟性的提升。40度的剪切,對自動變速器的AT的泵保濕能力非常重要,相當于六萬英里的使用,大概是這樣的狀況。這個是一個新一代產(chǎn)品的一個,我們使用了我們第三代的超低黏度的技術的AMT的列表,這個新技術,我們看到一百度黏度是4.25,非常的低,同時它的20度黏度也非常的低,跟我們縱軸是兩個新的技術的話,是第三代的產(chǎn)品,也是具有一個很好的耐久性和燃油經(jīng)濟性的平衡,這個是我們用在當前的一些OEM的規(guī)格的技術,那么新技術是面向未來的技術。

  大家可以注意到有一個很有趣的現(xiàn)象,就是我們在一百度黏度,除了我們新技術以外,都是在五以上,這是為什么呢?因為當前的AT的設計,它的泵如果你的一百度黏度低于五的話,泵出現(xiàn)很嚴重的泄漏,會導致變速器的失效,現(xiàn)在的技術,豐田是算最極端的一架AM,它的黏度規(guī)格在接近5了,已經(jīng)是,但是還沒有做到5以下,因為當前的泵的設計,不允許使用超低黏度的油品。

接下來就是我是想展示一下,我們做的一些實驗,去展示一下我們在燃油經(jīng)濟性方面,在效率方面的一些提高,我們采用的是豐田的卡羅拉的車,五速的AT前驅(qū),我們測試了三個油品,第一個是豐田的WS的裝車油,我們的新技術的2油品,還有我們豐田的新一代產(chǎn)品叫T4產(chǎn)品,我們實驗的循環(huán),是采用了我們自己的室內(nèi)效率實驗,這個實驗是基于北美CAFE國家實驗的一個改進,那么這個油溫曲線在負十度到二十度,為了保證連續(xù)性和一致性,每個油品測試了五次,通過這個實驗來看我們這個新技術,在燃油經(jīng)濟性方面一個提升的一個尺度。

  這張表列了幾個主要的油品參數(shù),那么WS這個油品的話,黏度一百度是5.5,我們兩個流量在日本采了一個油量,在北美采了一個油量,都是5.5,都是傳統(tǒng)的高黏度的油品,我們的新技術也測試了,大概是四個循環(huán)。第一個是高扭矩低速的循環(huán),第二個是怠速的循環(huán),第三個是模擬的四十公里每小時的駕駛情況,第四個是六十公里,速度更高一點。下面幾張圖表會分別根據(jù)這四個駕駛循環(huán)來展示一下燃油經(jīng)濟性的提高。這個縱坐標我想說明一點,我們大家不要看這個數(shù)字,15%并不代表它這個燃油經(jīng)濟性會提升15%,只是一個相對值,想讓大家更關注這四個曲線之間的能力。

  在怠速階段的話,實際上我們的新一代的產(chǎn)品的話,其實優(yōu)勢并沒有那么明顯,反而是豐田的T4比那個傳統(tǒng)的藍顏色的曲線的話,有一定的提升,這是為什么?因為是怠速的情況下,整個的油品在變速器里面并沒有一個完全的去叫浸泡也好,或者完全實現(xiàn)它的作用,所以在低速的時候,低黏度油品發(fā)揮的作用并不是很大。這是一個帶負荷模擬的,是一個高扭矩低速的工況,我們看到豐田的WS和T4的差異很大,我們的油品大概的表現(xiàn)跟成品油非常接近的。這說明就是說,在這個工況之下的話,因為是高扭矩和低速的情況下,同樣跟怠速是類似的,在這個工況之下發(fā)揮的作用非常有限。這張圖看出差異來,整個變速器的循環(huán)加快,油品起作用的發(fā)揮的余地越來越大,在這個工況下,模擬的曲線的話,我們可以看到粉色的油品非常明顯的提升,效率有非常明顯的提升。同時呢,根據(jù)黏度的變化,四種油品也都有一個明顯的提高,但是粉色我們最新的技術,是一個提升最大的。說明在這種駕駛的工況之下,黏度是非常關鍵的影響因素。我們再加速,我們加到六十公里,那么這個變化更加明顯,就是說,我們粉色的曲線,我們新技術,可以看到這個整個的差異跟這個下面的曲線的差異越來越大,這說明一個趨勢就是說,在正常駕駛的工況之下,低黏度油品有非常好的貢獻,這是大概的結論。

新技術聚合物

前面講到面向未來的新技術,面向現(xiàn)在的技術就是說,這里面一個是我們使用了第四代的我們的新技術,叫聚合物,VM的技術,我們可以看到它的特點就是說,雖然它的一百度黏度,跟我們的最新的技術2相比的話,還是比較高的,但是它的二十度黏度,比這個豐田的T4和WS要好很多,就是它在高,它的特點就是在一百度黏度下,黏度是一個高黏度的油品,就是說,這個意味著什么呢,意味著他能兼顧著燃油經(jīng)濟性,以及它的耐久性,二十度的時候,是黏度非常的低,實現(xiàn)了燃油經(jīng)濟性,同時在高溫的時候,黏度保護的非常好,對磨損的保護會有一個非常好的表現(xiàn)。

  接下來我們展示一下新技術。是一個我們新的發(fā)明,就是說一個跟傳統(tǒng)的線性的PMA的產(chǎn)品相比的話是一個新型的,能夠有很好的效率,以及它的剪切穩(wěn)定性非常的好。從這張圖開始我們講一下高黏度油品的優(yōu)勢,在燃油經(jīng)濟性方面的提升,以及在耐久性方面的變化。這也是一個,這三個曲線可以看到就是說,分別是一個傳統(tǒng)的油品,以及高黏度和低黏度的油品,從橫坐標的右邊開始,我們看到燃油經(jīng)濟性的貢獻,因為在這個傳統(tǒng)的區(qū)域的話,工況不是非常的惡劣,溫度非常低的情況下,磨損不是一個主要的考慮。所以說,我們是希望一個油品在低溫之下,能夠盡情地提升它的燃油經(jīng)濟性,在高溫的時候,要保證它的耐久性,這是我們想要的趨勢,可以看到高黏度的油品,這個曲線越平緩,也是越好的。

 這是我們測試的幾個我們調(diào)的兩個流量,用來測試福特的油品的效率。我們可以看到粉色的曲線是我們的低黏度油品,在低溫之下黏度非常的低,非常平緩,這是一個很好的曲線,同時在這個福特做實驗的話,它的燃油貢獻是0.8%。下一個是我們測試了一些奔馳的,我們NEDC是一個新一代的駕駛平臺,我們用了奔馳的一臺車,叫七速的變速器,模擬了城市路況,以及郊區(qū)的駕駛,同時得出了結論就是說黏度指數(shù)越高,對燃油的經(jīng)濟性貢獻非常可觀,大概是3.49%。因為時間關系,我簡單講講DCT方面。DCT的話,它的特點大概是這樣的,它兼有AT和MT的特點,必須滿足AT的濕式離合器的特性,同時必須提供齒輪和軸承的承載能力,以及磨損保護能力。而這張圖表列出來主要的性能,主要包括一些好的黏度特性,穩(wěn)定性非常好,同時因為有濕式離合器,所以抗抖動的耐久性,同時對同步器提供比較好的一個磨損保護,同時對齒輪和軸承也要有好的承載能力,因為有好的密封材料,要有很好的防腐性。

  這是一個摩擦耐久性的平衡,需要因為有離合器和同步器的存在,所以我們要考慮摩擦的特性的要求,那么這些接下來我通過一些實驗簡單地展示一下。這是一個測試摩擦性能的曲線,那么這個曲線的話,越往上越好,而且越平越好。我們看到很多產(chǎn)品,市場上出現(xiàn)的DCTF,耐久性很差,摩擦性能發(fā)生了很大的變化,不適合繼續(xù)使用,必須去換油,我的產(chǎn)品大概在一萬四千里,還是比較平穩(wěn)的曲線,這是表明了摩擦耐久性的概念。這是同樣的性能,是不同的實驗測試的,可以看到我們的參考油,市場上可見的油品的話,在八千米左右,發(fā)生了很明顯的變化。

  還有齒輪保護,我們在業(yè)界有實驗測試,齒輪模擬實驗,表明抗磨損保護能力越好,這個實驗是一個軸承的實驗,我們也是要進行相應的實驗,來測試對軸承的保護。最后是一個總結,現(xiàn)在不管是OEM也好,我們整個世界在關注效率,或者是燃油經(jīng)濟性,我們希望通過加強設計,提高硬件,來滿足獲得好的燃油經(jīng)濟性。那么我們就是說,在潤滑油行業(yè),或者天然氣行業(yè),需要相應地開發(fā)一個新的油品,或者新的技術,去滿足硬件的變化,在滿足燃油經(jīng)濟性的同時,也提高它的耐久性。我們的第三代,第四代產(chǎn)品的話,需要有比較好的耐久性,我們針對很多種摩擦材料,都在做實驗,同時又非常好的摩擦保護的能力,在北美和亞洲,做了非常好的實驗,來驗證這方面的性能。那么最后呢,就是說,我們簡單介紹了一下我們第四代的黏度指數(shù),能夠提高燃油的效率,同時呢,它的對一百度黏度的保持,也是有一個非常好的貢獻。那么雙離合變速器的設計呢,需要油品上滿足以下的性能,一個是濕式離合器的耐久性,還有抗抖動的耐久性,同時包括穩(wěn)定性。我們的DCT的C平臺的話,實現(xiàn)燃油經(jīng)濟性,具有最優(yōu)化的設計,同時延長變速器的壽命,降低成本,以及對環(huán)境的影響。

 

 
 
 
 
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