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低粘度機油:助力油耗指標,但也身具挑戰

2024論壇
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摘要:三階段燃油經濟性法規預計將在2020年前后開始實行,平均節油改善指標約在15%。路博潤技術經理趙沫在第七屆柴油發動機論壇上,就發動機油如何應對國六排放和三階段燃油經濟性帶來的挑戰做了詳細的解讀。

在應對油耗指標方面,低粘度機油的應用已經成為一個行業公認的方向,從40粘度下降到30,甚至可能進一步下降到20,都在各方的考慮之內。可是,單純的粘度下降,并不足以滿足中國市場的實際需求。

“中國會成為對柴油機機油性能最具挑戰性的市場之一”,趙沫在報告中指出。一方面中國要求污染物排放方面的規范要求達到并超過歐VI標準,另一方面三階段和四階段的燃油經濟性方面存在著明確的油耗指標。除此以外,中國的主機廠將換油期緊盯歐洲頂尖車企水準。而柴油發動機在中國卻面臨著復雜的使用環境,比如參差不齊的燃油質量和工況。并且在2020年之后,由于來自于第四階段油耗指標和PEMS的現實壓力,提升燃油經濟性和改善后處理系統的兼容性將成為油品開發的下一個重點。

在追求更嚴格能耗限值的道路上,發動機硬件的設計有了諸多的改變,如發動機低速化、提升機油溫度、控制燃燒時間和啟停技術等。這些發動機設計上的改變在提升燃油經濟性的同時,卻使得發動機油處于更劇烈的氧化環境中。而為了降低發動機內的摩擦損失,就要求采用更低的高溫高剪切的粘度(低HTHS),以及更低的粘度級別。這些發動機油的變化會要求更高耐久性。“這些對發動機油提出的新問題,需要新的性能級別來加以應對。”趙沫在報告中提到美國石油標準協會(API)對此頒布了更高等級的柴機油規范,即API CK-4和FA-4。

API CK-4和FA-4是API柴機油序列史上第一次分割出的兩套并行規格。API CK-4和FA-4最大的差別在于高溫高剪切值,前者大于3.5cP,而后者為2.9至3.2cP。API CK-4可向下兼容用于較老式的發動機,取代API CJ-4,它包含15W-40、10W-30、5W-30和5W-40粘度;另一邊API FA-4主要用于新型發動機,為燃油經濟型機油類別,包含10W-30和5W-30粘度。

在降低粘度已是一個普遍趨勢之下,趙沫在報告中對比了API FA-4規格機油和其它類別機油間節油效果的差別。當粘度從15W-40降低到10W-30或5W-30后,可以獲得0.5-1.5%的燃油經濟性提升,而如果換成FA-4規格,這個數字將會直接提升至0.9-2.2%。對此,趙沫總結道:“使用API FA-4規格的機油,是一種低投入、易擴展且無需在使用方面做出顯著改變的有效節油手段。”此外,他還分享了路博潤在中國市場對低粘度機油油耗節省的驗證結果。在路博潤2016年針對北京路況的一個路試中看到,使用3.1 HTHS的API FA-4規格機油可以得到3%的油耗節省。同時趙沫指出,當對機油配方作進一步優化后,其性能仍有值得期待的提升空間。

在國際上,主機廠都在不同程度地減低機油粘度,而30級別已經成為國際主機廠裝車油的主要粘度級別。目前一些主機廠已經將目光投向了比API FA-4更低粘度的發動機油技術。在趙沫對國外主機廠裝車油粘度演變的分享中可以看到,更低的高溫高剪粘度能夠為提升燃油經濟性提供進一步的可能。并且在他的預測中,2023年以后的機油高溫高剪值將會下探到2.6cP左右。

當機油的粘度降低,油膜的厚度隨之會變得更薄,與之相伴隨地會產生更復雜的流動和界面效應。此時,發動機油的配方中就需要更多加強磨損保護性能。所以優異的磨損保護是應用低粘度機油的前提條件。路博潤對此在DD13發動機上做了和API CJ-4級別的對比測試,發現應用10W-30粘度的API CJ-4油品的缸套上會在早期就出現嚴重的擦傷痕跡,而使用路博潤配方API CK-4和FA-4油品,發動機缸套上出現擦傷的時間是標準限制的6倍之多。“很多API CJ-4規格的機油都設計于10年以前,對新硬件的適用性就會顯得捉襟見肘。”

低粘度的機油可以為減少發動機的摩擦功損失。然而,如果單純地降低粘度,則會給發動機帶來一系列的難題。首先機油自身需要提供更強的磨損保護性能,同時在發動機油之外,油壓和油泵需要在使用低粘度機油時進行調整,甚至發動機的配合公差和表面處理工藝也是使用低粘度機油時必須考慮的因素。所以趙沫也在報告中指出,“與主機廠的早期合作非常關鍵,低粘度機油需要與發動機的設計共同開發。”

路博潤在柴機油領域有深厚的基礎研究和豐富的開發經驗,能夠助力潤滑油廠商和主機廠的油品開發。而路博潤在全球范圍內針對API CK-4和FA-4產品進行的超過7000萬公里的行車實驗,涉及多達330輛測試車輛,跨越多個國家和地區,更是對產品可靠性能的有力保證。

 
 
 
 
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