混動客車電驅(qū)動減速器油的研制及應(yīng)用

楊操 崔軍 胡亞男 周桃俊

江蘇龍蟠科技股份有限公司

《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中提出了未來10年我國新能源汽車的發(fā)展方向和發(fā)展目標(biāo)：到2025年，我國新能源汽車市場競爭力明顯增強，動力電池、驅(qū)動電機、車用操作系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，安全水平全面提升。與此同時，綠色交通已成為交通發(fā)展的新趨勢，新能源客車近年來也取得了突飛猛進的發(fā)展，這幾年三電系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)等核心技術(shù)逐步趨向成熟，運營企業(yè)對于新能源客車的了解和認(rèn)可也有了質(zhì)的飛躍，尤其是車輛運營成本優(yōu)勢為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益[1,2]。

隨著新能源汽車的蓬勃發(fā)展，新能源汽車驅(qū)傳動系統(tǒng)用潤滑油的發(fā)展也受到越來越多的關(guān)注。新能源汽車的驅(qū)傳動系統(tǒng)有著多種組合形式，其中基本的布置方式可以分為機械驅(qū)動系統(tǒng)、機電一體化驅(qū)動系統(tǒng)、輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)等幾種類型。無論是從市場角度還是技術(shù)角度，電動汽車動力系統(tǒng)的耦合是未來汽車發(fā)展的重要趨勢，而電機與變速器耦合的形式(油冷電機）是電動車傳動系統(tǒng)發(fā)展的方向。因此，相對于傳統(tǒng)變速箱，電機與變速器一體化（油冷電機）系統(tǒng)中增加了電機，這就要求潤滑油不僅要保證對機械傳動部分的良好潤滑和冷卻，還要滿足電機的潤滑冷卻要求，油品必須具備優(yōu)異的電化學(xué)性能、極端情況下的熱保護性能以及與漆包線等非金屬材料良好的相容性等[3～5]。

由于國外對電動汽車研究起步較早，對電驅(qū)動變速器用潤滑油開展了相關(guān)研究并制定了標(biāo)準(zhǔn)，如通用汽車公司的GMNA 9986144規(guī)格，是一款針對電驅(qū)動系統(tǒng)的低黏度潤滑油[6]。目前國內(nèi)電驅(qū)動系統(tǒng)大多從國外引進，對油品的要求了解較少，且不同電驅(qū)動變速器供應(yīng)商對油品的要求也各不相同。目前，市場上的混合動力變速箱用油大多以自動變速箱油（ATF）、齒輪油或低黏度手動變速箱油品為主，沒有使用專用的混動變速箱油。因此，根據(jù)混動客車電驅(qū)動減速器結(jié)構(gòu)特點，要求潤滑油具有優(yōu)異的極壓抗磨性、出色的抗剪切穩(wěn)定性、良好的抑制銅腐蝕保護性和電化學(xué)特性等，本文開發(fā)了一款混動客車電驅(qū)動減速器專用油（以下簡稱混動減速器專用油），以滿足混動客車電驅(qū)動減速器的潤滑需求。

針對混動客車電驅(qū)動減速器結(jié)構(gòu)特點及潤滑要求，通過對基礎(chǔ)油、添加劑的篩選，并考察黏度對油品性能的影響，研制了一款混動客車電驅(qū)動減速器專用油。60 000 km行車試驗結(jié)果表明，研制的混動客車電驅(qū)動減速器油與現(xiàn)用油品相比，具有更為優(yōu)異的剪切穩(wěn)定性、極壓抗磨性和電化學(xué)特性，能為混動客車電驅(qū)動減速器提供更為優(yōu)異的長效潤滑保護。

試驗部分

主要原材料

試驗所用原材料均為工業(yè)級化工產(chǎn)品，主要有： 70SN[愛斯華（天津）化工有限公司]；150N[愛斯華（天津）化工有限公司]；酯類油KL16（上海冠中石油化工有限公司）；復(fù)合添加劑T1（潤英聯(lián)公司），復(fù)合添加劑T2（潤英聯(lián)公司），復(fù)合添加劑H1(雅富頓公司），復(fù)合添加劑L1(路博潤公司），復(fù)合添加劑L2(路博潤公司）。

主要性能評價儀器

石油產(chǎn)品運動黏度測定器（大連分析儀器廠）；石油產(chǎn)品銅片腐蝕測定儀（大連分析儀器廠）；布式黏度測定儀（美國勞拉）；絕緣油擊穿電壓測定儀（武漢研潤科技發(fā)展有限公司）；絕緣油介電常數(shù)介質(zhì)損耗測試儀（北京北廣精儀儀器設(shè)備有限公司）；MS-10J四球摩擦試驗機（廈門天機自動化有限公司）；MRC-10剪切試驗測定儀（濟南舜茂試驗儀器有限公司）；MRC-1齒輪磨損試驗機（濟南舜茂試驗儀器有限公司）；SRV?5多功能摩擦磨損試驗機（德國Optimol）。

研制過程

復(fù)合添加劑的篩選考察

與傳統(tǒng)變速器相比，混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)是電機與變速器耦合形式，電機與變速器一體化系統(tǒng)中增加了電機，且共用一套潤滑冷卻系統(tǒng)，因此油品需要不僅要具有優(yōu)異的抗氧化穩(wěn)定性，抗剪切穩(wěn)定性和極壓抗磨性，還要具有油品具備優(yōu)異的電化學(xué)性能、銅腐蝕保護性等特點。此外，電驅(qū)動減速器系統(tǒng)的高效率還要求油品具有較低的黏度，這就對油品配方中的復(fù)合添加劑提出了更高的要求。因此，電驅(qū)動減速器油配方中的復(fù)合添加劑選擇至關(guān)重要。考察了不同類型的復(fù)合添加劑調(diào)配的變速器油品性能，具體結(jié)果見表1。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，在相同的基礎(chǔ)油前提下，采用添加劑H1和L1調(diào)配的油品C、油品D均具有優(yōu)異的承載能力、抗磨損保護性和熱氧化穩(wěn)定性，尤其是具有出色的電化學(xué)特性和抑制銅腐蝕保護性，且采用添加劑H1調(diào)配的油品C在銅片腐蝕試驗結(jié)束后油品中銅含量最小，說明其抑制銅腐蝕保護性方面更為出色，能為混動客車電驅(qū)動減速器提供優(yōu)良的潤滑、良好的絕緣性和出色的抑制銅腐保護性能。

表1 復(fù)合添加劑的篩選考察

油品的黏度對減速器油性能的影響

電驅(qū)動減速器油在高溫條件下要有良好的潤滑和冷卻性能，同時在低溫下要保證優(yōu)異的冷啟動性能和泵送性能。在保證能形成足夠油膜厚度的前提下，低黏度油品可降低齒輪系統(tǒng)傳動阻力和功率損耗，增加流體流動速度，提高傳動效率，并使系統(tǒng)散熱更快。采用70SN與150N的混合基礎(chǔ)油和復(fù)合添加劑H1調(diào)配了不同黏度的電驅(qū)動減速器油，并對其性能進行了評價，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，黏度過低，油品的承載能力和抗磨保護性能要差一些，且油品的黏度對電化學(xué)特性和導(dǎo)熱性能影響不大。因此，綜合考慮油品的高低溫性能及極壓抗磨性要求，混動減速器專用油的100 ℃運動黏度宜在7.5 mm2/s左右。

表2 不同油品黏度對性能的影響

基礎(chǔ)油類型對減速器油性能的影響

基礎(chǔ)油的組成對潤滑油的高低溫性能、電化學(xué)特性和導(dǎo)熱特性會產(chǎn)生一定影響，而在變速箱油中所用的基礎(chǔ)油主要有API II/III類油、聚α烯烴或合成酯類的組合。因此，本文研究了采用不同類型基礎(chǔ)油或基礎(chǔ)油的組合以及復(fù)合添加劑H1調(diào)配了混動減速器專用油，各油品性能測試結(jié)果見表3。

從表3的測評結(jié)果可以看出，采用加氫基礎(chǔ)油加入少量酯類油可進一步改善油品的低溫性能、極壓抗磨損性能和熱傳導(dǎo)特性。

表3 不同類型基礎(chǔ)油調(diào)配油品的性能對比

油品性能綜合評價

綜合上述研究結(jié)果，確定了混動減速器專用油的技術(shù)指標(biāo)要求，并采用加氫基礎(chǔ)油和酯類油的混合為基礎(chǔ)油，復(fù)合添加劑H1調(diào)配成了混動減速器專用油，對其性能進行了評價，并與現(xiàn)用油品指標(biāo)進行了比較，結(jié)果見表4。

表4 混動減速器專用油產(chǎn)品性能對比

從表4可以看出，研制的混動減速器專用油具有更好的承載能力以及優(yōu)異的低溫流動性、剪切穩(wěn)定性、電化學(xué)特性和抑制銅腐蝕保護性。

行車試驗

在國內(nèi)某混合動力城市客車上（雙行星排變速箱，減速器與電機為混聯(lián)，發(fā)動機最大輸入扭矩1 100 N · m，發(fā)電機最大扭矩350 N · m，電機最高輸入轉(zhuǎn)速6 000 r/min，變速箱輸出最大扭矩3 600 N · m）進行了60 000 km的行車試驗應(yīng)用性能評價，并對油品的黏度、酸值和主要磨損金屬元素鐵和銅含量進行了跟蹤分析，具體結(jié)果見圖1～圖4。

圖1 油品100 ℃運動黏度變化趨勢

圖2 油品酸值變化趨勢

圖3 油品中鐵含量變化趨勢

圖4 油品中銅含量變化趨勢

由圖1～圖4可以看出，在整個試驗過程中，研制油品100 ℃運動黏度變化較為平緩，試驗前后油品黏度的變化率僅為6.76%，而現(xiàn)用油品100 ℃運動黏度變化率高達25.15%，說明研制油品具有優(yōu)異的抗剪切穩(wěn)定性和黏度保持能力；研制油品的酸值變化也較小，說明油品具有更為優(yōu)異的抗氧化性能；主要磨損金屬元素含量相比采用現(xiàn)用油品要低得多，說明研制油品具有更為優(yōu)異的抗磨損保護性。總體來看，本文研制的混動減速器專用油具有更為優(yōu)異的抗氧化性、剪切穩(wěn)定性和抗磨損性，并具有更長的使用壽命，能為混動客車集成電驅(qū)動減速器提供更優(yōu)異的潤滑保護。

結(jié)論

☆本文對混動客車電驅(qū)動減速器油配方中的基礎(chǔ)油、復(fù)合添加劑及油品黏度進行了篩選研究，并最終確定了以加氫基礎(chǔ)油和酯類油的混合為基礎(chǔ)油，復(fù)合添加劑H1調(diào)配了混動客車電驅(qū)動減速器專用油，并對其性能進行了評價。研制油品具有優(yōu)異的抗氧化性、低溫流動性、剪切穩(wěn)定性、電化學(xué)特性、極壓抗磨性和抑制銅腐蝕保護性。

☆行車試驗結(jié)果表明，研制油品相比現(xiàn)用油品具有更為優(yōu)異的黏度保持性、抗氧化性和抗磨損保護性，可為混動客車電驅(qū)動減速器提供更為優(yōu)異、長久的潤滑保護。