車用潤滑油的發展趨勢及展望

劉少飛　孫龍

摘 要：本文使用1.8T汽油發動機進行臺架試驗，針對兩種不同潤滑油對發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.傳統工藝加工潤滑油。分析兩種潤滑油對發動機的影響，以及發動機磨損等問題展開分析，通過實驗數據分析不難發現，傳統工藝潤滑油，發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，發動機啟動時間相對較短，能在最短的時間內建立機油壓力，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、清潔性等多項優勢。

關鍵詞：潤滑油 粘度 抗磨性 經濟型

1 前言

選擇合適的潤滑油，是保證發動機獲得良好潤滑的關鍵所在，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。發動機內潤滑部位較多，且潤滑條件各不相同，而發動機的工作狀態取決于，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、節能減排等方式，抵消產生的二氧化碳，實現正負抵消，從而達到零排放。為降低潤滑油碳排放，將原有的潤滑油調配工藝，提升為天然氣合成機油，該工藝將通過化學合成的加工方法，將天然氣轉化成水晶般透明無色的純凈基礎油，其純度高達100%，有效的提升了基礎油的性能。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，再經聚合、催化反應等復雜的化學反應，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品。

2 2017至2021年全國汽車保有量及新注冊車輛

據統計，截止到2021年底，我國汽車保有量為3.02億輛，同比增長7.5%。隨著中國經濟社會持續高速發展，機動車和駕駛人保有量持續高位增長。汽車保有量逐年增加。截止到2021年，全國機動車駕駛人員達到，4.81億人，較上年增加0.25億人，同比增長5.48%，而汽車駕駛人員數量在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。我們國家也相應出臺了一系列的購車補貼政策，1、如購買國產車輛，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，支持汽車產業發展，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”“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，同年機動車駕駛人已高達4.81億人，由此可見我國居民對汽車的使用率逐步提升。

3 發動機熱管理系統

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

發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，更高的高溫來實現流動性，但不至于產生嚴重燒機油，發動機溫度過高也會造成熱效率降低，造成動力損失，發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。

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

隨著計算機技術的提升發展，采用電子驅動及控制冷卻水泵、風扇等部件，可以通過傳感器的信號和計算機，根據發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，實現發動機冷卻系統控制智能化，從而降低了能耗，且提高了效率。

4 車用潤滑油的發展趨勢

潤滑油是用在各種機械設備和汽車上、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，導致發動機摩擦而受損。［2］伴隨著工業化進程的不斷提升，和發展戰略的調整，以及節約資源的不斷實施，使得工業潤滑油的創新，已迫在眉睫。在傳統的潤滑油生產加工中，基礎油的原料占比較大，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，顯然是達不到實質性效果的，所以需要進一步深入研究，保證生產的潤滑油能符合當下的發展趨勢（見圖2）。

而現有的車輛和設備雖符合環保要求，但對潤滑油的性能和環保，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、適應汽車及節能環保要求，使用多級潤滑油；4、適應汽車齒輪和自動傳動液的新要求；5、開發清潔性潤滑油，具備汽、柴油發動機內部清凈性和分散性，以及抗氧、抗腐，還需要具備更優越的抗磨損性。針對乙醇燃料的發動機，還需要具有良好的抗酸性能力。

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

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，再經聚合、催化反應等復雜的化學反應，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%全合成基礎油調配而成的，可展現粘度指數高、低溫流動性強、極耐磨損、抗泡性、清潔性等多項優勢［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油。其本質上，它使用的是原油中較好的成分，加以化學效應并在技術的控制下，達到理想中的分子形態，全合成油分子排列整齊，抵抗外來的能力性很強，因此體質較好，高溫穩定、抗氧化反應、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，且技術更加全面的潤滑油產品（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）。國內潤滑油市場待疫情過后，需求量將逐漸恢復，自2020年第二季度開始，潤滑油下游終端工業、制造業逐步復蘇，工業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，根據相關數據分析，2024年潤滑油的需求量預計高達660萬/噸， 但今后仍將保持小幅度穩定增長的趨勢，特別是中國仍有較大的增長潛力。這不僅是對國內行業的肯定，更是對國內工業發展一次質的提升。

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過發動機的，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，既能節省燃油，又能降低發動機內部的摩擦，防止磨損是潤滑油通過保持在，機內運動部件表面上形成的油膜或在金屬表面發生化學反應后而生成的油膜來實現的，從而減少機內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，嚴重將會導致燒瓦、抱軸等故障。流動性好的潤滑油，在冬天低溫環境下，啟動更加迅速，熱車時間縮短，流動性是傳統潤滑油的兩倍（指著車一瞬間發動機轉速大約在2000上下，通過高轉速熱車降至怠速）提高動力，降低噪音，延長發動機使用壽命。

5.2 清潔性

目前內燃機所使用的潤滑油是，反式環烷基數的反式酸鹽，其高溫清凈性好，總堿值高，中和性能良好，防銹性好，是內燃機潤滑油的主要添加劑。磺酸鎂與鈣鹽復配具有更好的抗沖擊性能、低灰分及協和效應，是為滿足低灰分高標號汽油機潤滑油的要求而開發的。

好的潤滑油能夠將，發動機零件上的碳化物、油泥、金屬磨損顆粒，通過循環流動帶回機油箱，且沖洗了零件工作面上產生的臟物，帶走雜質，經過濾清器濾掉。所以同等保養周期，更換的機油感覺會更黑更臟，其實就是因為其清潔屬性，把發動機內部的雜質和油泥清理出來的結果。

5.3 潤滑油試驗過程

首先調試好試驗用發動機，以及發動機外圍邊界條件，選擇好試驗用潤滑油（天然氣合成潤滑油、傳統油），使用試驗潤滑油對發動機進行充分熱機，直至油溫40°以上，放出發動機內潤滑油，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動機內，繼續熱機直至油溫40°以上放油，為達到試驗的一致性及穩定性，采用試驗潤滑油在試驗前，對發動機內部進行全方位沖洗，更換機濾，使發動機內部各各角落及部件表面，均為本次試驗所使用的潤滑油，重復以上過程3次即可準備完畢。熱機完成后，發動機開始常溫靜置，經過常溫靜置一夜，發動機內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，記錄數據，啟動發動機至著車，觀察發動機運行狀態及數據變化。為了試驗數據更精確，前期已對發動機局部進行改良，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設備，從而能更直接有效，讀取試驗數據。試驗1潤滑油試驗完成。重復以上換油過程，進行試驗2潤滑油試驗。

通過數據對比，不難發現試驗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，從而未能到達發動機的最上端，并且未能起到潤滑作用，在著車后，發動機未能形成機油壓力之前，這段時間發動機處于干磨狀態，甚至于拉缸，這將大大縮短發動機的使用壽命，而在日常生活中，每天上下班都需要啟動發動機，尤其在冬天磨損程度將會尤為明顯，久而久之發動機內部磨損部位就會增加，磨損面積將會擴大，對發動機整體而言，將減少使用周期，而燃油消耗量也會提升，且發動機會出現低速早燃、抖動、內部積碳會不斷增加等問題。

6 結論

綜上所述，隨著我國經濟的快速發展，車用潤滑油對生態環境的改善將顯得尤為重要，通過相關試驗對車用潤滑油數據分析，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展將朝著零污染、高質量、高性能的方向發展，這不僅限于只提升車用潤滑油的品質，更是對整個工業行業一次大的改革，最終全面促進我國工業經濟水平的提升。

參考文獻：

[1]潤滑油粘度等級對發動機性能的影響.

[2]中國潤滑油市場發展現狀及未來趨勢.

[3]淺析我國工程機械的發展趨勢及對潤滑油的新需求.