国内外商用车长寿命车辆齿轮油的现状及发展趋势

于海，糜莉萍，伏喜胜，廖丰斌，姬建华

(中国石油兰州润滑油研究开发中心,甘肃 兰州 730060)

0 引言

近年来，由于国家经济结构的调整，物流行业发展迅猛。物流牵引车、危险品运输车等以6×4、6×2为代表配置的重型卡车的需求比重在逐年攀升。而物流行业的兴起对重型卡车也提出了新的要求，客户更关心舒适性、可靠性、低维护成本和更长的保养周期[1]。此外，随着商用车技术的发展，其传动部位的润滑条件较过去更为苛刻，例如：齿轮箱体积更小，致使齿轮温度和负荷提高；整车的空气动力学设计降低了后桥及变速箱周围的空气流速，这样能有效提高燃油效率，但同时也使重负荷卡车变速箱工作温度提高了25～30 ℃；还有缓冲器和同步器的应用，使得在同步耐久性、抗点蚀、抗擦伤性能上对油品有了更高的要求。这些商用车技术的发展，推动了OEM对高性能车辆齿轮油的需求。而油品长寿命化则是高性能车辆齿轮油发展趋势的关键技术之一，被很多商用车OEM制造商列为目前商用车市场的一个新卖点。一方面，OEM可以通过延长换油周期提升其产品竞争力，从而实现销量的提升。另一方面，OEM可以通过减少车辆维修频次，降低运营成本。在此背景下，本文从国内外商用车长寿命车辆齿轮油用油现状入手，分析了该领域的发展趋势，并重点介绍了昆仑润滑油在商用车长寿命车辆齿轮油上所取得的进展。

1 国内外商用车车辆齿轮油用油现状

1.1 国外商用车车辆齿轮油用油现状

国外商用车技术起步较早，其配套的设备维护服务和长换油周期的配套润滑油技术均发展迅速。比如，在北美市场中，北美OEM厂商纷纷推出了高速公路里程在120×104km内的设备维护服务和担保，但要求其用户使用换油周期在80×104km以上的OEM指定车辆齿轮油。而为了能得到120×104km设备维护保证，用户对长换油周期的车辆齿轮油需求迫切，促使其长寿命车辆齿轮油技术飞速发展[2]。表1为北美车辆齿轮油换油里程的发展历程。

表1 北美车辆齿轮油换油里程的发展历程

除却北美地区外，国外其他地区的车辆齿轮油换油里程已从10×104km普遍发展到50×104km的水平，如图1所示。国外重卡领先企业的车辆齿轮油换油周期如表2所示[3]。

图1 国内外车辆齿轮油的换油里程

OEM换油里程/km奔驰500000MAN500000VOLVO400000

在油品规格方面，GL-5规格早已不能完全满足国外长寿命车辆齿轮油的使用要求，从90年代开始，在API GL-5规格的基础上，相继颁布了MT-1、PG-2、MIL-PRF-2105E、SAE J 2360以及美国DANA公司提出的SHAES-234和SHAES-256长寿命后桥齿轮油规格，其中SHAES-256规格适用于80.47×104km换油期，SHAES-234规格适用于120.7×104km换油期。在产品方面，国外知名油公司均有配套的长寿命车辆齿轮油产品，其中，国外某品牌的Delvac Synthetic Gear Oil 75W-90齿轮油，其推荐换油里程可达75万英里。

1.2 我国商用车车辆齿轮油用油现状

我国商用车技术相比国外起步较晚，其配套的车辆齿轮油的换油里程虽然从3×104km成功实现到10×104km的水平，但与国外发达国家普遍50×104km以上换油里程相比，还差距巨大。油品规格方面，国内在重型卡车变速箱和后桥上普遍使用GL-5油品，约占80%左右。如图2所示。

图2 国内重卡变速箱及驱动桥用油情况

2 长寿命车辆齿轮油的性能要求

随着商用车向着节能型、轻量型、重载化的方向发展，其变速箱和驱动桥工况更加苛刻，比如卡车重载化使得驱动桥齿轮传动的功率增加，而驱动桥齿轮的几何尺寸并没有很大变化，导致齿面压力增加，温度升高。特别是商用车车体设计不断改进，使空气动力学性能更趋合理，车辆行驶时空气阻力减小，流过驱动桥外表面的空气流量减少，散热性变差[4]。这些工况的变化对新一代的车辆齿轮油提出了更高的要求。以长寿命车辆齿轮油的性能要求来说，相对于GL-5油，在热氧化安定性、密封件适应性、抗腐蚀性、抗点蚀、极压抗磨性、剪切安定性方面均提出了更高的要求。具体如表3所示。

表3 长寿命车辆齿轮油和GL-5油的区别

注：0表示没要求；++表示性能要求更高。

除以上性能外，OEM对提升商用车燃油经济性的需求越来越高，这也使得长寿命车辆齿轮油需要减少桥箱的摩擦能耗损失，降低摩擦系数，在保持甚至提升耐久性的前提下，提供更低的油品黏度。

3 长寿命车辆齿轮油的发展趋势

目前国外车辆制造商对车辆齿轮油的要求是尽可能延长换油周期，甚至向免维护方向发展[5]。比如，德国大众、美国通用等汽车公司对车辆齿轮油均提出了“全寿命”的要求，要求一次装油，一直用到汽车报废。通常，汽车寿命可达到70 ×104km，未来将提高到100 ×104km。对我国来说，领先OEM也逐渐要求延长车辆齿轮油的换油周期，从10×104km换油里程向20×104km甚至50×104km以上换油里程发展，换油方式上则要求一油桥箱通用，对桥箱通用油品提出了兼顾同步器保护，更好的热稳定性、更好的剪切稳定性等要求。

而从产品配方来说，油品设计中考虑到油品换油周期的延长以及桥箱性能的通用性等要求，在基础油设计上，将逐步从Ⅰ类基础油向Ⅱ、Ⅲ类基础油甚至全合成基础油转化。而在添加剂设计中，预计添加剂的加入量将会超过10%[6]。且添加剂会出现一些新的发展方向或是在现有平台下的延伸和性能加强，比如有机硼酸酯型极压抗磨剂、超高碱值金属清净剂、硫化制备惰性极压抗磨剂、纳米型极压抗磨剂、具有防锈抗氧性能的多功能极压抗磨剂、具有极压性能的金属减活剂、无灰分具有一定碱值的防锈添加剂等。

从产品性能方面来说，未来长寿命车辆齿轮油将进一步提升燃油经济性，要求更好的热稳定性，更好的密封件保护，更好的硬件保护，更好的同步器性能以及与合成油的相容性。

4 昆仑润滑油在长寿命车辆齿轮油上所取得的进展

中国石油润滑油公司在车辆齿轮油方面，一直紧密与国内各OEM合作，自2010-2015年间，自主开发的MTF10、MTF18手动变速箱油以及驱动桥油GL-5+重负荷车辆齿轮油相继通过了国内数家知名汽车OEM厂家10×104km道路行车考核试验的验证。这些产品的开发和应用均形成了良好的配方基础，为昆仑润滑油公司开发满足20×104km换油里程甚至50×104km换油里程以上的长寿命车辆齿轮油起到了良好的指导意义和支撑引领作用。

近两年间，随着国内各OEM对长寿命车辆齿轮油的需求逐渐增大，昆仑润滑油公司在原有10×104km不换油的手动变速箱油、驱动油技术平台下，通过引入深精制的Ⅱ、Ⅲ类基础油及合成油与高性能极压抗磨、抗氧复合配方结合的先进技术，相继开发了20×104km不换油的80W-90变速箱油T20、驱动桥油A20以及50×104km不换油的75W-90变速箱油T50和驱动桥油A50，产品性能相较于原有的10×104km变速箱油和驱动桥油，在抗氧化性能、极压抗磨性能、抗沉积性能等方面都有了较大提升。表4、表5分别是昆仑20×104km和50×104km变速箱油和驱动桥油的典型数据。

表4 20×104 km不换油的变速箱油T20和驱动桥油A20典型数据

表5 50×104 km不换油的变速箱油T50和驱动桥油A50典型数据

从表4、表5中可以看出，质量升级后的昆仑20×104km和50×104km变速箱油和驱动桥油，相比于10×104km变速箱油和驱动桥油来说，在低温性能、铜片腐蚀性能、抗泡性能方面均有提升。且全部通过了L-33、L-42、L-37、L-60-1台架试验测试，尤其是表征油品热氧化安定性的L-60-1强化试验台架，其试验条件相较于评价原有10×104km变速箱油和驱动桥油时，苛刻了数倍，但油品氧化后的100 ℃运动黏度增长、戊烷不溶物等结果均全部满足指标要求，说明油品具有优异的热氧化安定性和油泥分散性能。

此外，在产品开发过程中，试验也与国外同类长寿命车辆齿轮油各项性能进行了对比。以50×104km不换油的变速箱油T50和驱动桥油A50的抗磨性能考察来说，分别对油品进行老化试验，不同的时间后，通过观察其磨斑三维形貌图的方式，开展了昆仑50×104km不换油的驱动桥油A50、变速箱油T50与国外竞品的对比工作，结果如图3、图4所示。

图3 昆仑A50驱动桥油与国外竞品1的磨斑三维形貌对比

从图3中可以看出，在两种油品不同氧化时间下，昆仑A50驱动桥油和国外竞品1相比，试验件表面的磨斑直径小，犁沟少，说明昆仑A50驱动桥油的抗磨性能优于竞品1。

图4 昆仑T50变速箱油与国外竞品2的磨斑三维形貌对比

从图4中可以看出，在两种油品不同氧化时间下，昆仑T50与竞品2相比，试验件表面同样表现出较少的犁沟，说明昆仑T50变速箱油的抗磨性能优于竞品2。昆仑T50和A50和竞品油在不同氧化时间下的D392N磨斑直径对比柱形图见图5。

图5 昆仑T50和A50和竞品油在不同氧化时间下的D392N磨斑直径对比柱形图

从图5通过对昆仑T50、A50和竞品油进行D392磨斑直径的量化分析中可以看出，其磨斑直径结果与三维形貌图结果一致，氧化前后的昆仑T50变速箱油和A50驱动桥油均略优于竞品1和竞品2。

5 结束语

随着商用车技术的发展，车辆设备性能结构的变化对齿轮油性能提出了新的要求。长寿命车辆齿轮油由于具有相比于GL-5油更为优异的热氧化安定性、密封件适应性、抗腐蚀性、抗点蚀性、极压抗磨性、剪切安定性等性能特点，同时，又可以降低OEM运营成本和用户的维护成本，将成为未来车辆齿轮油发展的主要趋势之一。此外，汽车行业OEM应与润滑油行业加强长寿命车辆齿轮油的技术开发和专业化合作，以满足市场上日益增多的长寿命车辆齿轮油国产化需求。

参考文献：

[1] 武永亮,郑小艳.重型车车桥换油周期的研究[J].科学技术与工程,2017,17(2):40-48.

[2] Zakarian JA.EBZended Drain Field Testing of Group Ⅲ Based Lubricants in Heavy-Duty Transmissions and Axles[C]．SAE 2007-01-1987.

[3] 王清国,桃春生,杨南.汽车润滑效率及润滑油长换油期[C]∥中国润滑技术论坛论文专辑,2016:17.

[4] 糜莉萍,伏喜胜,续景.80W/90重型车驱动桥车辆齿轮油的性能特点及其应用[J].润滑油,2008,23(2):38-42.

[5] Salentine C G．Results of a 50 000-Mile Fisld Test of a Gear Lubricant and an Engine Lubricant in Heavy-Duty Manual Transmissions[C]．SAE 912408.

[6] 伏喜胜，姚文钊，张龙华.润滑油添加剂的现状及发展趋势[J].汽车工艺与材料，2005(5):1-5.