车用润滑油的发展趋势及展望

刘少飞　孙龙

摘 要：本文使用1.8T汽油发动机进行台架试验，针对两种不同润滑油对发动机性能进行对比实验，1.天然气全合成工艺加工润滑油，2.传统工艺加工润滑油。分析两种润滑油对发动机的影响，以及发动机磨损等问题展开分析，通过实验数据分析不难发现，传统工艺润滑油，发动机启动时间相对较长，且润滑油建立机油压力时间比较缓慢，而天然气全合成工艺润滑油，发动机启动时间相对较短，能在最短的时间内建立机油压力，从而得到更加充分的润滑，并且在低温下流动性更好、极耐磨损、抗泡性、清洁性等多项优势。

关键词：润滑油 粘度 抗磨性 经济型

1 前言

选择合适的润滑油，是保证发动机获得良好润滑的关键所在，早期是按照车子排量选择润滑油种类，如排量在1L以下建议选用SG级别，排量在1L以上建议选用SH级别的润滑油，如果排量在1.8升以上的车建议选用SJ、SL级别润滑油，或者更高级别的润滑油。［1］但由于发动机运行时温度的变化，对润滑油的粘度和粘温特性，提出了更为苛刻的要求。发动机内润滑部位较多，且润滑条件各不相同，而发动机的工作状态取决于，摩擦表面所形成的油膜，以及润滑油的等级和粘度。

随着我国提出碳中和要求，通过植树造林、节能减排等方式，抵消产生的二氧化碳，实现正负抵消，从而达到零排放。为降低润滑油碳排放，将原有的润滑油调配工艺，提升为天然气合成机油，该工艺将通过化学合成的加工方法，将天然气转化成水晶般透明无色的纯净基础油，其纯度高达100%，有效的提升了基础油的性能。天然气全合成润滑油是来自原油中的瓦斯气或天然气所分散出来的乙烯、丙烯，再经聚合、催化反应等复杂的化学反应，炼制成大分子组成的润滑液，是全合成润滑油中的高等级油品，为市场提供更加全面零排放的润滑油产品。

2 2017至2021年全国汽车保有量及新注册车辆

据统计，截止到2021年底，我国汽车保有量为3.02亿辆，同比增长7.5%。随着中国经济社会持续高速发展，机动车和驾驶人保有量持续高位增长。汽车保有量逐年增加。截止到2021年，全国机动车驾驶人员达到，4.81亿人，较上年增加0.25亿人，同比增长5.48%，而汽车驾驶人员数量在4.44亿人，较上年增加0.26亿人，同比增长6.22%，全国汽车驾驶员占机动车驾驶员数量的92.2%，较上年提升0.4个百分点（见表1）。

近年来，我国居民生活水平逐步提升，而汽车将成为居民出行时，不可缺少的交通工具之一。我们国家也相应出台了一系列的购车补贴政策，1、如购买国产车辆，并且在政策施行之后购买的，就可以享受到补贴政策，向政府部门申请领取补贴金。国家补贴的费用是按照整车的价格来计算的，最高可以得到5000元的补贴。2、为促进汽车消费，支持汽车产业发展，国家对部分乘用车购置税减半，具体以单车价格（不含增值税）不超过30万元，或在2.0L以下排量的乘用车。3、再有就是部分厂家为了抢占市场份额，提出购买指定车辆，“买车送保养”“买车送油卡”，等促销活动，而这一举动也深深的改变了消费者的选择性。自2017年至2021年期间全国新注册车辆呈直线上升趋势，2021仅半年时间新注册车辆就高达1781万辆，同年机动车驾驶人已高达4.81亿人，由此可见我国居民对汽车的使用率逐步提升。

3 发动机热管理系统

发动机在设计之初，散热系统基本只能依赖于水来降温，而非现在的防冻液来散热，而水的沸点，在正常大气压下100°就开始沸腾蒸发，且沸腾的同时水内会产生气泡形成气阻，所以只能将温度下调到90°，从而有了现在的发动机正常水温。

发动机上的零部件并非全都是由金属造成的。如果长时间持续高温运行，塑料、橡胶、电路寿命等，部分位置将会大大缩短，对于发动机的机油来说也是个致命的问题，高温意味着机油需要，更高的高温来实现流动性，但不至于产生严重烧机油，发动机温度过高也会造成热效率降低，造成动力损失，发动机温度过高还会在一定程度上会影响进气效果，以及动力输出。

发动机热管理系统，就是在發动机工作循环时，保持水温最佳状态（90°）从而使发动机达到最佳的工作状态，包括稳定性、以及节省燃油率。一是冷却智能控制模式，二是风扇智能控制模式。热管理系统是使发动机不过冷也不过热，一直控制在90°最佳温度内，使发动机在工作中发挥最佳能量，燃油消耗也达到最佳节油率。风扇智能控制系统，就是发动机在工作时，系统控制发动机散热过程，从而达到转速的快与慢。一般发动机风扇高速运转时，需要消耗10KW的功率，而风扇智能控制系统，能合理控制风扇运转，使发动机在最佳温度下工作，从而可以达到节省发动机能量。这样既能减少机械磨损，同时也能提高发动机使用寿命，并且可以实现节省燃油。

随着计算机技术的提升发展，采用电子驱动及控制冷却水泵、风扇等部件，可以通过传感器的信号和计算机，根据发动机实际运行时的温度，全程保证正常运行，提供最佳的冷却流量，实现发动机冷却系统控制智能化，从而降低了能耗，且提高了效率。

4 车用润滑油的发展趋势

润滑油是用在各种机械设备和汽车上、减少摩擦，从而能保护机械及加工件不被磨损，其主要作用是润滑、冷却、防锈、清洁、密封以及缓冲等作用，从而避免因润滑效果不佳，导致发动机摩擦而受损。［2］伴随着工业化进程的不断提升，和发展战略的调整，以及节约资源的不断实施，使得工业润滑油的创新，已迫在眉睫。在传统的润滑油生产加工中，基础油的原料占比较大，一方面造成大量的资源浪费，另一方面也未能起到保护环境的需求，而单纯的仅在润滑油添加剂方面进行提升，显然是达不到实质性效果的，所以需要进一步深入研究，保证生产的润滑油能符合当下的发展趋势（见图2）。

而现有的车辆和设备虽符合环保要求，但对润滑油的性能和环保，也提出了更为苛刻的要求：

1、高级别润滑油需求量增加，等级不断提高；2、提高润滑油的高温抗氧化性能、清净性和分散性；3、适应汽车及节能环保要求，使用多级润滑油；4、适应汽车齿轮和自动传动液的新要求；5、开发清洁性润滑油，具备汽、柴油发动机内部清净性和分散性，以及抗氧、抗腐，还需要具备更优越的抗磨损性。针对乙醇燃料的发动机，还需要具有良好的抗酸性能力。

天然气合成润滑油API SP，（美国石油学会） 标准，是国际上比较通用的润滑油质量等级标准，其优点是通过化学合成或精炼加工的方法将天然气转化成水晶般透明无色的纯净基础油，其纯度高达100%，大大提升了基础油的性能。

天然气全合成油是来自原油中的瓦斯气或天然气所分散出来的乙烯、丙烯，再经聚合、催化反应等复杂的化学反应，炼制成大分子组成的润滑液，是全合成机油中的高等级油品，完全由100%全合成基础油调配而成的，可展现粘度指数高、低温流动性强、极耐磨损、抗泡性、清洁性等多项优势［3］。

其特性表征方面，全合成润滑油的能力甚至可以接近于最顶级的基础油。其本质上，它使用的是原油中较好的成分，加以化学效应并在技术的控制下，达到理想中的分子形态，全合成油分子排列整齐，抵抗外来的能力性很强，因此体质较好，高温稳定、抗氧化反应、抗粘度变化的能力自然要比，矿物油和半合成油强得多，从而达到能满足市场需求，且技术更加全面的润滑油产品（见图2、3）。

我国润滑油消费量呈增长趋势，仅2019年，我国润滑油的消费量达648万/吨，相比2018年增长31万/吨、约5%（见表1）。国内润滑油市场待疫情过后，需求量将逐渐恢复，自2020年第二季度开始，润滑油下游终端工业、制造业逐步复苏，工业润滑油的消费量明显提升，而车用润滑油的市场销量，仍需要时间来进一步提升，根据相关数据分析，2024年润滑油的需求量预计高达660万/吨， 但今后仍将保持小幅度稳定增长的趋势，特别是中国仍有较大的增长潜力。这不仅是对国内行业的肯定，更是对国内工业发展一次质的提升。

5 润滑油试验分析

5.1 耐磨性及流动性

尽管大部分的碳烟经过发动机的，排气总成被排出，但任然会有残留的碳烟遗留在润滑油中，时间越久残留越多，而且还会影响到，润滑油的耐磨减摩特性。所以要选择流动性好的润滑油，既能节省燃油，又能降低发动机内部的摩擦，防止磨损是润滑油通过保持在，机内运动部件表面上形成的油膜或在金属表面发生化学反应后而生成的油膜来实现的，从而减少机内各部件之间的磨损程度。

因在低温下润滑油的粘度较大，容易造成机油凝固，如启动发动机会因润滑油流动性差，造成轴与瓦片之间干磨，严重将会导致烧瓦、抱轴等故障。流动性好的润滑油，在冬天低温环境下，启动更加迅速，热车时间缩短，流动性是传统润滑油的两倍（指着车一瞬间发动机转速大约在2000上下，通过高转速热车降至怠速）提高动力，降低噪音，延长发动机使用寿命。

5.2 清洁性

目前内燃机所使用的润滑油是，反式环烷基数的反式酸盐，其高温清净性好，总碱值高，中和性能良好，防锈性好，是内燃机润滑油的主要添加剂。磺酸镁与钙盐复配具有更好的抗冲击性能、低灰分及协和效应，是为满足低灰分高标号汽油机润滑油的要求而开发的。

好的润滑油能够将，发动机零件上的碳化物、油泥、金属磨损颗粒，通过循环流动带回机油箱，且冲洗了零件工作面上产生的脏物，带走杂质，经过滤清器滤掉。所以同等保养周期，更换的机油感觉会更黑更脏，其实就是因为其清洁属性，把发动机内部的杂质和油泥清理出来的结果。

5.3 润滑油试验过程

首先调试好试验用发动机，以及发动机外围边界条件，选择好试验用润滑油（天然气合成润滑油、传统油），使用试验润滑油对发动机进行充分热机，直至油温40°以上，放出发动机内润滑油，固化放油时长（确保多次放油一致性），之后将试验润滑油加入发动机内，继续热机直至油温40°以上放油，为达到试验的一致性及稳定性，采用试验润滑油在试验前，对发动机内部进行全方位冲洗，更换机滤，使发动机内部各各角落及部件表面，均为本次试验所使用的润滑油，重复以上过程3次即可准备完毕。热机完成后，发动机开始常温静置，经过常温静置一夜，发动机内润滑油已充分流入油底壳，可以正常进行试验。

试验前检查确认状态，记录数据，启动发动机至着车，观察发动机运行状态及数据变化。为了试验数据更精确，前期已对发动机局部进行改良，在气门室盖处加装传感器，在启动机大线上安装信号采集器，以及温度传感器等相关设备，从而能更直接有效，读取试验数据。试验1润滑油试验完成。重复以上换油过程，进行试验2润滑油试验。

通过数据对比，不难发现试验2润滑油，启动时间相对较长，润滑油流动性欠佳，并且润滑油建立压力较慢。通俗来讲，就是在着车一瞬间，润滑油还没有建立压力，从而未能到达发动机的最上端，并且未能起到润滑作用，在着车后，发动机未能形成机油压力之前，这段时间发动機处于干磨状态，甚至于拉缸，这将大大缩短发动机的使用寿命，而在日常生活中，每天上下班都需要启动发动机，尤其在冬天磨损程度将会尤为明显，久而久之发动机内部磨损部位就会增加，磨损面积将会扩大，对发动机整体而言，将减少使用周期，而燃油消耗量也会提升，且发动机会出现低速早燃、抖动、内部积碳会不断增加等问题。

6 结论

综上所述，随着我国经济的快速发展，车用润滑油对生态环境的改善将显得尤为重要，通过相关试验对车用润滑油数据分析，且满足汽车全生命周期零污染，以及车辆安全性、可靠性；未来车用润滑油的发展将朝着零污染、高质量、高性能的方向发展，这不仅限于只提升车用润滑油的品质，更是对整个工业行业一次大的改革，最终全面促进我国工业经济水平的提升。

参考文献：

[1]润滑油粘度等级对发动机性能的影响.

[2]中国润滑油市场发展现状及未来趋势.

[3]浅析我国工程机械的发展趋势及对润滑油的新需求.