多途徑實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性提升

2016-07-05   來(lái)源：潤(rùn)滑油情報(bào)

自本世紀(jì)初以來(lái)，嚴(yán)格的排放法規(guī)推動(dòng)了更高的能源節(jié)約要求。這些進(jìn)展給汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，從而促進(jìn)了更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)優(yōu)化自動(dòng)傳動(dòng)液、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油和燃料油的配方，能夠成功地提高6.8%的燃油經(jīng)濟(jì)性。在全球范圍內(nèi)，僅僅減少1%的能源使用就可以節(jié)省4800萬(wàn)桶的燃料。同時(shí)，還能夠削減170億噸二氧化碳溫室氣體排放。

專(zhuān)家認(rèn)為，7%-10%燃油經(jīng)濟(jì)性的理論極限雖然很宏遠(yuǎn)，但3%-4%的燃油經(jīng)濟(jì)性提升其實(shí)是可以實(shí)現(xiàn)的。這些數(shù)字可以從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的角度對(duì)世界產(chǎn)生真正的影響。

添加劑制造商發(fā)現(xiàn)，從全球范圍來(lái)看，1%燃油經(jīng)濟(jì)性的提高能帶來(lái)額外的積極影響，包括476億桶燃料和1690萬(wàn)噸的溫室氣體排放量減少，至2020年在歐洲節(jié)省17億歐元二氧化碳征收，以及每年290億歐元的直接消費(fèi)效益。該估計(jì)是基于已發(fā)布的汽車(chē)停放里程，燃油消耗和尾氣排放數(shù)據(jù)。

多樣化的挑戰(zhàn)

在過(guò)去的15年里，車(chē)輛的設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化。雖然車(chē)輛重量和發(fā)動(dòng)機(jī)功率增加，但燃料消耗和二氧化碳排放量已大幅減少。平均乘用車(chē)燃料消耗從1985年的10升/100公里下降到今天的5升/ 100公里。

這些數(shù)字正在接近由美國(guó)環(huán)境保護(hù)署環(huán)境制定的2025年每加侖56英里的目標(biāo)。以上結(jié)果是由多種方法實(shí)現(xiàn)的，包括動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化，控制重量減少，以及低粘度油和新的（金屬和礦物）表面涂層的使用。

其中，提高燃油經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)有效方法包括使用低粘度油以減少流體動(dòng)力損失，以及應(yīng)用潤(rùn)滑添加劑以控制磨損和邊界摩擦。

目前，已經(jīng)研究出一些方法來(lái)減少邊界摩擦和磨損。然而，雖然這些技術(shù)可以減少摩擦，但也提出了新的挑戰(zhàn)，必須加以解決。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)部件的高度拋光或超精表面，可以降低運(yùn)行阻力，但這些操作會(huì)增加制造成本。此外，超精表面表現(xiàn)出較差的油膜保留能力，以及需要更好的油品過(guò)濾以防止損壞。

減摩添加劑，雖然有效，但也會(huì)增加配方的成本，減少油品服務(wù)時(shí)間，并有可能造成黃銅腐蝕。硬質(zhì)涂層，如類(lèi)金剛石碳涂層和Nikasil涂層，能夠保護(hù)組件但增加了成本。它們同樣具有較差的油膜保留性能，導(dǎo)熱性較差，不能與二硫化鉬兼容，并會(huì)在應(yīng)用中發(fā)生侵蝕。

最后，多孔涂層雖然是昂貴的，卻提供了高導(dǎo)熱性，從而具有有效的冷卻和更好的潤(rùn)滑油膜厚度。它們還保持了全膜潤(rùn)滑作用。

發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)表明，這些涂層減少的摩擦即意味著有效壓力提高達(dá)20%，這能轉(zhuǎn)換成0.5%-1.5%的燃油效率提升。

最大的影響是通過(guò)與低粘度機(jī)油的組合實(shí)現(xiàn)的。這些涂層的使用能夠最小化原先依賴(lài)添加劑包來(lái)減少的摩擦，這是在調(diào)配低SAPS（硫酸化灰分、磷、硫）油品時(shí)滿(mǎn)足ACEA C序列的一個(gè)重要考慮因素。

潤(rùn)滑解決方案

從歷史的角度來(lái)看，在過(guò)去的三十年，燃油經(jīng)濟(jì)有四個(gè)焦點(diǎn)領(lǐng)域。在上世紀(jì)80年代，焦點(diǎn)在于粘度，即使用低粘度油來(lái)提高燃油使用效率。后來(lái)，ILSAC GF-2 和GF-3規(guī)格時(shí)代，人們使用化學(xué)物質(zhì)來(lái)減少摩擦。直到今天，摩擦改進(jìn)劑仍具有重大影響。

接下來(lái)的ILSAC GF-5時(shí)代，油品配方師開(kāi)始試圖更新舊的配方以滿(mǎn)足需要。這一努力重點(diǎn)在于替換控制高溫沉積物的化學(xué)成分的需求，因?yàn)樗�與化學(xué)成分需要迎合提升燃油經(jīng)濟(jì)性的要求有沖突。行業(yè)嘗試解決這些問(wèn)題，并尋找一個(gè)既可以保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)，又能提高燃油經(jīng)濟(jì)性的潤(rùn)滑油解決方案。

目前乃技術(shù)支持階段。在這種環(huán)境下，高溫沉積物控制對(duì)今天更小但更大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)而言是一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。有效沉積物控制使原始設(shè)備制造商能夠提高較小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。為了控制和保護(hù)磨損，人們使用超低粘度油品，相應(yīng)地也提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。

燃油經(jīng)濟(jì)性的提升是一個(gè)永無(wú)止境的挑戰(zhàn)，一年比一年更難以企及。目前，“低懸的果實(shí)”已被采摘，它已經(jīng)很難找到改進(jìn)的領(lǐng)域。

雅富頓采用發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)摩擦改進(jìn)劑技術(shù)與潤(rùn)滑油老化，及其對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。其持續(xù)老化的燃油經(jīng)濟(jì)性測(cè)試（A-CAFE）使用真實(shí)世界的行駛循環(huán)，適用于任何車(chē)輛。它同時(shí)測(cè)量燃油經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力傳動(dòng)液的老化。該測(cè)試精度高，并能提供由于配方改變對(duì)尾氣排放影響的快速評(píng)估。
燃油經(jīng)濟(jì)性方程式中的另一個(gè)關(guān)鍵因素是低粘度。但配方時(shí)要小心，粘度需要匹配硬件，因?yàn)榈驼扯入m然可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性，但其他如氧化和磨損控制也是必須解決的問(wèn)題。

低速預(yù)點(diǎn)火

對(duì)于所有發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)師和油品配方師而言，當(dāng)前的主要問(wèn)題之一是低速預(yù)點(diǎn)火（LSPI）。在火花塞真正點(diǎn)火之前，燃料/空氣混合物點(diǎn)燃的預(yù)點(diǎn)火是不可控制的燃燒。當(dāng)這一切發(fā)生的時(shí)候，會(huì)在汽缸中得到巨大的壓力點(diǎn)，而這是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)所不能承受的，從而有可能導(dǎo)致災(zāi)難性的引擎故障。

不幸的是，最具燃油效率的發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域又是最容易發(fā)生低速預(yù)點(diǎn)火的地方。因此，汽車(chē)制造者不得不調(diào)整自己的發(fā)動(dòng)機(jī)，避免在受影響區(qū)域發(fā)生LSPI。這通常是通過(guò)注入更多不必要的燃料，從而不利于燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，LSPI是燃油經(jīng)濟(jì)性和二氧化碳排放減少的限制因素之一。

相關(guān)研究曾評(píng)估過(guò)不同的基礎(chǔ)油的機(jī)油在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)了較高的API數(shù)值與較低LSPI頻率的關(guān)聯(lián)性。

此外，更高的鈣水平與更高的LSPI頻率也有關(guān)聯(lián)性，而增加磷和鉬的水平會(huì)降低LSPI頻率。研究發(fā)現(xiàn)，潤(rùn)滑劑揮化性或氧化特性以及LSPI頻率之間并沒(méi)有明確的相關(guān)性。對(duì)于ILSP，并沒(méi)有單一的解決方案，必須要通過(guò)所有關(guān)鍵利益相關(guān)者的合力來(lái)制定綜合的解決方案。

結(jié)語(yǔ)

油品不僅提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也能保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)，讓汽車(chē)制造商能夠?qū)⒆钚碌陌l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)帶入市場(chǎng)，并提供更高的性能�，F(xiàn)在的問(wèn)題不是關(guān)于潤(rùn)滑油本身，而是關(guān)于潤(rùn)滑油能為OEM采用新硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性的逐步變化做些什么。

小型發(fā)動(dòng)機(jī)，汽油直接噴射和渦輪增壓，都給潤(rùn)滑油配方師提出了挑戰(zhàn)。潤(rùn)滑油配方師需要解決由壓力、幾何學(xué)，以及現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)采取的燃料策略以及燃燒控制所引起的多重問(wèn)題。因此，他們需要對(duì)OEM正在做什么，以及發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)師想要的東西有一個(gè)更好的理解。

如果能充分考慮到整體系統(tǒng)運(yùn)行，燃油經(jīng)濟(jì)性可要比現(xiàn)在高得多。例如，優(yōu)化自動(dòng)傳動(dòng)液能使燃油經(jīng)濟(jì)性提高2.1%。如果為硬件添加優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，燃油經(jīng)濟(jì)性提高能飆升至5.2%，再通過(guò)為硬件增加高性能潤(rùn)滑油，并最優(yōu)化燃料，燃料經(jīng)濟(jì)性提升甚至可以達(dá)到6.8%的峰值。
最后，尋找最佳解決方案需要整體分析。關(guān)鍵的問(wèn)題是，整體解決方案如何增加價(jià)值？未來(lái)燃料經(jīng)濟(jì)性油品的發(fā)展，將建立在與實(shí)際應(yīng)用更緊密結(jié)合的評(píng)估基礎(chǔ)上。事物的各個(gè)部分都是緊密相連的，只有參考全面因素，才能找到解鎖真實(shí)價(jià)值的關(guān)鍵。