0 引言
近年來,由于國家經濟結構的調整,物流行業發展迅猛。物流牽引車、危險品運輸車等以 6 × 4、6 × 2 為代表配置的重型卡車的需求比重在逐年攀升。而物流行業的興起對重型卡車也提出了新的要求, 客戶更關心舒適性、可靠性、低維護成本和更長的保養周期。此外,隨著商用車技術的發展,其傳動部位的潤滑條件較過去更為苛刻,例如:齒輪箱體積更小,致使齒輪溫度和負荷提高;整車的空氣動力學設計降低了后橋及變速箱周圍的空氣流速,這樣能有效提高燃油效率,但同時也使重負荷卡車變速箱工作溫度提高了 25 ~ 30 ℃ ;還有緩沖器和同步器的應用,使得在同步耐久性、抗點蝕、抗擦傷性能上對油品有了更高的要求。這些商用車技術的發展,推動了 OEM 對高性能車輛齒輪油的需求。而油品長壽命化則是高性能車輛齒輪油發展趨勢的關鍵技術之一,被很多商用車 OEM 制造商列為目前商用車市場 的一個新賣點。一方面,OEM 可以通過延長換油周期提升其產品競爭力,從而實現銷量的提升。另一 方面,OEM 可以通過減少車輛維修頻次,降低運營成本。在此背景下,本文從國內外商用車長壽命車輛齒輪油用油現狀入手,分析了該領域的發展趨勢, 并重點介紹了昆侖潤滑油在商用車長壽命車輛齒輪油上所取得的進展。
1 國內外商用車車輛齒輪油用油現狀
1. 1 國外商用車車輛齒輪油用油現狀
國外商用車技術起步較早,其配套的設備維護服務和長換油周期的配套潤滑油技術均發展迅速。比如,在北美市場中,北美 OEM 廠商紛紛推出了高速公路里程在 120 × 10 4 km 內的設備維護服務和擔保,但要求其用戶使用換油周期在 80 × 10 4 km 以上的 OEM 指定車輛齒輪油。而為了能得到 120 × 10 4 km 設備維護保證,用戶對長換油周期的車輛齒輪油需求迫切,促使其長壽命車輛齒輪油技術飛速發展。表 1 為北美車輛齒輪油換油里程的發展歷程。
表 1 北美車輛齒輪油換油里程的發展歷程
除卻北美地區外,國外其他地區的車輛齒輪油換油里程已從 10 × 10 4 km 普遍發展到 50 × 10 4 km 的水平,如圖 1 所示。國外重卡領先企業的車輛齒輪油換油周期如表 2 所示。
在油品規格方面,GL - 5 規格早已不能完全滿足國外長壽命車輛齒輪油的使用要求,從 90 年代開始,在 API GL - 5 規格的基礎上,相繼頒布了 MT - 1、PG - 2、MIL - PRF - 2105E、SAE J 2360 以及美國 DANA 公司提出的 SHAES - 234 和 SHAES - 256 長壽命后橋齒輪油規格,其中 SHAES - 256 規格適用于 80. 47 × 10 4 km 換油期,SHAES - 234 規格適用于120. 7 × 10 4 km 換油期。在產品方面,國外知名油公司均有配套的長壽命車輛齒輪油產品,其中,國外某品牌的 Delvac Synthetic Gear Oil 75W - 90 齒輪油, 其推薦換油里程可達 75 萬英里。
1. 2 我國商用車車輛齒輪油用油現狀
我國商用車技術相比國外起步較晚,其配套的車輛齒輪油的換油里程雖然從 3 × 10 4 km 成功實現到 10 × 10 4 km 的水平,但與國外發達國家普遍 50 × 10 4 km 以上換油里程相比,還差距巨大。油品規格方面,國內在重型卡車變速箱和后橋上普遍使用 GL - 5 油品,約占 80% 左右。如圖 2 所示。
2 長壽命車輛齒輪油的性能要求
隨著商用車向著節能型、輕量型、重載化的方向發展,其變速箱和驅動橋工況更加苛刻,比如卡車重載化使得驅動橋齒輪傳動的功率增加,而驅動橋齒輪的幾何尺寸并沒有很大變化,導致齒面壓力增加, 溫度升高。特別是商用車車體設計不斷改進,使空氣動力學性能更趨合理,車輛行駛時空氣阻力減小, 流過驅動橋外表面的空氣流量減少,散熱性變差。這些工況的變化對新一代的車輛齒輪油提出了更高的要求。以長壽命車輛齒輪油的性能要求來說,相 對于 GL - 5 油,在熱氧化安定性、密封件適應性、抗腐蝕性、抗點蝕、極壓抗磨性、剪切安定性方面均提出了更高的要求。 具體如表 3 所示。
除以上性能外,OEM 對提升商用車燃油經濟性的需求越來越高,這也使得長壽命車輛齒輪油需要減少橋箱的摩擦能耗損失,降低摩擦系數,在保持甚至提升耐久性的前提下,提供更低的油品黏度。
3 長壽命車輛齒輪油的發展趨勢
目前國外車輛制造商對車輛齒輪油的要求是盡 可能延長換油周期,甚至向免維護方向發展。比如,德國大眾、美國通用等汽車公司對車輛齒輪油均提出了“全壽命” 的要求,要求一次裝油,一直用到汽車報廢。通常,汽車壽命可達到 70 × 10 4 km,未來將提高到 100 × 10 4 km。對我國來說,領先 OEM 也逐漸要求延長車輛齒輪油的換油周期,從 10 × 10 4 km 換油里程向 20 × 10 4 km 甚至 50 × 10 4 km 以上換油里程發展,換油方式上則要求一油橋箱通用,對橋箱通用油品提出了兼顧同步器保護,更好的熱穩定性、更好的剪切穩定性等要求。
而從產品配方來說,油品設計中考慮到油品換油周期的延長以及橋箱性能的通用性等要求,在基礎油設計上,將逐步從Ⅰ類基礎油向Ⅱ、Ⅲ類基礎油甚至全合成基礎油轉化。而在添加劑設計中,預計添加劑的加入量將會超過 10% 。且添加劑會出現一些新的發展方向或是在現有平臺下的延伸和性能加強,比如有機硼酸酯型極壓抗磨劑、超高堿值金屬清凈劑、硫化制備惰性極壓抗磨劑、納米型極壓抗磨劑、具有防銹抗氧性能的多功能極壓抗磨劑、具有極壓性能的金屬減活劑、無灰分具有一定堿值的防銹添加劑等。
從產品性能方面來說,未來長壽命車輛齒輪油將進一步提升燃油經濟性,要求更好的熱穩定性,更好的密封件保護,更好的硬件保護,更好的同步器性能以及與合成油的相容性。
4 昆侖潤滑油在長壽命車輛齒輪油上所取得的進展
中國石油潤滑油公司在車輛齒輪油方面,一直緊密與國內各 OEM 合作,自 2010 - 2015 年間,自主開發的 MTF10、MTF18 手動變速箱油以及驅動橋油 GL - 5 + 重負荷車輛齒輪油相繼通過了國內數家知名汽車 OEM 廠家 10 × 10 4 km 道路行車考核試驗的驗證。這些產品的開發和應用均形成了良好的配方基礎,為昆侖潤滑油公司開發滿足 20 × 10 4 km 換油里程甚至 50 × 10 4 km 換油里程以上的長壽命車輛齒輪油起到了良好的指導意義和支撐引領作用。
近兩年間,隨著國內各 OEM 對長壽命車輛齒輪油的需求逐漸增大,昆侖潤滑油公司在原有 10 × 10 4 km 不換油的手動變速箱油、驅動油技術平臺下,通過引入深精制的Ⅱ、Ⅲ類基礎油及合成油與高性能極壓抗磨、抗氧復合配方結合的先進技術,相繼開發 了 20 × 10 4 km 不換油的 80W - 90 變速箱油 T20、驅 動橋油 A20 以及 50 × 10 4 km 不換油的 75W - 90 變速箱油 T50 和驅動橋油 A50,產品性能相較于原有 的 10 × 10 4 km 變速箱油和驅動橋油,在抗氧化性 能、極壓抗磨性能、抗沉積性能等方面都有了較大提升。 表 4、表 5 分別是昆侖 20 × 10 4 km 和 50 × 10 4 km 變速箱油和驅動橋油的典型數據。
從表 4、表 5 中可以看出,質量升級后的昆侖 20 × 10 4 km 和 50 × 10 4 km 變速箱油和驅動橋油,相比 于 10 × 10 4 km 變速箱油和驅動橋油來說,在低溫性能、銅片腐蝕性能、抗泡性能方面均有提升。且全部通過了 L - 33、L - 42、L - 37、L - 60 - 1 臺架試驗測試,尤其是表征油品熱氧化安定性的 L - 60 - 1 強化試驗臺架,其試驗條件相較于評價原有 10 × 10 4 km 變速箱油和驅動橋油時,苛刻了數倍,但油品氧化后的 100 ℃運動黏度增長、戊烷不溶物等結果均全部 滿足指標要求,說明油品具有優異的熱氧化安定性和油泥分散性能。
此外,在產品開發過程中,試驗也與國外同類長 壽命車輛齒輪油各項性能進行了對比。以 50 × 10 4 km 不換油的變速箱油 T50 和驅動橋油 A50 的抗磨性能考察來說,分別對油品進行老化試驗,不同的時間后,通過觀察其磨斑三維形貌圖的方式,開展了昆侖 50 × 10 4 km 不換油的驅動橋油 A50、變速箱油 T50 與國外競品的對比工作,結果如圖 3、圖 4 所示。
從圖 3 中可以看出,在兩種油品不同氧化時間下,昆侖 A50 驅動橋油和國外競品 1 相比,試驗件表面的磨斑直徑小,犁溝少,說明昆侖 A50 驅動橋油的抗磨性能優于競品 1。
從圖 4 中可以看出,在兩種油品不同氧化時間下,昆侖 T50 與競品 2 相比,試驗件表面同樣表現出較少的犁溝,說明昆侖 T50 變速箱油的抗磨性能優于競品 2。昆侖 T50 和 A50 和競品油在不同氧化時間下的 D392N 磨斑直徑對比柱形圖見圖 5。
從圖 5 通過對昆侖 T50、A50 和競品油進行 D392 磨斑直徑的量化分析中可以看出,其磨斑直徑結果與三維形貌圖結果一致,氧化前后的昆侖 T50 變速箱油和 A50 驅動橋油均略優于競品 1 和競品 2。
5 結束語
隨著商用車技術的發展,車輛設備性能結構的變化對齒輪油性能提出了新的要求。長壽命車輛齒輪油由于具有相比于 GL - 5 油更為優異的熱氧化安定性、密封件適應性、抗腐蝕性、抗點蝕性、極壓抗磨性、剪切安定性等性能特點,同時,又可以降低 OEM 運營成本和用戶的維護成本,將成為未來車輛齒輪油發展的主要趨勢之一。此外,汽車行業 OEM 應與潤滑油行業加強長壽命車輛齒輪油的技術開發和專業化合作,以滿足市場上日益增多的長壽命車輛齒輪油國產化需求。