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。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 × 10 4 km 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 × 10 4 km 以上的 OEM 指定车辆齿轮油。而为了能得到 120 × 10 4 km 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。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 × 10 4 km 普遍发展到 50 × 10 4 km 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。
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 × 10 4 km 换油期,SHAES - 234 规格适用于120. 7 × 10 4 km 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 × 10 4 km 成功实现到 10 × 10 4 km 的水平,但与国外发达国家普遍 50 × 10 4 km 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。
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。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。
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。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 × 10 4 km,未来将提高到 100 × 10 4 km。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 × 10 4 km 换油里程向 20 × 10 4 km 甚至 50 × 10 4 km 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% 。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 × 10 4 km 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 × 10 4 km 换油里程甚至 50 × 10 4 km 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 × 10 4 km 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 × 10 4 km 不换油的 80W - 90 变速箱油 T20、驱 动桥油 A20 以及 50 × 10 4 km 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 × 10 4 km 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 × 10 4 km 和 50 × 10 4 km 变速箱油和驱动桥油的典型数据。
从表 4、表 5 中可以看出,质量升级后的昆仑 20 × 10 4 km 和 50 × 10 4 km 变速箱油和驱动桥油,相比 于 10 × 10 4 km 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 × 10 4 km 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 × 10 4 km 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 × 10 4 km 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。
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。
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。
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。