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    发动机油未来发展前景及发展趋势可研报告(可行性报告范文)

    可研报告2019-05-15 15:25:58来源:

    第一节 发动机油的简介

    除汽油和柴油外,发动机油是汽车用油量最大的品种。发动机油分为汽油机油和柴油机油,分别适用于汽油机和柴油机,国外现在越来越多采用的是通用油,即汽油机和柴油机通用的润滑油。(可研报告

    第二节 发动机油未来发展前景

    车用润滑油的发展是伴随着汽车工业的发展而不断提高的。从国外发动机油的发展来看,美国从90年代起,随着发动机功率的不断提高,热负荷苛刻要求,汽车不断降低排放要求,更高的燃料经济性要求,对于润滑油挥发性的要求越来越严;以及汽车制造厂商提出更高的性能和延长换油期要求;汽车出现的新技术如汽油机直喷(GDI);柴油机废气循环(EGR)等要求新的润滑技术,使润滑油不断升级换代。美国发动机油的发展主要被环保和节能所推动。

    欧洲车型在设计上考虑的重点是强调经济性,兼顾动力性和排放性能。因为欧洲各国石油资源缺乏,大量进口原油提高了燃油价格,促使欧洲汽车向节能和小型化发展,同时在小轿车中柴油车比例很大。欧洲发动机油质量要求较严格,体现在1)欧洲车型体积小,汽缸排气量小,同时汽车底壳加入的润滑油也少,但输出功率大,比美国大30%,2)欧洲车在高速公里行驶速度的允许限值比美国高,发动机设计转速高。3)欧洲车要求润滑油换油周期长。一般小轿车15000km,大卡车、大轿车在无苛刻条件、使用优质润滑油和低硫柴油情况下,要求达到45000km。这些原因都导致燃烧室温度增加,底壳油温增高。这也导致汽油机的活塞产生高温沉积物,加剧了磨损,特别是凸轮挺杆的磨损。

    欧洲汽油机油的发展与汽车尾气排放标准的发展并没有美国那样的紧密。其主要是汽车性能的提高,如功率提高,发动机变小,温度更高以及汽油机增压,使润滑油要求大大提高。同时汽车厂商要求延长换油周期作为汽车卖点,以及燃料经济性逐渐改善,使汽油机油的氧化安定性及清净分散性要求大为提高。欧洲尾气排放规格大约与美国差不多,越来越同步。ACEA虽然没有磷含量的限制,但同样要求降低硫含量。欧洲轿车机油的另一特点是换油期普遍延长到20000km甚至到30000km。从发展趋势看,也在与排放挂钩。

    21世纪将是一个清洁、环保、科技迅猛发展的新时代。1935年卡特皮勒公司和加利福尼亚公司把发动机油带进添加剂时代,润滑油的质量、性能开始不断的发展和升级。目前我国的润滑油工业既面临严峻挑战,又存在良好的发展机遇。从发展趋势看,2003年,我国汽车年产量已跃居世界第四位,达到444.4万辆。由于车辆润滑油的消耗量占整个润滑油总量一般以上,促进了我国润滑油需求量平稳上升。为满足相关法规要求的尾气排放标准,未来汽车均采用电控燃油喷射技术,广泛安装催化转化器,其中柴油车还要安装颗粒物过滤器。汽车技术的进步,对车用润滑油脂的发展提出了新的更高的要求。为了防止催化转化器中催化剂中毒,润滑油必须低磷、低硫、低灰分;为适应节能要求,使用多级油;对于醇类燃料发动机还要具备良好的酸中和能力。随着发动机功率、燃料经济性,环保的提高将推动润滑油不断升级换代。

    一.合成油成为高性能润滑油发展趋势。

    20世纪80年代以后,由于动力传输系统的设计的变化,需要操作性能有重大改进。传统的基础油和添加剂性能已发挥到了极限,从而使得合成润滑油的应用成为必须趋势。

    从合成润滑油的特点看:1)合成润滑油的油膜强度高达22.5MPa,而矿物油油膜强度平均为3.5MPa左右。油膜强度可使传输系统直接润滑部件,如轴承、油环、阀系、齿轮等有更好的抗磨作用。2)矿物油中存在不稳定物质,在使用期间,会因受热降解和氧化降解的共同作用,使其粘度增大。合成基础油不含不稳定物质,且与抗氧化剂能很好结合,故在使用相同抗氧剂时,比矿油有更好的氧化抑制性。因此,合成润滑油呈现出极好的粘度控制能力。润滑油使用中粘度变化也受粘度指数改进剂剪切性能下降的影响。发动机油的剪切稳定性和保持该粘度等级的性能,取决于油品配方中使用的粘度指数改进剂的种类和质量。合成油有良好的粘度指数,这就意味着合成油只需少量粘度指数改进剂,因而油品的剪切稳定性可达到最大值。3)矿物油的分子类型和分子量分布较宽,在高温下,低分子量的物质易于蒸发,造成蒸发损失,较高分子量的物质留下又会使粘度变大,造成发动机冷启动困难。合成油可较好控制挥发性能,减少蒸发损失。

    与矿物油相比,合成基础油在低温下更易流动,倾点较低,边界泵送温度也较低,在低温下比矿油能更快地润滑和减少磨损,还能够降低启动负荷和应力。4)合成油的摩擦系数低于矿油,从而可降低动力损失,在相应的速度和负荷下可节省燃料。此外,合成油可调制低粘度油(5W或10W)而不影响挥发性和粘度控制要求。5)合成油具有抗热分解能力,不易生成淤渣和沉积物。对抗氧剂有极好的感受性。某些合成油还具有天然的溶解能力和清净性,从而提高机件的清净度。6)合成油的换油周期较长。

    合成油价格高于矿物油,但近年来能源危机、环保要求以及普遍开展节能油的 研究 ,国外对合成油与矿油的价格及性能进行了全面对比和经济核算,确认使用合成油可节省开支,取得很好的经济效益。

    二.长寿命润滑油是发展的必然。

    当曾经占世界已知石油储量七分之一;日产600万桶,约相当于全世界原油消费十二分之一的沙特盖瓦尔油田,不得不在开发40年后向井下注水30%进行开采的时候,使全世界认识到不改变现有的能源消费和生产方式,石油资源枯竭只是一个时间问题。因此世界各国都将高效利用石油资源作为缓解危机的手段之一。世界各主要汽车制造厂商也在发动机技术革新下,要求使用更高性能和更长换油期的润滑油产品。提高润滑油使用寿命的添加剂和长寿命润滑油应运而生,发展迅猛,并成为未来润滑油发展的方向。

    三.生物降解环保型润滑油将成为润滑油产品的主导。

    作为润滑油的基础油有矿物油、合成油(合成酯和合成烃)和植物油。矿物油由于使用、泄漏等原因不可避免地直接排放到环境中,对水、土壤等生态环境造成百年以上持久污染。据报道,全球每年有大量的润滑油(500~1000万吨)排放到大自然。随着人类环保意识的增强,许多国家已经制定了严格的法律来控制润滑油的排放。20世纪70年代国外对生物降解润滑油开始 研究 。生物降解就是以微生物在自然条件下实现生化氧化,氧化的第一步是碳氢化合物断裂成长链羟酸,然后在酶的作用下分解成乙酸,最后通过柠檬酸循环生成二氧化碳和水。生物降解的产物与化学氧化和燃烧的产物一样,但其中间产物导致了氨基酸的形成,进一步产生蛋白质和新的细胞物质。有些有毒物质可降解生成非毒性物质;而有些物质降解后的产物比原物质毒性更强。因此,国外润滑油专家学者提出生物降解环保型润滑油的理念。生物降解环保型润滑油不仅要本身无毒性,而且降解产物的也要无毒性。

    基础油是影响润滑油生物降解性能的决定因素。合成油中的合成烃的生物降解与矿物油差不多,作为生物降解环保润滑油的基础油主要是合成酯和植物油。

    1)合成酯

    合成酯作为高性能润滑剂在航空航天领域得到广泛应用。它与矿油相比,具有较高的粘度指数,优良的温粘性与低温性能。合成酯的物理化学性质与其结构组成密切先关。其粘度和粘度指数主要取决于分子形态。合成酯的链长增加,粘度指数和粘度增大,倾点升高;键入侧链,粘度增高,倾点下降;侧链的位置离酯基越远,对粘度和粘度指数影响越小。其粘度指数和倾点是矿油不可比拟的(粘度指数可达180以上,倾点低于-60℃,闪点超过200℃)。合成酯热安定性好(超过280℃以上),并具有很好的生物降解性能,且有相对质量大的分子,挥发性低,能满足苛刻的工况。合成酯的分子结构中含有较高活性的酯基基团,易于吸附在金属表面形成牢固的油膜具有很好的摩擦润滑性。但它的结构中含有极强的亲水基团,水解安定性差,同时价格也较高。

    2)植物油

    与合成酯相比,成本低、来源丰富、挥发性低、润滑性好、向环境扩散少、处理过程需要能量少、生物降解性好、资源再生性好等特点,但它粘度范围窄、氧化安定性差、低温流动性差、水解安定性差、起泡多、过滤性差等缺点。

    植物油的主要成分是脂肪酸甘油酯,其中脂肪酸成分不同,则各项理化指标如碘值、凝点、氧化安定性等也有所不同。不饱和酸含量越高,其低温流动性好,但氧化安定性越差。其氧化安定性与油酸含量有关。油酸含量越高,氧化安定性越好。油酸含量对植物油的使用温度有很大影响。如高油酸菜籽油的使用温度范围可从普通菜籽油的-20~-80℃扩大到-30~-130℃。近年来,随着生物技术的发展,基因改良技术大大提高了植物油的油酸含量,提高了其氧化安定性。

    前些年的植物油事件让润滑油企业对它谈虎色变,其主要原因是因为它含有不饱和分子双键(油酸一个双键、亚油酸二个双键、亚麻酸三个双键)。植物油可通过精制和化学改性,酯交换、硫化、加氢来降低其双键产生的氧化性来提高其质量。如菜籽油(三甘油脂)→油酸甘油酯→三羟甲基丙烷三油酸酯→三羟甲基丙烷三硬脂酸酯。从而避免润滑油的劣质化。改性菜籽油、葵花籽油已占美国、英国、法国润滑剂市场的1%,并逐年上升趋势。

    植物油由于含有不饱和键容易氧化变质,但通过化学改性和基因改良,可大大提高抗氧能力,同时它较好的润滑性、再生性、生物降解性,必将作为未来润滑油基础油得到广泛应用。

    生物降解基础油还包括聚二醇、聚醇醚,它们具有高粘度指数、低倾点、低毒性、良好的温粘性、机械承载力等特点,但其生物降解性比合成酯和植物油差。因此合成酯和植物油是未来生物降解环保润滑油发展的方向。

    3)添加剂

    生物降解润滑油的添加剂本身也应该可降解、无毒、或至少不妨碍基础油的生物降解性。硫磷系的极压剂、磺酸盐系的防锈剂以及含过渡金属的添加剂都会影响微生物活动,降低生物降解性。而一些含氮磷元素的添加剂能为微生物提供养分,可提高润滑油的生物降解性。因此 研究 生物降解环保型基础油与各种有利于生物降解的添加剂的相容性以及它们的摩擦化学性质,对开发新一代生物降解环保型润滑油至关重要。生物降解润滑油添加剂应具备①无致癌、致残和诱变因素②水污染水平WGK最大为1③不含氯和亚硝酸盐④不含金属⑤生物降解率(OECD法)大于20%⑥低毒性。

    综上所诉,顺应世界发展潮流,实现节能、低排放、无灰、低磷、低硫、无污染、长寿命、生物降解环保合成润滑油将是我国润滑油的发展方向。

    第三节 发动机油的发展趋势

    趋势1:降低排放

    对比国五标准,现行欧洲汽车尾气排放国六标准,将商用车辆和公共汽车颗粒物排放量降低了约67%,氮氧化物排放量降低了80%。欧洲议会已明确,从2021年开始,所有新车每公里二氧化碳排放量最高不超过95克。到2020年,95%的车辆必须满足这一条件。

    为了降低排放,这个目标设的很高。然而,要实现这个目标,必须对发动机油进行改进。低性能的发动机油,通常不符合废气排放标准。不达标的机油,在燃烧的过程中会产生很多的颗粒,这些颗粒通常会堵塞过滤器,严重降低发动机的使用寿命。颗粒也会在活塞头和阀门上形成沉积物,影响燃烧过程,损害发动机。

    废气排放量取决于发动机油的灰分物质含量。依据实验室检测的发动机油硫酸盐含量(主要是添加剂中的磷和硫)水平,机油可分为低、中、高SAPS油(SAPS =硫酸盐灰分、磷、硫)。某些汽油发动机,甚至使用“无灰”机油。

    虽然添加大量的硫和磷,可以防止氧化和磨损,但为了降低排放,仍要将这些物质减少到最低限度。为了满足低SAPS油的标准,例如更长的换油周期,更少的摩擦和良好的抗磨性能,机油供应商不得不研发全新的添加剂,并选择最佳的基础油。

    趋势2:降低燃料和润滑油的消耗

    发动机应该以节省燃料和机油的方式运转。机油消耗的典型表现之一是,由于高温引起的基础油的蒸发。但是,机油的蒸发程度也取决于油本身的性质。基础油类型,粘度和添加剂等因素都会有影响。挥发性高的发动机油更容易变稠,用途和性能更容易受到影响。气缸和刮油环不太适合高粘度的润滑油。 随着燃料油消耗的增加,发动机油消耗也会增加。较厚的油也会降低摩擦性能,增加燃料消耗。

    机油的蒸发损失越低,其粘度就越稳定,燃料和机油的消耗量就越低。蒸发损失测试的是250°C下机油在60分钟内的蒸发程度。好的发动机油,蒸发损失是很低的,ACEA(欧洲汽车制造协会)机油引擎分类E6,E7和E9中,重型商用发动机油的蒸发损失≤13%。

    趋势3:粘度越来越低

    SAE级0W20和0W30发动机油或商用车辆用5W30发动机油并不少见。甚至SAE 0W16和0W12的发动机油也已经开始使用。对于混合动力汽车,市场上有一种粘度等级为0W8的油在使用,而且正朝着粘度越来越低的趋势发展。原则上,机油的粘度等级越低,发动机的运转越好,经济性越强。然而,机油的粘度越低,就越难形成一个流体动力的、稳定的油膜,以尽可能防止运动部件之间的机械接触,并保护它们的表面不受磨损。

    在此背景下,发动机油的HTHS(高温高剪切)粘度扮演着一个重要角色。HTHS(高温高剪切粘度)测量的是在高剪切应力影响下的动力粘度,用毫帕·秒表示。降低HTHS粘度会降低能量消耗,节省燃料,因为机油的“内摩擦”降低了。然而,如果HTHS粘度降低太多,油膜就会变得太薄,耐磨性就会产生风险。设定HTHS的下限,应确保发动机油本身在高剪切力和高油温下能给大端轴承提供足够的润滑。为了进一步平衡相对运动金属表面的粗糙度和润滑膜形成的连续性,一些用来减少摩擦的添加剂,例如钼,会添加到一些油中。这些添加剂通常会用于赛车发动机油中以减轻磨损。

    结论:创造具有低HTHS粘度,高粘度指数,低蒸发损失和高抗磨性能的高效发动机油是势在必行的。只有在一系列油液 分析 的帮助下才能研发出合适的油。

    趋势4:混合动力车和电车混合动力车

    混合动力汽车是靠电驱动的,电池可以充电,同时,还有个烧汽油的发动机。混合动力汽车的发动机转速几乎可以一直保持2500转左右,最佳运转效率可超过35%,然而传动的发动机,最佳运转效率不超过20%。这些发动机最初设计的是用传统的机油。现在越来越多的混合动力车开始使用特种油。混合动力发动机通常运行速度相对较低,相应地,所以使用的油的粘度等级也较低,粘度一般在SAE 0W8到0W20之间。在电池的帮助下,油会被预热,所以几乎没有冷启动。

    然而,混合动力汽车发动机油的长期测试结果还没有。所以,建议定期监测发动机机油,对系统的耐久性进行评估,以确定最佳换油间隔。

    纯电动车

    纯电动汽车也需要润滑油,但不需要发动机油。电动发动机的驱动齿轮,需要使用齿轮油或传动油。动力转向装置和悬架通常由服或多用途液压油驱动。电池也需要变压器油或者含水防冻液来冷却。 这就是电动车和内燃机车的主要区别。


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