第一節(jié) 發(fā)動機油的簡介

除汽油和柴油外，發(fā)動機油是汽車用油量最大的品種。發(fā)動機油分為汽油機油和柴油機油，分別適用于汽油機和柴油機，國外現在越來越多采用的是通用油，即汽油機和柴油機通用的潤滑油。（可研報告）

第二節(jié) 發(fā)動機油未來發(fā)展前景

車用潤滑油的發(fā)展是伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而不斷提高的。從國外發(fā)動機油的發(fā)展來看，美國從90年代起，隨著發(fā)動機功率的不斷提高，熱負荷苛刻要求，汽車不斷降低排放要求，更高的燃料經濟性要求，對于潤滑油揮發(fā)性的要求越來越嚴；以及汽車制造廠商提出更高的性能和延長換油期要求；汽車出現的新技術如汽油機直噴（GDI）；柴油機廢氣循環(huán)（EGR）等要求新的潤滑技術，使?jié)櫥筒粩嗌墦Q代。美國發(fā)動機油的發(fā)展主要被環(huán)保和節(jié)能所推動。

歐洲車型在設計上考慮的重點是強調經濟性，兼顧動力性和排放性能。因為歐洲各國石油資源缺乏，大量進口原油提高了燃油價格，促使歐洲汽車向節(jié)能和小型化發(fā)展，同時在小轎車中柴油車比例很大。歐洲發(fā)動機油質量要求較嚴格，體現在1）歐洲車型體積小，汽缸排氣量小，同時汽車底殼加入的潤滑油也少，但輸出功率大，比美國大30%，2）歐洲車在高速公里行駛速度的允許限值比美國高，發(fā)動機設計轉速高。3）歐洲車要求潤滑油換油周期長。一般小轎車15000km，大卡車、大轎車在無苛刻條件、使用優(yōu)質潤滑油和低硫柴油情況下，要求達到45000km。這些原因都導致燃燒室溫度增加，底殼油溫增高。這也導致汽油機的活塞產生高溫沉積物，加劇了磨損，特別是凸輪挺桿的磨損。

歐洲汽油機油的發(fā)展與汽車尾氣排放標準的發(fā)展并沒有美國那樣的緊密。其主要是汽車性能的提高，如功率提高，發(fā)動機變小，溫度更高以及汽油機增壓，使?jié)櫥鸵蟠蟠筇岣?。同時汽車廠商要求延長換油周期作為汽車賣點，以及燃料經濟性逐漸改善，使汽油機油的氧化安定性及清凈分散性要求大為提高。歐洲尾氣排放規(guī)格大約與美國差不多，越來越同步。ACEA雖然沒有磷含量的限制，但同樣要求降低硫含量。歐洲轎車機油的另一特點是換油期普遍延長到20000km甚至到30000km。從發(fā)展趨勢看，也在與排放掛鉤。

21世紀將是一個清潔、環(huán)保、科技迅猛發(fā)展的新時代。1935年卡特皮勒公司和加利福尼亞公司把發(fā)動機油帶進添加劑時代，潤滑油的質量、性能開始不斷的發(fā)展和升級。目前我國的潤滑油工業(yè)既面臨嚴峻挑戰(zhàn)，又存在良好的發(fā)展機遇。從發(fā)展趨勢看，2003年，我國汽車年產量已躍居世界第四位，達到444.4萬輛。由于車輛潤滑油的消耗量占整個潤滑油總量一般以上，促進了我國潤滑油需求量平穩(wěn)上升。為滿足相關法規(guī)要求的尾氣排放標準，未來汽車均采用電控燃油噴射技術，廣泛安裝催化轉化器，其中柴油車還要安裝顆粒物過濾器。汽車技術的進步，對車用潤滑油脂的發(fā)展提出了新的更高的要求。為了防止催化轉化器中催化劑中毒，潤滑油必須低磷、低硫、低灰分；為適應節(jié)能要求，使用多級油；對于醇類燃料發(fā)動機還要具備良好的酸中和能力。隨著發(fā)動機功率、燃料經濟性，環(huán)保的提高將推動潤滑油不斷升級換代。

一．合成油成為高性能潤滑油發(fā)展趨勢。

20世紀80年代以后，由于動力傳輸系統(tǒng)的設計的變化，需要操作性能有重大改進。傳統(tǒng)的基礎油和添加劑性能已發(fā)揮到了極限，從而使得合成潤滑油的應用成為必須趨勢。

從合成潤滑油的特點看：1）合成潤滑油的油膜強度高達22.5MPa，而礦物油油膜強度平均為3.5MPa左右。油膜強度可使傳輸系統(tǒng)直接潤滑部件，如軸承、油環(huán)、閥系、齒輪等有更好的抗磨作用。2）礦物油中存在不穩(wěn)定物質，在使用期間，會因受熱降解和氧化降解的共同作用，使其粘度增大。合成基礎油不含不穩(wěn)定物質，且與抗氧化劑能很好結合，故在使用相同抗氧劑時，比礦油有更好的氧化抑制性。因此，合成潤滑油呈現出極好的粘度控制能力。潤滑油使用中粘度變化也受粘度指數改進劑剪切性能下降的影響。發(fā)動機油的剪切穩(wěn)定性和保持該粘度等級的性能，取決于油品配方中使用的粘度指數改進劑的種類和質量。合成油有良好的粘度指數，這就意味著合成油只需少量粘度指數改進劑，因而油品的剪切穩(wěn)定性可達到最大值。3）礦物油的分子類型和分子量分布較寬，在高溫下，低分子量的物質易于蒸發(fā)，造成蒸發(fā)損失，較高分子量的物質留下又會使粘度變大，造成發(fā)動機冷啟動困難。合成油可較好控制揮發(fā)性能，減少蒸發(fā)損失。

與礦物油相比，合成基礎油在低溫下更易流動，傾點較低，邊界泵送溫度也較低，在低溫下比礦油能更快地潤滑和減少磨損，還能夠降低啟動負荷和應力。4）合成油的摩擦系數低于礦油，從而可降低動力損失，在相應的速度和負荷下可節(jié)省燃料。此外，合成油可調制低粘度油（5W或10W）而不影響揮發(fā)性和粘度控制要求。5）合成油具有抗熱分解能力，不易生成淤渣和沉積物。對抗氧劑有極好的感受性。某些合成油還具有天然的溶解能力和清凈性，從而提高機件的清凈度。6）合成油的換油周期較長。

合成油價格高于礦物油，但近年來能源危機、環(huán)保要求以及普遍開展節(jié)能油的 研究 ，國外對合成油與礦油的價格及性能進行了全面對比和經濟核算，確認使用合成油可節(jié)省開支，取得很好的經濟效益。

二．長壽命潤滑油是發(fā)展的必然。

當曾經占世界已知石油儲量七分之一；日產600萬桶，約相當于全世界原油消費十二分之一的沙特蓋瓦爾油田，不得不在開發(fā)40年后向井下注水30%進行開采的時候，使全世界認識到不改變現有的能源消費和生產方式，石油資源枯竭只是一個時間問題。因此世界各國都將高效利用石油資源作為緩解危機的手段之一。世界各主要汽車制造廠商也在發(fā)動機技術革新下，要求使用更高性能和更長換油期的潤滑油產品。提高潤滑油使用壽命的添加劑和長壽命潤滑油應運而生，發(fā)展迅猛，并成為未來潤滑油發(fā)展的方向。

三．生物降解環(huán)保型潤滑油將成為潤滑油產品的主導。

作為潤滑油的基礎油有礦物油、合成油（合成酯和合成烴）和植物油。礦物油由于使用、泄漏等原因不可避免地直接排放到環(huán)境中，對水、土壤等生態(tài)環(huán)境造成百年以上持久污染。據報道，全球每年有大量的潤滑油（500~1000萬噸）排放到大自然。隨著人類環(huán)保意識的增強，許多國家已經制定了嚴格的法律來控制潤滑油的排放。20世紀70年代國外對生物降解潤滑油開始 研究 。生物降解就是以微生物在自然條件下實現生化氧化，氧化的第一步是碳氫化合物斷裂成長鏈羥酸，然后在酶的作用下分解成乙酸，最后通過檸檬酸循環(huán)生成二氧化碳和水。生物降解的產物與化學氧化和燃燒的產物一樣，但其中間產物導致了氨基酸的形成，進一步產生蛋白質和新的細胞物質。有些有毒物質可降解生成非毒性物質；而有些物質降解后的產物比原物質毒性更強。因此，國外潤滑油專家學者提出生物降解環(huán)保型潤滑油的理念。生物降解環(huán)保型潤滑油不僅要本身無毒性，而且降解產物的也要無毒性。

基礎油是影響潤滑油生物降解性能的決定因素。合成油中的合成烴的生物降解與礦物油差不多，作為生物降解環(huán)保潤滑油的基礎油主要是合成酯和植物油。

1)合成酯

合成酯作為高性能潤滑劑在航空航天領域得到廣泛應用。它與礦油相比，具有較高的粘度指數，優(yōu)良的溫粘性與低溫性能。合成酯的物理化學性質與其結構組成密切先關。其粘度和粘度指數主要取決于分子形態(tài)。合成酯的鏈長增加，粘度指數和粘度增大，傾點升高；鍵入側鏈，粘度增高，傾點下降；側鏈的位置離酯基越遠，對粘度和粘度指數影響越小。其粘度指數和傾點是礦油不可比擬的（粘度指數可達180以上，傾點低于-60℃，閃點超過200℃）。合成酯熱安定性好（超過280℃以上），并具有很好的生物降解性能，且有相對質量大的分子，揮發(fā)性低，能滿足苛刻的工況。合成酯的分子結構中含有較高活性的酯基基團，易于吸附在金屬表面形成牢固的油膜具有很好的摩擦潤滑性。但它的結構中含有極強的親水基團，水解安定性差，同時價格也較高。

2)植物油

與合成酯相比，成本低、來源豐富、揮發(fā)性低、潤滑性好、向環(huán)境擴散少、處理過程需要能量少、生物降解性好、資源再生性好等特點，但它粘度范圍窄、氧化安定性差、低溫流動性差、水解安定性差、起泡多、過濾性差等缺點。

植物油的主要成分是脂肪酸甘油酯，其中脂肪酸成分不同，則各項理化指標如碘值、凝點、氧化安定性等也有所不同。不飽和酸含量越高，其低溫流動性好，但氧化安定性越差。其氧化安定性與油酸含量有關。油酸含量越高，氧化安定性越好。油酸含量對植物油的使用溫度有很大影響。如高油酸菜籽油的使用溫度范圍可從普通菜籽油的-20~-80℃擴大到-30~-130℃。近年來，隨著生物技術的發(fā)展，基因改良技術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讓潤滑油企業(yè)對它談虎色變，其主要原因是因為它含有不飽和分子雙鍵（油酸一個雙鍵、亞油酸二個雙鍵、亞麻酸三個雙鍵）。植物油可通過精制和化學改性，酯交換、硫化、加氫來降低其雙鍵產生的氧化性來提高其質量。如菜籽油（三甘油脂）→油酸甘油酯→三羥甲基丙烷三油酸酯→三羥甲基丙烷三硬脂酸酯。從而避免潤滑油的劣質化。改性菜籽油、葵花籽油已占美國、英國、法國潤滑劑市場的1%，并逐年上升趨勢。

植物油由于含有不飽和鍵容易氧化變質，但通過化學改性和基因改良，可大大提高抗氧能力，同時它較好的潤滑性、再生性、生物降解性，必將作為未來潤滑油基礎油得到廣泛應用。

生物降解基礎油還包括聚二醇、聚醇醚，它們具有高粘度指數、低傾點、低毒性、良好的溫粘性、機械承載力等特點，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來生物降解環(huán)保潤滑油發(fā)展的方向。

3）添加劑

生物降解潤滑油的添加劑本身也應該可降解、無毒、或至少不妨礙基礎油的生物降解性。硫磷系的極壓劑、磺酸鹽系的防銹劑以及含過渡金屬的添加劑都會影響微生物活動，降低生物降解性。而一些含氮磷元素的添加劑能為微生物提供養(yǎng)分，可提高潤滑油的生物降解性。因此 研究 生物降解環(huán)保型基礎油與各種有利于生物降解的添加劑的相容性以及它們的摩擦化學性質，對開發(fā)新一代生物降解環(huán)保型潤滑油至關重要。生物降解潤滑油添加劑應具備①無致癌、致殘和誘變因素②水污染水平WGK最大為1③不含氯和亞硝酸鹽④不含金屬⑤生物降解率（OECD法）大于20%⑥低毒性。

綜上所訴，順應世界發(fā)展潮流，實現節(jié)能、低排放、無灰、低磷、低硫、無污染、長壽命、生物降解環(huán)保合成潤滑油將是我國潤滑油的發(fā)展方向。

第三節(jié) 發(fā)動機油的發(fā)展趨勢

趨勢1：降低排放

對比國五標準，現行歐洲汽車尾氣排放國六標準，將商用車輛和公共汽車顆粒物排放量降低了約67%，氮氧化物排放量降低了80％。歐洲議會已明確，從2021年開始，所有新車每公里二氧化碳排放量最高不超過95克。到2020年，95％的車輛必須滿足這一條件。

為了降低排放，這個目標設的很高。然而，要實現這個目標，必須對發(fā)動機油進行改進。低性能的發(fā)動機油，通常不符合廢氣排放標準。不達標的機油，在燃燒的過程中會產生很多的顆粒，這些顆粒通常會堵塞過濾器，嚴重降低發(fā)動機的使用壽命。顆粒也會在活塞頭和閥門上形成沉積物，影響燃燒過程，損害發(fā)動機。

廢氣排放量取決于發(fā)動機油的灰分物質含量。依據實驗室檢測的發(fā)動機油硫酸鹽含量(主要是添加劑中的磷和硫)水平，機油可分為低、中、高SAPS油(SAPS =硫酸鹽灰分、磷、硫)。某些汽油發(fā)動機，甚至使用“無灰”機油。

雖然添加大量的硫和磷，可以防止氧化和磨損，但為了降低排放，仍要將這些物質減少到最低限度。為了滿足低SAPS油的標準，例如更長的換油周期，更少的摩擦和良好的抗磨性能，機油供應商不得不研發(fā)全新的添加劑，并選擇最佳的基礎油。

趨勢2：降低燃料和潤滑油的消耗

發(fā)動機應該以節(jié)省燃料和機油的方式運轉。機油消耗的典型表現之一是，由于高溫引起的基礎油的蒸發(fā)。但是，機油的蒸發(fā)程度也取決于油本身的性質。基礎油類型，粘度和添加劑等因素都會有影響。揮發(fā)性高的發(fā)動機油更容易變稠，用途和性能更容易受到影響。氣缸和刮油環(huán)不太適合高粘度的潤滑油。 隨著燃料油消耗的增加，發(fā)動機油消耗也會增加。較厚的油也會降低摩擦性能，增加燃料消耗。

機油的蒸發(fā)損失越低，其粘度就越穩(wěn)定，燃料和機油的消耗量就越低。蒸發(fā)損失測試的是250°C下機油在60分鐘內的蒸發(fā)程度。好的發(fā)動機油，蒸發(fā)損失是很低的，ACEA（歐洲汽車制造協會）機油引擎分類E6，E7和E9中，重型商用發(fā)動機油的蒸發(fā)損失≤13％。

趨勢3：粘度越來越低

SAE級0W20和0W30發(fā)動機油或商用車輛用5W30發(fā)動機油并不少見。甚至SAE 0W16和0W12的發(fā)動機油也已經開始使用。對于混合動力汽車，市場上有一種粘度等級為0W8的油在使用，而且正朝著粘度越來越低的趨勢發(fā)展。原則上，機油的粘度等級越低，發(fā)動機的運轉越好，經濟性越強。然而，機油的粘度越低，就越難形成一個流體動力的、穩(wěn)定的油膜，以盡可能防止運動部件之間的機械接觸，并保護它們的表面不受磨損。

在此背景下，發(fā)動機油的HTHS（高溫高剪切）粘度扮演著一個重要角色。HTHS（高溫高剪切粘度）測量的是在高剪切應力影響下的動力粘度，用毫帕·秒表示。降低HTHS粘度會降低能量消耗，節(jié)省燃料，因為機油的“內摩擦”降低了。然而，如果HTHS粘度降低太多，油膜就會變得太薄，耐磨性就會產生風險。設定HTHS的下限，應確保發(fā)動機油本身在高剪切力和高油溫下能給大端軸承提供足夠的潤滑。為了進一步平衡相對運動金屬表面的粗糙度和潤滑膜形成的連續(xù)性，一些用來減少摩擦的添加劑，例如鉬，會添加到一些油中。這些添加劑通常會用于賽車發(fā)動機油中以減輕磨損。

結論：創(chuàng)造具有低HTHS粘度，高粘度指數，低蒸發(fā)損失和高抗磨性能的高效發(fā)動機油是勢在必行的。只有在一系列油液 分析 的幫助下才能研發(fā)出合適的油。

趨勢4：混合動力車和電車混合動力車

混合動力汽車是靠電驅動的，電池可以充電，同時，還有個燒汽油的發(fā)動機。混合動力汽車的發(fā)動機轉速幾乎可以一直保持2500轉左右，最佳運轉效率可超過35%，然而傳動的發(fā)動機，最佳運轉效率不超過20%。這些發(fā)動機最初設計的是用傳統(tǒng)的機油。現在越來越多的混合動力車開始使用特種油。混合動力發(fā)動機通常運行速度相對較低，相應地，所以使用的油的粘度等級也較低，粘度一般在SAE 0W8到0W20之間。在電池的幫助下，油會被預熱，所以幾乎沒有冷啟動。

然而，混合動力汽車發(fā)動機油的長期測試結果還沒有。所以，建議定期監(jiān)測發(fā)動機機油，對系統(tǒng)的耐久性進行評估，以確定最佳換油間隔。

純電動車

純電動汽車也需要潤滑油，但不需要發(fā)動機油。電動發(fā)動機的驅動齒輪，需要使用齒輪油或傳動油。動力轉向裝置和懸架通常由服或多用途液壓油驅動。電池也需要變壓器油或者含水防凍液來冷卻。 這就是電動車和內燃機車的主要區(qū)別。

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