作為發(fā)動機“血液”的發(fā)動機油是確保發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵“部件”。隨著全球化石燃料的日益枯竭和空氣污染的日益嚴重,環(huán)境保護和節(jié)約能源成為影響汽車工業(yè)及其他行業(yè)發(fā)展的主要因素。各大設(shè)備原廠商(OEM)利用先進的汽車及發(fā)動機技術(shù),以減少排放、提高燃油經(jīng)濟性,各國車輛燃油經(jīng)濟性標準不斷提高。美國提出2017-2025階段輕型車燃油經(jīng)濟性目標約為5.5 L/100km,日本提出到2020年汽車輛平均燃油經(jīng)濟性提高至約4.93 L/100k——歐盟提出到2020年實現(xiàn)4.2 L/100 km的燃料經(jīng)濟性目標,中國也提出到2020年新增乘用車平均燃油消耗目標達到5 L/100km。
提高汽車燃料經(jīng)濟性的途徑主要是通過強化發(fā)動機設(shè)計、優(yōu)化動力總成、提高燃料質(zhì)量及提高潤滑油的燃油經(jīng)濟性等來實現(xiàn)。潤滑油的黏度對發(fā)動機燃油經(jīng)濟性及整機可靠性起著至關(guān)重要的作用。尤其是近年來一方面,隨著發(fā)動機強化指標越來越高(升功率、升扭矩逐漸升高),發(fā)動機熱負荷和機械負荷急劇升高,另一方面,在整車輕量化發(fā)展趨勢下,發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越緊湊。因此,如何在不影響發(fā)動機整機可靠性的前提下,最大限度地優(yōu)化潤滑油的黏度成為當前需要研究的重要課題。
使用低黏度的潤滑油可減少發(fā)動機的摩擦功率損失,從而節(jié)省燃料的消耗,低黏度潤滑油被認為是當前機動車獲得更好的燃料經(jīng)濟性能的一個重要因素。國際汽車工程師協(xié)會(SAE)繼2013年對SAE J300增加了SAE 16黏度等級后,2015年1月對SAE J300再次進行更新,新增了兩個更低黏度等級油品類別,即SAE 8和SAE 12,可見,低黏度等級發(fā)動機油的發(fā)展?jié)摿薮蟆?span>
表1 SAE J300發(fā)動機油黏度等級分類
SAE 黏度等級 |
CCS,mPa.s 最高 |
MRV,mPa.s 最高 |
100℃運動黏度,mm2/s |
HTHS(150℃) mP·s,最低 |
|
最低 |
最高 |
||||
0W |
6200(-35℃) |
60000(-40℃) |
3.8 |
- |
- |
5W |
6600(-30℃) |
60000(-35℃) |
3.8 |
- |
- |
10W |
7000(-25℃) |
60000(-30℃) |
4.1 |
- |
- |
15W |
7000(-20℃) |
60000(-25℃) |
5.6 |
- |
- |
20W |
9500(-15℃) |
60000(-20℃) |
5.6 |
- |
- |
25W |
13000(-10℃) |
60000(-15℃) |
9.3 |
- |
- |
8 |
|
|
4.0 |
<6.1 |
1.7 |
12 |
|
|
5.0 |
<7.1 |
2.0 |
16 |
|
|
6.1 |
<8.2 |
2.3 |
20 |
|
|
6.9 |
<9.3 |
2.6 |
30 |
|
|
9.3 |
<12.5 |
2.9 |
40 |
|
|
12.5 |
<16.3 |
3.5(0W/5W/10W-40) |
40 |
|
|
12.5 |
<16.3 |
3.7(15W/20W/25W-40,40) |
50 |
|
|
16.3 |
<21.9 |
3.7 |
60 |
|
|
21.9 |
<26.1 |
3.7 |
國內(nèi),SAE xW-30低黏度油品在乘用車中的應(yīng)用已非常普遍,更低黏度油品如SAE 5W-20和0W-20發(fā)動機油已經(jīng)逐步被一些OEM所使用。在國外,更低黏度油品如SAE xW-16也已逐步市場化。
xW-16、xW-20、xW-30等低黏度油品的使用使得基礎(chǔ)油、黏指劑等的選擇十分重要。發(fā)動機油常用黏指劑類型包括乙丙共聚物(OCP)、苯乙烯-雙烯(HSD)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)等。對低黏度油品,乙丙共聚物(OCP)型黏指劑的應(yīng)用將變得越來越困難,聚甲基丙烯酸酯(PMA)型黏指劑因其基礎(chǔ)油相容性好、低溫性能優(yōu)異、剪切穩(wěn)定性好、節(jié)能效果突出及易于功能化改性等優(yōu)點,是低黏度節(jié)能型發(fā)動機油的首選黏指劑。聚甲基丙烯酸酯(PMA)型黏指劑在發(fā)動機油中的典型應(yīng)用如表2所示。
表2 API SN/GF-5發(fā)動機油
黏度等級 加量 % |
0W-20 |
5W-30 |
III類混合基礎(chǔ)油 |
86.6 |
85.1 |
PMA黏指劑 |
4.5 |
6.0 |
復(fù)合劑 |
8.6 |
8.6 |
降凝劑 |
0.3 |
0.3 |
V100℃,mm2/s |
7.47 |
10.38 |
V40℃,mm2/s |
34.65 |
50.86 |
VI |
191 |
199 |
CCS( -30/35℃),mPa.s |
5870( -35℃) |
5700( -30℃) |
MRV(/35℃), mPa.s |
12900 |
13800 |
HTHS(150℃), mPa.s |
2.95 |
3.22 |
需要指出的是,聚甲基丙烯酸酯(PMA)型黏指劑的單體組成、制備工藝、分子量及分子量分布、微觀結(jié)構(gòu)變化等都是影響其在發(fā)動機油中應(yīng)用的重要因素。