楊操 崔軍 胡亞男 周桃俊

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《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中提出了未來10年我國(guó)新能源汽車的發(fā)展方向和發(fā)展目標(biāo)：到2025年，我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力明顯增強(qiáng)，動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、車用操作系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，安全水平全面提升。與此同時(shí)，綠色交通已成為交通發(fā)展的新趨勢(shì)，新能源客車近年來也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這幾年三電系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)等核心技術(shù)逐步趨向成熟，運(yùn)營(yíng)企業(yè)對(duì)于新能源客車的了解和認(rèn)可也有了質(zhì)的飛躍，尤其是車輛運(yùn)營(yíng)成本優(yōu)勢(shì)為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益[1,2]。

隨著新能源汽車的蓬勃發(fā)展，新能源汽車驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)用潤(rùn)滑油的發(fā)展也受到越來越多的關(guān)注。新能源汽車的驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)有著多種組合形式，其中基本的布置方式可以分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等幾種類型。無論是從市場(chǎng)角度還是技術(shù)角度，電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的耦合是未來汽車發(fā)展的重要趨勢(shì)，而電機(jī)與變速器耦合的形式(油冷電機(jī)）是電動(dòng)車傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的方向。因此，相對(duì)于傳統(tǒng)變速箱，電機(jī)與變速器一體化（油冷電機(jī)）系統(tǒng)中增加了電機(jī)，這就要求潤(rùn)滑油不僅要保證對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部分的良好潤(rùn)滑和冷卻，還要滿足電機(jī)的潤(rùn)滑冷卻要求，油品必須具備優(yōu)異的電化學(xué)性能、極端情況下的熱保護(hù)性能以及與漆包線等非金屬材料良好的相容性等[3～5]。

由于國(guó)外對(duì)電動(dòng)汽車研究起步較早，對(duì)電驅(qū)動(dòng)變速器用潤(rùn)滑油開展了相關(guān)研究并制定了標(biāo)準(zhǔn)，如通用汽車公司的GMNA 9986144規(guī)格，是一款針對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的低黏度潤(rùn)滑油[6]。目前國(guó)內(nèi)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大多從國(guó)外引進(jìn)，對(duì)油品的要求了解較少，且不同電驅(qū)動(dòng)變速器供應(yīng)商對(duì)油品的要求也各不相同。目前，市場(chǎng)上的混合動(dòng)力變速箱用油大多以自動(dòng)變速箱油（ATF）、齒輪油或低黏度手動(dòng)變速箱油品為主，沒有使用專用的混動(dòng)變速箱油。因此，根據(jù)混動(dòng)客車電驅(qū)動(dòng)減速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，要求潤(rùn)滑油具有優(yōu)異的極壓抗磨性、出色的抗剪切穩(wěn)定性、良好的抑制銅腐蝕保護(hù)性和電化學(xué)特性等，本文開發(fā)了一款混動(dòng)客車電驅(qū)動(dòng)減速器專用油（以下簡(jiǎn)稱混動(dòng)減速器專用油），以滿足混動(dòng)客車電驅(qū)動(dòng)減速器的潤(rùn)滑需求。

針對(duì)混動(dòng)客車電驅(qū)動(dòng)減速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及潤(rùn)滑要求，通過對(duì)基礎(chǔ)油、添加劑的篩選，并考察黏度對(duì)油品性能的影響，研制了一款混動(dòng)客車電驅(qū)動(dòng)減速器專用油。60 000 km行車試驗(yàn)結(jié)果表明，研制的混動(dòng)客車電驅(qū)動(dòng)減速器油與現(xiàn)用油品相比，具有更為優(yōu)異的剪切穩(wěn)定性、極壓抗磨性和電化學(xué)特性，能為混動(dòng)客車電驅(qū)動(dòng)減速器提供更為優(yōu)異的長(zhǎng)效潤(rùn)滑保護(hù)。

試驗(yàn)部分

主要原材料

試驗(yàn)所用原材料均為工業(yè)級(jí)化工產(chǎn)品，主要有： 70SN[愛斯華（天津）化工有限公司]；150N[愛斯華（天津）化工有限公司]；酯類油KL16（上海冠中石油化工有限公司）；復(fù)合添加劑T1（潤(rùn)英聯(lián)公司），復(fù)合添加劑T2（潤(rùn)英聯(lián)公司），復(fù)合添加劑H1(雅富頓公司），復(fù)合添加劑L1(路博潤(rùn)公司），復(fù)合添加劑L2(路博潤(rùn)公司）。

主要性能評(píng)價(jià)儀器

石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定器（大連分析儀器廠）；石油產(chǎn)品銅片腐蝕測(cè)定儀（大連分析儀器廠）；布式黏度測(cè)定儀（美國(guó)勞拉）；絕緣油擊穿電壓測(cè)定儀（武漢研潤(rùn)科技發(fā)展有限公司）；絕緣油介電常數(shù)介質(zhì)損耗測(cè)試儀（北京北廣精儀儀器設(shè)備有限公司）；MS-10J四球摩擦試驗(yàn)機(jī)（廈門天機(jī)自動(dòng)化有限公司）；MRC-10剪切試驗(yàn)測(cè)定儀（濟(jì)南舜茂試驗(yàn)儀器有限公司）；MRC-1齒輪磨損試驗(yàn)機(jī)（濟(jì)南舜茂試驗(yàn)儀器有限公司）；SRV?5多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)（德國(guó)Optimol）。

研制過程

復(fù)合添加劑的篩選考察

與傳統(tǒng)變速器相比，混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電機(jī)與變速器耦合形式，電機(jī)與變速器一體化系統(tǒng)中增加了電機(jī)，且共用一套潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)，因此油品需要不僅要具有優(yōu)異的抗氧化穩(wěn)定性，抗剪切穩(wěn)定性和極壓抗磨性，還要具有油品具備優(yōu)異的電化學(xué)性能、銅腐蝕保護(hù)性等特點(diǎn)。此外，電驅(qū)動(dòng)減速器系統(tǒng)的高效率還要求油品具有較低的黏度，這就對(duì)油品配方中的復(fù)合添加劑提出了更高的要求。因此，電驅(qū)動(dòng)減速器油配方中的復(fù)合添加劑選擇至關(guān)重要?？疾炝瞬煌愋偷膹?fù)合添加劑調(diào)配的變速器油品性能，具體結(jié)果見表1。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，在相同的基礎(chǔ)油前提下，采用添加劑H1和L1調(diào)配的油品C、油品D均具有優(yōu)異的承載能力、抗磨損保護(hù)性和熱氧化穩(wěn)定性，尤其是具有出色的電化學(xué)特性和抑制銅腐蝕保護(hù)性，且采用添加劑H1調(diào)配的油品C在銅片腐蝕試驗(yàn)結(jié)束后油品中銅含量最小，說明其抑制銅腐蝕保護(hù)性方面更為出色，能為混動(dòng)客車電驅(qū)動(dòng)減速器提供優(yōu)良的潤(rùn)滑、良好的絕緣性和出色的抑制銅腐保護(hù)性能。

表1 復(fù)合添加劑的篩選考察

油品的黏度對(duì)減速器油性能的影響

電驅(qū)動(dòng)減速器油在高溫條件下要有良好的潤(rùn)滑和冷卻性能，同時(shí)在低溫下要保證優(yōu)異的冷啟動(dòng)性能和泵送性能。在保證能形成足夠油膜厚度的前提下，低黏度油品可降低齒輪系統(tǒng)傳動(dòng)阻力和功率損耗，增加流體流動(dòng)速度，提高傳動(dòng)效率，并使系統(tǒng)散熱更快。采用70SN與150N的混合基礎(chǔ)油和復(fù)合添加劑H1調(diào)配了不同黏度的電驅(qū)動(dòng)減速器油，并對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，黏度過低，油品的承載能力和抗磨保護(hù)性能要差一些，且油品的黏度對(duì)電化學(xué)特性和導(dǎo)熱性能影響不大。因此，綜合考慮油品的高低溫性能及極壓抗磨性要求，混動(dòng)減速器專用油的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度宜在7.5 mm2/s左右。

表2 不同油品黏度對(duì)性能的影響

基礎(chǔ)油類型對(duì)減速器油性能的影響

基礎(chǔ)油的組成對(duì)潤(rùn)滑油的高低溫性能、電化學(xué)特性和導(dǎo)熱特性會(huì)產(chǎn)生一定影響，而在變速箱油中所用的基礎(chǔ)油主要有API II/III類油、聚α烯烴或合成酯類的組合。因此，本文研究了采用不同類型基礎(chǔ)油或基礎(chǔ)油的組合以及復(fù)合添加劑H1調(diào)配了混動(dòng)減速器專用油，各油品性能測(cè)試結(jié)果見表3。

從表3的測(cè)評(píng)結(jié)果可以看出，采用加氫基礎(chǔ)油加入少量酯類油可進(jìn)一步改善油品的低溫性能、極壓抗磨損性能和熱傳導(dǎo)特性。

表3 不同類型基礎(chǔ)油調(diào)配油品的性能對(duì)比

油品性能綜合評(píng)價(jià)

綜合上述研究結(jié)果，確定了混動(dòng)減速器專用油的技術(shù)指標(biāo)要求，并采用加氫基礎(chǔ)油和酯類油的混合為基礎(chǔ)油，復(fù)合添加劑H1調(diào)配成了混動(dòng)減速器專用油，對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并與現(xiàn)用油品指標(biāo)進(jìn)行了比較，結(jié)果見表4。

表4 混動(dòng)減速器專用油產(chǎn)品性能對(duì)比

從表4可以看出，研制的混動(dòng)減速器專用油具有更好的承載能力以及優(yōu)異的低溫流動(dòng)性、剪切穩(wěn)定性、電化學(xué)特性和抑制銅腐蝕保護(hù)性。

行車試驗(yàn)

在國(guó)內(nèi)某混合動(dòng)力城市客車上（雙行星排變速箱，減速器與電機(jī)為混聯(lián)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸入扭矩1 100 N · m，發(fā)電機(jī)最大扭矩350 N · m，電機(jī)最高輸入轉(zhuǎn)速6 000 r/min，變速箱輸出最大扭矩3 600 N · m）進(jìn)行了60 000 km的行車試驗(yàn)應(yīng)用性能評(píng)價(jià)，并對(duì)油品的黏度、酸值和主要磨損金屬元素鐵和銅含量進(jìn)行了跟蹤分析，具體結(jié)果見圖1～圖4。

圖1 油品100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化趨勢(shì)

圖2 油品酸值變化趨勢(shì)

圖3 油品中鐵含量變化趨勢(shì)

圖4 油品中銅含量變化趨勢(shì)

由圖1～圖4可以看出，在整個(gè)試驗(yàn)過程中，研制油品100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化較為平緩，試驗(yàn)前后油品黏度的變化率僅為6.76%，而現(xiàn)用油品100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化率高達(dá)25.15%，說明研制油品具有優(yōu)異的抗剪切穩(wěn)定性和黏度保持能力；研制油品的酸值變化也較小，說明油品具有更為優(yōu)異的抗氧化性能；主要磨損金屬元素含量相比采用現(xiàn)用油品要低得多，說明研制油品具有更為優(yōu)異的抗磨損保護(hù)性?？傮w來看，本文研制的混動(dòng)減速器專用油具有更為優(yōu)異的抗氧化性、剪切穩(wěn)定性和抗磨損性，并具有更長(zhǎng)的使用壽命，能為混動(dòng)客車集成電驅(qū)動(dòng)減速器提供更優(yōu)異的潤(rùn)滑保護(hù)。

結(jié)論

☆本文對(duì)混動(dòng)客車電驅(qū)動(dòng)減速器油配方中的基礎(chǔ)油、復(fù)合添加劑及油品黏度進(jìn)行了篩選研究，并最終確定了以加氫基礎(chǔ)油和酯類油的混合為基礎(chǔ)油，復(fù)合添加劑H1調(diào)配了混動(dòng)客車電驅(qū)動(dòng)減速器專用油，并對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。研制油品具有優(yōu)異的抗氧化性、低溫流動(dòng)性、剪切穩(wěn)定性、電化學(xué)特性、極壓抗磨性和抑制銅腐蝕保護(hù)性。

☆行車試驗(yàn)結(jié)果表明，研制油品相比現(xiàn)用油品具有更為優(yōu)異的黏度保持性、抗氧化性和抗磨損保護(hù)性，可為混動(dòng)客車電驅(qū)動(dòng)減速器提供更為優(yōu)異、長(zhǎng)久的潤(rùn)滑保護(hù)。