Heavy duty diesel engine oil technology trends 重负荷柴油发动机油技术趋势 lubrizol

重负荷柴油发动机油技术趋势
March 2012, China

© The Lubrizol Corporation 2007, all rights reserved

内容
1. 重负荷柴油发动机油全球技术趋势
2. 新技术规格展望

3. 满足中国独特工况的润滑技术
4. 总结

2


重负荷柴油发动机油
全球技术趋势


Heavy Duty Diesel Global Market

重负荷柴油发动机油发展的主要驱动力

….排放法规的日趋严格

….燃油经济性要求不断提升

….苛刻工况下的发动机耐久性



日趋严格的排放法规

PM, g/kW-hr; ESC test

0.14
US 2002/2004

0.12
0.1

Euro III
(2000)

0.08
0.06
Euro V
(2008)

0.04

Euro IV
(2005)

0.02
0
US 2010

0

Euro VI
(2013)

1


2

3

NOx, g/kW-hr; ESC test

4

5

6


全球排放要求

US07 2007
US10 2010

EU4 2006
EU5 2009

Hong Kong EU4 2006
Larger Cities EU4 2008-10
China EU3 2007 EU4 2013

EU4 2009
EU4 2006/08
US04 2008
EU04 2008
EU4 2011
EU4 2006

EU4 2009

Large Cities
EU4 2007


EU4 2010/12

NST 2004/05
NLT 2005/07
pNLT 2009/10
US04 2007
EU4 2011

EU4/US04 2008
EU5/US07/JPN NLT 2011

Source: Volvo


发动机和后处理策略
US 1998
Euro II

顶环提升

Euro III

涡轮增压

US 2004
Euro IV

延迟喷射

尾气再循环

更高的温度和压力

提升热氧化稳定性

7

更高的烟炱和酸性物质含量

提升烟炱控制
以及酸和腐蚀控制


US 2010
Euro V

选择性
催化还原

Euro VI

柴油颗粒
捕集器

催化剂中毒和筛网堵塞

限制硫、磷、硫酸盐组分


什么样的油品能兼容EGR
烟炱含量提高
不同的烟炱类型
酸性物质含量提高
更高的油温

更多分散剂
不同的分散剂类型
分散型粘指剂
更多应当烟炱磨损的抗磨组分
周密平衡的清净剂体系
更多抗氧剂
8



油品对烟炱的处理能力
较好的烟炱处理能力

150 hrs

250 hrs

9


较差的烟炱处理能力

柴油颗粒捕集器（DPFs）
• 柴油颗粒捕集器用以满足严格的颗粒物排放要求，如欧V
• 废气中的烟炱被DPF捕捉，并在烟炱燃烧温度下烧掉

• 催化型DPF使用贵金属催化剂以降低烟炱燃烧温度

10


DPF的使用对发动机油的影响
• 发动机油燃烧产生的硫酸盐灰分堵塞DPF筛孔，并无法烧尽
– 降低DPF寿命
– 排气背压增长，损害燃油经济性

• 发动机油中的硫和磷组分使催化型DPF中的贵金属催化剂中毒
– 降低催化型DPF寿命
– 要求使用更多的贵金属

• DPF要求发动机油降低硫酸盐、磷和硫组分(低SAPS)

11


什么是低SAPS润滑油？
降低
• 超碱值清净剂
– 高达70%的硫酸盐灰分
– 高达5%的硫

• 锌盐
– 高达10%的磷
– 高达20%的硫
– 高达20%的硫酸盐灰分

• 金属摩擦改进剂
• 硼
• I类基础油

增加
•
•
•
•
•
•
•

不含硫的清净剂
无灰TBN补剂
无灰抗氧剂
无灰抗磨剂
有机摩擦改进剂
性能粘指剂
III类基础油

DPF兼容性推动了新型低SAPS技术的发展
12



排放和燃油经济性
Euro III


Euro IV Euro V

Euro VI


燃油经济性法规已近在眼前
• 北美
– 美国环保局和国家公路交通安全局宣布了第一个减少CO2 排放和提高轮
船及道路商用车燃油经济性的计划
– 不同的车辆类型将有不同的燃油经济性要求

• 欧洲
– 消费者对燃料成本上升的关注，排放的影响，以及可持续性的考虑推动
了燃油经济性的需求
– 未来满足欧V/VI的重负荷发动机将消耗更多燃料：
• 更高的EGR率
• DPF的影响
– 未来的法规将驱动CO2 减排

• 中国
– 工信部于今年1月20日在其官方网站上宣布了关于实施重型商用车燃料消
耗量管理的通知



燃料经济性的成本

技术

成本

% 燃料经济性提升

1 % 燃料经济
性的成本

柴油发动机

$23,000

20

1,150

空气动力学

$12,000

11.5

1,043

滚动阻力

$3,600

11

327

动力传动系统

$5,800

4

1,450

混合动力(含怠速减少技术)

$25,000

10

2,500

降低车重

$13,500

1.25

10,800

$80

1

80

燃油经济性发动机油

发动机油是帮助提升燃油经济性的最易达到途径

Source: Technologies and Approaches to Reducing the Fuel Economy of Medium and Heavy Duty Vehicles


燃油经济性的台架测量
4.3

4.1

ASTM D4683 HTHS (mPas)

3.9

3.7
3.5
501LA WHTC

R² = 0.87
3.3
3.1
2.9

Standard HD Formulations need reformulating to
be able to get to lower HTHS

2.7
2.5
-0.40

-0.20

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

Fuel Economy Improvement (%)


1.00

1.20

1.40


燃油经济性要求对发动机油的影响
• 对燃油经济性的渴求驱动了合成型基础油和低粘度等级的增长使用


Source: Kline


重负荷柴油发动机油中的摩擦改进剂
10W-30

100

15W-40

20W-50

80
%Film

Load

60
40
20
0
0

Reciprocate

0.5

1

0

0.5

1

0

0.5

1

Wt% FM

0.17

10W-30

15W-40

20W-50

0.16
COF

0.15
0.14
0.13

steel disc

0.12
0.11
0

0.5

1

0

0.5
Wt% FM

18


1

0

0.5

1


什么是燃油经济性润滑油？

更低粘度等级
更低HTHS
更多合成基础油
摩擦改进剂
增强抗磨技术
平衡的清净剂体系
更多抗氧剂
特殊的粘度指数改进剂

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耐久性
• 市场有维持甚至延长换油周期的压力，但车辆运行工况却越来越苛刻
– 新发动机设计
• 更高的发动机温度要求油品提高热稳定性
• 更高的EGR率要求油品提升烟炱控制性能

– 新后处理系统
• 保持后处理系统的耐久性要求使用低SAPS润滑油

– 燃料经济性
• 更低粘度级别的润滑油要求添加剂技术提高抗磨能力

– 替代燃料
• 生物柴油驱动了润滑油对抗腐蚀，抗氧化和低温性能的提升要求


新技术规格展望


Upcoming Specifications

下一代API性能规格: PC-11更新
• 2011年6月21日，EMA要求API和DEOAP开始开发新一代重负荷柴油
发动机油规格，PC-11
• PC-11的需求来自于以下驱动力：
–
–
–
–
–
–

22

EPA/NHSTA对燃料经济性和CO2 排放的试行条例
生物柴油的使用增多
发动机油抗泡性的关注
提升发动机油对更高发动机运行温度的保护
提升对发动机油剪切的保护
活塞/衬垫磨损保护



下一代API性能规格: PC-11更新
• EMA要求将PC-11分为两个同燃料经济性相关的子规格
• 高HTHS
• 低HTHS
– 低HTHS规格被视为拥有燃料经济性，尽管规格本身不太可能引入燃料经
济性试验

• 新试验：
•
•
•
•

重新开发的Cat C13
Mack T-13氧化，擦伤试验
Cat C13通风性能
评定生物柴油，剪切稳定性的试验

• 提议不晚于2016年1月1日发放第一个认可

23



ACEA 2012 E 系列规格
• 期望中于2012年发布新一代ACEA 2012规格，包括：
1.
2.

生物柴油低温泵送性模拟试验
生物柴油兼容性发动机试验
• Daimler OM646LA + 15% 生物柴油
• 活塞清净性

3.

生物柴油氧化性模拟试验

• 试验开发工作的延迟也可能使规格延迟到明年发布ACEA 2013
• 计划中不会引入新的E系列

24



ACEA E系列未来规格 (2014-2016)
• 未来的E系列规格可能包含低(<3.5)HTHS规格，以满足对燃料经济性
的需求并同PC-11结盟
• 高HTHS
– 当前预期将不会进一步提升苛刻性

• 低HTHS
– 可能产生新的ACEA规格以定义燃料经济性发动机油

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满足中国独特工况的润滑技术


Technology for China’s Unique Operating Environment

中国运行工况的独特性
• 来自美国，欧洲和日本的油品规格反映的是这些区域车辆
的运行工况
• 同这些区域比较，中国的许多运行条件都有其独特性
– 通常更为苛刻，可能要求不同或更强的润滑技术

• 我们对中国独特工况的关注和研究日益加强。适合于这些
独特工况的润滑技术一直是我们工作的重点

27



例子
• 燃料质量
• 气候
– 干冷的北方 vs. 湿热的南方
– 沙尘

• 运行工况
– 城区，起停工况
– 经验丰富的私人车辆司机和出租车司机
– 高负载

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沙尘对润滑的影响

• 活塞环-衬垫磨损试验
– 含沙尘的油品造成更多磨损，更严
重的抛光和衍磨

• 过多的沙尘将导致
– 机油耗上升
– 动力损失乃至发动机失效

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没有沙尘

沙尘


对应沙尘的技术方案
• 短期
– 缩短换油期，以减少沙尘在油品中的累积

• 长期
– 处理沙尘的新分散技术？

烟炱

可考虑新技术以应对沙尘
30


沙尘


载荷工况 – 比较苛刻性

FAW J6
•
•
•
•

258 kW, 1500 Nm
约145吨总重
散装水泥熟料
6x4

欧洲车辆
•320 kW, 2400 Nm
•44吨总重
•丹麦普通运输车
•6 x 2

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发动机转速 (转/分)
中国

欧洲

32



油门踏板位置 (%)

33



燃料速率 (kg/h)
中国

欧洲

34



中国独特工况的润滑方案

缩短换油期
采用更高粘度级别

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先进的抗磨技术
先进的热和氧化控制技术
先进的油膜强度改进技术

总结


总结
• 由于排放，燃料经济性和耐久性要求的推动，重
负荷柴油发动机油技术持续向前发展
• 排放依然是全球范围内最重要的推动力，同时对
燃料经济性的关注与日俱增
• 满足中国独特运行工况的润滑技术受到越来越多
的关注

• 路博润公司站在发动机油新技术开发的最前沿，
致力于满足您当前和未来的需求

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