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

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重负荷柴油发动机油技术趋势

March 2012, China

© The Lubrizol Corporation 2012, all rights reserved 2

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



重负荷柴油发动机油

全球技术趋势


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

Heavy Duty Diesel Global Market


0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 1 2 3 4 5 6

PM

, g

/kW

-hr;

E

SC

test

Euro V

(2008)

US 2002/2004

Euro III

(2000)

Euro IV

(2005)

NOx, g/kW-hr; ESC test

US 2010 Euro VI

(2013)

日趋严格的排放法规



US07 2007

US10 2010

US04 2008

EU04 2008

EU4 2009

Hong Kong EU4 2006

Larger Cities EU4 2008-10

China EU3 2007 EU4 2013

Large Cities

EU4 2007

EU4 2006

EU5 2009

EU4 2009

EU4 2010/12

EU4 2011

EU4 2006

EU4/US04 2008

EU5/US07/JPN NLT 2011

NST 2004/05

NLT 2005/07

pNLT 2009/10

EU4 2006/08

US04 2007

EU4 2011

Source: Volvo

全球排放要求



柴油颗粒

捕集器

选择性

催化还原

Euro II Euro III Euro V Euro IV

顶环提升尾气再循环涡轮增压延迟喷射

更高的温度和压力

提升热氧化稳定性

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

催化剂中毒和筛网堵塞

限制硫、磷、硫酸盐组分

US 2004 US 2010 US 1998

Euro VI

发动机和后处理策略



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

什么样的油品能兼容EGR



油品对烟炱的处理能力


150 hrs

250 hrs

较好的烟炱处理能力较差的烟炱处理能力


• 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

柴油颗粒捕集器（DPFs）


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)


什么是低SAPS润滑油？

• 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

• 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

增加

DPF兼容性推动了新型低SAPS技术的发展

降低


Euro III Euro IV Euro VI Euro V

排放和燃油经济性



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



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

燃油经济性发动机油 $80 1 80

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

发动机油是帮助提升燃油经济性的最易达到途径

燃料经济性的成本



R² = 0.87

2.5

2.7

2.9

3.1

3.3

3.5

3.7

3.9

4.1

4.3

-0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40

AS

TM

D4

68

3 H

TH

S (m

Pa

s)

Fuel Economy Improvement (%)

501LA WHTC

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

燃油经济性的台架测量



• 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

燃油经济性要求对发动机油的影响



steel disc

Load

Reciprocate

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.17

0 0.5 1 0 0.5 1 0 0.5 1

CO

F

Wt% FM

10W-30 15W-40 20W-50

0

20

40

60

80

100

0 0.5 1 0 0.5 1 0 0.5 1

%F

ilm

Wt% FM

10W-30 15W-40 20W-50

重负荷柴油发动机油中的摩擦改进剂



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



• 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

耐久性




新技术规格展望


• 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：

– 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

Upcoming Specifications


• 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

下一代API性能规格: PC-11更新



• 期望中于2012年发布新一代ACEA 2012规格，包括：

1. 生物柴油低温泵送性模拟试验

2. 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

ACEA 2012 E 系列规格



• 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

ACEA E系列未来规格 (2014-2016)




满足中国独特工况的润滑技术


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

Technology for China’s Unique Operating Environment


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



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？

烟炱沙尘

可考虑新技术以应对沙尘



FAW J6 • 258 kW, 1500 Nm

• 约145吨总重

• 散装水泥熟料

• 6 x 4

欧洲车辆 •320 kW, 2400 Nm

•44吨总重

•丹麦普通运输车

•6 x 2

载荷工况 – 比较苛刻性



发动机转速 (转/分)

中国

欧洲



油门踏板位置 (%)



中国

欧洲

燃料速率 (kg/h)



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

中国独特工况的润滑方案

缩短换油期

采用更高粘度级别




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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