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潤滑油加快解決新型發動機的技術問題

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潤滑油加快解決新型發動機的技術問題

發布日期:2020-08-07 作者:山東陸邦石化 點擊:

汽車發動機硬件的進步促進了潤滑油性能的改善,同時也加快了解決新型發動機帶來的技術問題。渦輪增壓缸內直噴汽油(TGDI)發動機就是其中的代表。

渦輪增壓缸內直噴汽油發動機有許多英文縮寫:TGDI、TFGI、DIG-T等等。這種發動機的體積較小,卻能輸出較大的馬力,并且節省燃料和減少廢氣排放——這些都是代工生產(OEM)廠商為了應對政府法規所夢寐以求的功能。

缸內直噴汽油發動機發明于100多年前。這種發動機的計時系統比較落后,始終無法在市場占有一席之地。第二次世界大戰期間,人們把渦輪增壓缸內直噴發動機應用到戰機當中,使得該種發動機得到更廣泛的運用。

二十世紀九十年代中期,缸內直噴汽油(GDI)發動機開始興起。三菱在1996年首次使用GDI系統,日產和豐田緊跟其后。裝配GDI系統的汽車最初投入到歐洲市場。后來雷諾和大眾也推出了自己的GDI系統。福特、通用等汽車公司也不甘落后。GDI發動機的燃料不需要在缸外與空氣混合,而是直接噴射在燃燒室里,然后才點火。發動機的燃燒室溫度極高,噴射出來的燃料立即氣化。與早前的發動機相比,GDI發動機的噴射壓力促使燃料均勻分布在空氣中,因此燃料燃燒更加充分。這樣一來,燃料轉換效率也得以提高。

燃燒室的進氣數量決定了燃料的燃燒程度。機械增壓器和渦輪增壓器都能促進進氣,使發動機獲得更多動力。機械增壓器采用皮帶驅動,發動機的運轉帶動機械增壓器,從而壓縮更多的氣體進入系統;渦輪增壓器由發動機排出的氣體驅動,其轉速能達到10萬RPM以上。增壓器能夠壓縮空氣進入系統,燃燒室的空氣一旦增加,燃料的燃燒程度馬上提高。

實際上,燃料直噴和渦輪增壓技術可以讓一臺小型的發動機能夠輸出更多的動力。四缸渦輪增壓缸內直噴發動機所產生的動力與六缸自然吸氣發動機的相當。與普通的四缸發動機相比,它能夠增加30%扭矩輸出,減少25%燃料損耗和20%二氧化碳排放。不僅如此,發動機體積較小,汽車的重量減輕,燃料經濟性也會提高。直噴技術配合上超精準計算機管理系統可以方便準確控制噴射的燃料數量(燃料計量)和燃料進入氣缸的時間(噴射時間)。

發動機的壽命與減排節能同樣重要。潤滑油有助于提高消費者所期望的TGDI發動機性能,同時延長發動機的壽命。

消費者需求

汽車的未來購買情況與過去的不太一樣。根據美國密歇根大學的一個研究來看,除了價格之外,汽車買家最看重可靠性和燃料經濟性。

汽車行業希望TGDI發動機能夠滿足這些需求。動力總成專家調查發現,汽油、混合動力、電力、柴油、燃料電池等乘用車和輕型貨車能源的生產工廠數量預計在2025年增加。2012年密歇根大學也做過類似調查。根據相關數據,從2020年開始,點燃式發動機將會失去市場。動力總成專家認為直噴和渦輪增壓技術能夠節省30%燃料。預計到2020年全球渦輪增壓發動機的產量能夠達到發動機總產量的47%。在接下去的20到25年里,這個數字將會擴大到70%。在幾種行業公認的節能技術中,渦輪增壓發動機早已得到利用。

全球燃料經濟性需求是渦輪增壓發動機發展主要而持續的推動力。這種發動機每節省汽車的1%燃料,就相當于節省了60美金(400元)。而且,與當下的非渦輪增壓發動機相比,該發動機能提高25%的動力輸出。

迎難而上

潤滑油能夠幫助解決新技術帶來的問題。一般缸內直噴發動機的主要問題是低速早燃(LSPI)和“爆震”現象。對于某些處于低速高負荷工況的TGDI發動機來說,燃料出現早燃現象很是普遍。

爆震分為四種程度:無爆震;輕微爆震,發出的聲音像大理石的碰撞聲;強烈爆震,能發出清晰的敲擊聲;超級爆震,這種情況的破壞力最強。超級爆震產生較高的缸內壓力,有可能快速引起發動機的嚴重損傷。發動機和潤滑油的發展能夠解決LSPI問題。或許應該這樣說,它們一定要解決這個問題。未來即將投入使用的ILSAC GF-6輕負荷機油也無法解決LSPI問題,但是運用福特設計的發動機測試能夠統計出早燃次數。

正時鏈條磨損加快也是TGDI發動機的問題之一,OEM還曾經因為這個問題召回了產品。有觀點認為正時鏈條磨損與碳煙小顆粒污染物引起的潤滑油變質有關。正時鏈條磨損情況不容忽視。因此,新型ILSAC GF-6機油需要進行正時鏈條磨損測試。進氣口堵塞也是一個問題。強制式曲軸箱通風系統的燃料和機油、氣缸回油、渦輪壓縮器軸承密封件泄漏都能引起堵塞。一些消費者在使用一小段時間后回應道,以上這些情況都能引起粘性沉淀物積聚。油泥導致機油更換頻率更加、機油過稠,甚至發動機損壞。

沉淀物、LSPI現象、正時鏈條磨損都會縮短發動機壽命,降低燃料經濟性,以及增加設備的維修費用。TGDI發動機機油需要克服的困難包括:150℃以上的溫度、采用不同泵導致的壓力下降、燃料稀釋(TGDI發動機中稀釋率多達15%)、變質、污染、添加劑消耗。渦輪是一種精細零件,維修費用不菲。由于消費者堅持不管在何種環境下都必須保證設備壽命,因此新型發動機的使用壽命絕對不能較之前的遜色。

針對TGDI發動機潤滑的固有問題,一些汽車行內目標反映出人們對機油懷有更高的要求。比如,為了減少(尤其是低溫環境下的)發動機摩擦,發動機生廠商正在努力尋找低粘度等級的機油。

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