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润滑油:助力解决TGDI发动机难题
发布人:管理员 时间:2016-10-25

汽车发动机硬件的进步促进了润滑油性能的改善,同时也加快了解决新型发动机带来的技术问题。涡轮增压缸内直喷汽油(TGDI)发动机就是其中的代表。

涡轮增压缸内直喷汽油发动机有许多英文缩写:TGDI、TFGI、DIG-T等等。这种发动机的体积较小,却能输出较大的马力,并且节省燃料和减少废气排放——这些都是代工生产(OEM)厂商为了应对政府法规所梦寐以求的功能。

缸内直喷汽油发动机发明于100多年前。这种发动机的计时系统比较落后,始终无法在市场占有一席之地。第二次世界大战期间,人们把涡轮增压缸内直喷发动机应用到战机当中,使得该种发动机得到更广泛的运用。

二十世纪九十年代中期,缸内直喷汽油(GDI)发动机开始兴起。三菱在1996年首次使用GDI系统,日产和丰田紧跟其后。装配GDI系统的汽车最初投入到欧洲市场。后来雷诺和大众也推出了自己的GDI系统。福特、通用等汽车公司也不甘落后。GDI发动机的燃料不需要在缸外与空气混合,而是直接喷射在燃烧室里,然后才点火。发动机的燃烧室温度极高,喷射出来的燃料立即气化。与早前的发动机相比,GDI发动机的喷射压力促使燃料均匀分布在空气中,因此燃料燃烧更加充分。这样一来,燃料转换效率也得以提高。

燃烧室的进气数量决定了燃料的燃烧程度。机械增压器和涡轮增压器都能促进进气,使发动机获得更多动力。机械增压器采用皮带驱动,发动机的运转带动机械增压器,从而压缩更多的气体进入系统;涡轮增压器由发动机排出的气体驱动,其转速能达到10万RPM以上。增压器能够压缩空气进入系统,燃烧室的空气一旦增加,燃料的燃烧程度马上提高。

实际上,燃料直喷和涡轮增压技术可以让一台小型的发动机能够输出更多的动力。四缸涡轮增压缸内直喷发动机所产生的动力与六缸自然吸气发动机的相当。与普通的四缸发动机相比,它能够增加30%扭矩输出,减少25%燃料损耗和20%二氧化碳排放。不仅如此,发动机体积较小,汽车的重量减轻,燃料经济性也会提高。直喷技术配合上超精准计算机管理系统可以方便准确控制喷射的燃料数量(燃料计量)和燃料进入气缸的时间(喷射时间)。

发动机的寿命与减排节能同样重要。润滑油有助于提高消费者所期望的TGDI发动机性能,同时延长发动机的寿命。

消费者需求

汽车的未来购买情况与过去的不太一样。根据美国密歇根大学的一个研究来看,除了价格之外,汽车买家最看重可靠性和燃料经济性。

汽车行业希望TGDI发动机能够满足这些需求。动力总成专家调查发现,汽油、混合动力、电力、柴油、燃料电池等乘用车和轻型货车能源的生产工厂数量预计在2025年增加。2012年密歇根大学也做过类似调查。根据相关数据,从2020年开始,点燃式发动机将会失去市场。动力总成专家认为直喷和涡轮增压技术能够节省30%燃料。预计到2020年全球涡轮增压发动机的产量能够达到发动机总产量的47%。在接下去的20到25年里,这个数字将会扩大到70%。在几种行业公认的节能技术中,涡轮增压发动机早已得到利用。

全球燃料经济性需求是涡轮增压发动机发展主要而持续的推动力。这种发动机每节省汽车的1%燃料,就相当于节省了60美金(400元)。而且,与当下的非涡轮增压发动机相比,该发动机能提高25%的动力输出。

迎难而上

润滑油能够帮助解决新技术带来的问题。一般缸内直喷发动机的主要问题是低速早燃(LSPI)和“爆震”现象。对于某些处于低速高负荷工况的TGDI发动机来说,燃料出现早燃现象很是普遍。

爆震分为四种程度:无爆震;轻微爆震,发出的声音像大理石的碰撞声;强烈爆震,能发出清晰的敲击声;超级爆震,这种情况的破坏力最强。超级爆震产生较高的缸内压力,有可能快速引起发动机的严重损伤。发动机和润滑油的发展能够解决LSPI问题。或许应该这样说,它们一定要解决这个问题。未来即将投入使用的ILSAC GF-6轻负荷机油也无法解决LSPI问题,但是运用福特设计的发动机测试能够统计出早燃次数。

正时链条磨损加快也是TGDI发动机的问题之一,OEM还曾经因为这个问题召回了产品。有观点认为正时链条磨损与碳烟小颗粒污染物引起的润滑油变质有关。正时链条磨损情况不容忽视。因此,新型ILSAC GF-6机油需要进行正时链条磨损测试。进气口堵塞也是一个问题。强制式曲轴箱通风系统的燃料和机油、气缸回油、涡轮压缩器轴承密封件泄漏都能引起堵塞。一些消费者在使用一小段时间后回应道,以上这些情况都能引起粘性沉淀物积聚。油泥导致机油更换频率更加、机油过稠,甚至发动机损坏。

沉淀物、LSPI现象、正时链条磨损都会缩短发动机寿命,降低燃料经济性,以及增加设备的维修费用。TGDI发动机机油需要克服的困难包括:150℃以上的温度、采用不同泵导致的压力下降、燃料稀释(TGDI发动机中稀释率多达15%)、变质、污染、添加剂消耗。涡轮是一种精细零件,维修费用不菲。由于消费者坚持不管在何种环境下都必须保证设备寿命,因此新型发动机的使用寿命绝对不能较之前的逊色。

针对TGDI发动机润滑的固有问题,一些汽车行内目标反映出人们对机油怀有更高的要求。比如,为了减少(尤其是低温环境下的)发动机摩擦,发动机生厂商正在努力寻找低粘度等级的机油。