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2020泰达汽车论坛 | 壳牌施生乾:商用车润滑节能技术发展

时间:2020-09-07 14:32:52|来源:|编辑:网络|点击:

9月4日-6日,由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会以及中国汽车报社共同主办的第十六届中国汽车产业发展(泰达)国际论坛隆重召开。9月6日,在以“打赢蓝天保卫战,提升排放控制水平”为主题的第二会场中,壳牌亚太区商用车润滑产品应用专家施生乾发表了精彩演讲。

以下内容为现场演讲实录:

非常高兴能有这个机会借助泰达论坛这个平台,跟在座各位介绍一下商用车润滑节能技术发展。我是来自于壳牌润滑油的施生乾,我负责壳牌润滑油在亚太区的商用车润滑产品的应用技术。

为什么我们商用车润滑在节能这一块也是这么关注,投入这么多的力量,这个大的背景来自于统计数据,来自于我们对未来趋势一个预判。根据国际很多权威组织的调研与预测,在未来20年、30年之内,全球会有很多显著的变化,包括我们的一个非常庞大的基础,全球人口会有非常显著一个上升。

对于出行的需求也会有显著的上升,同时全球城市化的进程也会进一步加快。综合这些大的影响因子,我们预计到2050年,就是30年的时间,仅仅是运输行业所需要的能源就会增加接近70%左右。70%是非常大的一个增长,我们现有的能源结构主要依赖于化石燃料,这个已经在发生一些大的变化,但是这些变化并不是可以一蹴而就。

所以,我们需要做很多很多的工作,能够使我们现有的能源结构能够平稳的可持续的过渡到未来的能源结构。壳牌的使命,是提供尽可能多的清洁能源,并且我们一直致力于可持续的发展。从润滑油角度来讲,为了支持运输业的能源结构的可持续发展,我们实际上从两个方面做了非常多的努力。

一方面基于现有的能源结构,在内燃机特别是商用车,柴油内燃机、柴油发动机在未来10年、20年它的主力地位是不会被显著改变。我们需要进一步支持OEM去优化商用车、柴油发动机的能效提升,支持热效率的提升,这是一个方面。

另外一个方面,在新能源车辆,在电动化浪潮中,壳牌也是积极拥抱电动化的进程,全力支持相应的产品开发,去支持更快速的能源结构,新的替代燃料,电动车辆技术的发展。

下面先介绍一下我们在商用车柴油发动机节能技术开发的一些工作和经验。

首先介绍一下我们的开发路径,众所周知,润滑和摩擦学,这两者关系密不可分,润滑技术发展、节能的发展离不开基础科学,离不开摩擦学的发展。同时,非常重要我们要去开发新的更高效的、摩擦更低的分子结构用到我们润滑当中,而且这个润滑油还必须跟主机厂最新的低摩擦的零部件相匹配,这些不可能直接在道路当中,或者复杂的设备当中得到印证,或得到校验。这些都需要我们在实验室当中,采用高精度的摩擦试验机去进行初步的筛选和评定。

所以,我们开发路径第一条,非常重要就是在实验室当中采用大量的摩擦试验机去评定我们的新的润滑油品种,润滑油技术跟新的硬件匹配工作。有了初步的判断,有了第一手的资料之后,我们需要工业化放大,在更贴近客户应用环境场景的设备硬件当中得到进一步的验证跟评判。这当中涉及到发动机的台架实验,涉及到实验室的底盘测功机的测试,甚至到最终用户的实车试验。

从技术开发角度来讲,从实验室到道路,这不同的实验手段差异性非常大,实验室手段是我们非常熟悉,而且我们想进一步使用更多的。为什么?因为它的重复性非常高,精度非常高,可以高效、快速,相对来说节约资源的去得到相应效果一个评判。但是它的问题也非常突出,就是它离实际应用比较远,不太可能可以完全模拟我们在真实的驾驶,我们终端用户在真实运行的时候,润滑起到的作用,它的能效表现没法在实验室当中通过摩擦试验机得到全面的模拟。

那么,反过来说,用户最为关注是真实的体验。实车验证是对用户来讲是最有说服力,而且的确是我们的油品在实际应用中唯一能够大声说出来的可信的术语端。但是实车验证的最大问题就是它的重复性、精度是比较难以得到保障的

在这两者矛盾当中,我们追求平衡,同时我们的一个工作的主要方向,就是去优化各种实验的手段,使得我们新技术的引入,能够在更短的周期内得到实现,以更少的资源投入来实现。所以,我们在实验室实验,在台架实验,我们尽可能收集更多和实车运行相关联这些数据,通过数据建模等各种方法去设计出更有代表性的,能够更加完善的去模拟真实运行的这种实验室实验。

另外一块,在实车道路实验当中,我们跟可靠的,有非常良好的丰富测试经验的实验机构,一起设计更科学,更合理、更可控的道路实验手段,道路实验矩阵,让我们在实车运行当中,所有的实验也有良好的重复性,精度和再现性。

这个是在我们在商用车润滑技术开发中最主要的几块,也是我们整个行业工作重点,壳牌在这些领域累积了相当丰富的经验。

下面着重介绍两块经验,一块就是在发动机台架测试这一块,这个是我们跟很多发动机厂商做了大量工作,去探索边界进行极限探索的领域。第一个例子,举的是我们跟国内的车厂一汽,壳牌和一汽解放在它最新的,最先进的国六排放、13升发动机当中,结合壳牌最新、最先进的0W20低粘柴油机油进行了一个节能极限探索实验,这个实验涉及到的发动机具体参数,还有我们的油品以及参比的一些油品具体参数,实验控制等等,在这个片子当中已经有一个大概的介绍,因为篇幅受限,我在这里不具体展开。

说一下我们双方探索一个结果,首先大家看到有两个数,对应两个测试工况循环,这都是我们行业界最关注的测试工况循环。第一个是CWTVC,这个是国内在商用车燃油消耗量应用到的,法规要求一个测试工况循环。另外一个是WHTC,这个是全球通用,国际主机厂在这一块做的比较多的工作(测试循环),这两种不同测试工况循环,在这次我们跟一汽解放的实验当中,我们都有累积了大量的实验数据,通过数据分析得到了比较可靠详细的最终结果。

说一下这个结果,结果是在发动机硬件条件完全一致的情况下,根据这两个实验工况循环,我们的0W20柴油机油和现在市场广泛使用的10W40柴油机油进行对比,它的能耗表现的最终实验结果。

我们看到CWTVC和WHTC大概齐都在百分之一点几,一个是1.4左右,一个是1.14,都是一点几的能耗改善,但是需要提到,提高百分之一点几实际上是一个比较显著的数值,并且这个数值我们考虑纯粹润滑油的直接贡献。这中间并没有考虑到低摩擦材料,以及我们发动机标定等各方面带来的能耗的改善体现。

所以,如果我们进一步比较国五、国四发动机跟国六发动机,把发动机硬件改进对效率的影响也考虑进去的话,整体未来的节能发动机结合低黏度润滑油,整体的节能表现会比这个数值大很多。这个对于我们双方的鼓舞,对行业界的鼓舞应该来说是比较重要的。

说完发动机台架实验,对于最终用户来说他依然还有问题,实车运行到底能耗表现怎么样?刚才也提到了,实车有很多不可控的因素,所以导致我们实验的精度,还有重复性都很难得到保障。壳牌我们在这一块进行了大量的工作,在全球三大汽车产业中心,结合当地的车辆技术,根据我们对于当地不同的实验机构,实验能力的考量,和当地有代表性的可靠的实验机构进行共同实验,我们摸索出一套全球范围内的都有广泛适应性,以及控制和精度都比较良好的节能试验手段。

具体来说,我们从车辆运行工况角度进行了很多的累计,分析了大量的城市运行和高速公路运行的路谱,从而通过数据统计分析,得到了我们的实验路谱,实验工况。然后从实验设计角度,我们在实验开始之前的实验设计当中,已经充分考虑了实验数据可能的复杂性,因此在实验(设计)角度我们也充分的和数理统计专家进行深入探讨,设计出最有利于数理分析的可靠实验矩阵。

然后,像刚才提到的,我们采用了独立的第三方测试机构进行可控的条件化、标准化的实验。另外一块,因为能耗改善是油品跟硬件息息相关,这两个之间是有匹配性,协同作用。因此,采用什么样的油做实验?这会影响我们数据的可靠性以及参考意义的重要方面。

壳牌作为润滑油技术领域的技术领导者,我们对油品这一块有非常深入的理解跟技术领先性,所以我们也充分发挥我们的能力,选择了一系列比较有代表性的,能够代表当前市场的油品种类,以及未来从趋势上来讲,将来的油品种类,进行全面的比对分析。

当然,另外一块也是非常重要,测试车辆一个选型,因为油品车辆是息息相关,相互结合,所以我们也并不是说针对各个区域都只采纳典型车辆去实验,我们广泛的采用不同的车辆,不同的OEM,不同设计的车辆去进行我们的实验。进而得到有效的,而且有综合意义的数据。

这边我们介绍了壳牌在2015年到2018年之间,在全球进行的燃油经济性测试。以中国为例,我们在2017年开始了这项实验,当时是国四的发动机技术。我们采用了最有代表性一些车辆,包括一汽解放、东风、重汽、陕汽、福田、江淮等卡车在我们的实验框架矩阵中,我们跟第三方实验机构天津索克进行这项实验。

具体的实验工作非常复杂,而且实验数据可想而知是非常丰富的,在整个全球项目当中,我们累计采集了30000多个实验数据点,我们进行了相当丰富的数理分析。最终得到了一系列的最终数据结论,其中的一项对我们来说有更多更近的现实意义数据,就是和目前市场上采纳的最为广泛的15W40级别的柴机油相比,我们下一代的0W20的柴机油,它的节能效果到底是多少?根据我们这一项实验,加权平均之后可以看到这两者的能耗最高可达3.9%的差异。就是说0W20节油率可以高达3.9%。

当然,从下面这个图大家可以看到,不同的发动机技术,因为跟油品的匹配性,协同作用的差异性,在使用0W20的时候,它的节能效果改善也是有差异的。从数据上看,欧洲的、以及北美的卡车在0W20上能够取得和实现的燃油经济型表现更大,都在3.8%到3.9%左右。

那么,我们在国内做的这项实验,国四发动机技术下可以看到,它这个改进是比较小的,在1.8%左右,这个也和我们在实验室做的大量摩擦学实验,结果是相关的,印证了这一项。低摩擦的硬件跟低黏滑油之间协同作用,可以帮助我们在最终发动机当中取得更大的燃油经济性,更显著的燃油经济性,这个对于我们未来的工作方向有比较大的指导意义,也是鼓舞了我们进一步去推进先进节能技术的发展。

在内燃机这一块,我先提到这里。我刚才提到了壳牌致力于整个能源结构的改善,可持续性改善,因此我们在电动车行业,也有深耕布局。从润滑角度来看,我们在电动汽车的润滑油脂产品,我们有全系的深入开发,和国内外主要OEM有大量的技术工作在进行,也开发和投放了很多成熟的领先产品。

从分类上来看,典型的电动车,首先关注的是类似于传统车辆的发动机,就是说电动车的电池,电池众所周知限制它发展的一个非常重要的因素,就是它的热管理。这个直接限制了电池充电效率,还有整体的工作效率。那么,壳牌在浸没式热管理流体这个领域,我们和国内外的主要技术领导者这些电池厂商都进行了非常深入的工作,可以帮助我们的电池技术得到进一步的提升,通过热管理的改善。

另外一块,电动车有很多部件还是跟传统的车辆一样,需要得到润滑,尤其润滑脂这一块的鼎立润滑,而且对电动车来讲,现在看到整体的需求基本上都是全寿命,而且由于电动车相应的部件转数更高,工作温度更苛刻,对油脂这一块要求更高。壳牌作为润滑脂技术领导者之一,我们在这一块也有非常杰出的产品已经投放到市场广泛使用。

第三块,就是电动车里面独有的减速机,或者商用车上我们用的轮边减速机、电驱桥跟传统的车桥齿轮润滑需求不一样,我们的转速更高,油温更高,而且从电动车市场需求开发定义角度来说,大部分车系都要求全寿命。

所以,在这个专门的新领域,我们跟国内国外主要合作伙伴也进行了大量的探索和开发,我们现在也有专门的壳牌E-fluid投放到市场。除了这些我们纯电电动车应用之外,在一些中间过度产品上,比方说混动车辆这一块,结合混动车辆发动机还有变速器工作一些特点,(比如)起停比较多,冲击负荷比较大这些特点,壳牌在这些技术领域上也有非常广泛的研究和投入,我们也有相应的产品在市场上得到了广泛的应用。

以上简要介绍一下我们壳牌在支持运输业务可持续发展,从我们传统的化石燃料内燃机进一步提高它的热效率,进一步节能角度,以及在新能源车辆,电动车这一块我们的技术布局阐述了我们的工作思路。那么,总结一下,就像开篇我提到的,到未来的20年、30年,整个社会会发生比较重大的变化,我们全球人口交通出行、能源的需求都有非常大的一个发展。

如果我们现在不做工作,不去革新,不去创新的话,那么我们未来的能源需求是没法得到良好的满足。可持续发展已经是壳牌一个宗旨,不仅是我们社会责任,也是我们能够持续取得商业成功的重要保障。

另外提一下,壳牌对于碳排放这一块也有我们的承诺,我们希望尽我们自己的努力,在2050年前后,能够使公司碳排放减少大约50%。为了这个目标,为了这个可持续的发展,能源结构的转型,我们在低碳天然气、生物燃料,其他一些替代能料,碳捕捉、碳中和、氢能源等等这些技术领域,壳牌都是广泛布局。在润滑油、润滑技术领域,我们也是积极拥抱这些新的趋势,一方面去(为)进一步提升内燃机的热效率做贡献,另外一块也是积极拥抱电动化的浪潮,在电动汽车的润滑需求广泛布局,深耕研发。

我今天的交流就这些,谢谢大家!

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)

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