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新能源乘用汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及變速箱潤滑性能要求
2024-09-02作者:周軼
介紹了國內(nèi)外新能源乘用汽車的發(fā)展情況,變速箱的類型特點(diǎn)以及潤滑性能要求?;旌蟿?dòng)力變速箱油品需要兼顧各類型變速箱,根據(jù)不同的摩擦性能要求進(jìn)行區(qū)分;純電動(dòng)汽車減速箱對油品的抗泡沫性、氧化安定性等性能提岀了更高的要求,油品趨于低黏化發(fā)展;電機(jī)與變速器一體化(油冷電機(jī))系統(tǒng)所采用的油品必須具備優(yōu)異的電化學(xué)性能。
隨著石油資源的日益緊缺、油價(jià)的高漲以及生態(tài)環(huán)境壓力的不斷加大,新能源逐步替代并最終取代傳統(tǒng)能源將是大勢所趨,同時(shí),在大力提倡節(jié)能、低碳的形勢下,新能源汽車成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。
各國紛紛出臺強(qiáng)制政策,推進(jìn)新能源汽車國際市場發(fā)展。美國ZEV法案(Zero Emission Vehicle:零排放車輛)規(guī)定在加州及其他9個(gè)州內(nèi)銷量超過一定數(shù)量的汽車企業(yè)必須使其環(huán)保汽車達(dá)到一定的比例,要求2018年車型中ZEV的比例為4.5% ,之后逐漸增加,2025年車型將達(dá)到22%。歐洲汽車排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,到2021年歐盟地區(qū)的新車平均排放量不得高于95g/km,不達(dá)標(biāo)者將面臨數(shù)億歐元的罰款。中國工信部等5部委于2017年9月28日正式印發(fā)了《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》,該辦法自2018年4月1日起執(zhí)行,新能源汽車積分比例從2019年開始設(shè)定,目標(biāo)是中國乘用車新車油耗在2020年下降至0.05L/km左右。
同時(shí),全球多個(gè)國家已經(jīng)制定禁售燃油車的時(shí)間表,荷蘭(2025年)、挪威(2025年)、法國(2040年)和英國(2040年)等。目前中國也正在制訂傳統(tǒng)能源汽車退出的時(shí)間表,以推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。
在中國,得益于北京等限購城市需求的快速啟動(dòng),新能源車補(bǔ)貼公告和購置稅免稅公告的按節(jié)點(diǎn)發(fā)布,以及越來越多的廠家把新能源車作為發(fā)展重點(diǎn),不斷推出新車型,中國新能源乘用車市場將會(huì)持續(xù)拉升。
01 國內(nèi)外新能源乘用汽車發(fā)展市場現(xiàn)狀
全球各國2016年及2017年新能源乘用汽車的銷量及市場份額見表1, 2017年中國新能源乘用車銷量位列第一,達(dá)55.36萬臺左右,占據(jù)全球市場比例達(dá)47.3%;美國新能源乘用汽車銷量位列第二, 為19.75萬臺左右,市場份額較2016年有所回落;日本的新能源乘用汽車銷量位列第三,為14.01萬臺左右,2017年市場份額較2016年大幅度增長,這得益于日產(chǎn)的NOTE增程式電動(dòng)車市場銷量增加。
全球新能源車的發(fā)展線路差異較大,2016年及2017年全球各國新能源乘用車的線路分化如表2所示,各國仍以發(fā)展純電動(dòng)汽車(EV)以及混合動(dòng)力汽車(HEV)為主,氫燃料汽車市場份額仍是0.3% 的微小數(shù)量。全球新能源汽車的市場銷量,混合動(dòng)力汽車占據(jù)三分之一,純電動(dòng)汽車占據(jù)三分之二。
由表2可以看出,中國市場以純電動(dòng)汽車銷量占多數(shù),而日本市場以增程式混合動(dòng)力汽車為主。
02 新能源乘用汽車變速箱類型及潤滑現(xiàn)狀
新能源乘用汽車變速箱的類型
廣義上說,混合動(dòng)力汽車是指車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合組成的車輛,車輛的行駛功率依據(jù)實(shí)際的車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)或共同提供。通常所說的混合動(dòng)力汽車,一般是指油電混合動(dòng)力汽車,即采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)(柴油機(jī)或汽油機(jī))和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源,也有的發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過改造使用其他替代燃料,例如壓縮天然氣、丙烷和乙醇燃料等。
目前主流的混合動(dòng)力系統(tǒng)分類是按照混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的聯(lián)結(jié)方式,混合動(dòng)力系統(tǒng)主要分為三類:串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)、并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)以及混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng),見圖1。
應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車上的變速箱主要有以下幾種:一檔位或多檔位減速箱、手動(dòng)變速箱(MT)、自動(dòng)變速器(AT)、雙離合變速器(DCT)、無級變速器(CVT)以及專有的混動(dòng)變速箱(如豐田EVT等)。
純電動(dòng)汽車,是完全由可充電電池(如鉛酸電池、鐐鎘電池、鐐氫電池或鋰離子電池)提供動(dòng)力源的汽車。純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)主要由電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、汽車底盤、車身以及各種輔助裝置等部分組成。純電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)目前仍以傳統(tǒng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)為技術(shù)基礎(chǔ),但因其自身設(shè)計(jì)的特點(diǎn),其傳動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)有很大不同,即構(gòu)造更簡化,體積更小,重量更輕,傳動(dòng)效率更高。
目前市場上應(yīng)用的純電動(dòng)乘用車以獨(dú)立一檔減速機(jī)構(gòu)為主,見圖2,但未來發(fā)展將向電控、電機(jī)及減速一體化方向邁進(jìn),將會(huì)出現(xiàn)多檔位減速機(jī)構(gòu)。
02 新能源乘用汽車變速箱的潤滑現(xiàn)狀
新能源汽車中,不同的變速箱其結(jié)構(gòu)差異有較大區(qū)別,所需配套的潤滑油品種有所不同,表3列出了新能源乘用汽車各類型變速箱的油品應(yīng)用情況。
目前,市場上的混合動(dòng)力變速箱基本上沒有使用專用的混合動(dòng)力變速箱油品,以變速箱類型專用油應(yīng)用為主,純電動(dòng)汽車變速箱以ATF(自動(dòng)傳動(dòng)液)、齒輪油或者低黏度的手動(dòng)變速箱油品為主。
03 新能源乘用汽車變速箱潤滑性能要求
對于混合動(dòng)力汽車而言,由于AT、CVT和DCT等變速機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)及傳動(dòng)形式上存在差異,其中AT屬于行星齒輪傳動(dòng),CVT通過帶輪傳遞扭矩,DCT通過雙離合器的嚙合、分離來換擋,因此各類型的變速箱油品需要兼顧各類型變速箱,根據(jù)不同的摩擦性能要求進(jìn)行區(qū)別。ATF需要良好的摩擦性能和抗抖動(dòng)性能,CVT的鋼帶和盤之間需要合適的摩擦力,DCTF要同時(shí)兼顧ATF良好的摩擦性能和抗抖動(dòng)性能以及MTF對齒輪和同步器磨損、點(diǎn)蝕良好的保護(hù)性能。
對于純電動(dòng)汽車而言,由于轉(zhuǎn)速大幅提高(一般輸入軸轉(zhuǎn)速在10000轉(zhuǎn)速以上)、體積減小,造成工況更為苛刻、運(yùn)轉(zhuǎn)溫度更高、油品運(yùn)行負(fù)荷增大,因此對油品的抗泡沫性、氧化安定性和熱安定性等性能提出了更高的要求。由于各家對燃油經(jīng)濟(jì)性的要求,效率是目前各家OEM比較關(guān)注的方向,低黏度的油品是發(fā)展方向。因此,在降低油品黏度的同時(shí),需要考慮油品的承載性能,以保證減速箱軸承齒輪的潤滑可靠性。
此外,為使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊,并最大限度地降低功率消耗、減輕部件磨損、冷卻摩擦副,通常采用電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)部分“一體化”潤滑的方案進(jìn)行設(shè)計(jì),這就要求潤滑油不僅要保證對機(jī)械傳動(dòng)部分的良好潤滑和冷卻,還要滿足電機(jī)的潤滑冷卻要求。目前,混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)絕大多數(shù)是電機(jī)與變速器耦合的形式(油冷電機(jī)),同時(shí)這也是未來純電動(dòng)汽車發(fā)展的重要趨勢。因此,相對于傳統(tǒng)變速箱,電機(jī)與變速器一體化(油冷電機(jī))系統(tǒng)中增加了電機(jī),所以油品必須具備優(yōu)異的電化學(xué)性能、極端情況下的熱保護(hù)性能以及與漆包線等非金屬材料良好的相容性等。
油品的電化學(xué)性能一般會(huì)測試油品的介電常數(shù)、電阻率、介損值以及擊穿電壓等性能,測試方法如表4所示。
總之,未來電機(jī)與變速器一體化(油冷電機(jī))系統(tǒng)油品的配方,將會(huì)在電化學(xué)性能、材料相容性以及其本身變速箱油品性能要求之間尋求平衡。
04 結(jié)論
(1)隨著中國新能源車與傳統(tǒng)車的雙積分政策的實(shí)施,未來中國新能源乘用車市場是可期待的較快增長。
(2)2017年全球新能源乘用車銷量前三名國家為中國、美國和日本。中國市場以純電動(dòng)汽車為主,日本市場則以增程式混合動(dòng)力汽車為主。
(3)混合動(dòng)力變速箱油品需要兼顧各類型變速箱,根據(jù)不同的摩擦性能要求進(jìn)行區(qū)分。純電動(dòng)汽車減速箱對油品的抗泡沫性、氧化安定性和熱安定性等性能提出了更高的要求,同時(shí)低黏化是發(fā)展方向。
(4)電機(jī)與變速器一體化(油冷電機(jī))系統(tǒng)所采用的油品必須具備優(yōu)異的電化學(xué)性能、極端情況下的熱保護(hù)性能以及具有與漆包線等非金屬材料良好的相容性。
來源:《中國潤滑技術(shù)論壇(2018)暨中國汽車工程學(xué)會(huì)汽車燃料與潤滑油分會(huì)第十八屆年會(huì)論文專輯》
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