里卡多公司(Ricardo)谈未来的润滑油

发动机设计变化给润滑油带来重大挑战

排放法规、驾驶乐趣、价格合理、性能高效的车辆需求驱动发动机技术正在快速变化着。全球运输、工程和环境咨询公司,里卡多Ricardo公司战略咨询的欧洲区总监Simon Arbuthnot提出了他对未来变化的见解以及润滑油公司需要应对变化的方法。

当今,复杂且相当不确定的乘用车市场正受到许多大趋势的影响,例如人口增长,城市化,数字化下的联通性和环保意识,这些趋势都在推动并塑造着一系列新的要求和应对动作。

我们可以预期,即使成熟经济体的市场将停滞不前,人口的不断增长和个人财富的不断增加将会推动全球汽车需求的增长。而另一方面,环保意识、城市化和车辆共享等趋势可能会抑制汽车销售。

但无论销售情况如何,三大显著因素都将驱动OEM厂商改进汽车技术,即空气质量、气候变化和城市化,从而影响汽车排放和燃油效率 - 要求尾气和二氧化碳排放明显降低、燃油经济性改善,并最终实现零排放出行。

就降低化石燃料消耗以减少排放这一最大挑战而言,不仅监管机构、而且消费者和交通服务提供商之间仍存在极大的不连续性,这给未来发展带来破坏性影响。

例如,全球许多司法管辖区正在收紧二氧化碳排放法规,未来几年我们将会在欧洲,印度和中国看到实际变化。而在美国现任政府管理下,未来的减排目标存在一定程度的不确定性,美国环保署撤回了之前的排放目标,而各州决定进一步降低二氧化碳排放。

由于需要一系列技术来满足未来具有挑战性的目标,因此OEM厂商正在审视整个车辆,来寻找可以提供更经济、更低碳排放且更清洁的方案,包括从空气动力学改善、轻量化、到更环保的燃料和具有更低二氧化碳排放形式的电力、再到传统内燃机技术的新的重大进展。对我来说似乎很清楚的是,已在接近内燃机效率的极限,车辆将需要更高的电动化程度来满足未来的车队目标。

电动化是一个关键战略

电动化是OEM厂商战略的一个关键支柱。随着成本开始下降,OEM厂商有望采用全系列的电动化方案,从弱混、到轻混,再到全混、插电式混动,增程式和纯电动汽车。随着对各种可能性的探索,虽然电力和能量储存潜力增加,但成本也随之增加。OEM厂商需要在诸多优势和更高的车辆价格之间平衡,因为这可能会使车辆对消费者的吸引力降低。但是,显而易见的是,由于柴油门事件和一些城市设置超低排放区域,许多OEM厂商公开承诺将会推出更高程度的电动化汽车(尽管内燃机仍为车轮提供部分动力)和纯电动汽车。

尽管一些OEM厂商发布了大胆的新闻声明,但对车辆电动化的预测还是很低,并且极有可能变化。

考虑到各种应用情况,市场观察者估计,到2030年纯电动汽车和插电式混合动力车的市场普及率,最低至4%,最高会到 65%,这取决于能量储存技术的突破和价格下降的程度。

根据柴油门事件后的行业反馈,Ricardo估计到2030年这些车辆的产量和销量将达到30-40%。我所能肯定的是混合动力和电动化这一趋势将会通过动力系统日益增加的复杂性和分化程度来体现。

车辆电动化的发展步伐

我们预计,非电动化、仅采用内燃机驱动的车辆在未来的发展空间很小,而且份额将继续迅速下降。弱混汽车将在2020年前成为主流,但在2025年之后将大幅下滑,因为更高水平的电动化汽车将占据越来越大的市场份额。

随着对48V系统的信心提升,轻混汽车将在2030年前增长至约30%。纯电动和插电式混动车将在预测期末时有所增长,到2030年前约占市场的34%。

所有这些变化意味着到2030年,我们将走向三种截然不同的动力系统:

  1. 经过优化的、主要由汽油驱动的内燃机,包含弱混系统和二氧化碳中性燃料
  2. 插电式混合电动汽车,纯电动行驶里程>50公里
  3. 纯电动汽车行驶里程>400公里

显然,在第1种和第2种动力系统类型中,先进的传统内燃机技术仍将发挥作用。然而,空气质量改善、加油站基础设施和可持续燃料之间相互冲突的需求,预计在未来许多年,动力系统会非常多样化。

内燃机效率提升将会发挥至关重要的作用

即使到了2050年,所有车辆内燃机最低配备48V系统,纯电动车最低电压为300-800伏的电动化时代,我们预计高达30%的车辆仍将搭载内燃机。这意味着持续提高传统内燃机技术的效率—主要由汽油驱动的—将是需要优先解决的工作重点。

我们可以预计的是,小型化、增加涡轮增压,降低摩擦和降低速度对于所有发动机来说都是常见的。此外,我们将会看到后处理系统和燃烧技术的进步,以及生物燃料使用的增加。所有这些变化都将给润滑油配方带来挑战。

润滑油需要为更高温度和压力下运行的发动机提供保护,并为在发动机使用寿命期间的硬件提供先进的保护。然而,润滑油还需要在元素指标更加严苛的条件下,以较低的粘度及更广泛的运行条件实现这些性能要求。

催化剂敏感性、微粒过滤器再生、低速早燃和燃料稀释增加等问题都需要谨慎处理。

Ricardo认为尽管有这些变化存在,润滑油用量很可能会保持不变,虽然法规的变化意味着很可能会引入具有更高性能的润滑油规格。

总结

对排放和二氧化碳/燃油经济性的监管正在加强,对运输部门改进的潜力有着很高的期望值。动力系统电动化现在是许多OEM厂商开发主流车辆的核心推动力。

尽管采取了所有这些电动化行动,但到2030年,全球轻型车辆市场中80%以上仍将需要内燃机驱动。

这意味着为提高这些传统动力系统效率的投资仍然很有意义。为此,不以动力输出和驾驶性能为代价,我们可以期待发动机进一步小型化、降低摩擦和改善燃烧。

所有这些变化都会影响润滑油。为了在更宽泛的运行条件下降低内部摩擦,润滑油的粘度将继续降低。然而,这些更稀薄的润滑油却必须在更长的换油期内,以更高的热负荷水平提供充足的硬件保护。尽管发动机排量更小,但OEM厂商仍倾向于保持润滑油的用量。这是因为,虽然传统上认为较小排量的发动机需要较少量的润滑油,但未来小型化的增强型内燃机本身需要“更加努力运行”的事实,意味着基于发动机排量会使用更多的润滑油。至少从中期来看,我们可以预计对先进的动力系统,润滑油的需求将会相当平稳。


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