2020年12月润滑油第35卷第6期D ec2020 LUBRICATING OIL Vol.35,N o.6
DOI:10.19532/j. cnki. cn21 -1265/tq. 2020.06.003 文章编号：1002-3119(2020)06-0013-04三种纯电动乘用汽车传动系统润滑油的性能对比
张继平\邹洋、李小晶\戴媛静2
(1.清华大学天津高端装备研究院，天津300300;2.清华大学，北京100084)
摘要：对比了研制的纯电动乘用汽车传动系统润滑油ETF4和实际使用的75W-90GL-4和自动变速器油的主要性能，结果 显示ETF4的运动黏度最小，剪切后运动黏度下降率最小，烘箱氧化后的击穿电压最高，长磨试验的减摩降温效果最明显：此 外ETF4还具有良好的抗腐蚀和抗氧化性能。上述结果表明#比75W -90GL -4和自动变速器油，ETF4更加适应纯电动乘 用汽车传动系统的润滑。
关键词：纯电动；乘用汽车；传动系统；润滑油；性能对比
中图分类号:TE626. 32 文献标识码：A
Performance Comparison of Three Transmission System
Lubricating Oils for Pure Electric Passenger Vehicles
ZHANG Ji - ping1，Z〇U Yang1，LI Xiao—lei1，DAI Yuan - jing2
(1. Tianjin Research Institute for Advanced Equipment, Tsinghua University, Tianjin 300300, China；
2.Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract ：The main performances of ETF4 which was developed for lubricating the transmission system of pure electric passenger vehicles were compared with those of 75W -90 GL -4 and automatic transmission fluid in use. ETF4 results show that the kinematic viscosity is the smallest as well as the decrease rate of kinematic viscosity after shearing test, the breakdown voltage after oven oxidation is the highest, the effects of friction reduction and cooling of long wear test are the most obvious. Furthermore, ETF4 holds excellent abilities of anticorrosion and antioxidation. The above results show that ETF4 is more suitable for the lubrication of pure electric passenger vehicle transmission system than 75W -90 GL -4 and automatic transmission oil.
Key words：pure electromotion；passenger vehicle；transmission system；lubricating o il；performance comparison
〇引言
随着汽车工业的快速发展和汽车保有量的增 加，严峻的环境问题和能源问题日益凸显，空气质量 恶化，温室效应和石油资源的匮乏已经严重影响到 现代社会生活和持续发展，各国政府对这些问题也 更加关注。近年来严格的燃烧效率和排放的标准促 进了节能、高效车辆的快速发展。燃料电池汽车、纯 电动汽车和油电混合动力汽车作为新能源汽车的代 表是实现节能与环保的重要突破口 1_31。通过发展 新能源汽车可减少排放，降低污染；减轻对石油天然 气资源的依赖程度；满足自动驾驶、互联共享、智能 出行的需求；打破西方汽车垄断，实现汽车强国目 标。从节能和排放的要求看，纯电动汽车应为最终发展的方向，油电混合动力汽车是应对目前纯电动 汽车发展瓶颈（电池技术没有大的突破、续航里程较 短、充电时间长等）的一种过渡方式。
电动汽车由于没有发动机，因此不需要内燃机 油。但其传动系统多采用电机+单级/两级减速器 的方式[4_7]，仍然需要润滑油进行润滑。电机+单 级/两级减速器传动形式结构较为简单，没有离合 器，没有同步器，只有固定速比的齿轮。由于减速器 和电机耦合在一起，对油品的散热性能、绝缘性能、抗铜腐蚀、剪切性等提出了较高的要求，普通的 手动变速箱油和自动变速器油不能完全满足其润滑 要求[8_9]。
目前，纯电动乘用汽车市场占有率逐步增加，根
14沏消油2020年第35卷
据中汽协数据，2017年中国纯电动乘用车销量为 46.8万辆，艾媒数据中心数据显示2019年中国纯 电动乘用车销量91.7万辆，呈逐年上涨之势。这些 车辆的传动系统润滑仍然以传统手动变速箱油和自 动变速器油为主，普通手动变速箱油运动黏度高，电动汽车传动系统润滑油则对低黏度、热氧化性、电学性能提出了更高的要求。自动变速器油虽然黏 度低，抗氧化和抗腐蚀性能优异，但其最主要性能是 抗抖动等摩擦特性:1°-|1]。
为满足纯电动乘用汽车传动系统的润滑要求，在实验室研制了 ETF4油品，基础油使用1H类加氢 矿物油和酯类油，添加剂包括抗擦伤剂、极压抗磨 剂、防锈剂、金属减活剂、无灰分散剂等。同时与市 售的纯电动乘用汽车传动系统使用的油品进行了性 能对比。
1试验部分
1.1原材料
纯电动乘用汽车传动系统润滑油ETF4，实验室 研制产品;75W-90 GL-4，某型纯电动乘用汽车传 动系统用油；自动变速器油，某型纯电动乘用汽车传 动系统用油。奥迪a8（l）
1.2试验方法
标准试验方法的方法号已在文中列出，非标准 方法如下：
烘箱氧化12：在250 mL烧杯中加入200 mL 试油，将45号钢片（45 mm x45 nun x2 mm)以和 杯底约成30°角浸于试油中，置于温度控制在135 丈的烘箱中烘72 h，然后取出钢片，用石油醚冲洗，观察钢片变情况，同时观察杯底沉积物情况。其 中钢片评级规定:〇为钢片不变；1为稍变，几 乎与新片相同;2为局部淡白;3为钢片淡白，擦去后钢片亮;4为红、黄、蓝、灰等彩，或有灰白 沉积物;5为局部灰黑，明显腐蚀;6为钢片灰 黑，剥落。杯底沉积物以多、中、少、无区分。同时 检测油品氧化前后的100丈运动黏度，计算运动黏度变化率。
四球长磨试验：长磨试验在厦门天机自动化有 限公司的M S- 10A四球摩擦试验机上进行。试验 负荷392 N，试验转速1200 r/min，试验时间8 h，试 验用钢球为GCrl5钢球（直径12.7 mm)，硬度（58 ~62 )HRC。将用石油醚（6〇〜9〇尤）清洗干净的 三个钢球夹紧在一个油盒中，倒入试验油浸没三个 钢球，将另一个钢球置于三球正顶部，施加规定的 负荷，顶球以规定的转速旋转8 h后试验结束。测 定三个钢球的磨斑直径，取其平均值作为结果。系统自动记录试验过程的平均摩擦系数、相对温度平 均值。
2结果与讨论
2.1不同油品黏温/低温性能对比
对于纯电动乘用汽车传动系统而言，由于转速 大幅提高（一般输人轴转速在10000转速以上）、体积
减小，造成工况更为苛刻。为了减少油品的搅 油功率损失，要求油品运动黏度降低|3<4。为了 维持不同温度下油膜厚度的稳定，要求油品具有良 好的黏温性能。此外，车辆在低温启动时传动系统 齿轮表面需要尽快形成油膜，因此油品需具备良好 的低温流动性能。为在降低运动黏度的同时使油 品具有良好的黏温/低温性能，研制油使用黏温/低 温性能优异的III类加氢矿物油和多元醇酯作为基 础油，调合的油品具有低的运动黏度和优异的黏温/低温性能。表I列出了三种油品的运动黏度等 黏温/低温性能。
表1不同油品的黏温/低温性能
项目ETF475W-90 GL-4自动变速器油试验方法100 $运动黏度/mm2 •s-1 4.4016.99 6. 13GB/T265黏度指数142184158GB/T 1995倾点/T-42-39-42GB/T3535
从表1的结果可知，ETF4的运动黏度最小，比较适用于高转速的纯电动乘用汽车传动系统润滑。75W-90 GL-4运动黏度最大，相应地会造成较大 的搅油功率损失^ ETF4的黏度指数最低，这是由于 ETF4不含黏度指数改进剂。三种油品的倾点差距较小，均具有良好的低温流动性,:，
2.2不同油品剪切性对比
纯电动乘用汽车传动系统转速高，对油品的 剪切作用强。要求油品具有优异的剪切性，以保证油品黏度不剧烈下降，保持油膜厚度稳
五点式安全带第6期张继平等.三种纯电动乘用汽车传动系统润滑油的性能对比15定，避免齿轮磨损。表2列出了三种油品的剪切 性能
表2不同油品的剪切性能
项目ETF475W-90 GL-4肉动变速器油试验方法剪切性NB/SH/T0845 100 t运动黏度下降率/%0.9124.93 6.04
从表2的结果可知，经过剪切试验后ETF4运 动黏度下降率最小，75W -90 GL-4的运动黏度 下降率最大，自动变速器油的运动黏度也有明显的 下降。这是由于ETF4调合过程中没有使用高分 子量的黏度指数改进剂，避免了剪切过程中黏度指 数改进剂大分子变为小分子。因此其运动黏度变 化较小。
2.3不同油品抗腐蚀性能对比
纯电动乘用汽车传动系统的电机一般需要润滑 油进行冷却，而电机中铜质部件较多，要求油品具有 良好的抗腐蚀性能。为降低油品的腐蚀性能，研制 油选用了腐浊性低的极压抗磨剂，同时选用了具有 良好抑制腐蚀能力的液态苯三唑胺盐金属减活剂 为增加试验的苛刻程度，在135 1条件下考察了三种油品的抗腐蚀性能，结果见表3 _
表3不同油品的抗腐蚀性能
项目ETF475W-90 GI.-4自动变速器油试验方法铜片腐蚀（135 t，3 h)/级lb2a11)GB/T5096
从表3的结果可知，ETF4和自动变速器油抗腐 蚀性能均优于75W-90 GL-4。
2.4不同油品的抗氧化性能对比
由于电机散热，导致纯电动乘用汽车传动系统 的工作温度高，因此对油品的抗氧化性能提出了更高的要求：为延长油品使用寿命，研制油选用了氧 化耐久性良好的极压抗磨剂减少油泥的产生，此外 还选用了无灰分散剂以便将产生的油泥均匀地分散 在油中。使用烘箱氧化方法考察了三种油品的抗氧 化性能，结果见表丸
表4不同油品的抗氧化性能
项目ETF475W-90 GL-4白动变速器油试验方法烘箱氧化（丨3572 h).自建100丈运动黏度增长率/% 2.23 5. 16 2.94电动汽车动力
杯底油泥无无无
钢片评分/分222
从表4的结果可知，三种油品均具有良好的清 净性，没有产生沉积物，没有对钢片造成腐浊。从黏 度增长结果看，ETF4黏度增长最少,75W-90 GL- 4黏度增长最多。上述结果表明各油品抗氧化性能 良好，无明显区别。
2.5不同油品绝缘性能对比
通常情况下只有变压器油对绝缘性能有要求。由于电机的存在，纯电动乘用汽车传动系统润滑油 对绝缘性能提出了较高的要求。油品的绝缘性能通常有三个考核指标：击穿电压、介质损耗因数、体积 电阻率15;。目前关于电动汽车传动润滑油的绝缘 性能还没有一个统一的标准，参照美国通用汽车公 司1997年推出的电动汽车驱/传动系统用润滑油标 准GM NA 9986144，选择用击穿电压来表示油品的 绝缘性能。为了接近油品真实使用情况，考察了经 过烘箱氧化（135 T，72 h)后油品的击穿电压，结果 见表5。
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表5不同油品烘箱氧化后的绝缘性能
项目E T F475W-90GL-4自动变速器油试验方法击穿电压/kV46.213.738.5GB/T507
长城m3图片从表5的结果可知，ETF4击穿电压最高，绝缘 性能最好。75W-90 GL-4击穿电压最低，绝缘性 最差。
击穿电压差距如此明显是两油品配方体系差 异较大造成的。上述结果表明，研制油ETF4具有 较好的绝缘性能。
2.6不同油品减摩降温性能
由于电机运行过程中产生热量，导致润滑油温 度升高。为避免温度升高引起油品氧化，需要油品具冇较好的减摩降温性能。通常情况下，油品黏度 越低散热性越好，摩擦系数越低摩擦生热越少。从表1黏温性能结果可知研制油ETF4运动黏度最低，75W-90 GL-4的运动黏度最高。通常情况下传动 系统州油的摩擦系数使用四球试验机测定。为区分 三种油品的摩擦性能，使用四球长磨试验考察了它 们的减摩降温性能，结果见表6。
表 <>不同油品的减摩降温性能
项目K T F475W-90GL-4a动变速器油试验方法长磨试验自建磨斑直径/m m0.361.000.54
摩擦系数0.0430.0450.052
相对温度平均值/T34.239.240.9
从表6的结果可知，ETF4摩擦系数、磨斑直径、相对温度平均值最低，具有良好的减摩降温作用，更 加适合纯电动乘用汽车传动系统的工况。
2.7不同油品极压抗磨性能
研制油KTF4的运动黏度较低，油膜厚度较薄为了避免齿轮磨损，油品必须提高油膜强度，具备良 好的极压抗磨性能。油品研制过程中，选用含硫、含磷极压抗磨剂搭配，赋予了油品良好的承载和抗磨 损能力。表7列出了研制油ETF4及其他两种油品 的承载能力和抗磨损性能。
表7不同油品的极压抗磨性能
项目E T F475W-90GL-4向动变速器油试验方法四球试验
/)B/N102010691020G B/T12583
0.360.780.44S H/T0189
从表7的结果可知，ETF4虽然运动黏度低，但 其仍具有良好的承载能力和抗磨损性能。
3结论
通过对三种油品主要性能的分析，结果表明研 制油ETF4具有黏度低和剪切性、绝缘性、抗腐 蚀抗氧化、减摩抗磨性能优异的特点，适合于润滑纯 电动乘用汽车的传动系统。
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36润消油扣2阵第35卷
气味和欧盟ELV六项有毒有害物质检测等环保要 求，产品具有优良的耐低温性能、抗氧化性、抗 摩擦磨损性能、胶体性能、储存性能、抗水 性能和防腐蚀防锈性能，具备良好的耐磨减摩、润滑 和防护作用，且环保性好，能够较好地满足汽车玻璃 升降器的润滑要求。
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作者简介：张继平，高级工程师，工学硕士，2005年毕业于太原
理工大学化学工程专业，目前在清华大学天津高端装备研究院
工作，主要从事润滑油抗磨、减摩添加剂及油品的开发。£-
mail ： zhangjp@ tsinghua - tj. org
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