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内燃机越强,机油越不能“通用”:王增全院士揭开高功率密度润滑难题——2026世界润滑技术大会报告

在汽车电动化叙事里,内燃机经常被描述成一项等待退场的技术。但在真实的动力市场中,另一场变化正在发生:混合动力、重型商用车、工程机械、船舶及特殊用途装备仍在提高内燃机效率和功率密度;氢、甲醇、生物燃料等新燃料,又不断改变燃烧过程和机油工作环境...

  在汽车电动化叙事里,内燃机经常被描述成一项等待退场的技术。

  但在真实的动力市场中,另一场变化正在发生:混合动力、重型商用车、工程机械、船舶及特殊用途装备仍在提高内燃机效率和功率密度;氢、甲醇、生物燃料等新燃料,又不断改变燃烧过程和机油工作环境。

  发动机没有简单消失,而是被压缩得更小、强化得更高。燃烧压力、转速和温度继续上升,机油容积却未必同步增加。过去一桶油要解决的问题,现在被塞进了更薄的油膜、更高的热负荷和更长的维护周期里。

王增全院士

  中国工程院院士、车用动力系统全国重点实验室主任

  报告题目:《内燃机的润滑与润滑油》

  在2026世界润滑技术大会上,中国工程院院士、车用动力系统全国重点实验室主任王增全以《内燃机的润滑与润滑油》为题,系统梳理了高功率密度内燃机的润滑难题。

  作为大会支持单位、行业唯一合作媒体,中国润滑油信息网在现场观察到,这场报告表面上讲的是发动机润滑,实际指向一个更深的产业变化:未来机油的竞争,不再只是黏度等级、质量级别和添加剂多少,而是油品能否与发动机结构、摩擦副材料、表面涂层及在线监测共同工作。

  发动机越强,油膜越接近失效边界

  传统商用柴油机通常强调低转速下的高扭矩,汽油机更多依靠高转速提升功率。高功率密度柴油机却要同时提高燃烧压力和转速,相当于让机械负荷、热负荷与滑动速度一起增长。

  这会产生一个不容易被消费者看到的结果:流体摩擦与边界摩擦可能同步上升。

  转速提高后,曲轴、轴承和活塞系统的黏性剪切与泵送损失增加;载荷和温度提高后,油膜变薄,活塞环、气缸套和轴瓦更容易进入混合润滑甚至边界润滑。

  一旦局部金属接触,摩擦生热继续上升,油膜进一步变薄,最终形成“温度升高—黏度下降—油膜破裂—摩擦升温”的恶性循环。

  王增全在报告中介绍,特殊用途高强化发动机需要面对高温、高速、重载和大倾斜姿态等复杂条件。部分系统油温可能达到140℃以上,还要兼顾严寒启动、高原低气压和持续大负荷运行。

  在这种工况下,黏度只是油膜能力的一部分。机油泵吸入能力、油路布局、循环次数、过滤系统、零件变形、表面粗糙度和冷却方式,都会决定润滑油能否真正到达接触区域。

  这意味着,同一款油即使理化指标完全合格,进入不同结构的发动机后,也可能表现出完全不同的可靠性。

  低黏度可以节能,但不能拿油膜做代价

  降低机油黏度,是内燃机提高效率的重要路径。油变稀后,泵送、搅油和黏性剪切损失通常能够降低,低温启动时也更容易快速到达摩擦表面。

  但低黏度同时意味着更薄的油膜。美国能源部在低黏度发动机油研究中也指出,降低黏度有助于减少摩擦、改善燃油经济性,但黏度过低可能损害发动机耐久性。

  对普通乘用车而言,低黏度可以通过基础油升级、添加剂优化和发动机设计协同实现;对高功率密度柴油机而言,问题更加尖锐:高温要求油品保持油压和油膜,严寒环境又要求足够低的启动黏度。一个黏度等级需要跨越的温度和载荷区间越来越宽。

  王增全将未来方向概括为从“高黏度等于高保护”,转向“低黏度、高承载、高效率”。这里的重点并不是把黏度不断降低,而是在确保油膜稳定和摩擦副可靠性的前提下,减少无效流动阻力。

  中国润滑油信息网LubTop产业观察认为,高功率密度时代不存在脱离设备结构的“最低黏度冠军”,只有针对具体发动机、温度、转速和载荷确定的最佳黏度窗口。低黏度如果缺少材料、涂层和油路设计支撑,就可能从节能技术变成耐久风险。

  未来不是单独研发机油,而是设计“油与表面”

  传统机油开发容易把金属表面视为固定条件:选定基础油和添加剂,再通过台架判断油品性能。

  王增全的报告提出了相反视角——润滑油、抗磨剂与摩擦副材料之间会发生具体的摩擦化学反应,表面材料一旦改变,同一种添加剂形成的保护膜也可能改变。

  例如,在铸铁表面,一些抗磨组分可能通过摩擦化学反应形成含硫保护物并进入磨痕,发挥固体润滑作用;换成镀铬表面后,添加剂可能更多表现为热分解与产物沉积,形成保护膜的能力并不相同。

  这意味着,一款油在某种气缸套或轴瓦材料上表现优秀,换成另一种涂层后未必仍然最优。所谓“油品通过了抗磨试验”,必须补充追问:使用什么材料、什么表面、什么温度和什么载荷?

  与此同时,摩擦副本身也在主动参与润滑。发动机表面涂层已经从单一追求高硬度,发展到兼顾低摩擦、高耐磨和高韧性的多层复合体系,DLC等涂层成为苛刻工况的重要技术路线。

  表面微结构则试图直接控制油的流动。王增全介绍,团队在活塞及气缸套表面开展了仿生微结构研究:一类“铠甲式”结构利用微纳沟槽储油、捕获气泡,相关试验中滑动阻力降低约26%;一类仿鱼鳞非对称结构用于向缺油区域定向输送润滑油,试验中的输运速度提升接近50%。

  这些是特定结构和试验条件下的阶段性结果,不能直接换算成整车节油率,却揭示了一条清晰路线:降低摩擦不能只靠油,也要让零件表面帮助储油、供油和成膜。

  质量等级只是入场券,极限工况最终仍要靠主机验证

  润滑油市场习惯用API、ACEA或主机厂认证建立产品秩序。这些标准对于通用市场不可或缺,却不可能覆盖所有高强化和极端环境。

  王增全在报告中指出,即使质量等级相同,不同企业的基础油和添加剂体系不同,在摩擦、磨损、高温结焦以及活塞沉积物方面仍可能出现明显差异。对于特殊用途发动机,最终选油仍需要长期整机耐久和实车验证。

  这并不意味着通用标准失效,而是标准回答的是“能否进入候选名单”,主机试验回答的是“能否在这台发动机上长期可靠运行”。

  当发动机进入高燃烧压力、高热流密度、长时间大负荷、沙尘、高原、低温或燃油稀释等环境时,单项理化参数与真实故障之间的关系会变得非线性。

  新油检测合格,也不能代表老化后的油仍能守住油膜、控制沉积和保护轴瓦。

  对润滑油企业而言,真正的门槛将从“取得一个质量等级”,上升到建立配方、材料、总成台架和整车工况之间的证据链。

  新燃料越多,“通用机油”越难存在

  氢、甲醇、生物燃料和各种混合动力方案,拓宽了内燃机的能源来源,也让润滑环境更加分化。

  不同燃料会改变燃烧温度、燃烧产物、缸内压力和后处理策略,还可能引发不同程度的燃油稀释、水分进入、酸化、氧化及沉积物问题。即使发动机机械结构相似,机油的碱值保持、抗氧化、分散、腐蚀控制和挥发性要求也可能不同。

  高原低氧会带来燃烧不充分和积碳增加,低气压还可能降低机油泵吸入能力;严寒启动则要求油品快速流动并及时建立油压。到了高温持续负荷工况,同一款油又要维持足够黏度和抗结焦能力。

  过去,扩大一个产品的适用车型意味着规模效应;未来,过度强调“一油通用”可能意味着性能妥协。

  燃料路线越多、发动机强化程度越高,机油越需要围绕具体平台、燃料和维护目标进行专用开发。

  机油将从消耗品变成故障诊断的数据入口

  机油在发动机内部循环,会不断携带磨损颗粒、氧化产物、燃油、水分和积碳。它不仅润滑设备,也记录设备正在发生什么。

  传统维护通常按照里程或时间定期换油,优点是简单,缺点是无法区分油品状态:有些油还可以继续使用,有些发动机尚未达到换油周期,却已经出现异常磨损。

  王增全提出“预测性智能润滑”:通过传感器、物联网和AI算法,持续感知油品状态、磨损信息与运行工况,让固定周期换油转向按真实状态维护。

  报告显示,团队在周期性油样监测基础上研制了在线光谱检测装置,通过磨粒数量、元素浓度和知识规则,实现对拉缸、烧瓦及齿轮异常等七类典型故障的快速预警。

  但智能润滑并不是安装一个传感器就能实现。黏度、介电特性、酸值、颗粒、水分、温度和燃油稀释之间相互影响,数据具有非线性和非平稳特征。

  没有具体发动机的故障样本和长期数据库,算法很难把正常老化与早期失效准确区分。

  中国润滑油信息网LubTop产业观察认为,油液监测可能成为润滑油企业进入设备运维市场的重要入口。未来客户购买的不只是油品,还包括剩余寿命判断、故障预警、按需换油和车队运维决策。

  低碳润滑不能只看基础油来源

  王增全提出的另一项理念,是全生命周期低碳润滑:从低碳原料、配方制造,到使用阶段的节能减摩、状态监测、按需换油,再到废油回收和再生利用,将资源消耗与环境影响纳入同一套评价。

  这比简单宣称“采用可再生原料”更完整。

  一款机油即使原料碳足迹较低,如果导致摩擦增加、换油频繁或零件提前报废,全生命周期结果未必更低碳;反过来,一款成本更高的长寿命油,如果可以降低燃料消耗、延长大修周期,其综合价值可能更高。

  润滑功能也将从被动保护走向主动调控。通过反应膜、活性组分迁移或微胶囊释放,润滑体系可以针对摩擦界面的微小损伤形成保护,抑制损伤继续扩展。

  中国润滑油信息网LubTop产业观察认为,高端机油未来的价值将由三部分共同构成:新油性能、全寿命可靠性和可验证的节能运维收益。只比较每升采购价,会越来越难反映一款油的真实价值。

  结语:越高效的内燃机,越需要“不通用”的机油

  王增全院士的报告提醒行业,内燃机润滑正在经历四个转变:从高黏度保护转向低黏度与高承载平衡,从油品单独开发转向油机与材料协同,从固定周期换油转向状态维护,从单项性能优先转向全生命周期低碳。

  这些变化不会让通用标准消失,却会缩小“通用产品”可以解决问题的范围。

  发动机越强化,油品与结构之间的耦合越紧;燃料越多元,配方要求越分化;维护越智能,机油越不只是装在油底壳里的消耗品,而是连接材料、设备和数据的功能节点。

  内燃机没有因为新能源到来而停止进化。恰恰相反,它正在把润滑油逼出舒适区。

  下一轮机油竞争比拼的,不是谁能够覆盖更多车型,而是谁能够在更低黏度、更高温度和更重载荷下,为一套具体动力系统提供经过验证的可靠性答案。


(来源:中国润滑油信息网)
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