1、 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP汽車發動機節能減排汽車發動機節能減排與可靠性關鍵潤滑問題與可靠性關鍵潤滑問題張張 俊俊 彥彥中國科學院蘭州化學物理研究所中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室固體潤滑國家重點實驗室20122012年年6 6月月 長春長春驗收工作報告驗收工作報告 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP內容提綱內容提綱l 項目背景與意義項目背景與意義l 項目的研究策略項目的研究策略l 項目的研究進展項目的研究進展l 項目的研究成果項目的研究成果 State

2、 Key Laboratory of Solid Lubrication LICP背景和意義背景和意義l 安全性、安全性、可靠性可靠性、舒適性、動力性、輕量化（主動）、舒適性、動力性、輕量化（主動）l 高節能、低排放（被動）高節能、低排放（被動）汽車發展態勢汽車發展態勢 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP我國汽車行業面臨的三大挑戰我國汽車行業面臨的三大挑戰空氣污染問題空氣污染問題全球變暖問題全球變暖問題能源危機問題能源危機問題 降低車輛的有毒有害物質排放（降低車輛的有毒有害物質排放（PM、NOX、HC、CO） 降低車輛的降低車輛的CO2

3、排放排放 提高能效、采用代用燃料、能源動力系統轉型提高能效、采用代用燃料、能源動力系統轉型背景與意義背景與意義 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICPl 我國汽車保有量將快速增長我國汽車保有量將快速增長l 車用汽柴油需求不斷增大車用汽柴油需求不斷增大, ,石石油供應安全面臨嚴峻挑戰油供應安全面臨嚴峻挑戰 年份年份汽油汽油消耗量消耗量柴油柴油消耗量消耗量燃油燃油總消耗量總消耗量201020107844784481338133159771597720122012908790879334933418421184212015201510801108

4、011127711277220792207920202020153921539215146151463053830538我國未來車用燃油消耗量預測（單位：萬噸）我國未來車用燃油消耗量預測（單位：萬噸）我國未來石油進口依存度預測（單位：億噸）我國未來石油進口依存度預測（單位：億噸）我國未來汽車保有量預測（單位：萬輛）我國未來汽車保有量預測（單位：萬輛）背景與意義背景與意義 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP背景和意義背景和意義歐盟歐盟：從金融危機中復蘇：歐洲行動框架2008.09；歐洲經濟復蘇計劃2008.12。 2015年將新車平均CO

5、2排放量降至130克/公里美國美國： 2009年5月19日美國總統奧巴馬提出新的汽車節能減排計劃，要求在2016 年美國生產的轎車和卡車平均每百公里油耗6.62升，同時減少30%的尾氣排放。美國在空氣凈化法和防污染法中明確規定，所有進口到美國的汽車都必須通過交通部的安全標準。日本日本：節能休止法規定，到1010年，在日本市場上銷售的不同質量的和用途的汽車，必須達到相應的節能標，以減少汽車廢氣的排放。 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP背景和意義背景和意義2010年12月28日，專家們在北京召開的“十二五中國節能減排高峰論壇”上指出“傳統

6、能源、新能源兩條腿走路時遠近結合的戰略路徑”。新能源是一個長遠的目標，需要科技工作者和工程師們的不斷努力；在傳統能源方面，需要通過對發動機優化設計、材料輕量化和表面處理等基礎進一步降低摩擦磨損損耗和減輕自重來達到節能減排的目的。 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP摩擦損耗占整個車體能量損耗的摩擦損耗占整個車體能量損耗的48%48%左右左右汽車摩擦損耗汽車摩擦損耗背景和意義背景和意義 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP背景和意義背景和意義高壓共軌噴油器涂層部件高壓控制活塞高壓控制活

7、塞噴油嘴針閥噴油嘴針閥技術要求技術要求最高噴射壓力最高噴射壓力1800bar；最小響應時間最小響應時間0.3ms；偶件配合間隙偶件配合間隙 1.51 m；高壓腔清潔度高壓腔清潔度0.3 mg；燃油適應性：燃油適應性：HFRR800 m；噴油嘴頭部耐溫噴油嘴頭部耐溫 370 ；1.B10壽命壽命80萬公里；萬公里；噴油嘴頭部噴油嘴頭部 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP 美國能源部成立了專門的辦公室來領導這一課題的研究，減少美國能源部成立了專門的辦公室來領導這一課題的研究，減少和降低發動機和傳動裝置的摩擦磨損據估計每年可以為美國節省和降低

8、發動機和傳動裝置的摩擦磨損據估計每年可以為美國節省12001200億美元。億美元。 公安部統計指出，截至公安部統計指出，截至20102010年年3 3月，全國機動車保有量約月，全國機動車保有量約1.921.92億億輛。汽車是能源消耗和污染物排放的輛。汽車是能源消耗和污染物排放的大戶大戶，也是節能減排工作，也是節能減排工作的重點，所以汽車行業推進節能減排工作的意義尤為重大。的重點，所以汽車行業推進節能減排工作的意義尤為重大。 解決汽車摩擦損耗的意義解決汽車摩擦損耗的意義背景和意義背景和意義 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究策略研究策

9、略International Energy AgencyAdvanced Materials for Transportation Application CommitteeImplementary Agreement中國委員中國委員 張俊彥張俊彥發動機先進材料發動機先進材料-固體潤滑材料與技術固體潤滑材料與技術節能減排與可靠性節能減排與可靠性國際能源署國際能源署 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICPl傳統潤滑油傳統潤滑油 1 1、難以取得突破性進展、難以取得突破性進展 2 2、不能解決高壓共軌噴油系統等精確控制系統的潤滑問題、不能解決高

10、壓共軌噴油系統等精確控制系統的潤滑問題l傳統表面處理（沒有重視潤滑性能）傳統表面處理（沒有重視潤滑性能） 1 1、氮化物表面硬化、氮化物表面硬化 2 2、電鍍六價鉻鍍層、電鍍六價鉻鍍層需要低摩擦、長壽命精確控制潤滑技術需要低摩擦、長壽命精確控制潤滑技術l l 燃油系統（噴油、進氣等系統）燃油系統（噴油、進氣等系統）l 摩擦損耗（摩擦副）摩擦損耗（摩擦副）解決汽車摩擦損耗的途徑解決汽車摩擦損耗的途徑研究策略研究策略 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究策略研究策略燃油噴射系統燃油噴射系統 State Key Laboratory of

11、Solid Lubrication LICP研究策略研究策略Nissan DLC應用應用 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICPToyota 1LR-GUE engine: Excellent power and reliabilityTi材料Volvo B6304T T6 發動機氣門挺桿發動機氣門挺桿DLCDLC汽車應用汽車應用研究策略研究策略 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究策略研究策略 DLC薄膜的結合力和承載性解決方案薄膜的結合力和承載性解決方案 DLC薄膜的選擇及起低

12、摩擦耐磨損性能優化薄膜的選擇及起低摩擦耐磨損性能優化 批處理工件表面批處理工件表面 DLC薄膜制備工藝技術薄膜制備工藝技術 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP 類富勒烯碳氫薄膜結構類富勒烯碳氫薄膜結構Chengbing Wang, Shengrong Yang, Qi Wang, Zhou Wang, Junyan Zhang, Nanotechnology, 19 (2008) 225709 H%: 29.9研究進展研究進展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究進展研究進展

13、State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究進展研究進展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究進展研究進展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICPCounterpart ballN2O2AirXia Wang, Peng Wang, Shengrong Yang, Junyan Zhang, Wear ,(2008)研究進展研究進展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP薄膜在

14、不同的加載速度下表現出幾接近的結合力（約薄膜在不同的加載速度下表現出幾接近的結合力（約62N62N）( (左圖加載左圖加載速度速度 80N/min,80N/min,右圖加載速度右圖加載速度100N/min.)100N/min.)結合力增強結合力增強研究進展研究進展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP碳薄膜表面柴油接觸角 6.6有機薄膜修飾碳薄膜表面柴油接觸角 0傾斜70，1min后油滴在表面的狀態，碳薄膜（左），有機膜修飾（右）。通過有機薄膜提高固體潤滑膜通過有機薄膜提高固體潤滑膜/潤滑油適配性潤滑油適配性研究進展研究進展 State

15、Key Laboratory of Solid Lubrication LICPCSM測試的三位輪廓照片：載荷20N，頻率10HzDLC處理后DLC處理前研究進展研究進展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICPSRV-3, 載荷載荷400N, 點接觸模式，點接觸模式，頻率頻率50Hz， 美孚美孚10W-30潤滑油潤滑油.鍍鍍DLC膜后，相同潤滑條件下，膜后，相同潤滑條件下，摩擦系數降低到摩擦系數降低到1/3。Steel 3 min DLC 10 min力學、摩擦學性能力學、摩擦學性能挺筒挺筒研究進展研究進展 State Key Labora

16、tory of Solid Lubrication LICP共軌噴油器控制活塞表面涂層控制活塞共軌噴油器配合面涂層研究進展研究進展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究進展研究進展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP軸與孔的結合表面微觀上互相咬合的程度要小于不加涂層的零件。 DLC涂層后，孔的磨損明顯減小。 研究進展研究進展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP結論結論經過經過1250 小時的變工況可靠性跑合后，控制活塞表

17、面沒有磨損，幾何精度等尺小時的變工況可靠性跑合后，控制活塞表面沒有磨損，幾何精度等尺寸幾乎沒有變化。寸幾乎沒有變化。l 涂層活塞的靜態漏油量比無涂層活塞減小約涂層活塞的靜態漏油量比無涂層活塞減小約50%。l 偶件間隙優化后，油泵供油效率大概提升偶件間隙優化后，油泵供油效率大概提升78%。l 降低摩擦力降低摩擦力70%，提高磨損壽命，提高磨損壽命10倍。倍。l 估計節省燃油估計節省燃油1-1.5%, 降低排放降低排放2%。研究進展研究進展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究進展研究進展 State Key Laboratory of

18、Solid Lubrication LICP研究成果研究成果1. 張俊彥; 張斌。一種含氫納米結構CNx梯度薄膜的制備方法。中國發明專利， 專利號：200810142996.4 （已授權）2. 張俊彥; 王舟; 宋仕永; 張斌。在不銹鋼基底上制備薄膜的方法。中國發明專利，專利號：200810189943.8（已授權）3. 張俊彥；張斌；強力；楊濤；鄭愉. 在金屬內表面制備類金剛石碳膜的方法。中國發明專利，201110427990.34. 張俊彥；張斌；強力。模具鋼表面多層梯度納米復合類金剛石薄膜的制備方法。中國發明專利，201110428052.55. 張俊彥；張斌；張克金；強力；魏曉川；安宇鵬；武斌。在汽車發動機氣門挺柱表面制備類金剛石涂層的方法。中國發明專利，201110428096.86. 張俊彥；張斌；強力。在鋼鐵