Với nhận thức toàn cầu ngày càng tăng về bảo vệ môi trường, ngành công nghiệp xe điện (EV) đã bùng nổ như một giải pháp quan trọng để giảm phát thải carbon. Theo dữ liệu thống kê, lĩnh vực giao thông vận tải chiếm khoảng một phần tư tổng lượng khí nhà kính toàn cầu, với hơn 75% đến từ giao thông đường bộ. Để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu, nhiều quốc gia đang thúc đẩy việc áp dụng xe điện, dự kiến sẽ chiếm ưu thế trong thị trường ô tô trong những thập kỷ tới.

Tuy nhiên, để đạt được mục tiêu này, cần tối đa hóa hiệu suất của mọi hệ thống và tiểu hệ thống trong xe điện (EV) để nâng cao phạm vi hoạt động của xe. Động cơ điện (e-motor), một tiểu hệ thống quan trọng, chiếm khoảng 7% tổng mức tiêu thụ năng lượng của một chiếc xe, do đó việc tối ưu hóa bôi trơn ổ bi động cơ là rất cần thiết để cải thiện hiệu quả năng lượng.

Nhu cầu bôi trơn cho vòng bi động cơ EV

So sánh giữa mỡ dựa trên lithium và mỡ thay thế: Vòng bi động cơ trong xe điện chủ yếu sử dụng mỡ để giảm ma sát và mài mòn. Mỡ bao gồm dầu gốc, chất làm đặc và phụ gia, với vai trò của chất làm đặc là giữ dầu trong cấu trúc của nó, chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hóa học của nó. Hiện nay, các hệ thống chất làm đặc dựa trên muối lithium chiếm ưu thế trên thị trường, với các loại mỡ dựa trên lithium chiếm khoảng 70% thị trường toàn cầu. Mỡ phức hợp lithium (LiX) được đánh giá cao về hiệu suất nhiệt độ cao xuất sắc, khả năng kỹ thuật sẵn có và bôi trơn hiệu quả trong động cơ.

Tuy nhiên, khi nhu cầu về pin EV tăng lên, chi phí ngày càng tăng của các hợp chất dựa trên lithium và những lo ngại về độc tính tiềm ẩn đã dẫn đến việc tìm kiếm các chất làm đặc không chứa lithium thay thế. Mỡ polyurea (PU), một hợp chất bán phân cực, đã nổi lên như một lựa chọn hứa hẹn nhờ vào độ dày màng dầu vượt trội ở tốc độ thấp, độ ổn định cắt và nhiệt tuyệt vời, cũng như khả năng kéo dài tuổi thọ của ổ bi.

Trong thị trường Nhật Bản, mỡ PU chiếm khoảng một phần tư tổng sản lượng mỡ, và tỷ lệ này dự kiến sẽ tăng. Thêm vào đó, nhu cầu về mỡ PU đang gia tăng ở châu Âu, khu vực Thái Bình Dương và Đông Nam Á.

So với mỡ dựa trên lithium, mỡ polypropylene (PP), một hệ thống chất làm đặc không phân cực, cung cấp hiệu suất bôi trơn tốt hơn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng mỡ PP vượt trội trong các đánh giá hiệu suất ma sát và có tỷ lệ giải phóng dầu cao, khiến nó trở thành một ứng cử viên tiềm năng cho việc sử dụng trong các ứng dụng động cơ EV.

Tối ưu hóa việc phát hành dầu và hiệu suất vòng bi động cơ

Tốc độ phát hành dầu (còn được gọi là "rò rỉ") đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất ổ bi động cơ trong xe điện. Việc phát hành dầu ảnh hưởng trực tiếp đến lượng dầu trong khu vực tiếp xúc, xác định độ dày của lớp dầu và mô-men xoắn ma sát. Việc phát hành dầu không phải là hằng số và có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện hoạt động của ổ bi và sự suy giảm của chất làm đặc.

Hành vi chảy dầu của mỡ bao gồm các giai đoạn khuấy động và giải phóng, trong đó mỡ phân bố lại và giải phóng dầu lên bề mặt trượt, kiểm soát việc bổ sung dầu và ngăn ngừa tình trạng thiếu hụt bôi trơn.

Việc phát hành dầu không đủ có thể dẫn đến bôi trơn kém, ảnh hưởng đến tuổi thọ và hiệu suất của ổ bi. Mặt khác, việc phát hành dầu quá mức có thể gây ra sự cạn kiệt mỡ sớm, rút ngắn tuổi thọ của nó. Do đó, khi thiết kế mỡ cho ổ bi động cơ EV, việc điều chỉnh và tối ưu hóa tỷ lệ phát hành dầu là chìa khóa để đảm bảo hoạt động hiệu quả lâu dài.

Hướng đi tương lai cho bôi trơn xe điện

Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp xe điện đang thúc đẩy sự đổi mới liên tục trong công nghệ bôi trơn. Khi nhu cầu thị trường về xe điện tăng lên, các nhà sản xuất mỡ bôi trơn phải đối mặt với những thách thức lớn hơn để phát triển các giải pháp bôi trơn thân thiện với môi trường, hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Sự xuất hiện của các chất làm đặc thay thế như polyurea và polypropylene mang lại hy vọng và khả năng mới cho ngành công nghiệp mỡ. Trong tương lai, nghiên cứu sâu về thành phần mỡ và đặc tính giải phóng dầu sẽ nâng cao hiệu suất động cơ EV, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp EV.

◆ Nguồn: Springer Nature

◆ Tài liệu tham khảo: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109777