Lubrifiants pour voitures et camions électriques

Les véhicules électriques gagnent en popularité et en nombre.

Au fur et à mesure que le nombre de véhicules électriques et hybrides électriques augmente et que leur utilisation se propage, il devient de plus en plus important pour les entreprises de lubrification / tribologie d’explorer et de développer les lubrifiants et les fluides dont ces véhicules auront besoin.

«Dans l’absolu, les véhicules électriques nécessitent moins de lubrifiants et d’additifs», déclare Jeff Hemphill, directeur technique de Schaeffler Group, un équipementier automobile. «Mais où l’énergie est-elle utilisée dans les véhicules électriques par rapport aux véhicules conventionnels? Cela rend-il la lubrification plus ou moins importante? Où sont les points de friction, et les approches non conventionnelles pourraient-elles mieux fonctionner que la simple adoption de lubrifiants et de fluides sur lesquels les véhicules à combustion interne comptent? »

Avant de répondre à ces questions, voici un bref aperçu de certaines des tendances qui ouvrent la voie aux véhicules électriques.

Les véhicules électriques gagnent en popularité et en nombre.Les véhicules électriques gagnent en popularité et en nombre.Schaeffler Group USA Inc.

Utilisation EV

Selon John Burke, CMFS, directeur mondial des services d’ingénierie chez Quaker Houghton, cinq facteurs rendent les véhicules électriques plus populaires auprès des consommateurs:

  1. Les progrès des batteries qui augmentent la distance de déplacement entre les recharges, ce qui en fait des options viables pour les navetteurs quotidiens. Le coût des batteries d’origine et de remplacement a également baissé.
  2. Le coût de l’énergie par mile est désormais plus bas pour les voitures électriques que pour les voitures classiques.
  3. La perception de moins d’entretien.
  4. Émissions à bord quasi nulles.
  5. Le coût des véhicules électriques a baissé.

«Les investissements dans les campagnes d’information et l’éducation générale des consommateurs stimulent également l’adoption», dit Burke. «Plus les gens en apprennent davantage sur les voitures électriques, plus ils se sentent à l’aise avec elles. De plus, la variété augmente.

«Il y a plus d’options, de marques et de fournisseurs qui participent et offrent plus de choix», a-t-il poursuivi. «Vous pouvez maintenant vous procurer un SUV électrique, et bientôt des camionnettes seront disponibles. Il n’y a pas si longtemps, les options se limitaient aux petites voitures. »

Les transmissions pour véhicules électriques devront gérer des accélérations élevées à basse vitesse, ce qui pourrait entraîner des changements dans les fluides de transmission automatique.Les transmissions pour véhicules électriques devront gérer des accélérations élevées à basse vitesse, ce qui pourrait entraîner des changements dans les fluides de transmission automatique.

Problèmes de lubrifiant EV

Selon les spécialistes des lubrifiants, quelles seront les principales différences dans l’utilisation des lubrifiants entre les véhicules électriques et les voitures et camions à combustion interne?

«Les lubrifiants et les fluides des véhicules électriques auront de nouvelles tâches à accomplir», déclare Hemphill. «Par exemple, le liquide de transmission automatique dans les véhicules conventionnels d’aujourd’hui doit gérer le frottement contrôlé dans les embrayages humides, évacuer la chaleur des embrayages et faire les deux sur plus de 100 000 milles.

«Dans les boîtes de vitesses à essieux électriques, la chaleur devra peut-être être retirée du moteur électrique et il ne s’agira probablement d’aucun embrayage», a-t-il ajouté. «Cela pourrait rendre la viscosité et la chaleur spécifique du liquide de transmission plus importantes que sa capacité à réduire ou à modifier le frottement.»

Ali Erdemir, professeur de génie mécanique et des matériaux à la Texas A&M University, est d’accord. «Il y a moins de composants mobiles dans les véhicules électriques, donc moins de types de lubrifiants sont nécessaires», a déclaré Erdemir. «Celles-ci peuvent différer de celles utilisées dans les moteurs à combustion interne, principalement en raison des différences de charge de contact, de vitesse et de chaleur, ce qui peut exiger de meilleures capacités anti-usure et anti-éraflure.»

«Les véhicules électriques n’ont pas de processus de combustion à gérer, il n’y a donc pas d’huile moteur au sens conventionnel du terme», ajoute Edward P. Becker, PE, président et fondateur de Friction & Wear Solutions, LLC. «C’est le plus grand changement. Cependant, les véhicules électriques utilisent encore plusieurs des mêmes lubrifiants.

«Par exemple, les graisses pour les roulements de roue, les composants de suspension et les fermetures de carrosserie sont essentiellement les mêmes», explique-t-il. «À ce jour, tous les véhicules électriques utilisent des fluides de transmission conventionnels pour lubrifier le moteur et les engrenages. Un nouveau lubrifiant conçu pour des charges élevées à faible vitesse sera nécessaire pour les futurs véhicules électriques. »

Burke est d’accord: «Les voitures électriques peuvent accélérer plus vite que les voitures conventionnelles; par conséquent, ils peuvent mettre plus de pression sur les lubrifiants dans les composants du groupe motopropulseur. »

Selon Hemphill, il existe également d’autres nouveaux problèmes liés aux vitesses élevées dans les boîtes de vitesses des essieux des véhicules électriques. Ceux-ci incluent le fluage du roulement, dans lequel la bague extérieure d’un roulement tourne dans le logement. Cela nécessite des revêtements de surface ou des solutions tribologiques.

Un autre défi du lubrifiant est la présence de hautes tensions dans la boîte de vitesses. En raison de la commutation de puissance pour contrôler les moteurs électriques, des charges statiques s’accumulent et sont parfois déchargées par les roulements ou les engrenages. «Dans ce cas, le lubrifiant devient le diélectrique dans un condensateur», explique Hemphill. «Diverses solutions sont à l’étude, notamment l’isolation, la modification de la modification du lubrifiant et les shunts.»

Une autre différence dans le lubrifiant des véhicules électriques, selon Hemphill, est que leurs pertes par frottement représentent un pourcentage plus important de l’énergie à bord du véhicule que dans les voitures conventionnelles, ce qui rend la réduction de la traînée encore plus importante.

Le type de lubrifiant nécessaire dans certains véhicules électriques pourrait également changer si le covoiturage se développe et si la propriété personnelle des véhicules diminue, souligne Hemphill. «Les véhicules de covoiturage ressembleront davantage à des taxis et seront utilisés 50 à 60% de la journée. Aujourd’hui, la plupart des voitures ne sont utilisées que 4 à 5% des voix. Cela rendra la durabilité du groupe motopropulseur plus importante. »

Les changements technologiques dans les futurs véhicules électriques pourraient signifier encore plus de développement dans les lubrifiants dont ils ont besoin.Les changements technologiques dans les futurs véhicules électriques pourraient signifier encore plus de développement dans les lubrifiants dont ils ont besoin.

Autres fluides EV

Certains fluides ne seront pas nécessaires, ou du moins pas autant, dans les véhicules électriques: antigel pour le radiateur, huile moteur, liquide de transmission automatique et huile pour engrenage de différentiel arrière. Ces fluides ne seront pas utilisés, sauf pour une éventuelle petite quantité de fluide caloporteur pour la batterie et le moteur électrique. De plus, avec le freinage par récupération des véhicules électriques, la pression sur le liquide de frein sera moindre, même si, certes, il s’agit d’un petit volume pour chaque véhicule. Dans l’ensemble, le volume de lubrifiants dans les véhicules électriques sera inférieur à celui des voitures et des camions actuels.

Les fluides utilisés pour fabriquer les véhicules électriques seront différents de ceux utilisés pour fabriquer des voitures et des camions conventionnels. Par exemple, les véhicules électriques n’ont tout simplement pas besoin de radiateurs, de tuyaux d’échappement, de convertisseurs catalytiques, de blocs moteurs, de pistons, d’arbres à cames, de bielles, de vilebrequins, d’arbres de transmission, de transmissions, d’embrayages ou d’engrenages et composants associés.

Et si l’EV a un moteur sur chaque roue, il n’aura pas besoin d’un différentiel arrière (en supposant qu’un moteur électrique est utilisé à chaque roue motrice). Cela signifie que le besoin de fluides pour le travail des métaux diminuera, dit Burke. «Par conséquent, il y aura une réduction des fluides d’estampage / formage, des huiles de coupe droites, des fluides de coupe diluables à l’eau, des agents de traitement thermique, des fluides de prévention de la corrosion en cours et intermédiaires et du nettoyage», dit-il. «Le fardeau de se débarrasser de ces fluides diminuera également.»

Changements technologiques

Des lubrifiants seront également nécessaires pour gérer les innovations qui changent la façon dont les véhicules électriques (ainsi que les véhicules électriques autonomes) sont conçus. Par exemple, les concepteurs du groupe Schaeffler travaillent sur un robot-taxi avec quatre 90 degrés. roues directrices, chacune avec un réducteur planétaire. Le véhicule utilisera des boîtes de vitesses, créant une demande importante de lubrification.

Schaeffler travaille également avec Paravan pour développer et déployer des systèmes drive-by-wire conçus à l’origine pour permettre aux personnes handicapées de conduire. «Cette technologie a été rapidement adoptée par plusieurs équipementiers automobiles et industriels lors de la création de véhicules autonomes, car elle offre une fiabilité« fonctionnelle en cas de panne »dans les composants électromécaniques et électriques», explique Hemphill de Schaeffler. «Nous développons actuellement une version à grand volume de ce que nous appelons SpaceDrive III. Il comprendra des actionneurs et notre moteur électrique personnalisé, qui sont intégrés dans la boîte de vitesses. Ils auront les mêmes défis tribologiques que les essieux électriques. »

«La tribologie et les lubrifiants resteront pertinents et importants quelle que soit l’augmentation du nombre de véhicules électriques sur la route», note Erdemir. «Après tout, ils reposent tous sur des pièces mobiles telles que des roulements et des engrenages pour fonctionner de manière fiable et efficace.»

Cet article a été rédigé par la rédactrice technique Jeanna Van Rensselar. Une version légèrement différente de celui-ci est apparue pour la première fois dans Tribology & Lubrication Technology, le magazine mensuel de la Société des tribologues et des ingénieurs en lubrification, une société professionnelle internationale à but non lucratif dont le siège est à Park Ridge, Ill.