李秀濤　馮葉

摘要：文章介紹了北美新一代重負荷發(fā)動機油規(guī)格（PC-11）2014年最新進展情況，其中包括新規(guī)格與CJ-4規(guī)格的發(fā)動機試驗對比情況、增加新發(fā)動機試驗的原因以及新發(fā)動機試驗的特點和開發(fā)進度。同時還介紹了PC-11將要包含的兩個新規(guī)格情況以及PC-11實施時間表。

關鍵詞：重負荷發(fā)動機油規(guī)格；PC-11；Mack T-13；CAT-EOAT；DD13

中圖分類號：TE626.32文獻標識碼：A

Abstract：This article described the latest developments of the new heavy-duty diesel engine oil specification （PC-11） in North America in 2014， which includes the engine test comparisons between PC-11 and CJ-4， the motivation for adding new engine tests and the characteristics and developments of the new engine tests. The two subcategories of PC-11 and the specification timeline were also introduced.

Key words：heavy-duty diesel engine oil specification； PC-11； Mack T-13； CAT-EOAT； DD13

0引言

隨著發(fā)動機技術的不斷發(fā)展、車輛燃油經濟性標準的提高以及排放法規(guī)的要求越來越苛刻，特別是在2011年美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）頒布的對中高負荷卡車限制溫室氣體排放和提高燃油經濟性的法規(guī)，使得車輛和發(fā)動機廠商積極推動重負荷發(fā)動機油規(guī)格的發(fā)展[1]。2011年6月美國發(fā)動機制造商協(xié)會（EMA）和美國卡車制造商協(xié)會（TMA）向美國石油學會（API）的柴機油顧問小組（DEOP）提交了開發(fā)新規(guī)格（PC-11）的請求，隨后在12月份舉行的重負荷發(fā)動機油分類小組會議上通過了開發(fā)新柴油機油規(guī)格的方案，并初步決定新規(guī)格將于2016年1月份開始實施。與2006年10月15日開始注冊認證的CJ-4規(guī)格相比，新規(guī)格加強了發(fā)動機油在燃油經濟性、抗氧化硝化、抗黏著磨損和防止機油內空氣卷入等方面的性能。

眾所周知，我國的發(fā)動機油質量規(guī)格標準主要參考美國的標準制定，因此研究美國重負荷發(fā)動機油規(guī)格目前狀況及其發(fā)展方向，對我國潤滑油行業(yè)和汽車工業(yè)具有重要意義。

1PC-11新增發(fā)動機試驗

到目前為止，根據新規(guī)格開發(fā)小組（NCET）發(fā)布的信息，新規(guī)格PC-11與CJ-4相比在化學元素含量指標方面并沒有變化，一個主要區(qū)別是PC-11可能會有三個新增發(fā)動機試驗[2]。表1為PC-11與CJ-4發(fā)動機試驗對比情況，從表1可以看出PC-11的大部分發(fā)動機試驗都是從CJ-4移植過來的，僅新增了三個試驗，分別為：Mack T-13（熱穩(wěn)定性試驗）、CAT-EOAT（充氣試驗）和DD13（活塞/缸套擦傷試驗）。下面將對增加這三個發(fā)動機試驗的原因、它們各自的特點以及最新進展狀況進行說明。

1.1熱穩(wěn)定性試驗

考慮到將在2016年頒布實施的節(jié)能汽機油規(guī)格GF-6中會采用新的氧化試驗代替Seq ⅢG試驗，但是到目前為止該新氧化試驗還沒有完全確定，所以到時候PC-11可能會面臨沒有合適的氧化試驗的情況，因此美國發(fā)動機制造商協(xié)會要求在PC-11中采用新的氧化試驗以取代Seq ⅢG試驗。由馬克和沃爾沃動力總成部門聯(lián)合研制的Mack T-13試驗很有可能被采納為新的氧化試驗，該試驗所用發(fā)動機為帶有廢氣循環(huán)（EGR）和可變截面渦輪增壓系統(tǒng)（VGT）的六缸四沖程Mack MP-8柴油發(fā)動機。試驗計劃在轉速為1500 r/min、載荷為2200 Nm和機油溫度為88 ℃條件下運行360 h，并且在運行過程中通過EGR和VGT控制系統(tǒng)精確控制進氣歧管中CO2含量和進氣歧管壓力，具體參數分別為（2.06±0.05）%和（232±5）kPa。試驗結束后通過分析機油氧化硝化、活塞/缸套磨損、軸瓦腐蝕以及機油耗等情況考察油品的熱穩(wěn)定性能力，但具體指標尚未公布。不過由于該試驗耗時較長且費用十分昂貴，不太適合基礎油互換試驗，所以其中的一些重要參數和關鍵指標有待商榷。該試驗已于2012年啟動，現(xiàn)在已完成前期試驗，正在對低黏度機油進行測試，下一步有望進行精確的矩陣試驗。

規(guī)格標準另外需要指出的是，在PC-11中Mack T-13試驗并不會取代Mack T-12試驗，Mack T-12試驗將會繼續(xù)用來檢測缸套和活塞環(huán)磨損，當然，其中一些檢測指標可能會被提高。

1.2發(fā)動機油充氣試驗

目前，CJ-4規(guī)格中的發(fā)動機油充氣試驗（ASTM D 6894）采用納威司達（Navistar）旗下的萬國卡車（International Truck）發(fā)動機，該方法存在兩個問題：（1）不能有效反映不同發(fā)動機油的抗空氣卷入性能的真實差別；（2）測試結果的重復性和再現(xiàn)性較差?？ㄌ乇死展緸榇碎_發(fā)了一個新的發(fā)動機油充氣試驗（CAT-EOAT），該試驗是基于CAT C13發(fā)動機，采用高速空轉（1800 r/min）無負載模式并使用微動技術進行測量空氣卷入體積（注：微動技術可以實時精確測量發(fā)動機油密度）。圖1展示了采用這兩種方法分別對兩種不同機油的測試結果[1]，從圖1可以看出，使用納威司達方法進行測試，兩種機油的空氣卷入量沒有明顯的區(qū)別；而使用卡特彼勒方法，兩種機油的空氣卷入量則出現(xiàn)了較大的差異，這說明卡特彼勒方法比納威司達方法能夠更有效地反映不同機油的抗空氣卷入性能。

現(xiàn)在卡特彼勒公司開發(fā)的發(fā)動機油充氣試驗已經基本完成，該試驗也得到了代表潤滑油和添加劑公司利益的美國化學委員會的支持和認可，并且在最近一次的工作會議上也通過了投票，所以該試驗方法肯定會在PC-11中出現(xiàn)[3]。

1.3活塞環(huán)/缸套擦傷試驗

隨著燃油經濟性的要求越來越高，發(fā)動機油向低黏度化發(fā)展成為不可避免的趨勢，因此新規(guī)格必須要加強發(fā)動機油的抗磨損性能。根據發(fā)動機內部磨損的特點，其磨損主要分為兩種情況，一種是磨料磨損，所謂磨料磨損指的是兩個摩擦副之間由于存在其他顆粒物質而引起的磨損；另一種是黏著磨損，它是指滑動摩擦時摩擦副接觸面局部發(fā)生金屬黏著，發(fā)生金屬黏著的主要原因是由于摩擦副之間油膜太薄或者沒有油膜，使得兩個摩擦副直接接觸在一起，在足夠大的外力作用下發(fā)生金屬黏著。對于發(fā)動機來說通常發(fā)生在活塞上下止點，然后在隨后的相對滑動中黏著處被破壞，有金屬屑粒從零件表面被拉拽下來，從而造成零件表面的擦傷或刮傷。從圖2中可以看出CJ-4規(guī)格主要重點保護混合潤滑和流體潤滑區(qū)域，所以該規(guī)格并沒有直接測定抗黏著磨損性能的發(fā)動機試驗（注：Caterpillar 1N發(fā)動機試驗中雖然有對活塞/缸套擦傷情況的考察，但是并沒有具體的定量指標考核發(fā)動機油的抗黏著磨損性能）；而隨著PC-11低黏度規(guī)格的推出，油膜厚度將會減小，發(fā)動機油的抗黏著磨損性能勢必會成為衡量發(fā)動機油性能的重要指標，因此開發(fā)能夠有效評估發(fā)動機油抗黏著磨損性能的發(fā)動機試驗顯得十分迫切。

DD13擦傷試驗是主要由戴姆勒和路博潤進行合作開發(fā)，試驗采用底特律DD13型號發(fā)動機，通過預設的發(fā)動機參數和工況（運行時間為125 h或150 h，發(fā)動機功率逐步增加到510 hp）使缸套出現(xiàn)擦傷現(xiàn)象，如圖3所示，并根據產生擦傷的時間長短、頂環(huán)磨損情況以及對油品理化性能的分析（包括金屬鐵和鉻的含量），來考察發(fā)動機油的抗黏著磨損性能。原定于今年進行的矩陣試驗很可能會被推遲，主要原因是目前該試驗方法還存在一些問題急需解決，比如，該方法在不同實驗室的再現(xiàn)性較差以及該方法與行車試驗的關聯(lián)性還受到質疑。在下一次新規(guī)格開發(fā)小組（NCDT）會議上將會討論如何加快DD13試驗的進展。

通常認為油膜厚度越薄，發(fā)動機運行時阻力越小，燃油經濟性也就越好。所以美國發(fā)動機制造商協(xié)會建議PC-11分為兩個規(guī)格：一個是高溫高剪切（HTHS）黏度不小于3.5 mm2/s的PC-11A，另一個是高溫高剪切黏度最小值位于2.9 ～ 3.3 mm2/s之間（具體數值還未確定）的PC-11B。PC-11A的黏度指標與CJ-4相同，可以兼容老的油品質量規(guī)格，適用于2016年之前的發(fā)動機；而PC-11B由于黏度較低，適用于2016年之后新開發(fā)的并且有燃油經濟性要求的發(fā)動機。通過降低高溫高剪切黏度來實現(xiàn)燃油經濟性的做法，與歐洲汽車制造商協(xié)會（ACEA）制定標準的思路相一致。

現(xiàn)在主要的問題是怎樣命名這兩種規(guī)格以區(qū)分它們黏度上的不同，同時又與傳統(tǒng)的命名方法相統(tǒng)一。目前來看，主要有兩種方案[3]：一種是兩個不同黏度規(guī)格都命名為CK-4，但是要在限制性條款中對兩種不同黏度規(guī)格進行說明，高黏度規(guī)格可以兼容老的油品質量規(guī)格，而低黏度規(guī)格則不可以；另外一種方案是，高黏度規(guī)格命名為CK-4，低黏度規(guī)格命名為DK-4，這樣CK-4作為傳統(tǒng)命名方式延續(xù)下來的新規(guī)格可以兼容老的油品質量規(guī)格，而與之相平行存在DK-4則作為未來具有燃油經濟性功能的質量規(guī)格。在2014年1月份舉行的工作會議上后一種方案獲得了較為廣泛的支持。

3PC-11實施時間表[4]

原定于2016年1月1日發(fā)布實施的新一代美國重負荷發(fā)動機油規(guī)格PC-11，可能會推遲三個月至4月1日或更晚才開始實施。主要原因是由于一些新增的發(fā)動機試驗進展不順利還需要更多時間進行開發(fā)，同時一些添加劑公司表示由于2016年還有另一個新的輕負荷發(fā)動機油規(guī)格（GF-6）將要發(fā)布實施，因此他們需要更多的時間來進行兩種新規(guī)格產品的開發(fā)。

4結束語

本文概述了北美新一代重負荷發(fā)動機油規(guī)格（PC-11）2014年最新進展情況，同時詳細介紹了新規(guī)格中三個新增發(fā)動機試驗的特點和進度。整體來看，新規(guī)格將向低黏度化發(fā)展但同時兼顧對老規(guī)格的兼容性，并加強了發(fā)動機油在燃油經濟性、抗氧化硝化、抗黏著磨損和防止機油內空氣卷入等方面的性能。其中，這給添加劑公司和油公司帶來的最大挑戰(zhàn)是，如何解決油品低黏度化帶來的發(fā)動機磨損問題。而要有效解決該問題，需要添加劑公司、油公司以及發(fā)動機制造商共同協(xié)作開發(fā)高性能油品和改進發(fā)動機技術。

參考文獻：

[1] Jean Van Rensselar. PC-11 and GF-6： New Engines Drives Change in Oil Specs[C]∥Society of Tribologists and Lubrication Engineers， January 01， 2013.

[2]Ben Weber. GF-6&PC-11 their Drivers the 11 New Test Development and Timing of Each API Category[C]∥2013大連潤滑油技術經濟論壇論文專輯，2013：364-369.

[3]Steve Swedberg. PC-11 Team Ponders New Viscosity Grade[C]∥Lube Report， February 2， 2014.

[4]Steve Swedberg. EMA Requests PC-11 Delay. Lube Report[EB/OL].http∥www.lubesngreases.com/lubereport/1345/other/-4435.html， 2013-11-20.收稿日期：2014-10-15。