吳章輝，趙鵬，何大禮

(東風商用車有限公司技術(shù)中心,湖北 十堰 442200)

0 引言

從20世紀80年代開始，我國的重負荷柴油機油規(guī)格就一直參照API的規(guī)格。若要了解中國的柴油機油標準發(fā)展歷程，必須熟知美國API柴油機油發(fā)展歷程。API目前是柴油機油產(chǎn)品規(guī)格和標準的三大制定機構(gòu)之一，另外兩家機構(gòu)是ACEA(Association des Constructeurs Europeens，歐洲汽車制造商協(xié)會)和JASO(Japanese Automobile Standard Organization，日本汽車標準組織)[1]。自API標準發(fā)布以來，便深深影響著世界潤滑油質(zhì)量等級的制定和發(fā)展。API的柴油機油規(guī)格隨著排放法規(guī)的變化也在不斷進行調(diào)整。

1 柴油機油標準發(fā)展歷程

1.1 API柴油機油標準發(fā)展歷程

20世紀40年代，API發(fā)布了柴油機油第一代標準，標準相對簡單，質(zhì)量等級為CA的機油只是添加了少量添加劑，主要用來規(guī)定當時的輕、中負荷柴油機及其他較高質(zhì)量要求的汽油發(fā)動機對潤滑油的要求。為了適應(yīng)高硫燃料柴油機的發(fā)展，API于1949年發(fā)布CB標準。隨著低增壓技術(shù)得到應(yīng)用，相應(yīng)地出現(xiàn)了無灰分散劑技術(shù)的柴油機油，同時柴油機的載荷也在不斷增加，CC標準順勢而生，API于1961年發(fā)布CC標準。CD標準于1955年發(fā)布，此時出現(xiàn)了高速高功率增壓柴油機，重載柴油機的普遍使用，自然要有相應(yīng)的潤滑油標準進行規(guī)范。CD油在相當長的時間內(nèi)滿足了柴油機間接噴射、渦輪中增壓、較大負荷的要求。CC和CD級柴油機油規(guī)格沿用達30多年。

從80年代中后期開始，柴油機的性能升級顯著加快，主要原因是發(fā)動機的燃燒效率不斷改善，功率輸出變大，使得發(fā)動機的熱負荷及機械負荷不斷增加，促使?jié)櫥偷男阅芴岣?。?0世紀80年代末、90年代初以來, API每隔4～5年推出一代新的柴油機油規(guī)格,以滿足柴油發(fā)動機或車輛對潤滑的更高要求。1988年,美國高速公路發(fā)展迅速,為了滿足大功率重負荷柴油機用于集裝箱運輸,誕生了CE級柴油機油規(guī)格。這時候的柴油機油已經(jīng)具備了清凈分散性、熱穩(wěn)定性、極壓抗磨性、高溫抗氧化性等特征。1990年發(fā)布CF-4，隨著燃油直噴技術(shù)的開發(fā)、發(fā)動機功率的增加，舊的柴機油已經(jīng)不能適應(yīng)時代的發(fā)展，新規(guī)定的柴油機油不僅適用于以往的重負荷柴油機，也適用于直噴、增壓和低排放柴油車。CF于1994年發(fā)布，適用于對環(huán)保要求不嚴格的地區(qū)或汽車，施工機械使用固定式柴油機。

為了滿足美國1994年P(guān)M的排放限值達到0.13 g/kW·h的要求,需采用硫含量小于0.003%的柴油。同時,為了解決因控制PM和NOx排放而導致煙炱含量升高問題,以及由此引發(fā)的發(fā)動機磨損問題,要求柴油機油具有更好的分散性能。1994年,推出了CG-4級柴油機油規(guī)格替代CF-4柴油機油規(guī)格。1998年發(fā)布CH-4，為了滿足美國NOx排放限值為5.4 g/kW·h和PM排放限值為0.13 g/kW·h的要求，柴油發(fā)動機使用了延遲點火技術(shù)，這一技術(shù)的應(yīng)用，要求柴油機油必須具有良好的煙炱分散性能和抗磨損性能等要求，CH-4應(yīng)運而生。

2002年，美國宣布提前執(zhí)行新的排放法規(guī)，要求NOx的排放指標在原來的水平上再降低50%,即由5.4 g/kW·h降至2.7 g/kW·h，這僅依靠延遲噴射的方式是難以實現(xiàn)的。新的柴油機設(shè)計采用廢氣再循環(huán)技術(shù)(EGR)，即以難燃的尾氣來稀釋空氣和燃料的混合氣以降低最高燃燒溫度，減少NOx的生成。但EGR技術(shù)也給柴油機的潤滑帶來了不良影響,如煙炱及酸性物污染增加、柴油機油中不溶物含量增加、黏度增大、溫度升高、發(fā)動機底盤油泥增多、發(fā)動機存在銹蝕和腐蝕等問題,因此要求柴油機油具備更加優(yōu)異的高溫黏度保持能力、防止蒸發(fā)能力、氧化安定性和高溫沉積物控制能力、煙炱分散和處理能力、酸中和能力、有效的酸腐蝕防護能力以及降低發(fā)動機磨損能力等。2002年,推出了新的CI-4級柴油機油規(guī)格。2002年發(fā)布CI-4，也是為了適應(yīng)環(huán)保法規(guī)，但由于原定2004年才執(zhí)行的法規(guī)提前至2002年，很多測試還沒有完成便匆忙上線新標準，導致新標準不能完全適應(yīng)當時的環(huán)境，成為了過渡性標準。2004年,又改進了CI-4級柴油機油規(guī)格的部分性能,推出CI-4+級柴油機油規(guī)格。作為CI-4的補充，通過了各項臺架試驗，使標準更符合實際要求。

CJ-4在2006年發(fā)布，為了滿足歐VI排放法規(guī)的要求而推出的，對硫、磷和硫酸鹽灰分等指標進行了嚴格限定。要求柴油機油灰分不大于1.0%，磷含量不大于0.12%，硫含量不大于0.4%。這是API重負荷柴油機油首次對磷、硫和灰分提出限制。CJ-4級柴油機油在煙炱控制、抗磨性、抗剪切性、環(huán)保、降低油耗等綜合性能方面優(yōu)于Cl-4級柴油機油。

2016年12月1日，API新的機油標準CK-4和FA-4正式認證上市[2]。API 最新柴油機潤滑油標準CK-4 和 FA-4 將滿足柴油發(fā)動機制造商改進后對潤滑油的性能要求。新的性能等級標準是基于現(xiàn)有API HDEO標準開發(fā)的，并通過防止機油氧化、發(fā)動機磨損、微粒過濾器阻塞、活塞積炭和低、高溫性能下降而加強對發(fā)動機的保護。CK-4和FA-4將提供更好的燃油經(jīng)濟性。API CK-4 等級的潤滑油將取代現(xiàn)行API CJ-4等級的發(fā)動機潤滑油，并將兼容更多目前發(fā)動機制造商推薦使用CJ-4等級機油的發(fā)動機。API CK-4等級機油將在CJ-4等級機油基礎(chǔ)上獲得一系列改進，包括機油氧化、發(fā)動機磨損。API FA-4等級機油將在CJ-4等級機油基礎(chǔ)上提供類似的改進，但API FA-4等級機油只適用于新生產(chǎn)的符合道路尾氣排放法規(guī)要求的柴油發(fā)動機。API FA-4等級機油將兼容有限的或不能兼容已生產(chǎn)的符合道路排放法規(guī)要求的柴油發(fā)動機，這些發(fā)動機的制造商們會推薦用戶使用CJ-4等級機油。API 開發(fā)了兩種外觀上不同的圓環(huán)認證標識以方便消費者輕松地區(qū)分兩種機油類型。API FA-4等級機油的圓環(huán)認證標識包含一處紅色陰影部分，以此區(qū)分于CK-4等級機油。API CK-4等級機油的圓環(huán)認證標識將與現(xiàn)在的CJ-4等級機油的標識一致。API新標準圓環(huán)標識見圖1。

CK-4標識 FA-4標識

從柴機油API標準的發(fā)展歷程來看，主要可以分為兩個階段：20世紀90年代以前主要以技術(shù)發(fā)展為導向進行潤滑油標準升級更新，而90年代以后環(huán)保成為標準更新的主要方向，技術(shù)也越來越完善。將API柴油機油發(fā)展歷程濃縮成一張表格，參見表1。

表1 API柴油機油規(guī)格發(fā)展歷程[3]

1.2 中國柴油機油發(fā)展歷程

中國潤滑油標準及技術(shù)規(guī)范發(fā)展很快，最初淘汰了機械油、普通液壓油、雙曲線齒輪油、14號柴油機油等規(guī)格的產(chǎn)品[4]。柴油機油我國原有CA柴油機油(GB 5323-85)，己于1995年12月21日起廢除。L-ECC(GB 11122-89)和L-ECD(GB 11123-89)兩個品種，已在1997年發(fā)布為系列產(chǎn)品標準，把L-ECC和L-ECD柴油機油分別改名為CC和CD柴油機油，但沒有實質(zhì)性的指標變化。在1992年清理整頓中，石油產(chǎn)品各技術(shù)歸口單位將原部標準(YS)及專業(yè)標準(ZBE)轉(zhuǎn)為行業(yè)標準(SH)的標準編寫格式進行修改，并歸中國石化總公司備案。1993年10月20日，國家技術(shù)監(jiān)督局重新向社會公告了強制國家標準。1993年12月31日，中國石化總公司發(fā)布強制性石油化工行業(yè)標準。在1993年版石油產(chǎn)品標準的基礎(chǔ)上進行修訂后合并，使石油產(chǎn)品向國際化靠攏，并形成系列化，最后形成1998版(石油及石油化工產(chǎn)品標準匯編》。2006年7月18日，國家標準化管理委員會批準發(fā)布了GB 11122-2006柴油機油標準，取代了GB 11122-1997，適用于以柴油為燃料的四沖程柴油發(fā)動機。本標準將柴油質(zhì)量等級分為CC、CD、CF、CF-4、CH-4和CI-4等6個柴油機油質(zhì)量等級[5]。中國柴油機油標準發(fā)展歷程見表2。

表2 中國柴油機油標準發(fā)展歷程

同API標準比較，中國的柴油機油標準相對要滯后，中國目前還沒有將FA-4、CK-4以及CJ-4列入國家標準中。中國也沒有發(fā)布CB、CE、CG等等級的柴油機油標準。

1.3 柴油機油規(guī)格發(fā)展動力

為了滿足日益嚴格的排放法規(guī),發(fā)動機設(shè)計商和生產(chǎn)商推出了新的發(fā)動機硬件技術(shù),推動了發(fā)動機油規(guī)格的發(fā)展,從而促進了更高等級發(fā)動機油的誕生。柴油機油的發(fā)展動力歸納起來為4個“E”[6]，即Emission (排放)、Economy (燃料經(jīng)濟性)、Evolution(技術(shù)進步)、Extended(延長換油期)。

Emission (排放) 主要是來自政府要求改善排放的壓力，如降低PM顆粒物含量、降低NOx排放。燃料硫含量逐步降低也是推動柴油機油規(guī)格發(fā)展的動力之一。Economy (燃料經(jīng)濟性)主要是來自政府要求改善燃油經(jīng)濟性的壓力。發(fā)動機制造廠不斷采用新技術(shù),使機油的設(shè)計運行條件越來越苛刻，Evolution(技術(shù)進步)包括發(fā)動機增壓技術(shù)、直噴技術(shù)、中冷技術(shù)、多氣門技術(shù)、高壓共軌技術(shù)、尾氣處理技術(shù)(如EGR技術(shù)、SCR技術(shù)、DPF技術(shù)等)。Extended(延長換油期)，使用超長換油周期機油，從大環(huán)境看，迎合了汽車行業(yè)節(jié)能、環(huán)保、高效的發(fā)展大趨勢，在重卡行業(yè)，超長換油周期柴機油能夠使車輛運輸效率得到大幅提升，對每一個卡車司機都是一記福音。目前，中國重負荷發(fā)動機油換油周期普遍較短，柴機油僅有20000 km，燃氣發(fā)動機油約為15000 km，已經(jīng)遠遠不能滿足重型載貨車市場的高端化需求，行業(yè)有實力的潤滑油廠商，對更長換油周期機油積極研發(fā)與探索，無論技術(shù)或產(chǎn)品都取得了極大的進步。近兩年來，各品牌超長換油周期柴機油陸續(xù)面世。2015年5月，福田汽車推出歐曼GTL超能版十萬公里更換機油；2016年5月，殼牌推出專為解放JH6設(shè)計研發(fā)的長效超級潤滑油，可以提供長達100000 km的超長換油周期；2016年6月，長城潤滑油發(fā)布100000 km長壽命柴油機油，在國內(nèi)率先實現(xiàn)了柴油機油產(chǎn)品的100000 km超長換油周期；上海納克潤滑技術(shù)有限公司推出了納克極能S6全合成重負荷柴油機潤滑油，這是一款全合成發(fā)動機潤滑油，換油周期長達60000 km。超長換油期已經(jīng)成為中重卡銷售的一個賣點。

2 啟示

我國已成為全球發(fā)動機和汽車產(chǎn)銷量第一大國，潤滑油消費第二大國。但是我國的柴油機油標準從20世紀80年代開始基本上還是直接采用美國的API柴油機油標準,但與此同時我國的柴油機排放卻采用歐洲標準,因而存在著柴油機潤滑油的性能和質(zhì)量與柴油機技術(shù)和排放不適應(yīng)的問題。一直沿用美國API標準，也造成了中國沒有自己的潤滑油規(guī)格標準的尷尬現(xiàn)實局面。中國的柴油機油標準更新速度滯后于美國的API標準，美國最新機油標準已經(jīng)到CK-4和FA-4，中國的柴油機油國標僅僅更新到CI級別的機油，美國所謂的老標準很有可能是我國的新標準。

隨著我國柴油機技術(shù)自主化率的不斷提高，為了針對我國發(fā)動機技術(shù)特點和使用工況開發(fā)滿足我國發(fā)動機潤滑要求的潤滑油，有必要建立國產(chǎn)柴油機試驗臺架，制定我國自己的柴油機油標準。

3 展望

建立我國的柴油機油標準勢在必行。鼓舞人心的是，2016年9月13日，由中國內(nèi)燃機學會、中國汽車工程師學會、東風商用車有限公司以及其他多家單位聯(lián)合發(fā)起成立了中國自主發(fā)動機潤滑油標準開發(fā)創(chuàng)新聯(lián)盟。以創(chuàng)新的聯(lián)盟合作形式，共同推進中國的汽車行業(yè)和潤滑油行業(yè)的前瞻性發(fā)展，揭開了中國自主發(fā)動機潤滑油體系建立的序幕，邁出了“實現(xiàn)自主潤滑油標準體系中國夢”的第一步。標準開發(fā)創(chuàng)新聯(lián)盟擬建立以東風DCi11、濰柴WP13、一汽CA6DM3、福田康明斯ISM為試驗機型的臺架試驗方案，開發(fā)下一代重負荷車用柴油機油。可以預(yù)見，在不久的將來，中國將會逐步建立起自己的潤滑油標準體系。