中國(guó)柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程及啟示

吳章輝，趙鵬，何大禮

(東風(fēng)商用車有限公司技術(shù)中心,湖北 十堰 442200)

0 引言

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

1 柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

1.1 API柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

20世紀(jì)40年代，API發(fā)布了柴油機(jī)油第一代標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)簡(jiǎn)單，質(zhì)量等級(jí)為CA的機(jī)油只是添加了少量添加劑，主要用來規(guī)定當(dāng)時(shí)的輕、中負(fù)荷柴油機(jī)及其他較高質(zhì)量要求的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)潤(rùn)滑油的要求。為了適應(yīng)高硫燃料柴油機(jī)的發(fā)展，API于1949年發(fā)布CB標(biāo)準(zhǔn)。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(jī)油，同時(shí)柴油機(jī)的載荷也在不斷增加，CC標(biāo)準(zhǔn)順勢(shì)而生，API于1961年發(fā)布CC標(biāo)準(zhǔn)。CD標(biāo)準(zhǔn)于1955年發(fā)布，此時(shí)出現(xiàn)了高速高功率增壓柴油機(jī)，重載柴油機(jī)的普遍使用，自然要有相應(yīng)的潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。CD油在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)滿足了柴油機(jī)間接噴射、渦輪中增壓、較大負(fù)荷的要求。CC和CD級(jí)柴油機(jī)油規(guī)格沿用達(dá)30多年。

從80年代中后期開始，柴油機(jī)的性能升級(jí)顯著加快，主要原因是發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率不斷改善，功率輸出變大，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷及機(jī)械負(fù)荷不斷增加，促使?jié)櫥偷男阅芴岣摺Ｗ?0世紀(jì)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(jī)油規(guī)格,以滿足柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛對(duì)潤(rùn)滑的更高要求。1988年,美國(guó)高速公路發(fā)展迅速,為了滿足大功率重負(fù)荷柴油機(jī)用于集裝箱運(yùn)輸,誕生了CE級(jí)柴油機(jī)油規(guī)格。這時(shí)候的柴油機(jī)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(dòng)機(jī)功率的增加，舊的柴機(jī)油已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，新規(guī)定的柴油機(jī)油不僅適用于以往的重負(fù)荷柴油機(jī)，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(duì)環(huán)保要求不嚴(yán)格的地區(qū)或汽車，施工機(jī)械使用固定式柴油機(jī)。

為了滿足美國(guó)1994年P(guān)M的排放限值達(dá)到0.13 g/kW·h的要求,需采用硫含量小于0.003%的柴油。同時(shí),為了解決因控制PM和NOx排放而導(dǎo)致煙炱含量升高問題,以及由此引發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)磨損問題,要求柴油機(jī)油具有更好的分散性能。1994年,推出了CG-4級(jí)柴油機(jī)油規(guī)格替代CF-4柴油機(jī)油規(guī)格。1998年發(fā)布CH-4，為了滿足美國(guó)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(dòng)機(jī)使用了延遲點(diǎn)火技術(shù)，這一技術(shù)的應(yīng)用，要求柴油機(jī)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(yùn)而生。

2002年，美國(guó)宣布提前執(zhí)行新的排放法規(guī)，要求NOx的排放指標(biāo)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(shí)現(xiàn)的。新的柴油機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)的潤(rùn)滑帶來了不良影響,如煙炱及酸性物污染增加、柴油機(jī)油中不溶物含量增加、黏度增大、溫度升高、發(fā)動(dòng)機(jī)底盤油泥增多、發(fā)動(dòng)機(jī)存在銹蝕和腐蝕等問題,因此要求柴油機(jī)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(hù)能力以及降低發(fā)動(dòng)機(jī)磨損能力等。2002年,推出了新的CI-4級(jí)柴油機(jī)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(cè)試還沒有完成便匆忙上線新標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致新標(biāo)準(zhǔn)不能完全適應(yīng)當(dāng)時(shí)的環(huán)境，成為了過渡性標(biāo)準(zhǔn)。2004年,又改進(jìn)了CI-4級(jí)柴油機(jī)油規(guī)格的部分性能,推出CI-4+級(jí)柴油機(jī)油規(guī)格。作為CI-4的補(bǔ)充，通過了各項(xiàng)臺(tái)架試驗(yàn)，使標(biāo)準(zhǔn)更符合實(shí)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(duì)硫、磷和硫酸鹽灰分等指標(biāo)進(jìn)行了嚴(yán)格限定。要求柴油機(jī)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(fù)荷柴油機(jī)油首次對(duì)磷、硫和灰分提出限制。CJ-4級(jí)柴油機(jī)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(jí)柴油機(jī)油。

2016年12月1日，API新的機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)CK-4和FA-4正式認(rèn)證上市[2]。API 最新柴油機(jī)潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)CK-4 和 FA-4 將滿足柴油發(fā)動(dòng)機(jī)制造商改進(jìn)后對(duì)潤(rùn)滑油的性能要求。新的性能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是基于現(xiàn)有API HDEO標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的，并通過防止機(jī)油氧化、發(fā)動(dòng)機(jī)磨損、微粒過濾器阻塞、活塞積炭和低、高溫性能下降而加強(qiáng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)。CK-4和FA-4將提供更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。API CK-4 等級(jí)的潤(rùn)滑油將取代現(xiàn)行API CJ-4等級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，并將兼容更多目前發(fā)動(dòng)機(jī)制造商推薦使用CJ-4等級(jí)機(jī)油的發(fā)動(dòng)機(jī)。API CK-4等級(jí)機(jī)油將在CJ-4等級(jí)機(jī)油基礎(chǔ)上獲得一系列改進(jìn)，包括機(jī)油氧化、發(fā)動(dòng)機(jī)磨損。API FA-4等級(jí)機(jī)油將在CJ-4等級(jí)機(jī)油基礎(chǔ)上提供類似的改進(jìn)，但API FA-4等級(jí)機(jī)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(dòng)機(jī)。API FA-4等級(jí)機(jī)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(dòng)機(jī)，這些發(fā)動(dòng)機(jī)的制造商們會(huì)推薦用戶使用CJ-4等級(jí)機(jī)油。API 開發(fā)了兩種外觀上不同的圓環(huán)認(rèn)證標(biāo)識(shí)以方便消費(fèi)者輕松地區(qū)分兩種機(jī)油類型。API FA-4等級(jí)機(jī)油的圓環(huán)認(rèn)證標(biāo)識(shí)包含一處紅色陰影部分，以此區(qū)分于CK-4等級(jí)機(jī)油。API CK-4等級(jí)機(jī)油的圓環(huán)認(rèn)證標(biāo)識(shí)將與現(xiàn)在的CJ-4等級(jí)機(jī)油的標(biāo)識(shí)一致。API新標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)標(biāo)識(shí)見圖1。

CK-4標(biāo)識(shí) FA-4標(biāo)識(shí)

從柴機(jī)油API標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程來看，主要可以分為兩個(gè)階段：20世紀(jì)90年代以前主要以技術(shù)發(fā)展為導(dǎo)向進(jìn)行潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)更新，而90年代以后環(huán)保成為標(biāo)準(zhǔn)更新的主要方向，技術(shù)也越來越完善。將API柴油機(jī)油發(fā)展歷程濃縮成一張表格，參見表1。

表1 API柴油機(jī)油規(guī)格發(fā)展歷程[3]

1.2 中國(guó)柴油機(jī)油發(fā)展歷程

中國(guó)潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范發(fā)展很快，最初淘汰了機(jī)械油、普通液壓油、雙曲線齒輪油、14號(hào)柴油機(jī)油等規(guī)格的產(chǎn)品[4]。柴油機(jī)油我國(guó)原有CA柴油機(jī)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(gè)品種，已在1997年發(fā)布為系列產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，把L-ECC和L-ECD柴油機(jī)油分別改名為CC和CD柴油機(jī)油，但沒有實(shí)質(zhì)性的指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)(YS)及專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(ZBE)轉(zhuǎn)為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SH)的標(biāo)準(zhǔn)編寫格式進(jìn)行修改，并歸中國(guó)石化總公司備案。1993年10月20日，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局重新向社會(huì)公告了強(qiáng)制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。1993年12月31日，中國(guó)石化總公司發(fā)布強(qiáng)制性石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在1993年版石油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂后合并，使石油產(chǎn)品向國(guó)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(biāo)準(zhǔn)匯編》。2006年7月18日，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布了GB 11122-2006柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)，取代了GB 11122-1997，適用于以柴油為燃料的四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。本標(biāo)準(zhǔn)將柴油質(zhì)量等級(jí)分為CC、CD、CF、CF-4、CH-4和CI-4等6個(gè)柴油機(jī)油質(zhì)量等級(jí)[5]。中國(guó)柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程見表2。

表2 中國(guó)柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

同API標(biāo)準(zhǔn)比較，中國(guó)的柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)要滯后，中國(guó)目前還沒有將FA-4、CK-4以及CJ-4列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中。中國(guó)也沒有發(fā)布CB、CE、CG等等級(jí)的柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 柴油機(jī)油規(guī)格發(fā)展動(dòng)力

為了滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī),發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)商和生產(chǎn)商推出了新的發(fā)動(dòng)機(jī)硬件技術(shù),推動(dòng)了發(fā)動(dòng)機(jī)油規(guī)格的發(fā)展,從而促進(jìn)了更高等級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)油的誕生。柴油機(jī)油的發(fā)展動(dòng)力歸納起來為4個(gè)“E”[6]，即Emission (排放)、Economy (燃料經(jīng)濟(jì)性)、Evolution(技術(shù)進(jìn)步)、Extended(延長(zhǎng)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(dòng)柴油機(jī)油規(guī)格發(fā)展的動(dòng)力之一。Economy (燃料經(jīng)濟(jì)性)主要是來自政府要求改善燃油經(jīng)濟(jì)性的壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠不斷采用新技術(shù),使機(jī)油的設(shè)計(jì)運(yùn)行條件越來越苛刻，Evolution(技術(shù)進(jìn)步)包括發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhǎng)換油期)，使用超長(zhǎng)換油周期機(jī)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(shì)，在重卡行業(yè)，超長(zhǎng)換油周期柴機(jī)油能夠使車輛運(yùn)輸效率得到大幅提升，對(duì)每一個(gè)卡車司機(jī)都是一記福音。目前，中國(guó)重負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)油換油周期普遍較短，柴機(jī)油僅有20000 km，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油約為15000 km，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足重型載貨車市場(chǎng)的高端化需求，行業(yè)有實(shí)力的潤(rùn)滑油廠商，對(duì)更長(zhǎng)換油周期機(jī)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(jìn)步。近兩年來，各品牌超長(zhǎng)換油周期柴機(jī)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(jī)油；2016年5月，殼牌推出專為解放JH6設(shè)計(jì)研發(fā)的長(zhǎng)效超級(jí)潤(rùn)滑油，可以提供長(zhǎng)達(dá)100000 km的超長(zhǎng)換油周期；2016年6月，長(zhǎng)城潤(rùn)滑油發(fā)布100000 km長(zhǎng)壽命柴油機(jī)油，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)油產(chǎn)品的100000 km超長(zhǎng)換油周期；上海納克潤(rùn)滑技術(shù)有限公司推出了納克極能S6全合成重負(fù)荷柴油機(jī)潤(rùn)滑油，這是一款全合成發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，換油周期長(zhǎng)達(dá)60000 km。超長(zhǎng)換油期已經(jīng)成為中重卡銷售的一個(gè)賣點(diǎn)。

2 啟示

我國(guó)已成為全球發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車產(chǎn)銷量第一大國(guó)，潤(rùn)滑油消費(fèi)第二大國(guó)。但是我國(guó)的柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)從20世紀(jì)80年代開始基本上還是直接采用美國(guó)的API柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn),但與此同時(shí)我國(guó)的柴油機(jī)排放卻采用歐洲標(biāo)準(zhǔn),因而存在著柴油機(jī)潤(rùn)滑油的性能和質(zhì)量與柴油機(jī)技術(shù)和排放不適應(yīng)的問題。一直沿用美國(guó)API標(biāo)準(zhǔn)，也造成了中國(guó)沒有自己的潤(rùn)滑油規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的尷尬現(xiàn)實(shí)局面。中國(guó)的柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)更新速度滯后于美國(guó)的API標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)最新機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)到CK-4和FA-4，中國(guó)的柴油機(jī)油國(guó)標(biāo)僅僅更新到CI級(jí)別的機(jī)油，美國(guó)所謂的老標(biāo)準(zhǔn)很有可能是我國(guó)的新標(biāo)準(zhǔn)。

隨著我國(guó)柴油機(jī)技術(shù)自主化率的不斷提高，為了針對(duì)我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)和使用工況開發(fā)滿足我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑要求的潤(rùn)滑油，有必要建立國(guó)產(chǎn)柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架，制定我國(guó)自己的柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)。

3 展望

建立我國(guó)的柴油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行。鼓舞人心的是，2016年9月13日，由中國(guó)內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)、中國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)、東風(fēng)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(guó)自主發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)中國(guó)的汽車行業(yè)和潤(rùn)滑油行業(yè)的前瞻性發(fā)展，揭開了中國(guó)自主發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油體系建立的序幕，邁出了“實(shí)現(xiàn)自主潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)體系中國(guó)夢(mèng)”的第一步。標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)創(chuàng)新聯(lián)盟擬建立以東風(fēng)DCi11、濰柴WP13、一汽CA6DM3、福田康明斯ISM為試驗(yàn)機(jī)型的臺(tái)架試驗(yàn)方案，開發(fā)下一代重負(fù)荷車用柴油機(jī)油。可以預(yù)見，在不久的將來，中國(guó)將會(huì)逐步建立起自己的潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)體系。