中国柴油机油标准发展历程及启示

吴章辉，赵鹏，何大礼

(东风商用车有限公司技术中心,湖北 十堰 442200)

0 引言

从20世纪80年代开始，我国的重负荷柴油机油规格就一直参照API的规格。若要了解中国的柴油机油标准发展历程，必须熟知美国API柴油机油发展历程。API目前是柴油机油产品规格和标准的三大制定机构之一，另外两家机构是ACEA(Association des Constructeurs Europeens，欧洲汽车制造商协会)和JASO(Japanese Automobile Standard Organization，日本汽车标准组织)[1]。自API标准发布以来，便深深影响着世界润滑油质量等级的制定和发展。API的柴油机油规格随着排放法规的变化也在不断进行调整。

1 柴油机油标准发展历程

1.1 API柴油机油标准发展历程

20世纪40年代，API发布了柴油机油第一代标准，标准相对简单，质量等级为CA的机油只是添加了少量添加剂，主要用来规定当时的轻、中负荷柴油机及其他较高质量要求的汽油发动机对润滑油的要求。为了适应高硫燃料柴油机的发展，API于1949年发布CB标准。随着低增压技术得到应用，相应地出现了无灰分散剂技术的柴油机油，同时柴油机的载荷也在不断增加，CC标准顺势而生，API于1961年发布CC标准。CD标准于1955年发布，此时出现了高速高功率增压柴油机，重载柴油机的普遍使用，自然要有相应的润滑油标准进行规范。CD油在相当长的时间内满足了柴油机间接喷射、涡轮中增压、较大负荷的要求。CC和CD级柴油机油规格沿用达30多年。

从80年代中后期开始，柴油机的性能升级显著加快，主要原因是发动机的燃烧效率不断改善，功率输出变大，使得发动机的热负荷及机械负荷不断增加，促使润滑油的性能提高。自20世纪80年代末、90年代初以来, API每隔4～5年推出一代新的柴油机油规格,以满足柴油发动机或车辆对润滑的更高要求。1988年,美国高速公路发展迅速,为了满足大功率重负荷柴油机用于集装箱运输,诞生了CE级柴油机油规格。这时候的柴油机油已经具备了清净分散性、热稳定性、极压抗磨性、高温抗氧化性等特征。1990年发布CF-4，随着燃油直喷技术的开发、发动机功率的增加，旧的柴机油已经不能适应时代的发展，新规定的柴油机油不仅适用于以往的重负荷柴油机，也适用于直喷、增压和低排放柴油车。CF于1994年发布，适用于对环保要求不严格的地区或汽车，施工机械使用固定式柴油机。

为了满足美国1994年PM的排放限值达到0.13 g/kW·h的要求,需采用硫含量小于0.003%的柴油。同时,为了解决因控制PM和NOx排放而导致烟炱含量升高问题,以及由此引发的发动机磨损问题,要求柴油机油具有更好的分散性能。1994年,推出了CG-4级柴油机油规格替代CF-4柴油机油规格。1998年发布CH-4，为了满足美国NOx排放限值为5.4 g/kW·h和PM排放限值为0.13 g/kW·h的要求，柴油发动机使用了延迟点火技术，这一技术的应用，要求柴油机油必须具有良好的烟炱分散性能和抗磨损性能等要求，CH-4应运而生。

2002年，美国宣布提前执行新的排放法规，要求NOx的排放指标在原来的水平上再降低50%,即由5.4 g/kW·h降至2.7 g/kW·h，这仅依靠延迟喷射的方式是难以实现的。新的柴油机设计采用废气再循环技术(EGR)，即以难燃的尾气来稀释空气和燃料的混合气以降低最高燃烧温度，减少NOx的生成。但EGR技术也给柴油机的润滑带来了不良影响,如烟炱及酸性物污染增加、柴油机油中不溶物含量增加、黏度增大、温度升高、发动机底盘油泥增多、发动机存在锈蚀和腐蚀等问题,因此要求柴油机油具备更加优异的高温黏度保持能力、防止蒸发能力、氧化安定性和高温沉积物控制能力、烟炱分散和处理能力、酸中和能力、有效的酸腐蚀防护能力以及降低发动机磨损能力等。2002年,推出了新的CI-4级柴油机油规格。2002年发布CI-4，也是为了适应环保法规，但由于原定2004年才执行的法规提前至2002年，很多测试还没有完成便匆忙上线新标准，导致新标准不能完全适应当时的环境，成为了过渡性标准。2004年,又改进了CI-4级柴油机油规格的部分性能,推出CI-4+级柴油机油规格。作为CI-4的补充，通过了各项台架试验，使标准更符合实际要求。

CJ-4在2006年发布，为了满足欧VI排放法规的要求而推出的，对硫、磷和硫酸盐灰分等指标进行了严格限定。要求柴油机油灰分不大于1.0%，磷含量不大于0.12%，硫含量不大于0.4%。这是API重负荷柴油机油首次对磷、硫和灰分提出限制。CJ-4级柴油机油在烟炱控制、抗磨性、抗剪切性、环保、降低油耗等综合性能方面优于Cl-4级柴油机油。

2016年12月1日，API新的机油标准CK-4和FA-4正式认证上市[2]。API 最新柴油机润滑油标准CK-4 和 FA-4 将满足柴油发动机制造商改进后对润滑油的性能要求。新的性能等级标准是基于现有API HDEO标准开发的，并通过防止机油氧化、发动机磨损、微粒过滤器阻塞、活塞积炭和低、高温性能下降而加强对发动机的保护。CK-4和FA-4将提供更好的燃油经济性。API CK-4 等级的润滑油将取代现行API CJ-4等级的发动机润滑油，并将兼容更多目前发动机制造商推荐使用CJ-4等级机油的发动机。API CK-4等级机油将在CJ-4等级机油基础上获得一系列改进，包括机油氧化、发动机磨损。API FA-4等级机油将在CJ-4等级机油基础上提供类似的改进，但API FA-4等级机油只适用于新生产的符合道路尾气排放法规要求的柴油发动机。API FA-4等级机油将兼容有限的或不能兼容已生产的符合道路排放法规要求的柴油发动机，这些发动机的制造商们会推荐用户使用CJ-4等级机油。API 开发了两种外观上不同的圆环认证标识以方便消费者轻松地区分两种机油类型。API FA-4等级机油的圆环认证标识包含一处红色阴影部分，以此区分于CK-4等级机油。API CK-4等级机油的圆环认证标识将与现在的CJ-4等级机油的标识一致。API新标准圆环标识见图1。

CK-4标识 FA-4标识

从柴机油API标准的发展历程来看，主要可以分为两个阶段：20世纪90年代以前主要以技术发展为导向进行润滑油标准升级更新，而90年代以后环保成为标准更新的主要方向，技术也越来越完善。将API柴油机油发展历程浓缩成一张表格，参见表1。

表1 API柴油机油规格发展历程[3]

1.2 中国柴油机油发展历程

中国润滑油标准及技术规范发展很快，最初淘汰了机械油、普通液压油、双曲线齿轮油、14号柴油机油等规格的产品[4]。柴油机油我国原有CA柴油机油(GB 5323-85)，己于1995年12月21日起废除。L-ECC(GB 11122-89)和L-ECD(GB 11123-89)两个品种，已在1997年发布为系列产品标准，把L-ECC和L-ECD柴油机油分别改名为CC和CD柴油机油，但没有实质性的指标变化。在1992年清理整顿中，石油产品各技术归口单位将原部标准(YS)及专业标准(ZBE)转为行业标准(SH)的标准编写格式进行修改，并归中国石化总公司备案。1993年10月20日，国家技术监督局重新向社会公告了强制国家标准。1993年12月31日，中国石化总公司发布强制性石油化工行业标准。在1993年版石油产品标准的基础上进行修订后合并，使石油产品向国际化靠拢，并形成系列化，最后形成1998版(石油及石油化工产品标准汇编》。2006年7月18日，国家标准化管理委员会批准发布了GB 11122-2006柴油机油标准，取代了GB 11122-1997，适用于以柴油为燃料的四冲程柴油发动机。本标准将柴油质量等级分为CC、CD、CF、CF-4、CH-4和CI-4等6个柴油机油质量等级[5]。中国柴油机油标准发展历程见表2。

表2 中国柴油机油标准发展历程

同API标准比较，中国的柴油机油标准相对要滞后，中国目前还没有将FA-4、CK-4以及CJ-4列入国家标准中。中国也没有发布CB、CE、CG等等级的柴油机油标准。

1.3 柴油机油规格发展动力

为了满足日益严格的排放法规,发动机设计商和生产商推出了新的发动机硬件技术,推动了发动机油规格的发展,从而促进了更高等级发动机油的诞生。柴油机油的发展动力归纳起来为4个“E”[6]，即Emission (排放)、Economy (燃料经济性)、Evolution(技术进步)、Extended(延长换油期)。

Emission (排放) 主要是来自政府要求改善排放的压力，如降低PM颗粒物含量、降低NOx排放。燃料硫含量逐步降低也是推动柴油机油规格发展的动力之一。Economy (燃料经济性)主要是来自政府要求改善燃油经济性的压力。发动机制造厂不断采用新技术,使机油的设计运行条件越来越苛刻，Evolution(技术进步)包括发动机增压技术、直喷技术、中冷技术、多气门技术、高压共轨技术、尾气处理技术(如EGR技术、SCR技术、DPF技术等)。Extended(延长换油期)，使用超长换油周期机油，从大环境看，迎合了汽车行业节能、环保、高效的发展大趋势，在重卡行业，超长换油周期柴机油能够使车辆运输效率得到大幅提升，对每一个卡车司机都是一记福音。目前，中国重负荷发动机油换油周期普遍较短，柴机油仅有20000 km，燃气发动机油约为15000 km，已经远远不能满足重型载货车市场的高端化需求，行业有实力的润滑油厂商，对更长换油周期机油积极研发与探索，无论技术或产品都取得了极大的进步。近两年来，各品牌超长换油周期柴机油陆续面世。2015年5月，福田汽车推出欧曼GTL超能版十万公里更换机油；2016年5月，壳牌推出专为解放JH6设计研发的长效超级润滑油，可以提供长达100000 km的超长换油周期；2016年6月，长城润滑油发布100000 km长寿命柴油机油，在国内率先实现了柴油机油产品的100000 km超长换油周期；上海纳克润滑技术有限公司推出了纳克极能S6全合成重负荷柴油机润滑油，这是一款全合成发动机润滑油，换油周期长达60000 km。超长换油期已经成为中重卡销售的一个卖点。

2 启示

我国已成为全球发动机和汽车产销量第一大国，润滑油消费第二大国。但是我国的柴油机油标准从20世纪80年代开始基本上还是直接采用美国的API柴油机油标准,但与此同时我国的柴油机排放却采用欧洲标准,因而存在着柴油机润滑油的性能和质量与柴油机技术和排放不适应的问题。一直沿用美国API标准，也造成了中国没有自己的润滑油规格标准的尴尬现实局面。中国的柴油机油标准更新速度滞后于美国的API标准，美国最新机油标准已经到CK-4和FA-4，中国的柴油机油国标仅仅更新到CI级别的机油，美国所谓的老标准很有可能是我国的新标准。

随着我国柴油机技术自主化率的不断提高，为了针对我国发动机技术特点和使用工况开发满足我国发动机润滑要求的润滑油，有必要建立国产柴油机试验台架，制定我国自己的柴油机油标准。

3 展望

建立我国的柴油机油标准势在必行。鼓舞人心的是，2016年9月13日，由中国内燃机学会、中国汽车工程师学会、东风商用车有限公司以及其他多家单位联合发起成立了中国自主发动机润滑油标准开发创新联盟。以创新的联盟合作形式，共同推进中国的汽车行业和润滑油行业的前瞻性发展，揭开了中国自主发动机润滑油体系建立的序幕，迈出了“实现自主润滑油标准体系中国梦”的第一步。标准开发创新联盟拟建立以东风DCi11、潍柴WP13、一汽CA6DM3、福田康明斯ISM为试验机型的台架试验方案，开发下一代重负荷车用柴油机油。可以预见，在不久的将来，中国将会逐步建立起自己的润滑油标准体系。