重負(fù)荷柴油機油CK-4和FA-4新規(guī)格介紹

張鵬 朱曉寧

關(guān)鍵詞：重負(fù)荷柴油機油;API;基礎(chǔ)油

2016年12月1日API提出新一代高性能重載柴油發(fā)動機油規(guī)范類別PC-11開始認(rèn)證。在此之后，兩種全新級別機油CK-4（Pc-11A）與FA-4（PC-11B）正式生效。美國API發(fā)布PC-11重負(fù)荷柴油機油規(guī)格，此規(guī)格受EPA（美國環(huán)保署）和NHTSA（美國高速公路安全管理局）改善溫室氣體排放和燃油經(jīng)濟性的要求驅(qū)動，于2018年強制實施。發(fā)動機制造商計劃將PC-11規(guī)格開始應(yīng)用于其2017年型號的發(fā)動機。

1新規(guī)格的提出

2014年1月30日，NCDT開發(fā)小組在芝加哥的會議上對PC-11規(guī)格分成兩個子規(guī)格進行了討論同時討論是否需要增加一個新的黏度等級來確保油品能夠發(fā)揮應(yīng)有的燃料經(jīng)濟性。PC-11規(guī)格分為PC-11A和PC-11B，其中PC-11A將包括目前的黏度等級如SAE 15W-dO，并兼容之前的油品分類包括今天的API CJ-4;PC-11B包括較輕黏度的柴油機油等級如SAE 5W-30、10W-30，通過控制高溫高剪切黏度來提高燃料經(jīng)濟性，這些輕黏度油品將適合2016年以后的車型，不再適用于以前的柴油發(fā)動機。

2新規(guī)格的組成及指標(biāo)要求

PC-11規(guī)格分為API CK-4（PC-llA）和API FA-4（PC-11B）兩個子規(guī)格，CK-4是CJ-4的延伸和進化，對于以往型號的發(fā)動機具有較好的兼容性，具有改進的抗氧化性、剪切穩(wěn)定性和空氣釋放性，對應(yīng)的黏度是XW-30及以上的黏度級別，高溫高剪切黏度要求在3.5cP以上，而FA-4是只關(guān)注燃油經(jīng)濟性的全新規(guī)格，只關(guān)注于低黏度級別燃油，對應(yīng)的黏度是XW-30及以下的黏度級別對于高溫高剪切黏度有非常嚴(yán)格的限制，規(guī)定高溫高剪切黏度只有滿足2.9～3.2cP，才能被稱之為FA-4級別油品。由于FA-4是全新的具有較高燃油經(jīng)濟性的規(guī)格，目前在北美市場還沒有較好的兼容性。所以FA-4油品在國內(nèi)外市場滲透仍需要一定的時間。目前在國內(nèi)外市場上，15W-dO是主流油品，同時受燃油經(jīng)濟性的驅(qū)動，一些低黏度油品呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，比如5W-30、10W-30。表1列出了主流的CK-4 15W-dO以及未來應(yīng)用越來越多的低黏度FA-4 10W-30和CK-4 10W-30油品的具體指標(biāo)要求。

3新規(guī)格的具體要求

PC-11規(guī)格對發(fā)動機提出了更高的保護。在改善性能方面主要包括：提高機油的抗氧化保護、增強機油的空氣卷入控制以及改善燃油經(jīng)濟性，能夠使發(fā)動機更高的溫度運行、保護軸承免受氣蝕造成的磨損、提供高于傳統(tǒng)的重型柴油發(fā)動機機油的燃油經(jīng)濟性。因此，PC-11帶來了巨大的挑戰(zhàn)，它必須保證在相對較低的黏度等級下提供更為持久卓越的引擎保護性能。

PC-11規(guī)格新增加了Volvo T-13氧化測試和CaterpillarC13機油空氣卷入測試。應(yīng)燃油經(jīng)濟性要求，低黏度是油品未來發(fā)展趨勢。CK-4相對于CJ-4，高溫高剪切黏度沒有太大變化，所以燃油經(jīng)濟性相當(dāng)，而API FA-4嚴(yán)格限制較低的高溫高剪切黏度值，因此具有更出眾的燃油經(jīng)濟性。但是兩種油品對于發(fā)動機引擎的持久保護力的要求是一樣的。VolvoT-13測試采用Mack MP8 USl0 505M直列6缸13升發(fā)動機，測試時長在360小時穩(wěn)態(tài)，測試的機油溫度130℃（主油道）和140℃（油底殼），測試時間長而且測試機油溫度高。測試要求T-13氧化峰高最高限值125，KV40增加（300-360小時）最高限值75%。Caterpillar機油空氣卷入測試：測試采用Caterpillar C13 ACERT直列6缸12.5升發(fā)動機，測試時長是50小時，通過測量機油密度的流量計，實時測量空氣卷入情況。測試要求空氣卷入限值為11.8%。

4柴油機油的組成及指標(biāo)要求

4.1基礎(chǔ)油方案

基礎(chǔ)油是影響多級油性質(zhì)的重要因素，是決定發(fā)動機油高低溫流變性及揮發(fā)性的關(guān)鍵組分。基礎(chǔ)油的餾程、脫蠟深度和精制深度直接影響多級油的質(zhì)量，一方面要求高溫性能好，以保證有較高的閃點和黏度;另一方面要求低溫性能好，以保證低溫下發(fā)動機順利啟動和潤滑。因此，在滿足低溫冷啟動性能的前提下，應(yīng)盡量提高油品的高溫使用性能。選用6cSt和106cSt作為基礎(chǔ)油體系進行考察，確定基礎(chǔ)油調(diào)和方案，分析數(shù)據(jù)見表2。

從表2不同比例的6cSt和106cSt基礎(chǔ)油調(diào)和性質(zhì)可見，該體系整體的低溫性能優(yōu)于采用外采基礎(chǔ)油的體系，隨著106cSt加入量越大，低溫動力黏度（-20℃）從1289 mPa·s增長到6389mPa·s，因此綜合考慮黏度和高溫高剪切黏度CK-415W-40基礎(chǔ)油配方體系選擇6cSt：106cSt在75：25-25：75之間。同時，基礎(chǔ)油體系同樣黏度情況下，低溫動力黏度和高溫高剪切黏度更低，更適宜開發(fā)CK-4和FA-4柴油機油。

4.2性能評價

制備柴油機油CK-4和FA-4，評價該油品的性能，分析數(shù)據(jù)見表3。

5結(jié)論

柴油機油CK-4 15W-40、CK-410W-30、FA-4 10W-30的理化性能均能滿足指標(biāo)要求，低溫性能、高溫高剪切優(yōu)異，在高低溫下均有優(yōu)良表現(xiàn)，柴油噴嘴90次循環(huán)后，依然能保持合適的黏度和高溫高剪切性能。高溫腐蝕臺架表明，柴油機油能夠有效保護發(fā)動機金屬部件，銅含量、鉛含量增加較低。