重負(fù)荷柴油機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)油規(guī)范類(lèi)別PC-11開(kāi)始認(rèn)證。在此之后，兩種全新級(jí)別機(jī)油CK-4（Pc-11A）與FA-4（PC-11B）正式生效。美國(guó)API發(fā)布PC-11重負(fù)荷柴油機(jī)油規(guī)格，此規(guī)格受EPA（美國(guó)環(huán)保署）和NHTSA（美國(guó)高速公路安全管理局）改善溫室氣體排放和燃油經(jīng)濟(jì)性的要求驅(qū)動(dòng)，于2018年強(qiáng)制實(shí)施。發(fā)動(dòng)機(jī)制造商計(jì)劃將PC-11規(guī)格開(kāi)始應(yīng)用于其2017年型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)。

1新規(guī)格的提出

2014年1月30日，NCDT開(kāi)發(fā)小組在芝加哥的會(huì)議上對(duì)PC-11規(guī)格分成兩個(gè)子規(guī)格進(jìn)行了討論同時(shí)討論是否需要增加一個(gè)新的黏度等級(jí)來(lái)確保油品能夠發(fā)揮應(yīng)有的燃料經(jīng)濟(jì)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(jí)如SAE 15W-dO，并兼容之前的油品分類(lèi)包括今天的API CJ-4;PC-11B包括較輕黏度的柴油機(jī)油等級(jí)如SAE 5W-30、10W-30，通過(guò)控制高溫高剪切黏度來(lái)提高燃料經(jīng)濟(jì)性，這些輕黏度油品將適合2016年以后的車(chē)型，不再適用于以前的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

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(gè)子規(guī)格，CK-4是CJ-4的延伸和進(jìn)化，對(duì)于以往型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)具有較好的兼容性，具有改進(jìn)的抗氧化性、剪切穩(wěn)定性和空氣釋放性，對(duì)應(yīng)的黏度是XW-30及以上的黏度級(jí)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(jì)性的全新規(guī)格，只關(guān)注于低黏度級(jí)別燃油，對(duì)應(yīng)的黏度是XW-30及以下的黏度級(jí)別對(duì)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(jí)別油品。由于FA-4是全新的具有較高燃油經(jīng)濟(jì)性的規(guī)格，目前在北美市場(chǎng)還沒(méi)有較好的兼容性。所以FA-4油品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)滲透仍需要一定的時(shí)間。目前在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上，15W-dO是主流油品，同時(shí)受燃油經(jīng)濟(jì)性的驅(qū)動(dòng)，一些低黏度油品呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)，比如5W-30、10W-30。表1列出了主流的CK-4 15W-dO以及未來(lái)應(yīng)用越來(lái)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提出了更高的保護(hù)。在改善性能方面主要包括：提高機(jī)油的抗氧化保護(hù)、增強(qiáng)機(jī)油的空氣卷入控制以及改善燃油經(jīng)濟(jì)性，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)更高的溫度運(yùn)行、保護(hù)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(dòng)機(jī)機(jī)油的燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，PC-11帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，它必須保證在相對(duì)較低的黏度等級(jí)下提供更為持久卓越的引擎保護(hù)性能。

PC-11規(guī)格新增加了Volvo T-13氧化測(cè)試和CaterpillarC13機(jī)油空氣卷入測(cè)試。應(yīng)燃油經(jīng)濟(jì)性要求，低黏度是油品未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。CK-4相對(duì)于CJ-4，高溫高剪切黏度沒(méi)有太大變化，所以燃油經(jīng)濟(jì)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(jì)性。但是兩種油品對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)引擎的持久保護(hù)力的要求是一樣的。VolvoT-13測(cè)試采用Mack MP8 USl0 505M直列6缸13升發(fā)動(dòng)機(jī)，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)在360小時(shí)穩(wěn)態(tài)，測(cè)試的機(jī)油溫度130℃（主油道）和140℃（油底殼），測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)而且測(cè)試機(jī)油溫度高。測(cè)試要求T-13氧化峰高最高限值125，KV40增加（300-360小時(shí)）最高限值75%。Caterpillar機(jī)油空氣卷入測(cè)試：測(cè)試采用Caterpillar C13 ACERT直列6缸12.5升發(fā)動(dòng)機(jī)，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)是50小時(shí)，通過(guò)測(cè)量機(jī)油密度的流量計(jì)，實(shí)時(shí)測(cè)量空氣卷入情況。測(cè)試要求空氣卷入限值為11.8%。

4柴油機(jī)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(jí)油性質(zhì)的重要因素，是決定發(fā)動(dòng)機(jī)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(jí)油的質(zhì)量，一方面要求高溫性能好，以保證有較高的閃點(diǎn)和黏度;另一方面要求低溫性能好，以保證低溫下發(fā)動(dòng)機(jī)順利啟動(dòng)和潤(rùn)滑。因此，在滿足低溫冷啟動(dòng)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(jìn)行考察，確定基礎(chǔ)油調(diào)和方案，分析數(shù)據(jù)見(jiàn)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(jiàn)，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(dòng)力黏度（-20℃）從1289 mPa·s增長(zhǎng)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(shí)，基礎(chǔ)油體系同樣黏度情況下，低溫動(dòng)力黏度和高溫高剪切黏度更低，更適宜開(kāi)發(fā)CK-4和FA-4柴油機(jī)油。

4.2性能評(píng)價(jià)

制備柴油機(jī)油CK-4和FA-4，評(píng)價(jià)該油品的性能，分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

5結(jié)論

柴油機(jī)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(tái)架表明，柴油機(jī)油能夠有效保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)金屬部件，銅含量、鉛含量增加較低。