2014年北美重负荷发动机油规格PC—11最新进展

李秀涛　冯叶

摘要：文章介绍了北美新一代重负荷发动机油规格（PC-11）2014年最新进展情况，其中包括新规格与CJ-4规格的发动机试验对比情况、增加新发动机试验的原因以及新发动机试验的特点和开发进度。同时还介绍了PC-11将要包含的两个新规格情况以及PC-11实施时间表。

关键词：重负荷发动机油规格；PC-11；Mack T-13；CAT-EOAT；DD13

中图分类号：TE626.32文献标识码：A

Abstract：This article described the latest developments of the new heavy-duty diesel engine oil specification （PC-11） in North America in 2014， which includes the engine test comparisons between PC-11 and CJ-4， the motivation for adding new engine tests and the characteristics and developments of the new engine tests. The two subcategories of PC-11 and the specification timeline were also introduced.

Key words：heavy-duty diesel engine oil specification； PC-11； Mack T-13； CAT-EOAT； DD13

0引言

随着发动机技术的不断发展、车辆燃油经济性标准的提高以及排放法规的要求越来越苛刻，特别是在2011年美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）颁布的对中高负荷卡车限制温室气体排放和提高燃油经济性的法规，使得车辆和发动机厂商积极推动重负荷发动机油规格的发展[1]。2011年6月美国发动机制造商协会（EMA）和美国卡车制造商协会（TMA）向美国石油学会（API）的柴机油顾问小组（DEOP）提交了开发新规格（PC-11）的请求，随后在12月份举行的重负荷发动机油分类小组会议上通过了开发新柴油机油规格的方案，并初步决定新规格将于2016年1月份开始实施。与2006年10月15日开始注册认证的CJ-4规格相比，新规格加强了发动机油在燃油经济性、抗氧化硝化、抗黏着磨损和防止机油内空气卷入等方面的性能。

众所周知，我国的发动机油质量规格标准主要参考美国的标准制定，因此研究美国重负荷发动机油规格目前状况及其发展方向，对我国润滑油行业和汽车工业具有重要意义。

1PC-11新增发动机试验

到目前为止，根据新规格开发小组（NCET）发布的信息，新规格PC-11与CJ-4相比在化学元素含量指标方面并没有变化，一个主要区别是PC-11可能会有三个新增发动机试验[2]。表1为PC-11与CJ-4发动机试验对比情况，从表1可以看出PC-11的大部分发动机试验都是从CJ-4移植过来的，仅新增了三个试验，分别为：Mack T-13（热稳定性试验）、CAT-EOAT（充气试验）和DD13（活塞/缸套擦伤试验）。下面将对增加这三个发动机试验的原因、它们各自的特点以及最新进展状况进行说明。

1.1热稳定性试验

考虑到将在2016年颁布实施的节能汽机油规格GF-6中会采用新的氧化试验代替Seq ⅢG试验，但是到目前为止该新氧化试验还没有完全确定，所以到时候PC-11可能会面临没有合适的氧化试验的情况，因此美国发动机制造商协会要求在PC-11中采用新的氧化试验以取代Seq ⅢG试验。由马克和沃尔沃动力总成部门联合研制的Mack T-13试验很有可能被采纳为新的氧化试验，该试验所用发动机为带有废气循环（EGR）和可变截面涡轮增压系统（VGT）的六缸四冲程Mack MP-8柴油发动机。试验计划在转速为1500 r/min、载荷为2200 Nm和机油温度为88 ℃条件下运行360 h，并且在运行过程中通过EGR和VGT控制系统精确控制进气歧管中CO2含量和进气歧管压力，具体参数分别为（2.06±0.05）%和（232±5）kPa。试验结束后通过分析机油氧化硝化、活塞/缸套磨损、轴瓦腐蚀以及机油耗等情况考察油品的热稳定性能力，但具体指标尚未公布。不过由于该试验耗时较长且费用十分昂贵，不太适合基础油互换试验，所以其中的一些重要参数和关键指标有待商榷。该试验已于2012年启动，现在已完成前期试验，正在对低黏度机油进行测试，下一步有望进行精确的矩阵试验。

规格标准另外需要指出的是，在PC-11中Mack T-13试验并不会取代Mack T-12试验，Mack T-12试验将会继续用来检测缸套和活塞环磨损，当然，其中一些检测指标可能会被提高。

1.2发动机油充气试验

目前，CJ-4规格中的发动机油充气试验（ASTM D 6894）采用纳威司达（Navistar）旗下的万国卡车（International Truck）发动机，该方法存在两个问题：（1）不能有效反映不同发动机油的抗空气卷入性能的真实差别；（2）测试结果的重复性和再现性较差。卡特彼勒公司为此开发了一个新的发动机油充气试验（CAT-EOAT），该试验是基于CAT C13发动机，采用高速空转（1800 r/min）无负载模式并使用微动技术进行测量空气卷入体积（注：微动技术可以实时精确测量发动机油密度）。图1展示了采用这两种方法分别对两种不同机油的测试结果[1]，从图1可以看出，使用纳威司达方法进行测试，两种机油的空气卷入量没有明显的区别；而使用卡特彼勒方法，两种机油的空气卷入量则出现了较大的差异，这说明卡特彼勒方法比纳威司达方法能够更有效地反映不同机油的抗空气卷入性能。

现在卡特彼勒公司开发的发动机油充气试验已经基本完成，该试验也得到了代表润滑油和添加剂公司利益的美国化学委员会的支持和认可，并且在最近一次的工作会议上也通过了投票，所以该试验方法肯定会在PC-11中出现[3]。

1.3活塞环/缸套擦伤试验

随着燃油经济性的要求越来越高，发动机油向低黏度化发展成为不可避免的趋势，因此新规格必须要加强发动机油的抗磨损性能。根据发动机内部磨损的特点，其磨损主要分为两种情况，一种是磨料磨损，所谓磨料磨损指的是两个摩擦副之间由于存在其他颗粒物质而引起的磨损；另一种是黏着磨损，它是指滑动摩擦时摩擦副接触面局部发生金属黏着，发生金属黏着的主要原因是由于摩擦副之间油膜太薄或者没有油膜，使得两个摩擦副直接接触在一起，在足够大的外力作用下发生金属黏着。对于发动机来说通常发生在活塞上下止点，然后在随后的相对滑动中黏着处被破坏，有金属屑粒从零件表面被拉拽下来，从而造成零件表面的擦伤或刮伤。从图2中可以看出CJ-4规格主要重点保护混合润滑和流体润滑区域，所以该规格并没有直接测定抗黏着磨损性能的发动机试验（注：Caterpillar 1N发动机试验中虽然有对活塞/缸套擦伤情况的考察，但是并没有具体的定量指标考核发动机油的抗黏着磨损性能）；而随着PC-11低黏度规格的推出，油膜厚度将会减小，发动机油的抗黏着磨损性能势必会成为衡量发动机油性能的重要指标，因此开发能够有效评估发动机油抗黏着磨损性能的发动机试验显得十分迫切。

DD13擦伤试验是主要由戴姆勒和路博润进行合作开发，试验采用底特律DD13型号发动机，通过预设的发动机参数和工况（运行时间为125 h或150 h，发动机功率逐步增加到510 hp）使缸套出现擦伤现象，如图3所示，并根据产生擦伤的时间长短、顶环磨损情况以及对油品理化性能的分析（包括金属铁和铬的含量），来考察发动机油的抗黏着磨损性能。原定于今年进行的矩阵试验很可能会被推迟，主要原因是目前该试验方法还存在一些问题急需解决，比如，该方法在不同实验室的再现性较差以及该方法与行车试验的关联性还受到质疑。在下一次新规格开发小组（NCDT）会议上将会讨论如何加快DD13试验的进展。

通常认为油膜厚度越薄，发动机运行时阻力越小，燃油经济性也就越好。所以美国发动机制造商协会建议PC-11分为两个规格：一个是高温高剪切（HTHS）黏度不小于3.5 mm2/s的PC-11A，另一个是高温高剪切黏度最小值位于2.9 ～ 3.3 mm2/s之间（具体数值还未确定）的PC-11B。PC-11A的黏度指标与CJ-4相同，可以兼容老的油品质量规格，适用于2016年之前的发动机；而PC-11B由于黏度较低，适用于2016年之后新开发的并且有燃油经济性要求的发动机。通过降低高温高剪切黏度来实现燃油经济性的做法，与欧洲汽车制造商协会（ACEA）制定标准的思路相一致。

现在主要的问题是怎样命名这两种规格以区分它们黏度上的不同，同时又与传统的命名方法相统一。目前来看，主要有两种方案[3]：一种是两个不同黏度规格都命名为CK-4，但是要在限制性条款中对两种不同黏度规格进行说明，高黏度规格可以兼容老的油品质量规格，而低黏度规格则不可以；另外一种方案是，高黏度规格命名为CK-4，低黏度规格命名为DK-4，这样CK-4作为传统命名方式延续下来的新规格可以兼容老的油品质量规格，而与之相平行存在DK-4则作为未来具有燃油经济性功能的质量规格。在2014年1月份举行的工作会议上后一种方案获得了较为广泛的支持。

3PC-11实施时间表[4]

原定于2016年1月1日发布实施的新一代美国重负荷发动机油规格PC-11，可能会推迟三个月至4月1日或更晚才开始实施。主要原因是由于一些新增的发动机试验进展不顺利还需要更多时间进行开发，同时一些添加剂公司表示由于2016年还有另一个新的轻负荷发动机油规格（GF-6）将要发布实施，因此他们需要更多的时间来进行两种新规格产品的开发。

4结束语

本文概述了北美新一代重负荷发动机油规格（PC-11）2014年最新进展情况，同时详细介绍了新规格中三个新增发动机试验的特点和进度。整体来看，新规格将向低黏度化发展但同时兼顾对老规格的兼容性，并加强了发动机油在燃油经济性、抗氧化硝化、抗黏着磨损和防止机油内空气卷入等方面的性能。其中，这给添加剂公司和油公司带来的最大挑战是，如何解决油品低黏度化带来的发动机磨损问题。而要有效解决该问题，需要添加剂公司、油公司以及发动机制造商共同协作开发高性能油品和改进发动机技术。

参考文献：

[1] Jean Van Rensselar. PC-11 and GF-6： New Engines Drives Change in Oil Specs[C]∥Society of Tribologists and Lubrication Engineers， January 01， 2013.

[2]Ben Weber. GF-6&PC-11 their Drivers the 11 New Test Development and Timing of Each API Category[C]∥2013大连润滑油技术经济论坛论文专辑，2013：364-369.

[3]Steve Swedberg. PC-11 Team Ponders New Viscosity Grade[C]∥Lube Report， February 2， 2014.

[4]Steve Swedberg. EMA Requests PC-11 Delay. Lube Report[EB/OL].http∥www.lubesngreases.com/lubereport/1345/other/-4435.html， 2013-11-20.收稿日期：2014-10-15。