重负荷柴油机油CK-4和FA-4新规格介绍

张鹏 朱晓宁

关键词：重负荷柴油机油;API;基础油

2016年12月1日API提出新一代高性能重载柴油发动机油规范类别PC-11开始认证。在此之后，两种全新级别机油CK-4（Pc-11A）与FA-4（PC-11B）正式生效。美国API发布PC-11重负荷柴油机油规格，此规格受EPA（美国环保署）和NHTSA（美国高速公路安全管理局）改善温室气体排放和燃油经济性的要求驱动，于2018年强制实施。发动机制造商计划将PC-11规格开始应用于其2017年型号的发动机。

1新规格的提出

2014年1月30日，NCDT开发小组在芝加哥的会议上对PC-11规格分成两个子规格进行了讨论同时讨论是否需要增加一个新的黏度等级来确保油品能够发挥应有的燃料经济性。PC-11规格分为PC-11A和PC-11B，其中PC-11A将包括目前的黏度等级如SAE 15W-dO，并兼容之前的油品分类包括今天的API CJ-4;PC-11B包括较轻黏度的柴油机油等级如SAE 5W-30、10W-30，通过控制高温高剪切黏度来提高燃料经济性，这些轻黏度油品将适合2016年以后的车型，不再适用于以前的柴油发动机。

2新规格的组成及指标要求

PC-11规格分为API CK-4（PC-llA）和API FA-4（PC-11B）两个子规格，CK-4是CJ-4的延伸和进化，对于以往型号的发动机具有较好的兼容性，具有改进的抗氧化性、剪切稳定性和空气释放性，对应的黏度是XW-30及以上的黏度级别，高温高剪切黏度要求在3.5cP以上，而FA-4是只关注燃油经济性的全新规格，只关注于低黏度级别燃油，对应的黏度是XW-30及以下的黏度级别对于高温高剪切黏度有非常严格的限制，规定高温高剪切黏度只有满足2.9～3.2cP，才能被称之为FA-4级别油品。由于FA-4是全新的具有较高燃油经济性的规格，目前在北美市场还没有较好的兼容性。所以FA-4油品在国内外市场渗透仍需要一定的时间。目前在国内外市场上，15W-dO是主流油品，同时受燃油经济性的驱动，一些低黏度油品呈现逐渐增加趋势，比如5W-30、10W-30。表1列出了主流的CK-4 15W-dO以及未来应用越来越多的低黏度FA-4 10W-30和CK-4 10W-30油品的具体指标要求。

3新规格的具体要求

PC-11规格对发动机提出了更高的保护。在改善性能方面主要包括：提高机油的抗氧化保护、增强机油的空气卷入控制以及改善燃油经济性，能够使发动机更高的温度运行、保护轴承免受气蚀造成的磨损、提供高于传统的重型柴油发动机机油的燃油经济性。因此，PC-11带来了巨大的挑战，它必须保证在相对较低的黏度等级下提供更为持久卓越的引擎保护性能。

PC-11规格新增加了Volvo T-13氧化测试和CaterpillarC13机油空气卷入测试。应燃油经济性要求，低黏度是油品未来发展趋势。CK-4相对于CJ-4，高温高剪切黏度没有太大变化，所以燃油经济性相当，而API FA-4严格限制较低的高温高剪切黏度值，因此具有更出众的燃油经济性。但是两种油品对于发动机引擎的持久保护力的要求是一样的。VolvoT-13测试采用Mack MP8 USl0 505M直列6缸13升发动机，测试时长在360小时稳态，测试的机油温度130℃（主油道）和140℃（油底壳），测试时间长而且测试机油温度高。测试要求T-13氧化峰高最高限值125，KV40增加（300-360小时）最高限值75%。Caterpillar机油空气卷入测试：测试采用Caterpillar C13 ACERT直列6缸12.5升发动机，测试时长是50小时，通过测量机油密度的流量计，实时测量空气卷入情况。测试要求空气卷入限值为11.8%。

4柴油机油的组成及指标要求

4.1基础油方案

基础油是影响多级油性质的重要因素，是决定发动机油高低温流变性及挥发性的关键组分。基础油的馏程、脱蜡深度和精制深度直接影响多级油的质量，一方面要求高温性能好，以保证有较高的闪点和黏度;另一方面要求低温性能好，以保证低温下发动机顺利启动和润滑。因此，在满足低温冷启动性能的前提下，应尽量提高油品的高温使用性能。选用6cSt和106cSt作为基础油体系进行考察，确定基础油调和方案，分析数据见表2。

从表2不同比例的6cSt和106cSt基础油调和性质可见，该体系整体的低温性能优于采用外采基础油的体系，随着106cSt加入量越大，低温动力黏度（-20℃）从1289 mPa·s增长到6389mPa·s，因此综合考虑黏度和高温高剪切黏度CK-415W-40基础油配方体系选择6cSt：106cSt在75：25-25：75之间。同时，基础油体系同样黏度情况下，低温动力黏度和高温高剪切黏度更低，更适宜开发CK-4和FA-4柴油机油。

4.2性能评价

制备柴油机油CK-4和FA-4，评价该油品的性能，分析数据见表3。

5结论

柴油机油CK-4 15W-40、CK-410W-30、FA-4 10W-30的理化性能均能满足指标要求，低温性能、高溫高剪切优异，在高低温下均有优良表现，柴油喷嘴90次循环后，依然能保持合适的黏度和高温高剪切性能。高温腐蚀台架表明，柴油机油能够有效保护发动机金属部件，铜含量、铅含量增加较低。