科普:API柴油机油标准的发展历程

2018-11-05  来自: 山东轩尼润滑油股份有限公司 浏览次数:306

20世纪40年代,API发布了柴油机油第1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级柴油机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。

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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。

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为了满足美国1994年PM的排放限值达到0.13g/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佳的分散性能。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5.4g/kW•h和PM排放限值为0.13g/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5.4g/kW•h降至2.7g/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蕞高燃烧温度,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。API蕞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将提供更佳的燃油经济性。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新标准圆环标识见下图。

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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,参见下表。

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