2020年12月Dec2020
海滑油
LUBRICATING OIL
第35卷第6期
Vol.35,No.6
D O I：10.19532/jki21 -1265/tq.2020.06.012 文章编号:1002-3119(2020)06-0060-05
国V I排放对内燃机油性能要求
赵正华1，王欣1，卫持2，焦军平1，金鹏1，张勤1
(1.中国石油兰州润滑油研究开发中心，甘肃兰州730060;2.中闰石油南京润滑油销售分公司，江苏南京210019)
摘要：根据我国环境保护治理的发展总体要求,2020年7月1日，全国实施国VI排放法规，该排放法规被称为史上最严苛标准，CO、THC和NOx、PM排放限值大幅降低的同时，增加PN(颗粒物粒数）的限值要求，
促使发动机厂商纷纷采用G/DPF(颗粒捕 集器）、SCR(选择性催化还原器）、EGR(废气再循环）、TGDI(涡轮增压缸内燃油直喷）、TWC(三元催化）等机内、机外技术来达 到严格的排放要求；进而要求内燃机油向着LSAPs(低灰分、低硫、低磷）、低黏度、节能的方向发展，传统内燃机油复合剂技术面临严峻的技术挑战，文章主要阐述了国VI排放法规实施对内燃机油未来发展趋势的影响。
关键词：国VI排放;LSAPs；低黏度；节能；自主规格
中图分类号:TE626.32 文献标识码：A
Performance Requirement of Internal Combustion Engine Oil by National VI Emission
ZHAO Zheng - hua',WANG Xin', WEi Chi2, JIAO Jun - ping1,JIN Peng1,ZHANG Qin1
(1. PetroChina Lanzhou Lubricating Oil R&D Institute, Lanzhou 730060, China；
2. PetroChina Nanjing Lubricant Marketing Branch, Nanjing 210019, China)
Abstract：According to the overall development requirements of environmental protection and governance in China, the na­tional VI emission regulation was implemented on July 1, 2020, which is known as the most stringent standard in the histo­ry. W hile the emission limits of CO, THC, NOx and P
M are greatly reduced, the limit requirements of PN (Particle Num­ber) are adopted, which makes the engine manufacturers adopt G/DPF (Particle T ra p), SCR (Selective Catalytic Reduc­tion R e acto r), EGR (Exhaust Gas Recirculation), TGDI (Turbocharged Direct Injection), TW C (T h re e-w a y Catalysis) and other engine internal and external technologies to meet the strict emission requirem ents；Further, the development of inter­nal combustion engine oil towards the direction of LSAPs (Low Sulfur, Low Ash, Low Phosphorus),low viscosity and en­ergy saving is required. The traditional engine oil compounding technology is facing severe technical challenges. This paper mainly describes the impact of the implementation of national VI emission regulations on the future development trend of engine oil.
Key words：national VI em ission；LSAPs；low viscosity；energy - saving；independent specification
〇引言
汽车行业的快速发展给我们生活带来许多不 便，在我国，空气污染的重要来源是机动车尾气排 放，也是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因1，机动车污染问题日益突出，易导致人体机体缺氧、致 癌、呼吸系统疾病等[2]。小型客车是一氧化碳（CO)和碳氢化合物（HC)的主要贡献者，重型货车则是氮 氧
化物（NOx)和颗粒物（PM)的主要来源，全国汽油 车一氧化碳（CO)排放量占85. 0%，柴油车氮氧化 物（NOx)占100%，其中国丨11、国IV排放标准的汽车排放量最高，各项污染物排放量占50%以上，而电 动车、天然气及其他代用燃料汽车排放微乎其微，因此，未来的发展必然是淘汰老旧车辆，发展并应用国 VI排放车辆和新能源汽车。
1国VI排放法规
早在2016年12月和2018年6月，我国生态环 境部和国家市场监督管理总局先后联合发布了《轻 型汽车污染物排放限值及测试方法（中国第六阶 段）》3、《重型柴油车污染物排放限值及车辆方法 (中国第六阶段）》4，上述排放标准分別适用于以
规格标准SPECIFICA TIO N & STANDARD
第6期赵正华等•国V I排放对内燃机油性能要求61
点燃式或压燃式发动机为动力、最大设计车速大于 作为燃料的点燃式发动机汽车及其发动机所排放的 或等于50 km/h的轻型汽车（包括混合动力电动汽 气态污染物的排放限值及测量方法，具体限值见表 车）、装用压燃式发动机汽车、天然气或液化石油气 1和表2。
表1轻型车国VI排放限值（丨型试验)
限值CO/mg •km _ 1THC/mg •km _1NMHC/mg -k m-1NOx/g . km」N2〇/mg •km ~1PM/mg •km -1pN • /个•千米-1 6a 700 100686020  4.56.0x10"
6b 500 50353520  3.06.0x l〇"
注：*2020年7月1日前，汽油车过度限值为6.0x l012个/千米
表2重型柴油车发动机标准循环国VI排放限值
CO/THC/N〇x/N H y PM/PN/发动机类型，
mg •(kW •h)
mg •( kW •h)mg •(k V V•h)1mg .(kW •h) -1M-g*g "'个•千瓦时_| WHSC 工况（Cl) 150013040010108.0x10" WHTC 工况(C l①）400016046010106.0x10"
W H TC T况（PI ②）40004601010  6.0 x l〇"
注:①压燃式发动机;②点燃式发动机
与国V排放法规相比，轻型车CO和THC限值 要求降低50%，重型柴油车N〇x和卩\1限值要求 分别降低7
7%和67%，并增加了颗粒物粒数（PN)限值要求，该排放标准的实施将有利于提升机动车 排放水平，进一步减少污染排放，促进空气质量改善。
2国VI排放阶段发动机技术
每一次排放标准的发布，随之而来的就是发动 机技术的革新。解决排放问题的技术和方案主要 包括发动机机内净化、尾气后处理、机油性能改善、燃油品质提升等四大方面的内容，其中机内净化和 尾气后处理是汽车行业最为常见也最被关注的努 力方向和领域。发动机机内净化技术包括活塞顶 环槽提升、高压共轨、涡轮增压、延迟喷射和EGfi 等，但是单独的发动机机内净化技术难以达到国IV 以及更高级别排放法规的控制要求，通常还需要配 合尾气后处理技术来实现减排，常见的柴油发动机 尾气后处理技术包括SCR(选择性催化还原器）、G/DPF(颗粒捕集器）、DOC(氧化催化转换器）、EGR(废气再循环）、POC(颗粒氧化型催化剂）、LNC(NOx吸附技术）和LNT(稀燃NO x捕集技 术)丨5_6.〇
上述后处理装置通常以物理吸附、捕捉或者化 学的催化还原为基本原理，因此设备可能存在以吸 附空间堵塞、催化剂中毒为主的失效模式。对发动 机油而言，可能引发堵塞的灰分以及造成催化剂中 毒的硫、磷等配方成分的控制显得尤为重要，表3 列出了常见后处理技术对润滑油灰分、磷、硫的 要求。
汽车尾气处理装置图表3不同后处理装置对润滑油硫、磷、灰分的控制要求
项目灰分磷硫
D O C无影响敏感，需严格限制敏感，需严格限制
POC无影响敏感，需严格限制敏感，需严格限制
l)IV7]敏感，需严格限制敏感，需严格限制敏感，需严格限制
SCR无影响具有一定耐受性，在较宽范围内不影响性能具有定耐受性，在较宽范围内不影响性能LN C无影响敏感，需严格限制敏感，需严格限制
LN T无影响敏感，需严格限制敏感，需严格限制
SPECIFICA TIO N & STANDARD 规格标准
622020^ 第35卷
发动机新技术旨在通过提高燃烧效率、动力输 出、减少污染物排放等途径最终实现节能、减排，面临苛刻的国VI排放限值，不得不采用多个发动机技 术共同改善发动机内部燃烧效率、减少机外排放物，作为柴油发动机将主要采用EGR + DPF+ SCR技术 路线，汽油发动机将主要采用TGDI + GPF+ TWC技 术路线。但发动机新技术的采用也会带来一些副作 用，例如汽油发动机常见的低速早燃、进气阀沉积 物、燃油稀释、催化剂中毒和正时链条磨损风险等，柴油发动机常见的烟炱的产生和聚集、活塞-缸套磨损加剧、机内温度高会导致润滑油快速衰败楚[8-9]
守〇
综上所述，排放法规的升级、发动机新技术的采 用对内燃机油在烟炱分散性、高温清净性、抗氧化能 力、油泥分散以及磨损、元素含量等方面的要求逐步 提高，进而推动内燃机油规格的不断向前发展，各发 动机技术对内燃机油性能要求见表4 ~。
表4发动机技术对内燃机油性能的要求
发动机技术性能特点
G/DPF有效降低颗粒物的排放SCK冇效降低NOx排放
K G R有效降低NOx排放
TGDI提升动力、提高燃油经济性TW C改善燃烧效率，降低排放
对内燃机油性能的耍求
要求油品具有较低的硫酸盐灰分，硫含量和磷含量
对油品的高温清净性、分散性以及抗氧化等性能要求较高
使用温度升高、烟炱含a增加、燃烧后酸性物质增加、要求具有更优的抗氧化、烟炱分散和酸中和能力 要求油品具有优好的抑制沉积物生成能力，防止低速旱燃发生
要求油品具有较低的磷含量，防±催化剂中tS
内燃机油主要为发动机各摩擦部位提供润滑保 护，同时也兼顾冷却、清洁、密封和防锈等作用。由于其液态特点以及部分使用部位的关系，发动机油 本身的挥发和可能的少量燃烧产物同样会对后处理 装置的性能及耐久性产生影响，并进一步影响到发 动机的性能及尾气排放。考虑到实现更低排放的高 性能发动机技术使发动机油的工况发生了变化，因此内燃机油的性能提升及配方升级成为必然。
3国VI排放阶段内燃机油规格及其性能要求基于排放、节能和延长换油期三大推动力，促进 了发动机技术的革新，也推动了内燃机油规格的发展，我国重负荷柴油机油主要沿用A PI规格,2016 年12月，API公布了最新的柴油机油规格API CK - 4和FA-4，其中API CK-4规格为低灰分、低磷和 低硫含量的柴油机油，并进一步提升了油品的抗氧 化、高温清净性，可满足国V、国VI发动机技术的润 滑需求;FA -4规格为节能型、低黏度柴油机油规 格，可进一步提升油品的燃油经济性。
重负荷柴油机油规格的升级和性能要求，从要 求通过的发动机台架试验项目及其通过指标就能一 目了然地看出差异，重负荷柴油机油规格具体要求 见表5 _l l j。
表5重负荷柴油机油规格中发动机台架试验要求
性能要求发动机台架CK-4CJ-4Cl-4高温清净性Cat. 1K V 高温清净性Cat.IN V V
高温清净性Cat. 1P V 高温清净性Cat.C13V V
氧化性程序IM F或me V V 氧化性Mack T- 13V
烟炱分散性M ack T-8E V 烟炱分散性Mack T—11V V
抗磨损性Cummins IS M V V V 规格标准SPECIFICA TIO N & STANDARD
第6期 赵正华等.国VI 排放对内燃机油性能要求 63
表5(续）
性能要求发动机台架 <
C K  -4CJ -4
C I -4
抗磨损性Cummins  ISB V V 抗磨损性M ack  T - 12V V V 抗磨损性
RFWT V V V 空气释放性EOAT V
V
空气释放性
COAT
V
由此可见，重负荷柴油机油技术发展的主要方 向和难点有以下几个方面：
(1 )优异的黏温性能，具有优异的低温流动性， 满足较宽温域范围内使用，给发动机提供良好润滑 保护；
(2)
优异的烟炱分散性，抑制油品因烟炱含量 过高引起的黏度过度增长，进一步减少因烟炱颗粒 聚集导致的发动机部件磨损；
(3)
优异的氧化性，有效控制油品由于氧 化导致的黏度增长及活塞沉积物的生成，延长发动 机油使用寿命；
(4)
优异的高温清净性，防止因采用燃油直喷
技术所造成的活塞环黏结和缸套抛光并保持发动机
高度清洁；
(5) 优异的抗磨性，防止机件磨损，延长发动机 使用寿命；
(6)
较低的黏度和极佳的减摩性能，使油品具
备优异的节能性；
(7) 较低的硫酸盐灰分、硫、磷含量，使油品具
备优异的环保性。
而轻负荷汽油机油相对比较复杂，要同时兼顾 美国和日本汽车制造协会的规格，最新公布的S  P 、
GF  -6规格u ]，在低速早燃、磨损、抗氧化和油泥分
散性等方面有了很大的性能提升，轻负荷汽油机油
规格具体要求见表6。表6
轻负荷汽油机油规格中发动机台架试验要求
性能要求
发动机台架SP
SN
GF -6
GF -5
氧化性、活塞沉积物控制程序D IG V
V
氧化性、活塞沉积物控制程序丨n  h V
V
油泥分散性程序VG V
V
油泥分散性程序VH V
V 凸轮磨损保护程序IV  A V
V
凸轮磨损保护程序IV B V V 剪切性程序\1V
V
V V 燃油经济性程序V ID V
燃油经济性程序VIE V 燃油经济性程序VIF V 2
低速旱燃程序K V V 正时链条磨损
程序X
V
V
注:①GF  -6 规格中要求进行程序VIE 试验;②GF  -6 B 规格中要求进行程序\_1F 试验s
由此可见，轻负荷汽油机油技术发展的主要方 （1 )优异的黏温性能，具有优异的低温流动性，向和难点有以下几个方面：
满足较宽温域范围内使用，给发动机提供良好润滑
SPECIFICA TIO N  & STANDARD
规格标准
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润滑油202#第35卷
保护；
(2)
优异的油泥分散性，抑制油泥生成，并能将 油泥均匀分散在油中，减少部件磨损；
(3)
优异的氧化性，有效控制油品由于氧 化导致的黏度增长及活塞沉积物的生成，延长发动 机油使用寿命；
(4) 优异的燃油经济性；
(5) 优异的抗磨性，防止凸轮、正时链条等部件
磨损，延长发动机使用寿命；
(6)
低的黏度和极佳的减摩性能，使油品具备
优异的节能性；
(7) 较低的钙含量，抑制发动机低速早燃。4
国VI 排放阶段内燃机油市场需求
近年来，随着国民经济水平快速发展，高速物 流、快递行业得到了飞速发展，消费能力大幅提 高，与之紧密结合的汽车行业的发展也不容小 觑，目前国内汽车市场中商用车和乘用车销量虽 略有起伏，但全国机动车保有量仍然高居3. 1亿 辆，商用车以我国一汽、二汽、重汽、陕汽、福田等 自主品牌为主，而乘用车则是国产品牌和合资品 牌平分天下。
我国润滑油年消费量约600万t ，其中柴油机 油的年消费量约110万t ，汽油机油为75万t ，国内 润滑油市场结构丰富多样，不仅是品牌多样化，除 国际知名品牌外，民族品牌也异军突起，如昆仑、长 城、统一等；而且在质量等级方面，高、中、低档油 并存。随着未来经济和汽车行业的共同发展，市场 需求将以现有主流产品CH  -4、CI  -4柴油机油、
SN 汽油机油逐步向高端产品CK  -4柴油机油、SP 汽油机油迅速过渡，高档内燃机油产品必将从无到 有，逐步扩大并占据大量的市场份额。5
小结
(1)国VI 排放的实施，大大降低了 CO 、THC 、
NOx 和PM 的排放，同时带来发动机技术的革新，对 内燃机油在烟炱分散性、高温清净性、抗氧化能力、 油泥分散以及磨损、元素含量等性能方面提出了苛
刻的要求。
(2)未来我国内燃机油将由CH  -4、C I -4柴油
机油、SN 汽油机油逐渐向CK  -4柴油机油、SP 汽油 机油过渡。
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收稿日期:2020-07 -09。
基金项目：本项目为“国家重点研发计划资助”项目，项目编 号:2017YFB 0306700。
作者简介：赵正华，高级工程师，2006年毕业于兰州大学材料 化学专业，现从事内燃机油研发工作，发表论文十余篇。E  - mai  ： zhaozhenghua _rhy @ petrochina . com . cn
规格标准
SPECIFICA TIO N  & STANDARD