解密未来润滑油PC-11

　　现代发动机可能的变化

　　到2017年，选择正确的机油对重型汽车车主将是至关重要的。API完全重新设计了重型发动机油规范。壳牌在新种类的开发中发挥了主导作用，并且通过2000万英里的实际测试，已经证明其下一代低粘度机油配方技术的性能。

　　演变到革命

　　重型柴油发动机设计在过去的40年里获得极大的进展。这种进展已经由排放立法和客户对效率和可靠性要求的驱动而有了显著的进步。例如，高压共轨喷射系统现在广泛应用于提高燃烧效率；在涡轮增压器技术上的进展已经提高了比功率输出；以及废气再循环和后处理装置如柴油微粒捕集器和选择性催化剂减少并抑制了氮氧化物及颗粒物（及烟灰）的有害排放。尽管有这些进步，仍然有很长的路要走。最近的法规加上客户减少拥有总成本的愿望，都使得燃油经济性成为对发动机制造商的最重要的驱动力。先进技术和材料，以及新的运行条件，如更高的内部温度不断提高发动机的效率。但机油和发动机技术的牵手，具有对润滑、冷却、清洁以及换油间隔延长的保护的发动机的变化对机油施加了更大的压力。汽车行业开始认识到机油可以帮助实现发动机在不影响硬件耐久性下提高燃油经济性的充分的潜?力。

　　由于发动机制造商创建了更加清洁更加省油的柴油发动机，他们将需要一种新一代的更高性能的柴油发动机油来保护它们。

　　种类定义

　　自从最后的API为北美地区制定柴油发动机油种类已经经过了十年，在这期间，发动机已经有了非常大的改变，并且改进了燃油消耗并提高了功率输出。新的EPA和NHTSA排放法规预定到2017年柴油商用运输车需要显著改进燃油消耗，其将有助于减少二氧化碳排放。这些燃油消耗的改进取决于车辆级别、类型和大小，以及包括对中型和重型发动机的专门的改进，这就需要创建一种新种类的润滑油规范，统称拟议的类别11（PC-11）。这些机油，由于将在2016年年底颁发许可证，最终将取代目前的CJ-4重型机油。

　　API将介绍作为PC-11组成部分的两种类型的重型

　　柴油机油：

　　·PC-11A(CK-4） 1 机油将取代目前的润滑油，并完全向下兼容所有当前的汽车。它们将被设计成具有改进的抗氧化性、剪切稳定性和空气释放性。

　　·PC-11B(FA-4)2 将满足这些新的要求并包括旨在应用于下一代柴油发动机的更低粘度等级来有助于最大限度地提高燃油经济性而不牺牲发动机保护。这些机油将具有有限的兼容性倒退，因为一些较旧的发动机没有被设计成以较低粘度等级的机油来运行。这些新的发动机油要求，尤其是对PC-11B，是对重型发动机油规范的行业方法的一个重大变化。然而，在CJ-4机油中使用的化学限制将在以PC-113 取代中保留。生产商将因此需要制定机油所需的性能并确保它们继续提供优异的磨损保护和清洁度——这有助于降低客户的维护成本并延长发动机寿命。

　　公路和非公路

　　公路柴油机排放立法通常经过几年会导致非公路排放要求。公路发动机被用来开发发动机试验，因?为它们通常更加先进并且比非公路发动机使用更少的燃油。然而，API许可的机油将用于公路和非公路应用，并且PC-11机油对运输、农业、建筑、采矿甚至皮卡的应用都将是有效的。发动机制造商将决定非公路应用是否采用PC-11B机油。

　　新的和更新的试验

　　机油规范设计的一个主要部分是定义一套严格的试验，每一种油的配方必须在其进入销售之前通过试验。PC-11规范将继续应用许多当前的试验，但这些试验中的有些如剪切稳定性将具有更加严格的限制以反映未来发动机硬件的需求。将引入两个新的试验以确保下一代机油可以应对现代技术所需的氧化稳定性?和空气释放性。

　　对机油剪切稳定性的改性限制

　　剪切稳定性是一种机油在严重压力下抵抗被剪切（机械性能退化）的能力的度量。在稠化油中所用的聚合物被剪切成较小的部分可以降低油的粘度，这可能导致无法保护重要的发动机零部件。PC-11机油将满足更加严格的剪切稳定性限值。

　　现代技术的空气释放性

　　曝气是在机油中包含微小的气泡或泡沫，其可以阻碍它的冷却和保护发动机的能力。在新的发动机中较高的运动温度、压力和油流可以增加润滑油中夹带的空气量。油被用作更加频繁使用阀门机构动作的液压液体：一个功能可能因被曝气的油而受到危害，因此具有优异的空气释放性对机油来说是日益重要的。PC-11机油将必须通过新的卡特彼勒发动机油空气释放性试验。

　　对保护热发动机的改良型氧化稳定性

　　氧化是油分子与氧气的反应，它可以导致油的降解，从而降低其使用寿命，并造成油泥和漆膜、粘度增加以及腐蚀性磨损的潜在危害。下一代发动机被设计成在更高温度下运行，从而可能大大加快氧化速度。选择合适的基?础油和抗氧化添加剂能够破坏氧化反应并防止有害的副产品的形成。PC-11将必须通过一种新的氧化稳定性试验。

　　粘度等级试验

　　粘度和燃油经济性

　　为了提高燃油经济性，PC-11B将具有更低的粘度，即使在燃油经济性上很小的提高可以导致燃油消耗和二氧化碳排放的减少。例如，每一辆美国卡车仅提高1%的燃油经济性，将会看到每年减少超过400万吨的二氧化碳排放量，这相当于从道路上去除23000辆卡车，综合估计这将每天为车队和私人运营商节省300万美元。低粘度油的泵油更轻松，并有助于减少发动机摩擦，从而可以提高燃油经济性。然而，存在不同类型的用于发动机油粘度等级的测量，关键是，它是HTHS粘度（定义为在高应力条件高运行温度下油的流动阻力），其将从现代发动机的燃油经济性PC-11B机油中区分向下兼容的PC-11A机油。

　　什么是HTHS粘度？

　　汽车工程师协会（SAE）油粘度等级是通过4个不同的试验来定义的。低温泵送和曲柄启动粘度定义冬季等级（如在15W-40中的15）；HTHS动态粘度用于SAE粘度等级定义（如在15W-40 中的40 ）；低剪切运动粘度（KW100）用于定义冬季和高温两者的粘度等级。切换到较低粘度等级的SAE机油，例如从10W-40切换到10W-30，将提供适度的燃油经济性效益。即使在一个粘度等级中，HTHS粘度的差异可能会影响燃油经济性。最低的HTHS粘度对当前的XXW-30 CJ-4以及未来的PC-11A机油来说是3.5cP。

　　PC-11B XXW-30机油将具有2.9-3.2cP之间的HTHS粘度，其将有助于进一步提高燃油效率，油品公司和发动机制造商目前正在测试这些产品，目的是在应用范围内提供燃油经济性而不牺牲发动机保护。

　　为了测量润滑油粘度对燃油经济性的影响，壳牌公司使用了专有的室内传动系统试验台，效益随发动机转速和负荷，因此也随驾驶条件而变化。例如，对一台特定的重型发动机，从具有3.9-cP HTHS粘度的15W-40CJ-4机油切换到具有PC-11B（2.9-cP）HTHS粘度的10W-30，在高速高负荷的驾驶条件下，提供的燃油经济性提高大约为1%。而在低速低负荷驾驶条件下高达4%。制造商还利用这个信息来设计现代发动机，例如，降低发动机转速以提高燃油经济性。

　　开发一个新的发动机油规范

　　PC-11路线图

　　开发一个新的发动机油种类的道路是漫长而复杂的，在API 1509中对开发一个新的种类定义了一个三阶段的过程。

　　在 第 一 阶 段 ， 新 种 类 评 价 团 队（NCET）组成，其油制造商（EMA）、油品营销商（API）和添加剂公司（ACC,美国化学委员会）组成。NCET的重点，是通过达成共识的过程审查要求并评估是否需要一个新的规范。
      第 二 阶 段 ， 由 一 个 种 类 开 发 团 队（NCDT）的组成，到监督规范和试验方法的开发，并批准任何附加的准则所组成。（图6）。该NCDT具有向NCDT报告的四个职能工作组的结构，四个组中的每一个由API、ASTM、ACC和EMA组成，具有具体的责任。此外，由SAE和发动机试验实验室特设的重有机化学工作组（hoc）被要求参加。该NCDT工作通过达成共识的过程来开发该种类，一旦该种类和试验被定义，对PC-11的第一个许可证将颁发，目前预定在2016年晚些时候。

　　开发的第三阶段，是完成该种类。

　　PC-11开发路线图

　　实验室到道路：

　　使PC-11A成为现实除了帮助引领PC-11种类的开发，壳牌重型发动机油团队已经创建了目标满足PC-11规范的新机油，主要的挑战是满足严格的新性能要求，并确保发动机的清洁度和磨损保护在未来的发动机硬件中得到保持。所有这一切必须在对排气后处理兼容性的严格的化学品限制中实现。对PC-11A机油，其将满足剪切稳定性要求。优化油结构对抗氧化剂和粘度成分改性剂的化学组合，对成功是至关重要的。对低粘度PC-11B机油的额外挑战是平衡这些要求，以及用更薄的油膜对具有适当抗磨损要求零部件的磨损保护。壳牌团队具有几十年在该领域的高品质产品开发的已经经过尝试和测试的经验，在PC-11被推出的同时，壳牌将在试验和开发中投资数百万美元。迄今为止，为了了解PC-11配方要求，采用专有的试验台和与发动机制造商合作的外部发动机试验台，已经完成了9000多次试验。润滑油是基础油与添加剂的复杂的混合物，并且获得组份适当的平衡。其要求显著的专业知识和在实验室以及在道路上广泛的筛选。壳牌科学家们已经设计并筛选了原型油来优化在高品质基础油组份中的化学添加剂。他们认识到，选择正确的化学添加剂是寻找正确的组份组合，将有助于下一代壳牌Rotella发动机油满足并超过PC-11种类的目标要求。

　　在实验室中评价原型油是不够的：真正的试验是它们在真实世界中的道路及非道路车辆中如何工作。现场试验是壳牌发动机油技术开发流程的一个组成部分。它们是广泛的与客户合作进行的程序，并需要科学的严谨、经验和专业知识。壳牌与客户实施了数百万英里的真实世界测试。

　　在2006到2014年之间，壳牌提供了60000多加仑的润滑油给客户在现场测试中使用。特别注重于被设置的超过37台发动机的子集，其已经被彻底地检查。这些发动机受到额外的关注并且是零件随着里程数显著积累的拆解程序的一部分。一台道路重型车没有发动机故障预计在其寿命周期内行驶里程达到100万英里，虽然有些磨损是正常的，更高的水平可以表明耐用性问题。在每次试验中，对使用中的机油样品进行分析以评估机油的磨损保护和粘度性能。使用油品分析还可以提供信息，如关于冷却剂泄漏，其可以被用来预防维修。

　　PC-11B机油具有更低的粘度，并因此形成比任何目前市场上的产品更薄的油膜。因此，确保它们提供良好的磨损保护是至关重要的。壳牌公司已经好几年在现场评估低粘度机油的磨损保护性能，并证明低HTHS粘度机油能够提供有效的磨损保护和长的油品寿命。到2015年年初，壳牌已经进行了超过2000万英里的低HTHS粘度机油试验。另一个1000万到1500万英里的试验将在2015年内开始。这个现场试验覆盖所有主要制造商的道路发动机以及具有不同负荷周期的不同的车辆，积极的磨损保护成果已被记录下来。除了在现场试验中采用油品分析，壳牌的工程师们拆解现场试验的发动机，有时与制造商及客户合作，检查和定量评估发动机部件的磨损，并由此来评估机油对关键硬件的保护能力。对以低HTHS粘度机油运行的卡车，13台发动机的拆解已经完成。

　　PC-11B与当前的技术

　　一个50万英里的例子作为具有2011底特律DD15发动机的一个车队的广泛的现场计划的一部分，已经进行了横跨多个换油间隔的超过50万英里的试验来比较当前的15W-40与10W-30 CJ-4具有低HTHS粘度10W-30机油的原型油（PC-11B)。此外，在2015年6月，一台底特律DD15发动机以低HTHS机油运行了超过80万英里，进行检查并与相同的以15W-40粘度机油运行的发动机进行了比较。用过的发动机油分析表明，该低HTHS粘度机油与目前的机油相比，提供了相同的磨损性能n个类似的老化特性。发动机拆解表明，在磨损性能上n个不可识别差异。目前，壳牌正在对PC-11B配方进行研究，以使该产品不仅满足而且超过PC-11B的规范。其已经赢得了燃油经济性的胜利。

　　PC-11之后：展望未来

　　有一个提高重型发动机燃油效率的全世界的需求。PC-11在2017年引进北美市场是更大效益道路上的又一个里程碑。因为全球燃油经济性目标以及对未能满足它们的联合的惩罚，对制造商来说已成为越来越重要的事情。它们使得发动机油朝着越来越成为一个关键的可能技术转变。正确入门要求框架之外的思考和长期的技术合作关系。

　　烟灰研究

　　例如，壳牌正在赞助在英国伦敦帝国理工学院的博士学位项目，使用一系列先进设备的最先进的试验技术，以进一步了解在烟灰诱导后面的发动机磨损机制。柴油发动机中产生的烟灰可以加剧磨损，所以采用正确的润滑油化学品来缓解此问题是至关重要的。此外，选择最佳的分散剂系统起到在油中保持烟灰粒子分散的显著作用。所以重要的是要了解如何使分散剂与抗磨添加剂相匹配。在该项目中获得的见解包括强实施抗磨和分散剂组份的鉴定，将帮助壳牌制定当前和未来所需的更好的润滑油。该对燃油效率的驱动来自温室气体排放法规和对成功企业和客户永远存在的降低运营成本的需求，发动机技术的不断发展，和发动机制造商及监管机构认可该发动机油。随着发动机技术的发展，将传递增强燃油效率的动力。沿着越来越大的燃油经济性道路的一个重要里程碑，将是当前被称为PC-11的新规范种类的推出。其将包括一个低粘度重型发动机油（PC-11B）的子类。壳牌在PC-11开发过程中发挥主导作用。该新的规范设置了更加严格的剪切稳定性限值和对空气释放性和氧化稳定性的新的试验。此外，对PC-11B的新?规范将对更高的燃油效率设置低HTHS粘度。

　　对运营商的一个关键问题是低粘度机油是否能降低燃油成本和二氧化碳排放，同时提供长的换油周期和所要求的可靠的发动机保护，并保持总的拥有成本的下降。广泛的实验室筛选已经帮助壳牌制定有前途的PC-11B原型机油效率。数百万英里的道路试验已经证明，通过使用这些低HTHS粘度机油，发动机耐久性没有显著损害。燃油经济性已经通过采用高度统计试验方法的专门试验方案得到证明。这些机油提供了与今天的领先商用油品相匹配的油品寿命以及磨损保护性能，并且显著节省燃油。从2017年起，壳牌劲霸的客户将能够把由PC-11B机油的节省燃油的优势安心地应用于自己发动机的保护上。

　　“STARSHIP”(飞船）货运倡议

　　壳牌还正在与AirFlow卡车公司合作共同设计一款新的超燃油里程8级半挂牵引车，绰号“飞船”。该项目旨在当具有先进的发动机、整车和传动系统技术的车辆在2017年推出时，突破当前的燃油效率纪录。一个壳牌润滑油研发团队正在与其他的硬件和流体工程师们共同工作。该项目能够使壳牌在尖端车辆中测试最新的低粘度燃油经济性PC-11B机油，并且提供更加低粘度试验油的潜力。这些试验将提供壳牌团队以有价值的信息，为他们创造低粘度发动机油而不牺牲PC-11和以后的油品性能。