張春輝，劉紅

(中國石化潤滑油有限公司，北京 100085)

0 引言

據聯(lián)合國組織統(tǒng)計，交通排放占全球碳排放的14%，而汽車作為交通工具一直是碳排放的大戶，以我國為例，汽車碳排放占全國碳排放總量的7.5%，汽車使用和制造過程中的碳減排，任重而道遠。

雙碳目標下，汽車電動化發(fā)展迅速，但燃油發(fā)動機和混合動力發(fā)動機仍將在未來十幾年占據主要地位。圖1列出了全球未來十年汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，到2030年全球新能源汽車占比超過傳統(tǒng)內燃機汽車，達到54%，而這其中混合動力占據新能源汽車中的50%。在全球機動車保有量的不斷增加，碳減排和石油資源不斷減少的多重壓力下，全球各國相繼出臺更為嚴苛的燃油經濟性法規(guī)及排放法規(guī)，不斷提升車輛的燃油經濟性和降低排放成為全球汽車制造商共同追求的目標[1-5]。

發(fā)動機技術以及配套油品技術的發(fā)展仍將是燃油經濟性和可持續(xù)發(fā)展的重要關注點和技術發(fā)展的方向，汽車和油品行業(yè)仍在致力于新技術開發(fā)以降低油耗和排放。在車輛燃油經濟性的眾多影響因素中，提升發(fā)動機效率，減少摩擦損失尤為重要。有研究表明，汽車燃料燃燒釋放的能量中大約有20%～25%被零部件間的摩擦所消耗，這也促使主機廠和汽車制造商尋求降低摩擦損失的方法[6]。通過發(fā)動機的技術升級來提髙1%燃油經濟性的成本約為1150 美元，采用動力傳動系統(tǒng)的優(yōu)化來提髙1%燃油經濟性的成本約為1450 美元，而采用低黏度發(fā)動機油來提髙1%燃油經濟性的成本約為80 美元。由此可見，使用低黏度發(fā)動機油是最經濟和最易達到的途徑之一[7]。另一方面，隨著發(fā)動機加工工藝精細化水平的提高，以及新的改善邊界潤滑的涂層技術使用，使得發(fā)動機可以適用更低黏度的發(fā)動機油，這也進一步促進了發(fā)動機油向低黏化發(fā)展。

圖1 全球汽車發(fā)展趨勢(數據來源：HIS Market)

文章以北美、歐洲、日本和中國四個地區(qū)為例，從發(fā)動機油行業(yè)規(guī)格、原始設備制造商(OEM)規(guī)格及用油情況兩個角度分析發(fā)動機油低黏化趨勢，并提出低黏度發(fā)動機油面臨的挑戰(zhàn)。

1 國外市場發(fā)動機油低黏化趨勢

國外市場發(fā)動機油低黏化趨勢主要是由OEM主導，而OEM的技術發(fā)展和要求也帶動了行業(yè)規(guī)格的不斷更新。國外市場低黏度發(fā)動機油的應用情況見表1。

表1 國外市場發(fā)動機油低黏化趨勢

由表1可知，在發(fā)動機油低黏化趨勢上，日本走在最前、歐洲次之、北美稍顯落后。本節(jié)將針對上述現(xiàn)象加以分析。

1.1 國際行業(yè)規(guī)格發(fā)展看轎車發(fā)動機油的低黏化趨勢

美國汽車工程師協(xié)會(SAE)建立的發(fā)動機油黏度分類體系始于1911年，以SAE J300命名。SAE一直致力于制定最新的發(fā)動機油黏度標準，以滿足市場的需求。2011年，本田提出了希望在SAE J300中加入超低黏度機油等級的請求；2013年，SAE黏度分類工作組把SAE 16級別機油加入其J300機油黏度標準，2015年，更低黏度的SAE 12級別機油和SAE 8級別機油也加入到標準中。目前最新的版本為SAE J300-2015，是行業(yè)內公認的發(fā)動機油黏度分類準則[8]。

目前北美發(fā)動機油質量規(guī)格API/ILSAC，其最高規(guī)格為SP/GF-6，其中在GF-6規(guī)格內分兩個類別，其中GF-6A包括0W-20及更高黏度等級的產品，GF-6B則是專門為0W-16低黏度發(fā)動機油設立的規(guī)格，確保燃油經濟性得以改善[9]。

日本一直是沿用ILSAC 規(guī)格和API 規(guī)格。盡管ILSAC GF-6B性能標準適用于現(xiàn)有的0W-16油品，但日本OEM仍致力于使用更低黏度油品，日本OEM早在2013年就在制定有關0W-8黏度產品的標準，希望將這類超低黏度發(fā)動機油產品用于油電混動車型[10]。目前已有正在使用0W-12甚至是更低的0W-8的汽車制造商，所以有必要制定適用于更低黏度的發(fā)動機油規(guī)格以及相匹配的發(fā)動機臺架評定方法。基于上述需求，日本汽車制造商協(xié)會(JAMA)和日本石油協(xié)會(PAJ)成立了日本汽車標準組織(JASO)，負責研究新的燃油經濟性測試方法，并制定相應的標準。經過兩年多的努力，于2019年10月完成了低黏度汽油機油規(guī)格(JASO M364)以及相應的兩個燃油經濟性發(fā)動機臺架評定方法(JASO M365、JASO M366)。符合JASO M364的發(fā)動機油被歸類為GLV-1，該標準適用于四沖程汽油發(fā)動機[11-13]。目前主流日本OEM，如豐田、本田、日產的0W-16及以上黏度級別的機油執(zhí)行API/ILSAC規(guī)格，0W-16以下黏度級別的機油執(zhí)行GLV-1規(guī)格，且都在行業(yè)規(guī)格的基礎上增加OEM內部的一些驗證試驗。

歐洲目前執(zhí)行的是歐Ⅵ排放法規(guī)，而且正在討論制定歐Ⅶ排放法規(guī)，預計最快會在2025年生效。更加嚴苛的排放法規(guī)也會促使低黏度發(fā)動機油在歐洲的應用。歐洲汽車制造商協(xié)會(ACEA)于2021年4月30日發(fā)布了最新的ACEA歐洲汽油車和輕型柴油車發(fā)動機油規(guī)格。其中黏度分類執(zhí)行最新版的SAE J300-2015，但從150 ℃高溫高剪切黏度看，仍然要求不小于2.6 mPa·s，可見黏度等級要求是xW-20[14-15]。

綜上，從國際行業(yè)規(guī)格來看，無論是發(fā)動機油黏度標準SAE J300-2015，還是國際通行的質量規(guī)格都在向更具燃油經濟性的低黏度高質量方向發(fā)展。

1.2 國外市場低黏度油品應用情況

為滿足日益嚴格的CO2排放法規(guī)要求，全球范圍內市場采用更低黏度油品的采用已成為主流趨勢。目前，在北美乘用車機油市場上不同黏度級別發(fā)動機油占比見圖2。

由圖2可知，5W-30仍然是最常見的黏度等級，在當前所售機油中占了40%的份額。對新車而言，5W-20和0W-20將是最廣泛推薦的黏度等級。展望未來十年，5W-30很可能會快速下降，而0W-20等級的使用可能會大幅增長。5W-20會有所下降，但這一等級可被視為是最終更多使用0W-20的過渡等級。0W-20目前占20%左右份額，銷量預計會進一步上漲，到2025年會成為最普遍使用的黏度等級，并在未來十年內達到機油銷量的一半。據預測，在這一時期內，0W-16將繼續(xù)是一個小眾的黏度等級，還沒有明確的跡象表明在北美會有更多OEM車廠使用該等級，除非已售車輛中有一大部分要求使用該等級。

目前，歐洲市場上不同黏度汽油機油的占比見圖3。

圖3 歐洲市場不同黏度發(fā)動機油市場占比

總體來看，歐洲服務油市場夏季還是主要以xW-30和xW-40為主，其中xW-30的油占比會更高一些，xW-20的油也在增長，但取代xW-30和xW-40還需要一段時間。從歐洲OEM的趨勢來看，為了提高燃油經濟性，向低黏度油品發(fā)展的勢頭已不可阻擋，并且歐洲各大主流OEM已經研究使用更低黏度(如0W-12)機油的可行性。

日本低黏化汽油機油已經走在了世界前列，對整個汽車行業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進作用，可為借鑒。在日本國內，超低黏度發(fā)動機油已在豐田、日產和本田三家主流日本OEM實現(xiàn)應用。不同黏度發(fā)動機油市場占比如圖4所示。

圖4 日本市場不同黏度發(fā)動機油市場占比

2 中國市場發(fā)動機油低黏化趨勢

2020年第七十五屆聯(lián)合國大會上，我國提出了“碳達峰”和“碳中和”的理念，并承諾將在2030年實現(xiàn)“碳達峰”，在2060年實現(xiàn)“碳中和”[16]。在可持續(xù)發(fā)展的大背景下，我國也制定了日趨嚴苛的車輛節(jié)能和排放法規(guī)。2020年10月27日，我國發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》。同時，《GB 18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》要求自2020年7月1日起，所有銷售和注冊登記的輕型汽車應符合國Ⅵ排放法規(guī)。節(jié)能和排放法規(guī)的實施也在一定程度上促進了低黏度節(jié)能發(fā)動機油在國內的應用。

2.1 國內行業(yè)規(guī)格情況

國外的發(fā)動機油行業(yè)規(guī)格體系比較完善，中國目前主要是借鑒國外的行業(yè)規(guī)格，具體來看國內發(fā)動機油市場主要執(zhí)行API/ILSAC規(guī)格，但也有一部分執(zhí)行ACEA規(guī)格?，F(xiàn)行有效的《GB 11121-2006 汽油機油》也是主要參考API/ILSAC規(guī)格和SAE J300黏度分類規(guī)則，但該標準最高質量規(guī)格僅到SL/GF-3，黏度等級最低為0W-20。目前國標正在修訂過程中，修訂后的國標最高質量規(guī)格將與API/ILSAC的SP/GF-6一致，并且將0W-16黏度級別也納入到新國標中。

2.2 國內OEM規(guī)格情況

中國的車企分為兩類，一類是合資品牌，如上汽大眾、上汽通用、廣汽豐田、東風本田等，這類車企的用油情況主要受合資中的國外車企影響。另一類是自主品牌車企，如長城、長安、比亞迪等，這類車企選油用油的自主權較大，但也主要參考國際上主流的發(fā)動機油規(guī)格和黏度級別。下面針對國內主要的合資品牌和自主品牌OEM的低黏度發(fā)動機油應用情況進行介紹。

中國與北美車企的合資品牌主要是上汽通用和長安福特，其中通用汽車和福特汽車這兩家車企均在API/ILSAC規(guī)格基礎上制定了各自的OEM發(fā)動機油規(guī)格。通用汽車最新的發(fā)動機油規(guī)格為dexos1 Gen3，于2021年4月推出，其中已經把xW-16黏度級別納入進來，但目前國內外市場上還沒有對應的產品。目前國內上汽通用新車的裝填油推薦使用0W-20黏度級別，售后油為0W-20和5W-30黏度級別。福特汽車最新的發(fā)動機油規(guī)格為M2C96x-A1，包含xW-20和xW-30黏度級別，其中裝填油推薦5W-30黏度級別，售后油推薦0W-20和5W-30黏度級別，國內也已經開始使用0W-20黏度級別油品。

中國與歐洲車企的合資品牌有代表性的是上汽大眾、北京奔馳、華晨寶馬、神龍汽車，這些歐洲車企都在ACEA規(guī)格的基礎上制定了各自的OEM發(fā)動機油規(guī)格。大眾汽車推薦的潤滑油黏度等級一般較高，主要是xW-30和xW-40黏度級別。2017年大眾汽車推出最新的低黏度發(fā)動機油標準VW 508.00/509.00，黏度等級為0W-20，適用于全球服務油市場。從2019年開始，為滿足不斷提升的發(fā)動機排放標準，上汽大眾生產的發(fā)動機初裝機油逐漸切換為0W-20機油，EA211發(fā)動機以及EA888發(fā)動機在切換成0W-20機油的同時，機油加注口蓋上會有“0W-20機油”字樣標識。奔馳汽車最新的低黏度發(fā)動機油規(guī)格為MB 229.71和MB 229.72，黏度級別分別為xW-20和0W-20，適用于全球裝填和服務油市場，其中中國市場已經開始使用滿足MB 229.71規(guī)格的0W-20黏度級別發(fā)動機油。寶馬汽車最新的低黏度發(fā)動機油規(guī)格為BMW LL-14 FE+和BMW LL-17 FE+，黏度級別均為xW-20，其中BMW LL-14 FE+適用于歐洲和美國的服務油市場，BMW LL-17 FE+適用于歐洲、北美和中國的服務油市場，目前國內市場已經開始使用滿足BMW LL-17 FE+規(guī)格的0W-20黏度級別油品。PSA集團最新的低黏度發(fā)動機油規(guī)格為PSA B71 2010，黏度級別為0W-20，適用于歐洲的服務油市場。針對國內市場，合資公司神龍汽車推薦使用C5 0W-20發(fā)動機油。

中國與日本車企合資品牌主要有一汽豐田、廣汽豐田、東風本田、廣汽本田、東風日產，其中豐田、本田、日產三家日本OEM發(fā)動機油規(guī)格主要參考API/ILSAC和JSAO規(guī)格，并且在日本已經有極為豐富的低黏度發(fā)動機油使用經驗。如豐田和本田在日本已經開始使用0W-16和0W-8黏度級別的發(fā)動機油，日產也已開始使用0W-20和0W-16黏度級別的發(fā)動機油產品。對于中國市場，豐田合資品牌目前使用的最低黏度級別油品為0W-16，本田合資品牌也已經使用0W-16黏度級別油品，甚至開始使用超低黏度的0W-8油品，日產合資品牌相對保守，目前還在使用0W-20黏度級別油品。可見日本OEM使用超低黏度油品已十分普遍，因此可以說日本OEM引領著低黏度發(fā)動機油的發(fā)展。

對于國內自主品牌，0W-20黏度級別油品也已經普遍應用，但更低黏度級別油品還未見應用。例如長城、長安和比亞迪汽車目前的裝填油和售后油都已經開始采用0W-20黏度級別，并且也有意向更低黏度的油品過渡，0W-16和0W-12將是未來研究與應用的方向。

2.3 中國市場低黏度發(fā)動機油應用

近幾年，在OEM、油品供應商主導，加上消費者自身對燃油經濟性的重視與認同，低黏度等級發(fā)動機油在國內市場上的銷售和應用增速顯著。

2018年前，0W-20油品在市場上很難見到，中國市場占有率幾乎為零， 近兩年在領先的OEM和以中國石化、中國石油為代表的國內外高檔潤滑油供應商的合力推動下，占比迅速上升。2020年國內市場0W-20油品的占比約為3%詳見圖5。從圖5也可以看出，與歐美及日本市場相比，中國市場的5W-40油品占比還處于比較高的比例，這或許是由于中國市場上超過十年的老舊車占據一定的比例，維修廠及終端客戶傾向于使用高黏度油品，應對舊車發(fā)動機間隙加大，降低磨損等因素。

圖5 中國市場不同黏度發(fā)動機油市場占比

Kline(克萊恩)公司也表示自2004年以來，隨著消費者越來越重視燃油經濟性，市場需求持續(xù)向低黏度等級發(fā)展；低黏度等級的發(fā)動機油，特別是0W油品的需求，近些年出現(xiàn)了顯著增長。其對不同黏度發(fā)動機油市場銷量做了如下統(tǒng)計及預測，詳見表2。

從表2中可見，2019年中國市場消費量最大的是10W油品，估計為477.2 kt，占2019年總量的41%。 5W油品的需求緊隨其后，總量為441.0 kt，占總量的34%。 0W油品排名第三，市場份額約為14%。 Kline預計0W油品預計將保持增長勢頭，在2029年占比第二大，為32%。而高黏度油品尤其是40、50黏度級別油品將大幅度下降。

表2 2019-2029年中國市場不同黏度等級轎車發(fā)動機油消費量

3 發(fā)動機油低黏化的挑戰(zhàn)

綜上分析可見，全球范圍發(fā)動機油的低黏化快速發(fā)展最主要的驅動因素來自于國家政策指導下的OEM引領推動，加之行業(yè)倡導， 潤滑油生產商積極促進，市場對低黏度油品逐步認同并快速發(fā)展，來自于終端汽修廠及個人消費者的認同，其對于低黏度油品實際使用中體會到的燃油經濟性效果也促進了低黏度油品的進一步快速應用。當然油品低黏化帶來的節(jié)能效果的同時，也給潤滑油設計帶來挑戰(zhàn)。

3.1 挑戰(zhàn)與應對

低黏度的機油可以減少發(fā)動機的摩擦損失，提高燃油經濟性。然而如果一味地降低黏度，則會給發(fā)動機帶來一系列的難題。低黏度發(fā)動機油面臨的主要挑戰(zhàn)和應對措施見表3。

表3 發(fā)動機油低黏化面臨的挑戰(zhàn)和應對措施

首先降低機油黏度會導致油膜厚度減小，機油的耐磨能力下降，嚴重時還會造成零件刮傷，引起故障，所以機油自身需要提供更強的磨損保護性能。同時發(fā)動機硬件方面，油壓和油泵需要在使用低黏度機油時進行調整，甚至發(fā)動機摩擦副的配合公差和表面處理工藝也是使用低黏度機油時必須考慮的因素。發(fā)動機硬件和低黏度油品相互匹配，才能充分發(fā)揮低黏度油品的節(jié)能效果，同時保持對發(fā)動機的有效保護[17-18]。其次，目前國內外車企都在研究混動策略，推出新的混動車型，而低黏度發(fā)動機油將會成為混動車型的配套用油，因此還需要考慮混動車型的使用工況和用油需求，如發(fā)動機頻繁啟停產生的磨損問題，長時間電機驅動導致機油溫度偏低，產生的機油乳化和燃油稀釋問題等[10]。再次，超低黏度油品的出現(xiàn)對基礎油的選擇也是一項巨大的挑戰(zhàn)。由于超低黏度和超低蒸發(fā)損失的要求，迫使?jié)櫥蜕a企業(yè)要選擇使用更低黏度、更高黏度指數、更低蒸發(fā)損失的高質量基礎油，Ⅲ類加氫基礎油、PAO、CTL、GTL、酯類油等將有望得到更廣泛地應用。從上述分析可以看出，低黏度發(fā)動機油需要合適的硬件進行適配，并且對基礎油和添加劑性能有較高要求。

3.2 中國石化低黏度油品開發(fā)及標準建設

中國石化潤滑油有限公司作為潤滑油行業(yè)的領軍企業(yè)，與國內外主流OEM保持著緊密合作，從新發(fā)動機設計階段就與OEM開展油品同步開發(fā)，目前0W-20黏度級別產品的應用覆蓋了國內外絕大多數OEM，長城金吉星SP/GF-6 0W-16油品已在豐田汽車配套應用,2021年底符合最新JASO GL-1規(guī)范的0W-8 油品完成開發(fā)并得到豐田認可；除了OEM配套低黏度開發(fā)外，中國石化也積極推進低黏度油品在終端市場上的應用，2015年中國石化率先推出長城金吉星0W-20市場油，2020年推出長城金吉星0W-16市場油油品。 2020年中國石化低黏度0W-20油品整體銷量占比超過20%，詳見圖6。

圖6 中國石化不同黏度發(fā)動機油銷量占比

此外，中國石化潤滑油公司也在積極推進發(fā)動機油國標修訂，建立低黏度發(fā)動機油燃油經濟性評價團體標準方法，從行業(yè)標準的角度保障低黏度發(fā)動機的發(fā)展與應用。

4 結語

節(jié)能減排的要求進一步推動著汽車行業(yè)提高燃油經濟性，北美、歐洲、日本和中國的主流OEM都在向低黏度發(fā)動機油過渡；發(fā)動機油市場低黏化趨勢美、歐、日、中同向發(fā)展，只是實現(xiàn)應用的速度不盡相同；0W-20將很快成為主導，步伐會越來越快。開發(fā)0W系列低黏技術發(fā)動機油目前已經成熱點，潤滑油生產企業(yè)應當充分考慮低黏度發(fā)動機油與發(fā)動機硬件相互適應，配套技術和測試技術同步發(fā)展； 在雙碳目標及日漸凸顯的能源危機之下，汽車行業(yè)與潤滑油等相關行業(yè)需要不斷協(xié)同并系統(tǒng)化推進，共同應對能源消耗和碳排放的挑戰(zhàn)。