张春辉，刘红
(中国石化润滑油有限公司，北京 100085)
据联合国组织统计，交通排放占全球碳排放的14%，而汽车作为交通工具一直是碳排放的大户，以我国为例，汽车碳排放占全国碳排放总量的7.5%，汽车使用和制造过程中的碳减排，任重而道远。
双碳目标下，汽车电动化发展迅速，但燃油发动机和混合动力发动机仍将在未来十几年占据主要地位。图1列出了全球未来十年汽车产业发展规划，到2030年全球新能源汽车占比超过传统内燃机汽车，达到54%，而这其中混合动力占据新能源汽车中的50%。在全球机动车保有量的不断增加，碳减排和石油资源不断减少的多重压力下，全球各国相继出台更为严苛的燃油经济性法规及排放法规，不断提升车辆的燃油经济性和降低排放成为全球汽车制造商共同追求的目标[1-5]。
发动机技术以及配套油品技术的发展仍将是燃油经济性和可持续发展的重要关注点和技术发展的方向，汽车和油品行业仍在致力于新技术开发以降低油耗和排放。在车辆燃油经济性的众多影响因素中，提升发动机效率，减少摩擦损失尤为重要。有研究表明，汽车燃料燃烧释放的能量中大约有20%～25%被零部件间的摩擦所消耗，这也促使主机厂和汽车制造商寻求降低摩擦损失的方法[6]。通过发动机的技术升级来提髙1%燃油经济性的成本约为1150 美元，采用动力传动系统的优化来提髙1%燃油经济性的成本约为1450 美元，而采用低黏度发动机油来提髙1%燃油经济性的成本约为80 美元。由此可见，使用低黏度发动机油是最经济和最易达到的途径之一[7]。另一方面，随着发动机加工工艺精细化水平的提高，以及新的改善边界润滑的涂层技术使用，使得发动机可以适用更低黏度的发动机油，这也进一步促进了发动机油向低黏化发展。
图1 全球汽车发展趋势(数据来源：HIS Market)
文章以北美、欧洲、日本和中国四个地区为例，从发动机油行业规格、原始设备制造商(OEM)规格及用油情况两个角度分析发动机油低黏化趋势，并提出低黏度发动机油面临的挑战。
国外市场发动机油低黏化趋势主要是由OEM主导，而OEM的技术发展和要求也带动了行业规格的不断更新。国外市场低黏度发动机油的应用情况见表1。
表1 国外市场发动机油低黏化趋势
由表1可知，在发动机油低黏化趋势上，日本走在最前、欧洲次之、北美稍显落后。本节将针对上述现象加以分析。
1.1 国际行业规格发展看轿车发动机油的低黏化趋势
美国汽车工程师协会(SAE)建立的发动机油黏度分类体系始于1911年，以SAE J300命名。SAE一直致力于制定最新的发动机油黏度标准，以满足市场的需求。2011年，本田提出了希望在SAE J300中加入超低黏度机油等级的请求；
2013年，SAE黏度分类工作组把SAE 16级别机油加入其J300机油黏度标准，2015年，更低黏度的SAE 12级别机油和SAE 8级别机油也加入到标准中。目前最新的版本为SAE J300-2015，是行业内公认的发动机油黏度分类准则[8]。
目前北美发动机油质量规格API/ILSAC，其最高规格为SP/GF-6，其中在GF-6规格内分两个类别，其中GF-6A包括0W-20及更高黏度等级的产品，GF-6B则是专门为0W-16低黏度发动机油设立的规格，确保燃油经济性得以改善[9]。
日本一直是沿用ILSAC 规格和API 规格。尽管ILSAC GF-6B性能标准适用于现有的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年就在制定有关0W-8黏度产品的标准，希望将这类超低黏度发动机油产品用于油电混动车型[10]。目前已有正在使用0W-12甚至是更低的0W-8的汽车制造商，所以有必要制定适用于更低黏度的发动机油规格以及相匹配的发动机台架评定方法。基于上述需求，日本汽车制造商协会(JAMA)和日本石油协会(PAJ)成立了日本汽车标准组织(JASO)，负责研究新的燃油经济性测试方法，并制定相应的标准。经过两年多的努力，于2019年10月完成了低黏度汽油机油规格(JASO M364)以及相应的两个燃油经济性发动机台架评定方法(JASO M365、JASO M366)。符合JASO M364的发动机油被归类为GLV-1，该标准适用于四冲程汽油发动机[11-13]。目前主流日本OEM，如丰田、本田、日产的0W-16及以上黏度级别的机油执行API/ILSAC规格，0W-16以下黏度级别的机油执行GLV-1规格，且都在行业规格的基础上增加OEM内部的一些验证试验。
欧洲目前执行的是欧Ⅵ排放法规，而且正在讨论制定欧Ⅶ排放法规，预计最快会在2025年生效。更加严苛的排放法规也会促使低黏度发动机油在欧洲的应用。欧洲汽车制造商协会(ACEA)于2021年4月30日发布了最新的ACEA欧洲汽油车和轻型柴油车发动机油规格。其中黏度分类执行最新版的SAE J300-2015，但从150 ℃高温高剪切黏度看，仍然要求不小于2.6 mPa·s，可见黏度等级要求是xW-20[14-15]。
综上，从国际行业规格来看，无论是发动机油黏度标准SAE J300-2015，还是国际通行的质量规格都在向更具燃油经济性的低黏度高质量方向发展。
1.2 国外市场低黏度油品应用情况
为满足日益严格的CO2排放法规要求，全球范围内市场采用更低黏度油品的采用已成为主流趋势。目前，在北美乘用车机油市场上不同黏度级别发动机油占比见图2。
由图2可知，5W-30仍然是最常见的黏度等级，在当前所售机油中占了40%的份额。对新车而言，5W-20和0W-20将是最广泛推荐的黏度等级。展望未来十年，5W-30很可能会快速下降，而0W-20等级的使用可能会大幅增长。5W-20会有所下降，但这一等级可被视为是最终更多使用0W-20的过渡等级。0W-20目前占20%左右份额，销量预计会进一步上涨，到2025年会成为最普遍使用的黏度等级，并在未来十年内达到机油销量的一半。据预测，在这一时期内，0W-16将继续是一个小众的黏度等级，还没有明确的迹象表明在北美会有更多OEM车厂使用该等级，除非已售车辆中有一大部分要求使用该等级。
目前，欧洲市场上不同黏度汽油机油的占比见图3。
图3 欧洲市场不同黏度发动机油市场占比
总体来看，欧洲服务油市场夏季还是主要以xW-30和xW-40为主，其中xW-30的油占比会更高一些，xW-20的油也在增长，但取代xW-30和xW-40还需要一段时间。从欧洲OEM的趋势来看，为了提高燃油经济性，向低黏度油品发展的势头已不可阻挡，并且欧洲各大主流OEM已经研究使用更低黏度(如0W-12)机油的可行性。
日本低黏化汽油机油已经走在了世界前列，对整个汽车行业的发展起到了积极的促进作用，可为借鉴。在日本国内，超低黏度发动机油已在丰田、日产和本田三家主流日本OEM实现应用。不同黏度发动机油市场占比如图4所示。
图4 日本市场不同黏度发动机油市场占比
2020年第七十五届联合国大会上，我国提出了“碳达峰”和“碳中和”的理念，并承诺将在2030年实现“碳达峰”，在2060年实现“碳中和”[16]。在可持续发展的大背景下，我国也制定了日趋严苛的车辆节能和排放法规。2020年10月27日，我国发布了《节能与新能源汽车技术路线图2.0》。同时，《GB 18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》要求自2020年7月1日起，所有销售和注册登记的轻型汽车应符合国Ⅵ排放法规。节能和排放法规的实施也在一定程度上促进了低黏度节能发动机油在国内的应用。
2.1 国内行业规格情况
国外的发动机油行业规格体系比较完善，中国目前主要是借鉴国外的行业规格，具体来看国内发动机油市场主要执行API/ILSAC规格，但也有一部分执行ACEA规格。现行有效的《GB 11121-2006 汽油机油》也是主要参考API/ILSAC规格和SAE J300黏度分类规则，但该标准最高质量规格仅到SL/GF-3，黏度等级最低为0W-20。目前国标正在修订过程中，修订后的国标最高质量规格将与API/ILSAC的SP/GF-6一致，并且将0W-16黏度级别也纳入到新国标中。
2.2 国内OEM规格情况
中国的车企分为两类，一类是合资品牌，如上汽大众、上汽通用、广汽丰田、东风本田等，这类车企的用油情况主要受合资中的国外车企影响。另一类是自主品牌车企，如长城、长安、比亚迪等，这类车企选油用油的自主权较大，但也主要参考国际上主流的发动机油规格和黏度级别。下面针对国内主要的合资品牌和自主品牌OEM的低黏度发动机油应用情况进行介绍。
中国与北美车企的合资品牌主要是上汽通用和长安福特，其中通用汽车和福特汽车这两家车企均在API/ILSAC规格基础上制定了各自的OEM发动机油规格。通用汽车最新的发动机油规格为dexos1 Gen3，于2021年4月推出，其中已经把xW-16黏度级别纳入进来，但目前国内外市场上还没有对应的产品。目前国内上汽通用新车的装填油推荐使用0W-20黏度级别，售后油为0W-20和5W-30黏度级别。福特汽车最新的发动机油规格为M2C96x-A1，包含xW-20和xW-30黏度级别，其中装填油推荐5W-30黏度级别，售后油推荐0W-20和5W-30黏度级别，国内也已经开始使用0W-20黏度级别油品。
中国与欧洲车企的合资品牌有代表性的是上汽大众、北京奔驰、华晨宝马、神龙汽车，这些欧洲车企都在ACEA规格的基础上制定了各自的OEM发动机油规格。大众汽车推荐的润滑油黏度等级一般较高，主要是xW-30和xW-40黏度级别。2017年大众汽车推出最新的低黏度发动机油标准VW 508.00/509.00，黏度等级为0W-20，适用于全球服务油市场。从2019年开始，为满足不断提升的发动机排放标准，上汽大众生产的发动机初装机油逐渐切换为0W-20机油，EA211发动机以及EA888发动机在切换成0W-20机油的同时，机油加注口盖上会有“0W-20机油”字样标识。奔驰汽车最新的低黏度发动机油规格为MB 229.71和MB 229.72，黏度级别分别为xW-20和0W-20，适用于全球装填和服务油市场，其中中国市场已经开始使用满足MB 229.71规格的0W-20黏度级别发动机油。宝马汽车最新的低黏度发动机油规格为BMW LL-14 FE+和BMW LL-17 FE+，黏度级别均为xW-20，其中BMW LL-14 FE+适用于欧洲和美国的服务油市场，BMW LL-17 FE+适用于欧洲、北美和中国的服务油市场，目前国内市场已经开始使用满足BMW LL-17 FE+规格的0W-20黏度级别油品。PSA集团最新的低黏度发动机油规格为PSA B71 2010，黏度级别为0W-20，适用于欧洲的服务油市场。针对国内市场，合资公司神龙汽车推荐使用C5 0W-20发动机油。
中国与日本车企合资品牌主要有一汽丰田、广汽丰田、东风本田、广汽本田、东风日产，其中丰田、本田、日产三家日本OEM发动机油规格主要参考API/ILSAC和JSAO规格，并且在日本已经有极为丰富的低黏度发动机油使用经验。如丰田和本田在日本已经开始使用0W-16和0W-8黏度级别的发动机油，日产也已开始使用0W-20和0W-16黏度级别的发动机油产品。对于中国市场，丰田合资品牌目前使用的最低黏度级别油品为0W-16，本田合资品牌也已经使用0W-16黏度级别油品，甚至开始使用超低黏度的0W-8油品，日产合资品牌相对保守，目前还在使用0W-20黏度级别油品。可见日本OEM使用超低黏度油品已十分普遍，因此可以说日本OEM引领着低黏度发动机油的发展。
对于国内自主品牌，0W-20黏度级别油品也已经普遍应用，但更低黏度级别油品还未见应用。例如长城、长安和比亚迪汽车目前的装填油和售后油都已经开始采用0W-20黏度级别，并且也有意向更低黏度的油品过渡，0W-16和0W-12将是未来研究与应用的方向。
2.3 中国市场低黏度发动机油应用
近几年，在OEM、油品供应商主导，加上消费者自身对燃油经济性的重视与认同，低黏度等级发动机油在国内市场上的销售和应用增速显著。
2018年前，0W-20油品在市场上很难见到，中国市场占有率几乎为零， 近两年在领先的OEM和以中国石化、中国石油为代表的国内外高档润滑油供应商的合力推动下，占比迅速上升。2020年国内市场0W-20油品的占比约为3%详见图5。从图5也可以看出，与欧美及日本市场相比，中国市场的5W-40油品占比还处于比较高的比例，这或许是由于中国市场上超过十年的老旧车占据一定的比例，维修厂及终端客户倾向于使用高黏度油品，应对旧车发动机间隙加大，降低磨损等因素。
图5 中国市场不同黏度发动机油市场占比
Kline(克莱恩)公司也表示自2004年以来，随着消费者越来越重视燃油经济性，市场需求持续向低黏度等级发展；
低黏度等级的发动机油，特别是0W油品的需求，近些年出现了显著增长。其对不同黏度发动机油市场销量做了如下统计及预测，详见表2。
从表2中可见，2019年中国市场消费量最大的是10W油品，估计为477.2 kt，占2019年总量的41%。
5W油品的需求紧随其后，总量为441.0 kt，占总量的34%。
0W油品排名第三，市场份额约为14%。
Kline预计0W油品预计将保持增长势头，在2029年占比第二大，为32%。而高黏度油品尤其是40、50黏度级别油品将大幅度下降。
表2 2019-2029年中国市场不同黏度等级轿车发动机油消费量
综上分析可见，全球范围发动机油的低黏化快速发展最主要的驱动因素来自于国家政策指导下的OEM引领推动，加之行业倡导， 润滑油生产商积极促进，市场对低黏度油品逐步认同并快速发展，来自于终端汽修厂及个人消费者的认同，其对于低黏度油品实际使用中体会到的燃油经济性效果也促进了低黏度油品的进一步快速应用。当然油品低黏化带来的节能效果的同时，也给润滑油设计带来挑战。
3.1 挑战与应对
低黏度的机油可以减少发动机的摩擦损失，提高燃油经济性。然而如果一味地降低黏度，则会给发动机带来一系列的难题。低黏度发动机油面临的主要挑战和应对措施见表3。
表3 发动机油低黏化面临的挑战和应对措施
首先降低机油黏度会导致油膜厚度减小，机油的耐磨能力下降，严重时还会造成零件刮伤，引起故障，所以机油自身需要提供更强的磨损保护性能。同时发动机硬件方面，油压和油泵需要在使用低黏度机油时进行调整，甚至发动机摩擦副的配合公差和表面处理工艺也是使用低黏度机油时必须考虑的因素。发动机硬件和低黏度油品相互匹配，才能充分发挥低黏度油品的节能效果，同时保持对发动机的有效保护[17-18]。其次，目前国内外车企都在研究混动策略，推出新的混动车型，而低黏度发动机油将会成为混动车型的配套用油，因此还需要考虑混动车型的使用工况和用油需求，如发动机频繁启停产生的磨损问题，长时间电机驱动导致机油温度偏低，产生的机油乳化和燃油稀释问题等[10]。再次，超低黏度油品的出现对基础油的选择也是一项巨大的挑战。由于超低黏度和超低蒸发损失的要求，迫使润滑油生产企业要选择使用更低黏度、更高黏度指数、更低蒸发损失的高质量基础油，Ⅲ类加氢基础油、PAO、CTL、GTL、酯类油等将有望得到更广泛地应用。从上述分析可以看出，低黏度发动机油需要合适的硬件进行适配，并且对基础油和添加剂性能有较高要求。
3.2 中国石化低黏度油品开发及标准建设
中国石化润滑油有限公司作为润滑油行业的领军企业，与国内外主流OEM保持着紧密合作，从新发动机设计阶段就与OEM开展油品同步开发，目前0W-20黏度级别产品的应用覆盖了国内外绝大多数OEM，长城金吉星SP/GF-6 0W-16油品已在丰田汽车配套应用,2021年底符合最新JASO GL-1规范的0W-8 油品完成开发并得到丰田认可；
除了OEM配套低黏度开发外，中国石化也积极推进低黏度油品在终端市场上的应用，2015年中国石化率先推出长城金吉星0W-20市场油，2020年推出长城金吉星0W-16市场油油品。
2020年中国石化低黏度0W-20油品整体销量占比超过20%，详见图6。
图6 中国石化不同黏度发动机油销量占比
此外，中国石化润滑油公司也在积极推进发动机油国标修订，建立低黏度发动机油燃油经济性评价团体标准方法，从行业标准的角度保障低黏度发动机的发展与应用。
节能减排的要求进一步推动着汽车行业提高燃油经济性，北美、欧洲、日本和中国的主流OEM都在向低黏度发动机油过渡；
发动机油市场低黏化趋势美、欧、日、中同向发展，只是实现应用的速度不尽相同；
0W-20将很快成为主导，步伐会越来越快。开发0W系列低黏技术发动机油目前已经成热点，润滑油生产企业应当充分考虑低黏度发动机油与发动机硬件相互适应，配套技术和测试技术同步发展；
在双碳目标及日渐凸显的能源危机之下，汽车行业与润滑油等相关行业需要不断协同并系统化推进，共同应对能源消耗和碳排放的挑战。