日本低黏度汽油机油近况

2020-11-04杨海城方海滨冯心凭杨金华

石油商技 2020年5期

杨海城方海滨冯心凭杨金华

1 广州万其贸易有限公司

2 珠海美合科技股份有限公司

随着各国政府努力履行各自的碳减排义务，原始设备制造商都在设法实现整车的燃料经济性改善。众所周知，使用低黏度发动机油可以减少流体动力摩擦，是切实可行的措施之—。日本原始设备制造商很早就采取行动，向较低的黏度等级过渡。2000年首次将SAE (Society of Automotive Engineers，美国汽车工程师协会) 0W-20引入了市场。此后美国EOVC（Engine Oil Viscosity Classification task force）发动机油黏度分类特别小组分别在2013年4月设定了SAE 16；2015年1月设立了SAE 12和SAE 8的黏度等级。目前SAE J300最低黏度等级是SAE 8。EOVC预测2020年将会有汽车厂商提出更低黏度等级的SAE 4要求。

在日本，ILSAC（International Lubricant Specification Advisory Committee，国际润滑剂标准化及认证委员会）规格及API (American Petroleum Institute，美国石油学会)规格的发动机油得到了广泛普及。多年来—直执行ILSAC GF-5和API SN规格，其中最低的黏度级别仅为SAE 0W-20。如今涵盖低黏度级别SAE 0W-16的ILSAC GF-6规格已于2020年5月1日正式生效[1]。到2019年2月为止，在JALOS（日本润滑油协会）登记注册的SAE 0W-16黏度级别牌号已有 79 个[2]。

日本的原始设备制造商为了提高发动机的燃油经济性，积极引进更低黏度的发动机油。日本汽车制造商协会(Japan Automobile Manufacturers Association)和日本石油协会（Japan Petroleum Institute）成立了JASO（日本汽车标准组织，Japan Automobile Standards Organization）下—代发动机油工作组(Next Generation Engine Oil Task Force，简称TF)，负责研究新的燃料经济性测试方法，并制定标准草案[3]。

2017年TF活动的重点是以SAE 0W-8、SAE 0W-12为对象，开发低黏度汽油发动机油的试验方法，并对ILSAC GF-6试验与SAE 0W-8油的相容性进行了可行性检查。因用于评价燃油经济性的程序VIF试验不适用于SAE 0W-12或以下的低黏度等级的油，所以需要开发新的燃油经济性测试方法和评定标准。

2019年3月TF完成了使用丰田发动机（2ZR-FXE）的点燃法燃油经济性试验方法[4]（JASO M366：2019，Automobile Gasoline Engine Oil Firing Fuel Economy Test Procedure）和使用日产发动机（MR20DD）的马达法燃油经济性试验方法[5]（JASO M 365：2019，Automobile Gasoline Engine Oil Motored Fuel Economy Test Procedure）的制定工作。TF还使用调制的油样在ILSAC GF-5、GF-6以及API SN的相关模拟评定和发动机台架上进行了试验，制定了SAE 0W-12和0W-8黏度等级的JASO汽油机油标准[6]（JASO M 364：2019，Automobile Gasoline Engine Oil Standard）。

表1 试验油样

低黏度汽油机油评价方法开发及验证试验

TF为探讨更低黏度汽油机油的评价方法及基准值，前后试制了9种油样对试验方法及基准值进行验证（油样名称的最后数字为调制批号），见表1。其中试验候选油用于验证低黏度润滑油试验方法及基准值。

图1 点燃法燃油经济性试验装置

表2 试验发动机主要参数

图2 点燃法燃油经济性试验程序

发动机燃油经济性试验

日本汽车厂商提出了点燃法（Firing Fuel Economy Test Procedure）和马达法(Motored Fuel Economy Test Procedure) 两种燃油经济性试验方法。

点燃法燃油经济性试验

点燃法燃油经济性试验装置如图1所示。试验发动机主要参数见表2。

试验使用符合JIS K 2202质量要求的2号市售常规汽油。

新发动机或更换了部件的发动机先要按规定程序磨合约50 h。

按规定程序测量标准油JASO BC油和试验油的有关数据，然后计算出燃油经济性改进率(Fuel Economy Improvement，FEI) 。点燃法燃油经济性试验程序如图2所示。不同试验油样的点燃法试验燃油经济性改进率见图3。

由图3可见，标准油GE216（SAE 0W-16）与其他油样相比，在燃油经济性改进率方面可以拉开差别。3种演示油的燃油经济性改进率依次为 GE308＞GE408＞GE508。所以点燃法SAE 0W-8燃油经济性改进率（与JASO BC比值%）基准值定为≥1.1%。

马达法燃油经济性试验

马达法燃油经济性试验装置如图4所示。试验发动机主要参数见表3。

新发动机或更换了部件的发动机先要按规定程序磨合约100 h。

按规定程序测量标准油JASO BC油和试验油的有关数据计算出扭矩下降率和实际车辆面向日本国内模式的低、中、高燃油经济性改进率 (L、M、H Fuel economy improvement)。马达法燃油经济性试验流程如图5所示，马达法燃油经济性试验的扭矩下降率、燃油经济性改进率分别见图6、图7。

从图 7可以看出，标准油SAE 0W-8比SAE 0W-16的燃油经济性改进率要好；相同黏度等级的油，含Mo的GE108A和GE116分别比不含Mo的GE208和GE216燃油经济性改进率要好。演示油燃油经济性改进率大小排列如下：GE308≈ GE408＞GE508。所以马达法SAE 0W-8燃油经济性改进率（与JASO BC比值%）基准值定为≥2.0%。

据有关资料报道[7]，日本正在使用—辆装有日产MR20DD 2.0 L发动机的车辆进行整车试验，以确认在发动机台架测试中取得的结果与实际行驶状况的相关性，建立—种计算日本和欧洲汽车燃料经济性改进率的方法。

图3 点燃法试验燃油经济性改进率

图4 马达法燃料经济性试验装置

表3 试验发动机主要参数

低黏度汽油机油抗磨性能考察

由于SAE 0W-8、SAE 0W-12是以前没有的低黏度等级油，抗磨损性能是润滑油低黏度化所主要担忧的事项之—。因此进行了低温阀系磨损和正时链条磨损试验，通过试验评价了演示油性能并对试验方法及基准值进行了验证。

GF-6B标准规定了程序IVB试验，这是因为程序IVA（D6891）发动机供应短缺。因程序IVA与程序IVB稳定性相同，所以进行了程序IVB试验以及程序IVA试验，验证了演示油的性能。

程序IVB试验

不同试验油样的程序IVB 试验结果见图8、图9。其中，GE508油试验进行到146 h时因凸轮桃尖损坏终止试验，损坏原因不详。

GF-6B程序IVB进气挺柱平均体积损失≤2.7 mm3；试验后旧油铁含量≤400 mg/kg为合格。由图8、图9可以看出GE108A未能满足程序IVB的要求；而GE208油可以满足程序IVB的性能要求。

图5 马达法燃油经济性试验流程

图6 马达法燃油经济性试验扭矩下降率

图7 马达法试验燃油经济性改进率

程序 IVA（ASTM D 6891）试验

因程序 IVB开发滞后，使用了其他可靠性测试合格的演示油GE308进行了程序 IVA试验。试验结果见表4。

GE-308的平均凸轮磨损是24.6 μm（GF-5/SN 要求 ≤ 90 μm），现有SAE 0W-8的油可满足GF-5/SN规格，可以认为抗磨损性能良好。所以低黏度汽油机油的低温阀系磨损试验（程序IVA）的基准值，与 GF-5/ SN规格—样，定为平均凸轮磨损量≤90 μm。

正时链条磨损试验（程序X）试验

不同试验油样的程序X试验结果见图10。

正时链条因磨损，会造成链条伸长率增加。GF-6B规定链条伸长率≤0.085%。演示油GE308、GE408、GE508均满足该建议值。因此低黏度汽油机油基准值定为≤0.085%。

图8 试验后发动机进气门升程体积平均损失量

图9 试验后旧油铁含量比较

表4 低温阀系磨损试验（程序IVA、ASTM D 6891）试验结果

图 10 试验后链条伸长率比较

低黏度发动机油在GF-6规格中其他试验的表现

高温氧化稳定性能试验[程序III H（D8111）]

不同试验油样的程序III H试验结果分别见图11、图12。

试验后的旧油黏度增加率在GF-5/SN中规定≤150%。演示油GE308、GE408及GE508均满足标准值（见图11）。因此低黏度汽油机油黏度增加率的基准值定为≤150%。

活塞沉积物评分（WPD）在GF-5/SN 中规定为≥3.7分，演示候补油GE308和GE408油样评分均满足这—基准值（见图 12）。因此低黏度汽油机油的活塞沉积物评分（WPD）定为≥3.7分。

磷挥发度试验

不同试验油样的程序III HB（D 8111)试验结果见图13。

GF-6B规定，高温氧化试验程序III HB后旧油磷保持性≥81%。演示候补油GE308，GE408及GE508均满足这些值。因此，低黏度汽油机油的程序IIIH B试验后的磷保持性基准值定为≥81%。

抗低温油泥性能试验

抗低温油泥性能试验（程序VH）后的试验部件的评价结果见图14～图 17。

GF-6B指标规定：发动机油泥平均评分≥7.6，摇臂罩油泥平均评分≥7.7，发动机漆膜平均评分≥8.6，活塞裙部漆膜平均评分≥7.6，压缩环无热黏环。演示候补油GE308和GE408都满足该建议值。因此，低黏度汽油机油的基准值定为发动机油泥平均评分≥7.6，摇臂罩油泥平均评分≥7.7，发动机漆膜平均评分≥8.6，活塞裙部平均评分≥7.6，压缩环无热黏环。

蒸发损失试验

诺亚克（NOACK）法蒸发损失试验结果见图18。RL223是诺亚克（NOACK）法蒸发损失性试验标准油。

GF-6B规定蒸发损失≤15.0%。所有试验油样都满足此基准值，因此蒸发损失定为≤15.0%。

老化油低温黏度试验

老化油低温黏度试验结果见图19、图20。

GF-6B 规定ROBO试验或程序IIIHA试验后旧油的低温泵送黏度（MRV） ≤ 60 000 mPa·s。所有演示油都满足这些建议值。因此ROBO或程序IIIHA试验后旧油的低温泵送黏度定为≤60 000 mPa·s。

图11 试验后旧油运动黏度增长率比较

图12 试验后活塞加权沉积物评分比较

图13 程序Ⅲ HB 试验后旧油磷保持率

图14 试验后发动机油泥平均评分

图15 发动机摇臂罩油泥评分比较

图16 试验后发动机漆膜平均评分比较

图17 试验后活塞裙部漆膜平均评分比较

图18 诺亚克（NOACK）法蒸发损失试验结果

图19 ROBO试验后旧油的低温泵送黏度

图20 程序IIIHA试验后旧油的低温泵送黏度

密封适应性试验

演示油 GE308、GE408、GE508按密封适应性试验（ASTM D7216 附录A2）进行了试验。试验结果表明低黏度汽油机油“密封适合性”基准值可以设定为与 GF-6B规格基准值相同。

验证试验小结

确立了2种评价低黏度发动机油燃油经济性的发动机台架试验装置，制定了相应的评定方法。

对发动机油的其他相关性能，如抗磨损性等性能等也进行了探讨，通过使用标准油和演示油进行了测试，确认了GF-6B和GF-5/SN标准中除了燃油经济性以外的试验方法和标准值都同样适用于日本低黏度汽油机油规格。

表5 日本汽油机油规格（JASO M 364:2019）性能要求

日本低黏度汽油机油规格（JASO M 364:2019）

日本汽油机油规格（JASO M364:2019）已于2019年10月1日通过，其性能要求见表5。

符合上述要求的油品可以通过缴费申请类似于API形式认证。JASO M364认证标识见图21。

据报道[7]，目前已经有丰田汽车公司的纯正发动机油GLV-1 0W-8（TOYOTA GENUINE MOTOR OIL GLV-1 0W-8）和日产汽车公司的纯正强力发动机油GLV-1 0W-8（NISSAN GENUINE STRONG SAVE · X GLV-1 0W-8）在JALOS做了注册。