日本低黏度汽油機(jī)油近況

楊海城 方海濱 馮心憑 楊金華

1 廣州萬其貿(mào)易有限公司

2 珠海美合科技股份有限公司

隨著各國政府努力履行各自的碳減排義務(wù)，原始設(shè)備制造商都在設(shè)法實(shí)現(xiàn)整車的燃料經(jīng)濟(jì)性改善。眾所周知，使用低黏度發(fā)動機(jī)油可以減少流體動力摩擦，是切實(shí)可行的措施之—。日本原始設(shè)備制造商很早就采取行動，向較低的黏度等級過渡。2000年首次將SAE (Society of Automotive Engineers，美國汽車工程師協(xié)會) 0W-20引入了市場。此后美國EOVC（Engine Oil Viscosity Classification task force）發(fā)動機(jī)油黏度分類特別小組分別在2013年4月設(shè)定了SAE 16；2015年1月設(shè)立了SAE 12和SAE 8的黏度等級。目前SAE J300最低黏度等級是SAE 8。EOVC預(yù)測2020年將會有汽車廠商提出更低黏度等級的SAE 4要求。

在日本，ILSAC（International Lubricant Specification Advisory Committee，國際潤滑劑標(biāo)準(zhǔn)化及認(rèn)證委員會）規(guī)格及API (American Petroleum Institute，美國石油學(xué)會)規(guī)格的發(fā)動機(jī)油得到了廣泛普及。多年來—直執(zhí)行ILSAC GF-5和API SN規(guī)格，其中最低的黏度級別僅為SAE 0W-20。如今涵蓋低黏度級別SAE 0W-16的ILSAC GF-6規(guī)格已于2020年5月1日正式生效[1]。到2019年2月為止，在JALOS（日本潤滑油協(xié)會）登記注冊的SAE 0W-16黏度級別牌號已有 79 個[2]。

日本的原始設(shè)備制造商為了提高發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，積極引進(jìn)更低黏度的發(fā)動機(jī)油。日本汽車制造商協(xié)會(Japan Automobile Manufacturers Association)和日本石油協(xié)會（Japan Petroleum Institute）成立了JASO（日本汽車標(biāo)準(zhǔn)組織，Japan Automobile Standards Organization）下—代發(fā)動機(jī)油工作組(Next Generation Engine Oil Task Force，簡稱TF)，負(fù)責(zé)研究新的燃料經(jīng)濟(jì)性測試方法，并制定標(biāo)準(zhǔn)草案[3]。

2017年TF活動的重點(diǎn)是以SAE 0W-8、SAE 0W-12為對象，開發(fā)低黏度汽油發(fā)動機(jī)油的試驗(yàn)方法，并對ILSAC GF-6試驗(yàn)與SAE 0W-8油的相容性進(jìn)行了可行性檢查。因用于評價燃油經(jīng)濟(jì)性的程序VIF試驗(yàn)不適用于SAE 0W-12或以下的低黏度等級的油，所以需要開發(fā)新的燃油經(jīng)濟(jì)性測試方法和評定標(biāo)準(zhǔn)。

2019年3月TF完成了使用豐田發(fā)動機(jī)（2ZR-FXE）的點(diǎn)燃法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)方法[4]（JASO M366：2019，Automobile Gasoline Engine Oil Firing Fuel Economy Test Procedure）和使用日產(chǎn)發(fā)動機(jī)（MR20DD）的馬達(dá)法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)方法[5]（JASO M 365：2019，Automobile Gasoline Engine Oil Motored Fuel Economy Test Procedure）的制定工作。TF還使用調(diào)制的油樣在ILSAC GF-5、GF-6以及API SN的相關(guān)模擬評定和發(fā)動機(jī)臺架上進(jìn)行了試驗(yàn)，制定了SAE 0W-12和0W-8黏度等級的JASO汽油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)[6]（JASO M 364：2019，Automobile Gasoline Engine Oil Standard）。

表1 試驗(yàn)油樣

低黏度汽油機(jī)油評價方法開發(fā)及驗(yàn)證試驗(yàn)

TF為探討更低黏度汽油機(jī)油的評價方法及基準(zhǔn)值，前后試制了9種油樣對試驗(yàn)方法及基準(zhǔn)值進(jìn)行驗(yàn)證（油樣名稱的最后數(shù)字為調(diào)制批號），見表1。其中試驗(yàn)候選油用于驗(yàn)證低黏度潤滑油試驗(yàn)方法及基準(zhǔn)值。

圖1 點(diǎn)燃法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)裝置

表2 試驗(yàn)發(fā)動機(jī)主要參數(shù)

圖2 點(diǎn)燃法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)程序

發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)

日本汽車廠商提出了點(diǎn)燃法（Firing Fuel Economy Test Procedure）和馬達(dá)法(Motored Fuel Economy Test Procedure) 兩種燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)方法。

點(diǎn)燃法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)

點(diǎn)燃法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)裝置如圖1所示。試驗(yàn)發(fā)動機(jī)主要參數(shù)見表2。

試驗(yàn)使用符合JIS K 2202質(zhì)量要求的2號市售常規(guī)汽油。

新發(fā)動機(jī)或更換了部件的發(fā)動機(jī)先要按規(guī)定程序磨合約50 h。

按規(guī)定程序測量標(biāo)準(zhǔn)油JASO BC油和試驗(yàn)油的有關(guān)數(shù)據(jù)，然后計算出燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率(Fuel Economy Improvement，F(xiàn)EI) 。 點(diǎn)燃法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)程序如圖2所示。不同試驗(yàn)油樣的點(diǎn)燃法試驗(yàn)燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率見圖3。

由圖3可見，標(biāo)準(zhǔn)油GE216（SAE 0W-16）與其他油樣相比，在燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率方面可以拉開差別。3種演示油的燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率依次為 GE308＞GE408＞GE508。所以點(diǎn)燃法SAE 0W-8燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率（與JASO BC比值%）基準(zhǔn)值定為≥1.1%。

馬達(dá)法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)

馬達(dá)法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)裝置如圖4所示。試驗(yàn)發(fā)動機(jī)主要參數(shù)見表3。

新發(fā)動機(jī)或更換了部件的發(fā)動機(jī)先要按規(guī)定程序磨合約100 h。

按規(guī)定程序測量標(biāo)準(zhǔn)油JASO BC油和試驗(yàn)油的有關(guān)數(shù)據(jù)計算出扭矩下降率和實(shí)際車輛面向日本國內(nèi)模式的低、中、高燃油經(jīng)濟(jì)性改 進(jìn) 率 (L、M、H Fuel economy improvement)。馬達(dá)法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)流程如圖5所示，馬達(dá)法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)的扭矩下降率、燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率分別見圖6、圖7。

從圖 7可以看出，標(biāo)準(zhǔn)油SAE 0W-8比SAE 0W-16的燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率要好；相同黏度等級的油，含Mo的GE108A和GE116分別比不含Mo的GE208和GE216燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率要好。演示油燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率大小排列如下：GE308≈ GE408＞GE508。所以馬達(dá)法SAE 0W-8燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率（與JASO BC比值%）基準(zhǔn)值定為≥2.0%。

據(jù)有關(guān)資料報道[7]，日本正在使用—輛裝有日產(chǎn)MR20DD 2.0 L發(fā)動機(jī)的車輛進(jìn)行整車試驗(yàn)，以確認(rèn)在發(fā)動機(jī)臺架測試中取得的結(jié)果與實(shí)際行駛狀況的相關(guān)性，建立—種計算日本和歐洲汽車燃料經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率的方法。

圖3 點(diǎn)燃法試驗(yàn)燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率

圖4 馬達(dá)法燃料經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)裝置

表3 試驗(yàn)發(fā)動機(jī)主要參數(shù)

低黏度汽油機(jī)油抗磨性能考察

由于SAE 0W-8、SAE 0W-12是以前沒有的低黏度等級油，抗磨損性能是潤滑油低黏度化所主要擔(dān)憂的事項(xiàng)之—。因此進(jìn)行了低溫閥系磨損和正時鏈條磨損試驗(yàn)，通過試驗(yàn)評價了演示油性能并對試驗(yàn)方法及基準(zhǔn)值進(jìn)行了驗(yàn)證。

GF-6B標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了程序IVB試驗(yàn)，這是因?yàn)槌绦騃VA（D6891）發(fā)動機(jī)供應(yīng)短缺。因程序IVA與程序IVB穩(wěn)定性相同，所以進(jìn)行了程序IVB試驗(yàn)以及程序IVA試驗(yàn)，驗(yàn)證了演示油的性能。

程序IVB試驗(yàn)

不同試驗(yàn)油樣的程序IVB 試驗(yàn)結(jié)果見圖8、圖9。其中，GE508油試驗(yàn)進(jìn)行到146 h時因凸輪桃尖損壞終止試驗(yàn)，損壞原因不詳。

GF-6B程序IVB進(jìn)氣挺柱平均體積損失≤2.7 mm3；試驗(yàn)后舊油鐵含量≤400 mg/kg為合格。由圖8、圖9可以看出GE108A未能滿足程序IVB的要求；而GE208油可以滿足程序IVB的性能要求。

圖5 馬達(dá)法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)流程

圖6 馬達(dá)法燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)扭矩下降率

圖7 馬達(dá)法試驗(yàn)燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)率

程 序 IVA（ASTM D 6891）試驗(yàn)

因程序 IVB開發(fā)滯后，使用了其他可靠性測試合格的演示油GE308進(jìn)行了程序 IVA試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

GE-308的平均凸輪磨損是24.6 μm（GF-5/SN 要 求 ≤ 90 μm），現(xiàn)有SAE 0W-8的油可滿足GF-5/SN規(guī)格，可以認(rèn)為抗磨損性能良好。所以低黏度汽油機(jī)油的低溫閥系磨損試驗(yàn)（程序IVA）的基準(zhǔn)值，與 GF-5/ SN規(guī)格—樣，定為平均凸輪磨損量≤90 μm。

正時鏈條磨損試驗(yàn)（程序X）試驗(yàn)

不同試驗(yàn)油樣的程序X試驗(yàn)結(jié)果見圖10。

正時鏈條因磨損，會造成鏈條伸長率增加。GF-6B規(guī)定鏈條伸長率≤0.085%。演示油GE308、GE408、GE508均滿足該建議值。因此低黏度汽油機(jī)油基準(zhǔn)值定為≤0.085%。

圖8 試驗(yàn)后發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門升程體積平均損失量

圖9 試驗(yàn)后舊油鐵含量比較

表4 低溫閥系磨損試驗(yàn)（程序IVA、ASTM D 6891）試驗(yàn)結(jié)果

圖 10 試驗(yàn)后鏈條伸長率比較

低黏度發(fā)動機(jī)油在GF-6規(guī)格中其他試驗(yàn)的表現(xiàn)

高溫氧化穩(wěn)定性能試驗(yàn)[程序III H（D8111）]

不同試驗(yàn)油樣的程序III H試驗(yàn)結(jié)果分別見圖11、圖12。

試驗(yàn)后的舊油黏度增加率在GF-5/SN中規(guī)定≤150%。演示油GE308、GE408及GE508均滿足標(biāo)準(zhǔn)值（見圖11）。因此低黏度汽油機(jī)油黏度增加率的基準(zhǔn)值定為≤150%。

活塞沉積物評分（WPD）在GF-5/SN 中規(guī)定為≥3.7分，演示候補(bǔ)油GE308和GE408油樣評分均滿足這—基準(zhǔn)值（見圖 12）。因此低黏度汽油機(jī)油的活塞沉積物評分（WPD）定為≥3.7分。

磷揮發(fā)度試驗(yàn)

不同試驗(yàn)油樣的程序III HB（D 8111)試驗(yàn)結(jié)果見圖13。

GF-6B規(guī)定，高溫氧化試驗(yàn)程序III HB后舊油磷保持性≥81%。演 示 候 補(bǔ) 油GE308，GE408及GE508均滿足這些值。因此，低黏度汽油機(jī)油的程序IIIH B試驗(yàn)后的磷保持性基準(zhǔn)值定為≥81%。

抗低溫油泥性能試驗(yàn)

抗低溫油泥性能試驗(yàn)（程序VH）后的試驗(yàn)部件的評價結(jié)果見圖14～圖 17。

GF-6B指標(biāo)規(guī)定：發(fā)動機(jī)油泥平均評分≥7.6，搖臂罩油泥平均評分≥7.7，發(fā)動機(jī)漆膜平均評分≥8.6，活塞裙部漆膜平均評分≥7.6，壓縮環(huán)無熱黏環(huán)。演示候補(bǔ)油GE308和GE408都滿足該建議值。因此，低黏度汽油機(jī)油的基準(zhǔn)值定為發(fā)動機(jī)油泥平均評分≥7.6，搖臂罩油泥平均評分≥7.7，發(fā)動機(jī)漆膜平均評分≥8.6，活塞裙部平均評分≥7.6，壓縮環(huán)無熱黏環(huán)。

蒸發(fā)損失試驗(yàn)

諾亞克（NOACK）法蒸發(fā)損失試驗(yàn)結(jié)果見圖18。RL223是諾亞克（NOACK）法蒸發(fā)損失性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)油。

GF-6B規(guī)定蒸發(fā)損失≤15.0%。所有試驗(yàn)油樣都滿足此基準(zhǔn)值，因此蒸發(fā)損失定為≤15.0%。

老化油低溫黏度試驗(yàn)

老化油低溫黏度試驗(yàn)結(jié)果見圖19、圖20。

GF-6B 規(guī)定ROBO試驗(yàn)或程序IIIHA試驗(yàn)后舊油的低溫泵送黏度（MRV） ≤ 60 000 mPa·s。 所有演示油都滿足這些建議值。因此ROBO或程序IIIHA試驗(yàn)后舊油的低溫泵送黏度定為≤60 000 mPa·s。

圖11 試驗(yàn)后舊油運(yùn)動黏度增長率比較

圖12 試驗(yàn)后活塞加權(quán)沉積物評分比較

圖13 程序Ⅲ HB 試驗(yàn)后舊油磷保持率

圖14 試驗(yàn)后發(fā)動機(jī)油泥平均評分

圖15 發(fā)動機(jī)搖臂罩油泥評分比較

圖16 試驗(yàn)后發(fā)動機(jī)漆膜平均評分比較

圖17 試驗(yàn)后活塞裙部漆膜平均評分比較

圖18 諾亞克（NOACK）法蒸發(fā)損失試驗(yàn)結(jié)果

圖19 ROBO試驗(yàn)后舊油的低溫泵送黏度

圖20 程序IIIHA試驗(yàn)后舊油的低溫泵送黏度

密封適應(yīng)性試驗(yàn)

演示油 GE308、GE408、GE508按密封適應(yīng)性試驗(yàn)（ASTM D7216 附錄A2）進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明低黏度汽油機(jī)油“密封適合性”基準(zhǔn)值可以設(shè)定為與 GF-6B規(guī)格基準(zhǔn)值相同。

驗(yàn)證試驗(yàn)小結(jié)

確立了2種評價低黏度發(fā)動機(jī)油燃油經(jīng)濟(jì)性的發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)裝置，制定了相應(yīng)的評定方法。

對發(fā)動機(jī)油的其他相關(guān)性能，如抗磨損性等性能等也進(jìn)行了探討，通過使用標(biāo)準(zhǔn)油和演示油進(jìn)行了測試，確認(rèn)了GF-6B和GF-5/SN標(biāo)準(zhǔn)中除了燃油經(jīng)濟(jì)性以外的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)值都同樣適用于日本低黏度汽油機(jī)油規(guī)格。

表5 日本汽油機(jī)油規(guī)格（JASO M 364:2019）性能要求

日本低黏度汽油機(jī)油規(guī)格（JASO M 364:2019）

日本汽油機(jī)油規(guī)格（JASO M364:2019）已于2019年10月1日通過，其性能要求見表5。

符合上述要求的油品可以通過繳費(fèi)申請類似于API形式認(rèn)證。JASO M364認(rèn)證標(biāo)識見圖21。

據(jù)報道[7]，目前已經(jīng)有豐田汽車公司的純正發(fā)動機(jī)油GLV-1 0W-8（TOYOTA GENUINE MOTOR OIL GLV-1 0W-8）和日產(chǎn)汽車公司的純正強(qiáng)力發(fā)動機(jī)油GLV-1 0W-8（NISSAN GENUINE STRONG SAVE · X GLV-1 0W-8）在JALOS做了注冊。

表5 日本汽油機(jī)油規(guī)格（JASO M 364:2019）性能要求

表5 日本汽油機(jī)油規(guī)格（JASO M 364:2019）性能要求

圖21 JASO M364認(rèn)證標(biāo)識

結(jié)束語

隨著節(jié)能環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，發(fā)動機(jī)油低黏化發(fā)展趨勢明顯。日本低黏化汽油機(jī)油已經(jīng)走在了世界前列，可為借鑒。相信今后ILSAC GF-7及API 新規(guī)格都會將0W-12及0W-8低黏度等級列入標(biāo)準(zhǔn)。