歐洲ACEA輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格的最新發(fā)展

石順友，張廣遼，潘正華，趙艷麗

(中國石化潤滑油有限公司華南分公司，廣東 廣州 510620)

0 引言

發(fā)動機(jī)油被形象地稱為汽車發(fā)動機(jī)的“血液”，對發(fā)動機(jī)的動力性、可靠性和耐久性有著至關(guān)重要的影響。發(fā)動機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)和排放法規(guī)的日益嚴(yán)苛，推動著發(fā)動機(jī)油規(guī)格的不斷升級。發(fā)動機(jī)油規(guī)格反映了發(fā)動機(jī)油的整體性能水平，其不斷更新升級，確保發(fā)動機(jī)油能夠滿足最新發(fā)動機(jī)技術(shù)的潤滑要求[1-2]。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，發(fā)動機(jī)油規(guī)格開始建立，并不斷發(fā)展完善，至今，已經(jīng)發(fā)展形成了API(美國石油學(xué)會)、ACEA(歐洲汽車制造商協(xié)會)、ILSAC(國際潤滑材料標(biāo)準(zhǔn)化及審查委員會)和JASO(日本汽車標(biāo)準(zhǔn)委員會)四個被世界普遍認(rèn)可的具有權(quán)威性的發(fā)動機(jī)油規(guī)格體系。

ACEA發(fā)動機(jī)油規(guī)格分為輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格系列和重負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格系列。ACEA輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格規(guī)定了歐洲汽油發(fā)動機(jī)油和輕負(fù)荷柴油發(fā)動機(jī)油的最低性能標(biāo)準(zhǔn)，許多汽車原始設(shè)備制造商(OEM)在汽車使用手冊中將其列為汽車換油保養(yǎng)時發(fā)動機(jī)油必須滿足的最低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[3]。歐洲汽車OEM在我國乘用車市場中占到20%以上，意味著這些車輛都需要使用滿足ACEA規(guī)格的發(fā)動機(jī)油[4]。因此，研究分析ACEA規(guī)格的最新發(fā)展?fàn)顩r，對油品的應(yīng)用開發(fā)和歐系車的潤滑安全都具有十分重要的意義。

1 ACEA規(guī)格發(fā)展概況

歐洲在實行統(tǒng)一的發(fā)動機(jī)油規(guī)格之前采用的是API規(guī)格。由于歐洲在發(fā)動機(jī)設(shè)計、車輛工況及節(jié)能環(huán)保等方面與美國存在顯著差異，符合API規(guī)格的發(fā)動機(jī)油無法完全滿足歐系車的潤滑要求，因此，歐洲共同市場汽車制造商協(xié)會CCMC(ACEA的前身)于1983年發(fā)布了歐洲自己的發(fā)動機(jī)油規(guī)格。20世紀(jì)90年代，由于歐洲大量的汽車制造廠商重組，CCMC解體，并由ACEA取代。ACEA從1996年開始發(fā)布ACEA發(fā)動機(jī)油規(guī)格，以替代此前的CCMC規(guī)格，并不斷進(jìn)行更新升級，如表1，以確保油品能夠滿足最新發(fā)動機(jī)技術(shù)的潤滑要求[5-6]。

表1 ACEA發(fā)動機(jī)油規(guī)格的歷次更新情況

注：*僅限輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格。

早期的ACEA發(fā)動機(jī)油規(guī)格分為汽油機(jī)油、輕負(fù)荷柴油機(jī)油和重負(fù)荷柴油機(jī)油3類，分別用英文字母A、B和E加以區(qū)別，每類又都分為幾個級別，以反映不同的性能要求。從2004年開始[7]，ACEA取消了單獨(dú)的“Ax”和“Bx”系列，將其合并為“Ax/Bx”系列，以規(guī)定轎車汽油機(jī)和輕負(fù)荷柴油機(jī)裝填和服務(wù)用發(fā)動機(jī)油的技術(shù)要求；引入了全新的“Cx”系列，以規(guī)定帶尾氣后處理裝置的轎車汽油機(jī)和輕負(fù)荷柴油機(jī)裝填及售后服務(wù)用發(fā)動機(jī)油的技術(shù)要求，且與催化劑相兼容；同時保留了規(guī)定重負(fù)荷柴油機(jī)裝填及售后服務(wù)用發(fā)動機(jī)油技術(shù)要求的“Ex”系列。至此，形成了由輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格“Ax/Bx”和“Cx”系列以及重負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格“Ex”系列組成的ACEA發(fā)動機(jī)油規(guī)格體系，并一直沿用至今。ACEA輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格的發(fā)展歷程如圖1。

圖1 ACEA輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格的發(fā)展歷程

2 ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格

隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，新一代發(fā)動機(jī)對潤滑油的要求越來越高。為滿足新一代發(fā)動機(jī)的潤滑要求，ACEA于2021年4月30日發(fā)布了ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格，并于2021年5月1日正式實施。這也是ACEA首次將輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格和重負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格進(jìn)行分開發(fā)布，以更加靈活的方式應(yīng)對行業(yè)和市場變化[8]。與ACEA-2016相比，ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格進(jìn)行了較大的更新升級，廢除了A3/B3和C1，同時，為解決渦輪增壓缸內(nèi)直噴(TGDI)汽油發(fā)動機(jī)的低速早燃、正時鏈條磨損和渦輪增壓器沉積物等問題，引入了全新的A7/B7-21和C6-21規(guī)格[9-11]。

2.1 A/B系列規(guī)格技術(shù)要求

ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格A/B系列屬于中高灰分，對配方中的硫、磷元素含量無限制要求，不適用于帶有先進(jìn)后處理裝置的發(fā)動機(jī)潤滑，技術(shù)要求[11]如表2。

表2 ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格A/B系列技術(shù)要求

表2(續(xù))

2.2 C系列規(guī)格技術(shù)要求

ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格C系列屬于低硫、低磷、低硫酸鹽灰分(低SAPS)，對油品配方中的硫、磷和硫酸鹽灰分有限值要求，滿足TGDI最新發(fā)動機(jī)技術(shù)和先進(jìn)后處理裝置適應(yīng)性的要求，技術(shù)要求[11]如表3。

表3 ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格C系列技術(shù)要求

表3(續(xù))

2.3 A/B系列與C系列對比

A/B系列與C系列的主要差異如表4。

表4 A/B系列與C系列主要差異

表4(續(xù))

從表4可以看出，A/B系列與C系列的差異并不明顯。主要差異如下：

(1)在蒸發(fā)損失上，C4-21小于A/B系列，為不大于11%，而C2-21、C3-21、C4-21、C5-21、C6-21與A/B系列一致，均為不大于13%。

(2)在堿值要求上，除C2-21對堿值無要求外，其余的均有要求，但C系列各類別的堿值均比A/B系列的小。同時可以看出，A/B系列和C系列的堿值下降趨勢明顯。通常，堿值越高越能中和汽車燃料油燃燒產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，換油周期就越長。對堿值的要求不斷下降，說明對燃油的質(zhì)量要求也越來越高。對于使用高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(國Ⅴ/Ⅵ)燃料油的車輛，已經(jīng)不需要高堿值，低堿值就能滿足長換油周期的需求。但是，對于使用燃油質(zhì)量不高的地區(qū)或車輛，建議選擇高堿值發(fā)動機(jī)油，避免發(fā)動機(jī)出現(xiàn)酸性腐蝕磨損。

(3)C系列對硫、磷元素含量提出了具體要求，而A/B系列只是報告值，同時C系列的硫酸鹽灰分含量明顯低于A/B系列，這主要是C系列的應(yīng)用對象決定的，因為C系列是針對帶有先進(jìn)后處理裝置的發(fā)動機(jī)開發(fā)的，客觀上要求低S、低P和低灰分。

(4)在臺架試驗上，A/B系列與C系列所用的發(fā)動機(jī)臺架試驗(除燃油經(jīng)濟(jì)性)完全相同，其評定指標(biāo)和指標(biāo)值(除燃油經(jīng)濟(jì)性)也完全相同。

(5)在燃油經(jīng)濟(jì)性上，除C6-21要求采用日本豐田開發(fā)的JASO FE M366燃油經(jīng)濟(jì)性試驗評定外，其余均采用CEC L-54-96方法評定。指標(biāo)要求上，C系列均有要求，A5/B5-21和A7/B7-21均要求不小于2.5%，而A3/B4-21無要求。

3 ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格序列變化

3.1 A/B系列規(guī)格序列變化

與ACEA-2016相比，ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格A/B系列廢除了A3/B3，保留了A3/B4和A5/B5，新增了A7/B7。

A3/B4屬于高性能發(fā)動機(jī)油，要求HTHS大于3.5 mPa·s，堿值不小于10 mgKOH/g，滿足長換油周期的需求。A3/B4的性能要求覆蓋A3/B3，因此，對于要求使用A3/B3規(guī)格的車輛，可用A3/B4規(guī)格的油品進(jìn)行替代使用。此外，眾多OEM規(guī)格也以A3/B4為基準(zhǔn)，如MB-Approval 229.3/229.5、Porsche A40、PSA B71 2296和Renault RN0700/710等。

A5/B5屬于高性能發(fā)動機(jī)油，主要應(yīng)用于專門針對使用低黏度發(fā)動機(jī)油而設(shè)計的高性能汽油發(fā)動機(jī)和輕負(fù)荷柴油發(fā)動機(jī)，要求HTHS在2.9～3.5 mPa·s。以A5/B5為基礎(chǔ)的OEM規(guī)格有RN0700/0710、MB229.6、BMW LL-01FE、Volvo Cars 95200377、JLR STJLR.03.5003和Ford WSS-M2C913-D等。

A7/B7是基于A5/B5，專為能夠使用低黏度油的高性能汽油和輕型柴油發(fā)動機(jī)而設(shè)計，具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性，并為發(fā)動機(jī)提供良好的低速早燃抑制、正時鏈條磨損和渦輪增壓器沉積物保護(hù)。

3.2 C系列規(guī)格序列變化

與ACEA-2016相比，ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格C系列廢除了C1，保留了C2、C3、C4、C5，新增了C6。其中，C3偏重性能，黏度偏大，C5和C6偏重燃油經(jīng)濟(jì)性，黏度偏小。

C2是低HTHS(≤3.5 mPa·s)的SAE 5W-30發(fā)動機(jī)油，能滿足較高的燃料經(jīng)濟(jì)性要求,已被多家OEM(如PSA)采用作為裝填和售后服務(wù)用油標(biāo)準(zhǔn)。

C3是典型的“中等SAPS”高黏度發(fā)動機(jī)油，要求HTHS不小于3.5 mPa·s，具有一定燃油經(jīng)濟(jì)性要求，符合大多數(shù)OEM的性能要求，被廣泛應(yīng)用。

C4是典型的SAE 5W-30發(fā)動機(jī)油，要求高HTHS(≥3.5 mPa·s)和低硫酸鹽灰分(≤0.5%)，具有一定的燃油經(jīng)濟(jì)性要求，但較少被OEM采用。

C5是基于C3，在燃油經(jīng)濟(jì)性上提出了更高指標(biāo)要求，燃油經(jīng)濟(jì)性比C3提高2%，滿足用于使用低黏度機(jī)油而設(shè)計的汽油和輕負(fù)荷柴油發(fā)動機(jī)的潤滑。

C6是本次更新的重要規(guī)格類別，適用于使用DPF和TWC等先進(jìn)后處理裝置的高性能汽油和輕負(fù)荷柴油發(fā)動機(jī)，具有更長的換油周期和更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，并為發(fā)動機(jī)提供優(yōu)異的低速早燃抑制，減少正時鏈條磨損和渦輪增壓器沉積物。

4 技術(shù)要求變化

4.1 實驗室試驗及指標(biāo)變化

ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格實驗室試驗及指標(biāo)要求在ACEA-2016基礎(chǔ)上，推出了一些新的要求及新的測試方法，主要是：(1)在堿值測試方法上，對于新增的A7/B7-21和C6-21規(guī)格，要求采用ASTM D4739進(jìn)行測試，其他規(guī)格沿用ACEA-2016的測試方法；(2)在橡膠相容性上，測試方法未變，但指標(biāo)要求更加嚴(yán)格。其他的實驗室指標(biāo)，如剪切穩(wěn)定性、HTHS、蒸發(fā)損失、硫、磷、硫酸鹽灰分、氯含量和抗泡性等方面均沿用了ACEA-2016的要求。

4.2 發(fā)動機(jī)臺架試驗及指標(biāo)變化

在臺架試驗方面，ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格因硬件供應(yīng)問題而刪除了OM646LA和OM646LA Bio，保留了EP6CDT汽油機(jī)活塞清凈性、DV6C柴油機(jī)中溫分散性以及M111燃油經(jīng)濟(jì)性試驗。同時，推出了替代試驗和新臺架試驗，如表5，以應(yīng)對當(dāng)前最新發(fā)動機(jī)技術(shù)的潤滑需求。

表5 ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格的替代試驗和新臺架試驗

4.2.1 替代試驗

(1)MS程序ⅤH替代ⅤG試驗，評價發(fā)動機(jī)油在發(fā)動機(jī)中形成低溫油泥和漆膜等沉積物的控制能力，以應(yīng)對城市道路中開開停停的惡劣工況。MS程序ⅤH試驗采用福特4.6 L排量Ⅴ型8缸汽油發(fā)動機(jī)，試驗在不同的轉(zhuǎn)速和機(jī)油溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)54個循環(huán)工況，每個循環(huán)工況4 h，每個循環(huán)周期包括3個不同的階段，共運(yùn)轉(zhuǎn)216 h[12]。

(2)VW TD13試驗替代VW TD12試驗，VW TD13采用2.0 L排量的VW EA288歐Ⅵ發(fā)動機(jī)，具有廢氣再循環(huán)(EGR)、可變截面渦輪增壓器(VGT)、氮氧化物(NOx)催化劑和柴油顆粒過濾器(DPF)，提高試驗苛刻度，但考慮現(xiàn)實原因，指標(biāo)限值基本未變[13]。

(3)奔馳開發(fā)的第二代黑色油泥試驗M271 EVO替代M271試驗，隨著TGDI發(fā)動機(jī)的使用越來越多，該試驗?zāi)軌蚋玫胤从承掳l(fā)動機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代高性能發(fā)動機(jī)所面臨的挑戰(zhàn)。

4.2.2 新增試驗

(1)MS程序ⅣB閥系磨損試驗。

為填補(bǔ)TU3從ACEA-2016中刪除后留下的空白，ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格引入MS程序ⅣB閥系磨損試驗，以解決渦輪增壓發(fā)動機(jī)獨(dú)特的抗磨性能要求。MS程序ⅣB試驗采用豐田2NR-FE 1.5 L直列四缸水冷發(fā)動機(jī)，試驗結(jié)束后，根據(jù)MS ⅣB試驗的Keyence VR-3200試驗程序，采用Keyence 3D顯微鏡磨損儀，通過非接觸式3D掃描的方式測量氣門挺柱的磨損體積，同時要求檢測試驗結(jié)束后油樣中的鐵磨損元素含量[14]。

(2)CEC L-114-19豐田渦輪增壓器沉積物試驗。

渦輪增壓器軸承是通過機(jī)油潤滑的，高溫環(huán)境下，機(jī)油會發(fā)生結(jié)焦，產(chǎn)生沉積物，且無法去除，嚴(yán)重時甚至?xí)伦u輪增壓器的潤滑管路造成嚴(yán)重故障，因此要求機(jī)油在高溫下具有優(yōu)異的抗氧化能力，減少沉積物的生成。A7/B7-21和C6-21要求通過豐田渦輪增壓器沉積物測試，使發(fā)動機(jī)油在溫度更高、工況更苛刻的條件下，盡量減少沉積物的產(chǎn)生，保護(hù)渦輪增壓器。

(3)MS程序Ⅸ低速早燃(LSPI)試驗。

TGDI技術(shù)是OEM實現(xiàn)效率和燃油經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)的主要手段，隨著發(fā)動機(jī)大量采用TGDI技術(shù)，低速早燃問題變得越來越突出。A7/B7-21和C6-21要求通過LSPI測試，大大減少低速早燃的發(fā)生概率。

(4)MS程序Ⅹ正時鏈條磨損試驗。

為考察直噴汽油發(fā)動機(jī)的燃燒煙炱進(jìn)入發(fā)動機(jī)油后，對正時鏈條磨損的影響，A7/B7-21和C6-21要求通過正時鏈條磨損測試。該試驗采用福特2.0 L、火花點火、四沖程、四缸、汽油渦輪增壓直噴(GTDI)發(fā)動機(jī)，試驗總運(yùn)行216 h，54個循環(huán)，每個循環(huán)4 h，包括兩個階段:①階段1:過濃燃燒，冷卻液低溫，PCV(曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)裝置)低溫;②階段2:均質(zhì)燃燒，冷卻液正常溫度，PCV正常溫度。試驗結(jié)束后，正時鏈條增加要求不大于0.085%[15]。

(5)JASO FE M366豐田燃油經(jīng)濟(jì)性試驗。

C6-21規(guī)格要求采用JASO FE M366評定油品的燃油經(jīng)濟(jì)性。JASO FE M366是JASO評定超低黏度0W-8和0W-12發(fā)動機(jī)油燃油經(jīng)濟(jì)性的臺架試驗方法[16]，C6-21的燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)要求為不小于0.0%，即油品在測試過程中，與參比油相比，只需要有一點燃油經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)(如0.1%)就算通過，說明JASO FE M366燃油經(jīng)濟(jì)性測試的嚴(yán)苛性。

5 結(jié)束語

(1)ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格廢除了A3/B3和C1，新增了A7/B7和C6，同時引入了新的臺架試驗，以滿足最新的市場需求和發(fā)動機(jī)技術(shù)的潤滑要求。從本次規(guī)格的升級中可以看出，歐洲輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油的低黏化趨勢越來越明顯，順應(yīng)了汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢。

(2)ACEA-2021輕負(fù)荷發(fā)動機(jī)油規(guī)格對發(fā)動機(jī)油提出了更高的性能要求，能夠為現(xiàn)代發(fā)動機(jī)提供低速早燃抑制、正時鏈條磨損保護(hù)以及渦輪增壓器沉積物保護(hù)等全面的潤滑安全保護(hù),以減少溫室氣體排放，提高燃油經(jīng)濟(jì)性能。同時，也為下一代OEM裝填和售后服務(wù)用發(fā)動機(jī)油規(guī)格提供了新的基準(zhǔn)。

(3)我國乘用車發(fā)動機(jī)油采用的是API規(guī)格，無法完全滿足歐系車的潤滑要求，而歐系車在我國乘用車市場中占據(jù)較大份額，因此，有必要關(guān)注并研究歐洲ACEA發(fā)動機(jī)油規(guī)格的發(fā)展變化，研發(fā)生產(chǎn)符合最新ACEA規(guī)格的發(fā)動機(jī)油產(chǎn)品，以滿足日益先進(jìn)的發(fā)動機(jī)硬件的潤滑需求。