T/CSAE 221-2021《SP、GF-6汽油機(jī)油》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)解讀

石順友,林東豐,趙艷麗,潘正華

(中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司華南分公司,廣東 廣州 510620)

0 引言

隨著全球汽車產(chǎn)銷量的快速增長(zhǎng)、石化能源的逐漸枯竭和環(huán)境問(wèn)題的日益突出,節(jié)省能源和降低排放是世界汽車行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn),世界各國(guó)都不斷出臺(tái)日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)和燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)[1]。為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)苛的環(huán)保法規(guī)和燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)要求,各大汽車OEM(原始設(shè)備制造商)相繼推出應(yīng)用大量新技術(shù)的新型發(fā)動(dòng)機(jī),以滿足相應(yīng)法規(guī)要求。應(yīng)用新技術(shù)的新型發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)潤(rùn)滑油提出了更高的要求,特別是隨著汽油直噴渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷普及,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油提出了抗低速早燃(Low Speed Pre-Ignition,LSPI)的性能要求[2-4]。然而,我國(guó)現(xiàn)行的汽油機(jī)油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布于2006年,且只包含SL/GF-3級(jí)別及以下級(jí)別的油品規(guī)格[5],嚴(yán)重滯后于美國(guó)石油協(xié)會(huì)(American Petroleum Institute,API)、歐洲汽車制造商協(xié)會(huì)(ACEA)和日本汽車標(biāo)準(zhǔn)組織 (Japan Automobile Standards Organization, JASO)等國(guó)外汽油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn),無(wú)法滿足我國(guó)現(xiàn)代新型發(fā)動(dòng)機(jī)以及龐大汽車后市場(chǎng)的需求。

為滿足我國(guó)汽車原始設(shè)備生產(chǎn)商(OEM)和龐大終端市場(chǎng)的實(shí)際需求,并規(guī)范我國(guó)潤(rùn)滑油生產(chǎn)企業(yè)對(duì)SP、GF-6規(guī)格油品的質(zhì)量控制,由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)起,并聯(lián)合汽車OEM、潤(rùn)滑油和添加劑等生產(chǎn)廠商,歷經(jīng)近2年時(shí)間,于2021年8月26日成功推出T/CSAE221-2021《SP、GF-6汽油機(jī)油》中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是在API SP/ILSAC GF-6規(guī)格基礎(chǔ)上,緊密結(jié)合我國(guó)國(guó)內(nèi)汽車OEM的用油需求,吸取API等油品規(guī)格開(kāi)發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn),在油品性能指標(biāo)中特別增加了我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的低速早燃臺(tái)架評(píng)定試驗(yàn),即分別采用江淮1.5 T渦輪增壓缸內(nèi)汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)(TGDI)發(fā)動(dòng)機(jī)和長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)自主建立的評(píng)價(jià)汽油機(jī)油抑制低速早燃性能臺(tái)架試驗(yàn)。該標(biāo)準(zhǔn)的成功推出以及自主低速早燃臺(tái)架評(píng)定試驗(yàn)的成功應(yīng)用,為我國(guó)建立自主汽油機(jī)油規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

文章對(duì)T/CSAE 221-2021《SP、GF-6汽油機(jī)油》中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容進(jìn)行解讀。作為相關(guān)工作人員在使用此標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的參考,助力該標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用和實(shí)施。

1 適用范圍及分類標(biāo)記

1.1 適用范圍

T/CSAE 221-2021《SP、GF-6汽油機(jī)油》中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以精制礦物油、合成油或精制礦物油與合成油的混合油為基礎(chǔ)油,加入多種功能添加劑調(diào)制而成的SP汽油機(jī)油和具有節(jié)能效果的GF-6汽油機(jī)油的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則及標(biāo)識(shí)、包裝、貯存及交貨驗(yàn)收要求。該標(biāo)準(zhǔn)適用于在汽車四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī),如轎車、輕型卡車、貨車和客車發(fā)動(dòng)機(jī)等。

1.2 分類標(biāo)記

T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)包括SP、GF-6A和GF-6B 3個(gè)油品規(guī)格分類。其中,SP汽油機(jī)油包含0W-16、0W-20和0W-30等17個(gè)黏度等級(jí)產(chǎn)品;GF-6A汽油機(jī)油包含0W-20、0W-30、5W-20、5W-30和10W-30 5個(gè)黏度等級(jí)產(chǎn)品;而GF-6B汽油機(jī)油僅僅包含0W-16 1個(gè)黏度等級(jí)產(chǎn)品。因此,本標(biāo)準(zhǔn)基本覆蓋了汽油機(jī)油所有可能的應(yīng)用要求。執(zhí)行T/CSAE 221-2021的產(chǎn)品標(biāo)記為:質(zhì)量等級(jí)+黏度等級(jí)+產(chǎn)品名稱+標(biāo)準(zhǔn)號(hào),如GF-6A 5W-30汽油機(jī)油T/CSAE 221-2021。

2 技術(shù)要求及試驗(yàn)方法

T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)主要通過(guò)對(duì)油品的黏溫性能、理化性能和使用性能來(lái)評(píng)價(jià)和規(guī)范SP、GF-6汽油機(jī)油的性能,保證SP、GF-6汽油機(jī)油的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,同時(shí)明確各個(gè)指標(biāo)的試驗(yàn)方法。

2.1 黏溫性能要求和試驗(yàn)方法

T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中油品的低溫動(dòng)力黏度、低溫泵送黏度、運(yùn)動(dòng)黏度、高溫高剪切黏度等4個(gè)基本的理化性能指標(biāo)參考SAE J300-2015和GB/T 14906-2018標(biāo)準(zhǔn)制定,而傾點(diǎn)則參考GB 11121-2006制定。SP、GF-6汽油機(jī)油的黏溫性能要求和試驗(yàn)方法[6],如表1所示。

表1 SP、GF-6汽油機(jī)油的黏溫性能要求和試驗(yàn)方法

2.2 理化性能要求和試驗(yàn)方法

T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)對(duì)油品的理化性能要求主要規(guī)定了SP、GF-6汽油機(jī)油的蒸發(fā)損失、閃點(diǎn)、泡沫性、高溫抗泡性、過(guò)濾性、水分、混溶性和均勻性、堿值、硫酸鹽灰分、機(jī)械雜質(zhì)和橡膠相容性以及硫、磷、氮等元素含量。SP、GF-6汽油機(jī)油的理化性能要求和試驗(yàn)方法[6],如表2所示。

表2 SP、GF-6汽油機(jī)油的理化性能要求和試驗(yàn)方法

表2(續(xù))

2.3 使用性能要求和試驗(yàn)方法

T/CSAE 221-2021《SP、GF-6汽油機(jī)油》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)主要通過(guò)規(guī)定SP、GF-6汽油機(jī)油需要通過(guò)的臺(tái)架評(píng)定試驗(yàn)(包括剪切安定性、銹蝕試驗(yàn)、抗氧化性能、抗磨性能和抗低速早燃性能等)來(lái)規(guī)范油品的性能。SP、GF-6汽油機(jī)油的使用性能要求和試驗(yàn)方法[6]如表3所示。

表3 SP、GF-6汽油機(jī)油使用性能要求和試驗(yàn)方法

3 SP、GF-6汽油機(jī)油的性能特點(diǎn)

T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注油品的理化性能和發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性,理化性能如蒸發(fā)損失、泡沫性、元素含量、水分、機(jī)械雜質(zhì)和橡膠相容性等,發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性如抗氧化性能、發(fā)動(dòng)機(jī)清凈性能、油泥控制、磨損保護(hù)、腐蝕保護(hù)、燃油經(jīng)濟(jì)性和LSPI保護(hù)等。T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)引入自主臺(tái)架評(píng)定抑制LSPI性能是本標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)新點(diǎn),也是最大的亮點(diǎn),填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。本文先對(duì)油品的抗低速早燃性能進(jìn)行解析,然后再對(duì)理化性能和發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性進(jìn)行解析,供讀者參考。

3.1 抗低速早燃性能

低速早燃現(xiàn)象(LSPI)是增壓直噴汽油機(jī)在低速大負(fù)荷工況區(qū)產(chǎn)生的一種偶發(fā)性、間歇性的非正常燃燒現(xiàn)象。低速早燃的發(fā)生會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)部件造成嚴(yán)重?fù)p壞[7-8]。因此,基于低速早燃嚴(yán)重的危害性和破壞性,國(guó)內(nèi)OEM在油品使用時(shí)都需要對(duì)油品的低速早燃性能進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試。為更好地適應(yīng)我國(guó)小排量直噴渦輪增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)汽油機(jī)油抗低速早燃性能的評(píng)價(jià)需求,T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)除要求采用程序Ⅸ發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)評(píng)價(jià)SP、GF-6汽油機(jī)油的抗低速早燃性能之外,同時(shí)還要求采用我國(guó)自主技術(shù)中的典型直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)評(píng)價(jià)SP、GF-6汽油機(jī)油的抗低速早燃性能,以滿足國(guó)內(nèi)汽車OEM在油品準(zhǔn)入驗(yàn)證時(shí)對(duì)低速早燃的評(píng)價(jià)需求。

3.1.1 程序Ⅸ臺(tái)架試驗(yàn)

程序Ⅸ臺(tái)架試驗(yàn)采用福特2012款2.0 L Ecoboost發(fā)動(dòng)機(jī),測(cè)試由4個(gè)重復(fù)周期組成。每次重復(fù)周期為175000個(gè)點(diǎn)火循環(huán),取前170000個(gè)有效循環(huán)用于評(píng)估早燃事件的數(shù)量。每個(gè)重復(fù)周期包含2個(gè)低速高負(fù)荷工況,即一個(gè)為1500 r/min轉(zhuǎn)速工況,一個(gè)為1750 r/min轉(zhuǎn)速工況,每次重復(fù)周期為4 h,總試驗(yàn)時(shí)間為16 h[9]。T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)要求發(fā)動(dòng)機(jī)油在程序Ⅸ臺(tái)架試驗(yàn)中,4個(gè)循環(huán)平均發(fā)生次數(shù)不大于5次,每個(gè)循環(huán)發(fā)生次數(shù)不大于8次。

3.1.2 汽油機(jī)油低速早燃性能試驗(yàn)[10]

T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)要求采用長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)或江淮1.5 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)自主建立的臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)價(jià)汽油機(jī)油抑制低速早燃的性能,試驗(yàn)方法名稱為T/CSAE 182《汽油機(jī)油低速早燃性能測(cè)試方法》,該臺(tái)架試驗(yàn)方法填補(bǔ)了我國(guó)潤(rùn)滑油臺(tái)架評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域空白,推動(dòng)了我國(guó)潤(rùn)滑油臺(tái)架評(píng)價(jià)體系的自主研發(fā)。

(1)試驗(yàn)概況。汽油機(jī)油低速早燃(LSPI)性能測(cè)試方法開(kāi)發(fā)主要包括工況篩選、發(fā)動(dòng)機(jī)清洗流程、測(cè)試流程以及數(shù)據(jù)處理和結(jié)果判定四部分(試驗(yàn)流程如圖1所示)。不同發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)LSPI現(xiàn)象的工況不同,通過(guò)必要的試驗(yàn)設(shè)計(jì)篩選出合理的測(cè)試工況,是開(kāi)發(fā)機(jī)油LSPI性能評(píng)測(cè)方法的關(guān)鍵。為降低前序試驗(yàn)的影響,需使用待測(cè)機(jī)油對(duì)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行多次機(jī)油沖洗,每一次必須更換新的機(jī)油和機(jī)濾;測(cè)試試驗(yàn)連續(xù)4次,每一次需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)評(píng)估,確認(rèn)正常后運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試工況,采集并記錄關(guān)鍵參數(shù);通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析特征參數(shù),判斷和識(shí)別低速早燃事件(PE),將四次結(jié)果計(jì)算平均值,求得低速早燃事件發(fā)生次數(shù)(PEPNC)。

(2)試驗(yàn)條件。T/CSAE 182《汽油機(jī)油低速早燃性能測(cè)試方法》對(duì)試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、試驗(yàn)樣機(jī)、傳感器位置和誤差、試驗(yàn)儀器和設(shè)備、試驗(yàn)用燃料油以及試驗(yàn)程序都進(jìn)行了明確規(guī)定和說(shuō)明,試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)流程

3.1.3 T/CSAE 182與程序Ⅸ臺(tái)架試驗(yàn)的主要差異

T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)要求同時(shí)通過(guò)程序Ⅸ低速早燃臺(tái)架測(cè)試和基于長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試或基于江淮1.5 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試。程序Ⅸ臺(tái)架試驗(yàn)與T/CSAE 182的主要差異如下:(1)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不同:程序Ⅸ低速早燃臺(tái)架測(cè)試采用福特2.0 L Ecoboost發(fā)動(dòng)機(jī),代表北美汽油機(jī)技術(shù),而T/CSAE 182采用長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)或江淮1.5 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī),分別由長(zhǎng)城汽車和江淮汽車公司自主開(kāi)發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)最高爆發(fā)力不同:福特2.0 L Ecoboost發(fā)動(dòng)機(jī)最高爆發(fā)壓力為4 MPa,而江淮1.5 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)、長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的最高爆發(fā)壓力為7 MPa,最高爆發(fā)壓力高于2.0 L Ecoboost發(fā)動(dòng)機(jī)。此外,國(guó)內(nèi)小排量的直噴增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率、升扭矩、熱負(fù)荷、功率密度高于福特2.0 L Ecoboost發(fā)動(dòng)機(jī),導(dǎo)致國(guó)內(nèi)小排量的直噴增壓發(fā)動(dòng)機(jī)低速早燃發(fā)生的頻次更多,破壞性更大。因此,出于安全性考慮,一般國(guó)內(nèi)OEM在使用油品時(shí)或進(jìn)行油品準(zhǔn)入時(shí),都要對(duì)油品的低速早燃性能進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試。

3.1.4 基于長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試

長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)采用TGDI、DVVT、液壓挺柱和靜音鏈正時(shí)系統(tǒng)等發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表4所示。

表4 長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

基于長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試試驗(yàn),在發(fā)動(dòng)機(jī)沖洗、機(jī)油適應(yīng)性程序后進(jìn)行循環(huán)測(cè)試。循環(huán)測(cè)試條件為(1500±20) r/min、(190±5) N·m,進(jìn)行共95000次的燃燒循環(huán)測(cè)試,約125 min。每一完整測(cè)試,需獲得4次有效測(cè)試循環(huán)數(shù)據(jù)。依次對(duì)測(cè)試循環(huán)的有效性進(jìn)行判斷,廢棄不合格測(cè)試循環(huán)數(shù)據(jù),并重新測(cè)試1次,直至獲得4組合格的測(cè)試循環(huán)數(shù)據(jù)或累計(jì)做滿8次測(cè)試?；陂L(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試試驗(yàn)的測(cè)試工況及邊界控制條件如表5所示,測(cè)試流程如圖2所示。

表5 測(cè)試工況及邊界條件控制

表5(續(xù))

圖2 基于長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試流程

基于長(zhǎng)城1.3 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試時(shí),T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)要求發(fā)動(dòng)機(jī)油在測(cè)試過(guò)程中的早燃次數(shù)不大于10次。

3.1.5 基于江淮1.5 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試

江淮1.5 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)采用正時(shí)鏈條、缸內(nèi)直噴等主流發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)如表6所示。

表6 江淮1.5 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

基于江淮1.5 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試,按照一定的試驗(yàn)條件,經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)沖洗、升溫過(guò)程后開(kāi)始正式試驗(yàn)。正式測(cè)試在(1500±10) r/min、(240±10) N·m的條件下,按照試驗(yàn)控制條件(如表7所示),發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行2 h,期間采集至少90000次的燃燒循環(huán)數(shù)據(jù)。基于江淮1.5 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試的測(cè)試流程如圖3所示。

表7 正式試驗(yàn)控制條件

圖3 基于江淮1.5 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試流程

基于江淮1.5 TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油LSPI性能測(cè)試時(shí),T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)要求發(fā)動(dòng)機(jī)油在測(cè)試過(guò)程中的早燃次數(shù)不大于5次。

3.2 理化性能要求

3.2.1 蒸發(fā)損失

蒸發(fā)損失是反映發(fā)動(dòng)機(jī)油質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo),直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)油的性能和使用壽命。一般情況下,使用超低黏度發(fā)動(dòng)機(jī)油主要有發(fā)動(dòng)機(jī)磨損加劇和機(jī)油油耗增加兩個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn),且機(jī)油油耗增加是因更大的油品蒸發(fā)導(dǎo)致。因此,T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)對(duì)油品的蒸發(fā)損失進(jìn)行了嚴(yán)格要求,要求油品的蒸發(fā)損失不大于15.0%(NOACK法)。

3.2.2 閃點(diǎn)

閃點(diǎn)是反映油品安全性的重要指標(biāo),對(duì)于油品生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過(guò)程的安全具有重要意義,一般情況下,潤(rùn)滑油的最高工作溫度應(yīng)比其閃點(diǎn)低20～30 ℃[11]。T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)要求0W和5W多級(jí)油的閃點(diǎn)不低于200 ℃,10W多級(jí)油的閃點(diǎn)不低于205 ℃,15W和20W多級(jí)油的閃點(diǎn)不低于215 ℃。

3.2.3 機(jī)械雜質(zhì)

機(jī)械雜質(zhì)是反映油品調(diào)合工藝純凈程度的重要指標(biāo)。通常,基礎(chǔ)油的機(jī)械雜質(zhì)都控制在0.005%以下(被認(rèn)為是無(wú)機(jī)械雜質(zhì)),加添加劑后的產(chǎn)品油機(jī)械雜質(zhì)一般增大。T/CSAE 221-2021要求油品的機(jī)械雜質(zhì)不大于0.01%。

3.2.4 硫酸鹽灰分

硫酸鹽灰分是指試樣用硫酸處理后被灼燒碳化所剩的殘?jiān)?是一種無(wú)機(jī)物。對(duì)汽油機(jī)油來(lái)說(shuō),硫酸鹽灰分反映金屬清凈劑等添加劑的加入量,硫酸鹽灰分含量過(guò)高會(huì)影響汽油發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒捕集器的使用壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)油的產(chǎn)品配方不同,硫酸鹽灰分也不一致。但由于油品配方一旦定型,一般不能隨意改動(dòng),因此,T/CSAE 221-2021的硫酸鹽灰分指標(biāo)要求為“報(bào)告”。

3.2.5 元素含量

T/CSAE 221-2021對(duì)油品的硫、磷和氮元素含量進(jìn)行了要求。油品中的硫、磷含量過(guò)高會(huì)造成汽油發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)中的催化劑中毒,縮短后處理系統(tǒng)的使用壽命,因此,T/CSAE 221-2021對(duì)油品的硫、磷元素進(jìn)行嚴(yán)格控制,指標(biāo)要求與API SP/ILSAC GF-6一致,為“報(bào)告”。氮元素主要來(lái)源于油品中的分散劑,可反映油品中分散劑的加入量。但由于油品配方一旦定型,一般不能隨意改動(dòng),因此,T/CSAE 221-2021的氮含量指標(biāo)要求為“報(bào)告”。

3.2.6 泡沫性

泡沫特性是指油品生成泡沫的傾向性和泡沫的穩(wěn)定性,反映油品在有空氣進(jìn)入的情況下消泡能力的強(qiáng)弱。發(fā)動(dòng)機(jī)油在實(shí)際使用過(guò)程中,由于受震動(dòng)、攪動(dòng)、晃動(dòng)等作用,使得空氣混入發(fā)動(dòng)機(jī)油中,以致形成氣泡而使其流動(dòng)性變差,甚至?xí)纬蓺庾?、破壞油膜的形成?造成潤(rùn)滑變差。因此,T/CSAE 221-2021對(duì)油品的泡沫特性以及高溫抗泡性能提出嚴(yán)格要求,指標(biāo)要求與API SP/ILSAC GF-6的一致。

3.2.7 水分

油品中水分的存在對(duì)油品性能有較大影響,會(huì)促使油品加速氧化變質(zhì),破壞油膜的形成,加速有機(jī)酸對(duì)金屬的腐蝕,使添加劑產(chǎn)生水解而失效等,因此,油品中的水分越少越好。T/CSAE 221-2021要求油品的水分不大于痕跡,即不大于0.03%。

3.2.8 橡膠相容性

橡膠相容性是發(fā)動(dòng)機(jī)油的重要性能之一,在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,發(fā)動(dòng)機(jī)油會(huì)與橡膠密封件發(fā)生接觸,兩者的長(zhǎng)時(shí)間接觸可能會(huì)導(dǎo)致橡膠件的性能下降乃至失效;也會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)油的顏色變深和性能下降。滿足T/CSAE 221-2021的油品要求通過(guò)ASTM D7216 A2橡膠相容性試驗(yàn),通過(guò)指標(biāo)與API SP/ILSAC GF-6的一致。

3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性

T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)基于API SP和ILSAC GF-6標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā),對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中SP、GF-6汽油機(jī)油的大部分發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性試驗(yàn)要求均等同采用了API SP和ILSAC GF-6中的技術(shù)指標(biāo)。

3.3.1 低溫清凈分散性能

T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)采用程序ⅤH試驗(yàn)評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)油在發(fā)動(dòng)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(duì)城市道路中開(kāi)開(kāi)停停的惡劣工況。程序ⅤH試驗(yàn)采用福特4.6 L排量Ⅴ型8缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。

試驗(yàn)使用無(wú)鉛汽油為燃料,在不同的轉(zhuǎn)速和機(jī)油溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)54個(gè)循環(huán)工況。每個(gè)循環(huán)工況4 h,每個(gè)循環(huán)周期包括3個(gè)不同的階段,試驗(yàn)共運(yùn)轉(zhuǎn)216 h[12]。

試驗(yàn)結(jié)束后,通過(guò)拆解發(fā)動(dòng)機(jī),對(duì)油底殼和搖臂罩等部件進(jìn)行油泥評(píng)分,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞裙部進(jìn)行漆膜評(píng)分,并對(duì)機(jī)油濾網(wǎng)和活塞油環(huán)堵塞以及機(jī)油濾網(wǎng)殘?jiān)屠?、熱黏環(huán)進(jìn)行評(píng)價(jià)。T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中,SP、GF-6汽油機(jī)油的通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)為發(fā)動(dòng)機(jī)油油泥平均評(píng)分不小于7.6,搖臂罩油泥平均評(píng)分不小于7.7,發(fā)動(dòng)機(jī)漆膜平均評(píng)分不小于8.6,活塞裙部均評(píng)分不小于7.6,壓縮環(huán)無(wú)熱黏環(huán)。

3.3.2 高溫抗氧化和清凈分散性

T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)要求通過(guò)程序ⅢH臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)定SP、GF-6汽油機(jī)油的抗高溫氧化、增稠、油泥以及漆膜沉積和抗磨損能力。試驗(yàn)采用克萊斯勒公司的Chrysler Pentastar 3.6 L排量Ⅴ型6缸汽油機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比為10.2∶1,試驗(yàn)條件[13]如表8所示。

表8 程序ⅢH的試驗(yàn)條件

發(fā)動(dòng)機(jī)在3900 r/min轉(zhuǎn)速和機(jī)油溫度150 ℃的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)90 h,每20 h停機(jī)檢查機(jī)油液位并采集油樣,分析每個(gè)油樣的40 ℃的運(yùn)動(dòng)黏度并計(jì)算黏度增長(zhǎng)率。試驗(yàn)結(jié)束后,拆解發(fā)動(dòng)機(jī),對(duì)活塞沉積物進(jìn)行評(píng)分。T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中,SP、GF-6汽油機(jī)油的通過(guò)指標(biāo)為40 ℃的運(yùn)動(dòng)黏度增長(zhǎng)率不大于100%,活塞沉積物評(píng)分不小于4.2,無(wú)活塞環(huán)熱黏環(huán)。

3.3.3 閥系磨損保護(hù)性能

為考察汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況下,發(fā)動(dòng)機(jī)油防止發(fā)動(dòng)機(jī)閥系部件尤其是凸輪的磨損,T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)要求通過(guò)程序ⅣB試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)SP、GF-6汽油機(jī)油的閥系磨損保護(hù)性能。程序ⅣB試驗(yàn)采用的是2010 Toyota 2NRFE水冷、四沖程、直列、1.5 L排量的發(fā)動(dòng)機(jī),試驗(yàn)條件[14]如表9所示。

表9 程序ⅣB的試驗(yàn)條件

試驗(yàn)結(jié)束后,通過(guò)3D拍照的方法測(cè)量氣門挺桿磨損,同時(shí)測(cè)試試驗(yàn)完成后油樣中的磨損元素鐵的含量。T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中,SP、GF-6汽油機(jī)油的通過(guò)指標(biāo)為進(jìn)氣門平均磨損不超過(guò)2.7 mm3,鐵含量不大于400 μg/g。

3.3.4 燃油經(jīng)濟(jì)性

T/CSAE 221-2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)GF-6汽油機(jī)油有燃油經(jīng)濟(jì)性要求,其中ILSAC GF-6A級(jí)別油品要采用采用程序ⅥE臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)定油品的燃油經(jīng)濟(jì)性,而對(duì)于GF-6B級(jí)別油品要求采用程序ⅥF臺(tái)架試驗(yàn)來(lái)評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)油的燃油經(jīng)濟(jì)性,試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)以及通過(guò)指標(biāo)情況如表10所示。

表10 燃油經(jīng)濟(jì)性臺(tái)架試驗(yàn)要求

表10(續(xù))

3.3.5 正時(shí)鏈條磨損保護(hù)

針對(duì)渦輪增壓直噴汽油機(jī)(GTDI)在實(shí)際使用中出現(xiàn)的正時(shí)鏈條磨損問(wèn)題,T/CSAE 221-2021要求采用程序Ⅹ臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)定SP、GF-6汽油機(jī)油的正時(shí)鏈條磨損保護(hù)性能。該試驗(yàn)采用福特2.0 L EcoBoost發(fā)動(dòng)機(jī),試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)與氣缸之間的間隙被增大,以提高竄氣流速,曲軸箱的通風(fēng)也作了調(diào)整,以加劇正時(shí)鏈條磨損。測(cè)試工況主要集中于中低轉(zhuǎn)速及負(fù)荷,測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為216 h,包括54個(gè)4 h循環(huán),每個(gè)循環(huán)由2個(gè)階段組成,它們包括了一系列低溫/中溫、輕負(fù)荷/中等負(fù)荷的混合工況條件,主要是為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中正時(shí)鏈條磨損帶來(lái)的正時(shí)不準(zhǔn)而設(shè)置。試驗(yàn)條件[15]如表11所示。

表11 程序Ⅹ試驗(yàn)條件

T/CSAE 221-2021要求試驗(yàn)機(jī)油在試驗(yàn)結(jié)束后,測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條增長(zhǎng)不大于0.085%,以控制油品質(zhì)量,從而有效控制正時(shí)鏈條的磨損,進(jìn)而保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)。

4 結(jié)束語(yǔ)

T/CSAE 221-2021通過(guò)對(duì)SP、GF-6汽油機(jī)油的黏溫性能、理化性能和發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性的嚴(yán)格規(guī)定,有效規(guī)范SP、GF-6汽油機(jī)油的油品性能,保障SP、GF-6汽油機(jī)油的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。T/CSAE 221-2021團(tuán)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布,填補(bǔ)我國(guó)汽油機(jī)油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在SP、GF-6汽油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)上的空白,對(duì)我國(guó)汽車OEM和終端市場(chǎng)用油具有重要的實(shí)際意義。

T/CSAE 221-2021在API SP/ILSAC GF-6的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)OEM用油的實(shí)際需求,增加采用自主建立的評(píng)定汽油機(jī)油抗低速早燃性能的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)要求,滿足了國(guó)內(nèi)OEM龐大售后市場(chǎng)的用油需求,實(shí)現(xiàn)自主開(kāi)發(fā)臺(tái)架試驗(yàn)的具體應(yīng)用,對(duì)我國(guó)自主試驗(yàn)方法的開(kāi)發(fā)具有重要的引領(lǐng)和推動(dòng)作用。同時(shí)也為我國(guó)自主汽油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)體系的建立奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。