欧洲ACEA轻负荷发动机油规格的最新发展

2022-06-25石顺友张广辽潘正华赵艳丽

润滑油 2022年3期

石顺友，张广辽，潘正华，赵艳丽

(中国石化润滑油有限公司华南分公司，广东广州 510620)

0 引言

发动机油被形象地称为汽车发动机的“血液”，对发动机的动力性、可靠性和耐久性有着至关重要的影响。发动机技术的不断发展以及燃油经济性法规和排放法规的日益严苛，推动着发动机油规格的不断升级。发动机油规格反映了发动机油的整体性能水平，其不断更新升级，确保发动机油能够满足最新发动机技术的润滑要求[1-2]。随着汽车工业的不断发展，发动机油规格开始建立，并不断发展完善，至今，已经发展形成了API(美国石油学会)、ACEA(欧洲汽车制造商协会)、ILSAC(国际润滑材料标准化及审查委员会)和JASO(日本汽车标准委员会)四个被世界普遍认可的具有权威性的发动机油规格体系。

ACEA发动机油规格分为轻负荷发动机油规格系列和重负荷发动机油规格系列。ACEA轻负荷发动机油规格规定了欧洲汽油发动机油和轻负荷柴油发动机油的最低性能标准，许多汽车原始设备制造商(OEM)在汽车使用手册中将其列为汽车换油保养时发动机油必须满足的最低质量标准[3]。欧洲汽车OEM在我国乘用车市场中占到20%以上，意味着这些车辆都需要使用满足ACEA规格的发动机油[4]。因此，研究分析ACEA规格的最新发展状况，对油品的应用开发和欧系车的润滑安全都具有十分重要的意义。

1 ACEA规格发展概况

欧洲在实行统一的发动机油规格之前采用的是API规格。由于欧洲在发动机设计、车辆工况及节能环保等方面与美国存在显著差异，符合API规格的发动机油无法完全满足欧系车的润滑要求，因此，欧洲共同市场汽车制造商协会CCMC(ACEA的前身)于1983年发布了欧洲自己的发动机油规格。20世纪90年代，由于欧洲大量的汽车制造厂商重组，CCMC解体，并由ACEA取代。ACEA从1996年开始发布ACEA发动机油规格，以替代此前的CCMC规格，并不断进行更新升级，如表1，以确保油品能够满足最新发动机技术的润滑要求[5-6]。

表1 ACEA发动机油规格的历次更新情况

注：*仅限轻负荷发动机油规格。

早期的ACEA发动机油规格分为汽油机油、轻负荷柴油机油和重负荷柴油机油3类，分别用英文字母A、B和E加以区别，每类又都分为几个级别，以反映不同的性能要求。从2004年开始[7]，ACEA取消了单独的“Ax”和“Bx”系列，将其合并为“Ax/Bx”系列，以规定轿车汽油机和轻负荷柴油机装填和服务用发动机油的技术要求；引入了全新的“Cx”系列，以规定带尾气后处理装置的轿车汽油机和轻负荷柴油机装填及售后服务用发动机油的技术要求，且与催化剂相兼容；同时保留了规定重负荷柴油机装填及售后服务用发动机油技术要求的“Ex”系列。至此，形成了由轻负荷发动机油规格“Ax/Bx”和“Cx”系列以及重负荷发动机油规格“Ex”系列组成的ACEA发动机油规格体系，并一直沿用至今。ACEA轻负荷发动机油规格的发展历程如图1。

图1 ACEA轻负荷发动机油规格的发展历程

2 ACEA-2021轻负荷发动机油规格

随着发动机技术的不断发展，新一代发动机对润滑油的要求越来越高。为满足新一代发动机的润滑要求，ACEA于2021年4月30日发布了ACEA-2021轻负荷发动机油规格，并于2021年5月1日正式实施。这也是ACEA首次将轻负荷发动机油规格和重负荷发动机油规格进行分开发布，以更加灵活的方式应对行业和市场变化[8]。与ACEA-2016相比，ACEA-2021轻负荷发动机油规格进行了较大的更新升级，废除了A3/B3和C1，同时，为解决涡轮增压缸内直喷(TGDI)汽油发动机的低速早燃、正时链条磨损和涡轮增压器沉积物等问题，引入了全新的A7/B7-21和C6-21规格[9-11]。

2.1 A/B系列规格技术要求

ACEA-2021轻负荷发动机油规格A/B系列属于中高灰分，对配方中的硫、磷元素含量无限制要求，不适用于带有先进后处理装置的发动机润滑，技术要求[11]如表2。

表2 ACEA-2021轻负荷发动机油规格A/B系列技术要求

表2(续)

2.2 C系列规格技术要求

ACEA-2021轻负荷发动机油规格C系列属于低硫、低磷、低硫酸盐灰分(低SAPS)，对油品配方中的硫、磷和硫酸盐灰分有限值要求，满足TGDI最新发动机技术和先进后处理装置适应性的要求，技术要求[11]如表3。

表3 ACEA-2021轻负荷发动机油规格C系列技术要求

表3(续)

2.3 A/B系列与C系列对比

A/B系列与C系列的主要差异如表4。

表4 A/B系列与C系列主要差异

表4(续)

从表4可以看出，A/B系列与C系列的差异并不明显。主要差异如下：

(1)在蒸发损失上，C4-21小于A/B系列，为不大于11%，而C2-21、C3-21、C4-21、C5-21、C6-21与A/B系列一致，均为不大于13%。

(2)在碱值要求上，除C2-21对碱值无要求外，其余的均有要求，但C系列各类别的碱值均比A/B系列的小。同时可以看出，A/B系列和C系列的碱值下降趋势明显。通常，碱值越高越能中和汽车燃料油燃烧产生的酸性物质，换油周期就越长。对碱值的要求不断下降，说明对燃油的质量要求也越来越高。对于使用高质量标准(国Ⅴ/Ⅵ)燃料油的车辆，已经不需要高碱值，低碱值就能满足长换油周期的需求。但是，对于使用燃油质量不高的地区或车辆，建议选择高碱值发动机油，避免发动机出现酸性腐蚀磨损。

(3)C系列对硫、磷元素含量提出了具体要求，而A/B系列只是报告值，同时C系列的硫酸盐灰分含量明显低于A/B系列，这主要是C系列的应用对象决定的，因为C系列是针对带有先进后处理装置的发动机开发的，客观上要求低S、低P和低灰分。

(4)在台架试验上，A/B系列与C系列所用的发动机台架试验(除燃油经济性)完全相同，其评定指标和指标值(除燃油经济性)也完全相同。

(5)在燃油经济性上，除C6-21要求采用日本丰田开发的JASO FE M366燃油经济性试验评定外，其余均采用CEC L-54-96方法评定。指标要求上，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无要求。

3 ACEA-2021轻负荷发动机油规格序列变化

3.1 A/B系列规格序列变化

与ACEA-2016相比，ACEA-2021轻负荷发动机油规格A/B系列废除了A3/B3，保留了A3/B4和A5/B5，新增了A7/B7。

A3/B4属于高性能发动机油，要求HTHS大于3.5 mPa·s，碱值不小于10 mgKOH/g，满足长换油周期的需求。A3/B4的性能要求覆盖A3/B3，因此，对于要求使用A3/B3规格的车辆，可用A3/B4规格的油品进行替代使用。此外，众多OEM规格也以A3/B4为基准，如MB-Approval 229.3/229.5、Porsche A40、PSA B71 2296和Renault RN0700/710等。

A5/B5属于高性能发动机油，主要应用于专门针对使用低黏度发动机油而设计的高性能汽油发动机和轻负荷柴油发动机，要求HTHS在2.9～3.5 mPa·s。以A5/B5为基础的OEM规格有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，专为能够使用低黏度油的高性能汽油和轻型柴油发动机而设计，具有较好的燃油经济性，并为发动机提供良好的低速早燃抑制、正时链条磨损和涡轮增压器沉积物保护。

3.2 C系列规格序列变化

与ACEA-2016相比，ACEA-2021轻负荷发动机油规格C系列废除了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偏重燃油经济性，黏度偏小。

C2是低HTHS(≤3.5 mPa·s)的SAE 5W-30发动机油，能满足较高的燃料经济性要求,已被多家OEM(如PSA)采用作为装填和售后服务用油标准。

C3是典型的“中等SAPS”高黏度发动机油，要求HTHS不小于3.5 mPa·s，具有一定燃油经济性要求，符合大多数OEM的性能要求，被广泛应用。

C4是典型的SAE 5W-30发动机油，要求高HTHS(≥3.5 mPa·s)和低硫酸盐灰分(≤0.5%)，具有一定的燃油经济性要求，但较少被OEM采用。

C5是基于C3，在燃油经济性上提出了更高指标要求，燃油经济性比C3提高2%，满足用于使用低黏度机油而设计的汽油和轻负荷柴油发动机的润滑。

C6是本次更新的重要规格类别，适用于使用DPF和TWC等先进后处理装置的高性能汽油和轻负荷柴油发动机，具有更长的换油周期和更好的燃油经济性，并为发动机提供优异的低速早燃抑制，减少正时链条磨损和涡轮增压器沉积物。

4 技术要求变化

4.1 实验室试验及指标变化

ACEA-2021轻负荷发动机油规格实验室试验及指标要求在ACEA-2016基础上，推出了一些新的要求及新的测试方法，主要是：(1)在碱值测试方法上，对于新增的A7/B7-21和C6-21规格，要求采用ASTM D4739进行测试，其他规格沿用ACEA-2016的测试方法；(2)在橡胶相容性上，测试方法未变，但指标要求更加严格。其他的实验室指标，如剪切稳定性、HTHS、蒸发损失、硫、磷、硫酸盐灰分、氯含量和抗泡性等方面均沿用了ACEA-2016的要求。

4.2 发动机台架试验及指标变化

在台架试验方面，ACEA-2021轻负荷发动机油规格因硬件供应问题而删除了OM646LA和OM646LA Bio，保留了EP6CDT汽油机活塞清净性、DV6C柴油机中温分散性以及M111燃油经济性试验。同时，推出了替代试验和新台架试验，如表5，以应对当前最新发动机技术的润滑需求。

表5 ACEA-2021轻负荷发动机油规格的替代试验和新台架试验

4.2.1 替代试验

(1)MS程序ⅤH替代ⅤG试验，评价发动机油在发动机中形成低温油泥和漆膜等沉积物的控制能力，以应对城市道路中开开停停的恶劣工况。MS程序ⅤH试验采用福特4.6 L排量Ⅴ型8缸汽油发动机，试验在不同的转速和机油温度下运转54个循环工况，每个循环工况4 h，每个循环周期包括3个不同的阶段，共运转216 h[12]。

(2)VW TD13试验替代VW TD12试验，VW TD13采用2.0 L排量的VW EA288欧Ⅵ发动机，具有废气再循环(EGR)、可变截面涡轮增压器(VGT)、氮氧化物(NOx)催化剂和柴油颗粒过滤器(DPF)，提高试验苛刻度，但考虑现实原因，指标限值基本未变[13]。

(3)奔驰开发的第二代黑色油泥试验M271 EVO替代M271试验，随着TGDI发动机的使用越来越多，该试验能够更好地反映新发动机技术和现代高性能发动机所面临的挑战。

4.2.2 新增试验

(1)MS程序ⅣB阀系磨损试验。

为填补TU3从ACEA-2016中删除后留下的空白，ACEA-2021轻负荷发动机油规格引入MS程序ⅣB阀系磨损试验，以解决涡轮增压发动机独特的抗磨性能要求。MS程序ⅣB试验采用丰田2NR-FE 1.5 L直列四缸水冷发动机，试验结束后，根据MS ⅣB试验的Keyence VR-3200试验程序，采用Keyence 3D显微镜磨损仪，通过非接触式3D扫描的方式测量气门挺柱的磨损体积，同时要求检测试验结束后油样中的铁磨损元素含量[14]。

(2)CEC L-114-19丰田涡轮增压器沉积物试验。

涡轮增压器轴承是通过机油润滑的，高温环境下，机油会发生结焦，产生沉积物，且无法去除，严重时甚至会堵住涡轮增压器的润滑管路造成严重故障，因此要求机油在高温下具有优异的抗氧化能力，减少沉积物的生成。A7/B7-21和C6-21要求通过丰田涡轮增压器沉积物测试，使发动机油在温度更高、工况更苛刻的条件下，尽量减少沉积物的产生，保护涡轮增压器。

(3)MS程序Ⅸ低速早燃(LSPI)试验。

TGDI技术是OEM实现效率和燃油经济性目标的主要手段，随着发动机大量采用TGDI技术，低速早燃问题变得越来越突出。A7/B7-21和C6-21要求通过LSPI测试，大大减少低速早燃的发生概率。

(4)MS程序Ⅹ正时链条磨损试验。

为考察直喷汽油发动机的燃烧烟炱进入发动机油后，对正时链条磨损的影响，A7/B7-21和C6-21要求通过正时链条磨损测试。该试验采用福特2.0 L、火花点火、四冲程、四缸、汽油涡轮增压直喷(GTDI)发动机，试验总运行216 h，54个循环，每个循环4 h，包括两个阶段:①阶段1:过浓燃烧，冷却液低温，PCV(曲轴箱强制通风装置)低温;②阶段2:均质燃烧，冷却液正常温度，PCV正常温度。试验结束后，正时链条增加要求不大于0.085%[15]。

(5)JASO FE M366丰田燃油经济性试验。

C6-21规格要求采用JASO FE M366评定油品的燃油经济性。JASO FE M366是JASO评定超低黏度0W-8和0W-12发动机油燃油经济性的台架试验方法[16]，C6-21的燃油经济性指标要求为不小于0.0%，即油品在测试过程中，与参比油相比，只需要有一点燃油经济性表现(如0.1%)就算通过，说明JASO FE M366燃油经济性测试的严苛性。