环保大潮推动的不只是发动机变革——2020年机油标准升级解读

2020-06-12 21:34:43 16点赞 81收藏 37评论

随着国家对环保事业的愈加重视,双积分政策和国六排放标准等政策法规相继登台,倒逼车辆技术全面升级,给汽车厂商带了巨大的挑战和机遇,同时也极大地推动了汽车工业的发展。

环保大潮之下,新发动机技术发展路线呈现几大趋势:缸内直喷化、涡轮增压化、小排量化和混合动力化,制造商普遍通过提高压缩比、降低摩擦、应用低粘度机油、稀薄燃烧、增加后处理系统等技术手段来全面提升发动机的热效率,可谓无所不用其极。

发动机技术快速进步,对润滑油也提出了更高的性能要求。十年前制定的API SN标准逐渐与新发动机技术脱节,甚至是两年前SN PLUS标准,也未必能全面满足新发动机的性能需求,基于这样的背景,API发布并生效了全新的API SP标准。

显然,发动机技术迭代的同时,我们对机油的认知也要跟上时代的步伐,再以好几年前标准来选择机油已经不合时宜了。最近发现,诸如嘉实多等一些国际品牌已经在电商平台推出了API SP标准的机油产品,面对新标准和新产品,消费者又要怎么选呢?

环保大潮推动的不只是发动机变革——2020年机油标准升级解读

API SP/GF-6新标准有哪些方面的变化?

要弄明白新车、国六车的机油怎么选,首先我们还是要把API及其机油标准弄清楚。

为满足第一次世界大战不断增长的制造业的需求,美国油气行业在1919年3月20日成立了美国石油学会API(American Petroleum Institue)。几十年来“API”已发展成一套发动机油产品认证和认证管理系统,目的是为了确保润滑油能够满足OEM的设计要求、汽车保养以及润滑要求。

2020年5月1日API宣布新的乘用车发动机机油标准生效,包括全新的API SP发动机油性能标准,以及两个新的国ILSAC性能标准,被正式定为ILSAC GF-6A和ILSAC GF-6B。

API SP标准实际上就是2019年7月发布的API 1509 第18版机油标准。针对市面上渐成主流的新型发动机,新的API发动机油标准确保排放控制系统和涡轮增压器等系统发挥最佳性能的同时得到周全保护,还提供针对汽油直喷(GDI)涡轮增压发动机常见的低速提前点火(LSPI)的保护,帮助车辆满足燃油经济性要求,同时保护使用E85以下乙醇燃料的发动机。

虽然最新的API发动机机油标准更加严格,但因为带有API SP许可标志的机油既可以提高加仑汽油行驶的里程数,又可以改善发动机的整体性能,对消费者、车辆、环境和社会可持续发展都有好处。所以API SP标准等级提升的不单只是机油的抗磨效果,而是包括环保等级在内的综合品质。

高压缩比发动机与低粘度机油的发展趋势使API首次引入了分离式的ILSAC规范,GF-6A可以替代GF-5及以下标准,但GF-6B不向下兼容GF-5及以下标准。因此,API引入了最新的“ Shield”(盾牌)认证标志,只适用于满足ILSAC GF-6B规范标准的SAE XW-16粘度等级机油,以防止机油误用。“Shield”认证标志兼容以往的SAE 0W-16 API SN等级,且性能更好。

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作为美国石油学会汽油机油系列标准中的全新标准,API SP相比于目前的API SN及API SN PLUS标准,在抗磨损性、抗低速早燃、抗氧化、抗沉积、清洁性,以及其它与润滑油系统有关的性能方面均进行了关键升级,测试标准也更为严苛,在满足环保及可持续发展要求的同时,让下一阶段的主流发动机获得更好的保护性能。

API SP/GF-6是一次全面重大的技术升级,相比API SN增加和更新了多项全新测试。比如:

全新测试程序ⅣB用以考察气门结构磨损,改善低温气门异响;

全新测试程序Ⅹ,考察正时链条磨损;

增强测试程序ⅢH,考察抗高温性能,提高高温耐久性和清洁性;

增强测试程序Ⅸ,考察低速早燃,对直喷涡轮增压发动机保护更好。

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毫无悬念地,基于SP/GF-6标准的机油性能在每个维度上都要优于SN/GF-5,全面碾压老标准。下面对API SP/GF-6几项重要的性能提升的前因后果进行展开介绍:

①低速早燃(LSPI)保护

快速普及的涡轮增压发动机的确能有效提高燃油经济性,但是涡轮增压缸内直喷发动机又必须面对低速早燃和高温高压带来的新难题。

当这些直喷发动机在约1500~2500rpm的低转速区间运转且扭矩输出较高时(低转速高扭矩工况),燃油和机油的混合物在高温高压之下,早于火花塞正常点火时机产生自燃的现象,就是低速早燃。涡轮增压发动机天生较高的缸内压力和缸内温度,更容易导致这种非正常的燃烧。低速早燃会导致发动机敲缸,严重的话会损坏发动机,杀伤力不容小觑。

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我们已经知道低速早燃燃烧的是汽油与机油的混合物,那么曲轴箱中的机油怎么会进入到气缸导致燃烧的?途径有两种,一是通过活塞环的间隙进入气缸,二是曲轴箱强制通风系统PCV的油气分离器未能充分将机油分离回流,从而通过PCV阀经进气歧管进入气缸。可见在此情况下机油的消耗在所难免。

2018年5月,美国石油协会发布的API SN PLUS补充标准专门增加了对LSPI低速早燃的评定要求,成了SN PLUS和SN标准之间的一个最大的不同点 。在SN PLUS标准实施之前,为了提高清洁能力,厂商会在基础油中会加入钙盐添加剂,但因为钙盐添加剂自身的沉积效应,反而有利低速早燃的发生。后来厂商试验用镁盐取代钙盐作为抗油泥添加剂,有效改善了钙盐带来的低速早燃问题。到了API SP标准采用严苛的数据测试,要求润滑油具备抗早燃能力。

②抗磨损性能提升

相比传统电喷自然吸气发动机,涡轮增压缸内直喷发动机内的机油需润滑转速达100,000rpm的涡轮增压器,同时还要应对高扭矩输出带来的局部高热,对机油的抗磨损性。

除涡轮增压外,另一条技术路线混合动力也正大放异彩,包括48V轻混、HEV油气混合动力和PHEV插电混合动力,其发动机工况的共同特点是频繁的启停,同样需要机油提供出色的抗磨损性能,特别对机油的低温泵送粘度MRV、低温动力粘度CCS等性能指标也提出了更高的要求。出于燃油经济性和环保的需求,涡轮增压发动机普遍配套了自动启停技术,市区工况下机油同样要面对发动机频繁启停的工况。

API SP标准针对阀系、链条等部位的磨损采用全新测试,弥补了SN+/GF-5对正时链条磨损及链条伸长保护的空白。API SP对机油综合抗磨损性能的全面提升,为新型发动机提供更全面的保护。

在环保趋势之下,汽车制造商都趋向于在满足性能要求的前提下为新型发动机匹配更低粘度的机油,所以在这里还是强烈建议大家花时间翻查一下爱车的说明书或保养手册,遵循汽车制造商推荐的机油粘度和性能级别选择最适合的机油。

市面在售的机油新品已划分为欧系专属或亚系专属等规格,分别对应API/ILSAC或欧洲ACEA下的机油性能标准。如保养手册推荐的粘度级别非唯一,可根据实际的气候条件和驾驶习惯来谨慎选择。如炎热的夏季或激烈的驾驶风格,可适当选择粘度稍高的机油。

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③对后处理系统的兼容与友好

GPF汽油颗粒捕捉器、DPF柴油颗粒捕捉器分别对应汽油发动机车辆和柴油发动机车型,我国乘用车市场的主流仍是汽油发动机。一些制造商的新款发动机在硬件层面已能满足国六b排放标准,但对于一些汽油发动机设计制造水平不高的制造商,为降低发动机尾气颗粒物的排放,却很可能需要增加GPF汽油颗粒捕捉器这样的后处理系统来满足国六排放要求。

相比国五,国六排放法规下PM(细颗粒物重量)限值下降了33%,新增了PN(细颗粒物数量)的限值要求和实际道路试验循环测试RDE。排气中的颗粒物主要是柴油燃烧产生的碳烟(尺寸小于4-20μm碳或碳化物的微小颗粒),还有机油燃烧形成的灰分也会附着在GPF中。因机油添加了含金属的元素的添加剂,硫酸盐灰分、磷和硫等机油燃烧副产物可能堵塞柴油颗粒过滤器,低SAPS(低硫、低磷、低灰分)润滑油的配方对于实现后处理设备兼容至关重要。

API SP标准为了更周全地保护GPF等新型的后处理系统,提出了更高的低SAPS要求,对硫酸盐灰分、磷含量、硫含量指标都有了更严格的要求,对包括GPF、DPF在内的后处理系统实现友好兼容。因为GPF需要使用到董青石、SIC(碳化硅)、AT(钛酸铝)、合金等特殊材料,通过载体封装在管道内,当车辆使用一段时间后,GPF捕集的颗粒物增多引起堵塞,导致发动机排气背压升高,使发动机的动力性能下降,同时增加油耗。

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④燃油经济性提升

使用低粘度机油能在一定程度上降低发动机内阻。减少做功损耗,能达到降低油耗的目的。在满足润滑保护要求的大前提下,全球汽车制造商都致力于验证并推行更低粘度的发动机油。如欧系车甚至某些超跑已开始使用0W-20机油,美系车开始使用0W-16,日系车已在使用0W-8和0W-7.5的超低粘度机油。

API为防止低粘度机油的误用及保证更低粘度机油的更高性能,所以此次标准升级首次推行了分离式的ILSAC标准,特别推出了满足GF-6B标准的”Shield“盾牌认证标志。

⑤抗氧化/抗沉积(清静分散)性能提升

抗氧化沉积能力决定了机油的换油周期。汽车保养手册中的建议保养周期一般为5000km/半年或10000km/一年,意味着就算车子放着不开,发动机内的机油也会随着时间而变质,汽油质量下降的主要原因是跟空气中的氧分子发生化学反应导致,质量下降意味着机油性能下降,将不能为发动机和后处理系统提供周全的保护。

API SP标准的氧化稳定性的要求比API SN PLUS提升了33.3%,对沉积物评分的要求严格了13.5%,机油氧化稳定性的提升,意味着机油的耐久性提升,可以延长换油周期。

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标准升级带来终端市场机油产品的变化

跟API SP的初次邂逅难免陌生,对它熟悉后却难抑兴奋,在全球环保和能源的竞赛中,我们还是能够在内燃机乃至机油的研发上看到更多技术创新,可以这样说,当下依然是最好的时代。

其实在API SP标准正式生效之前,大家在网上选购机油的时候应该已经看到满足API SP标准的机油产品在售了。从目前主流机油品牌的推广节奏来看,API SP标准机油都是先从高端产品开始,向中低端普及。以我最近在电商平台了解到的情况,嘉实多的API SP标准机油推出速度相对较快,旗下嘉实多极护、磁护和超嘉护三个子品牌都已经推出了API SP机油。

接下来,不妨以这几个产品为例,简单分析API SP机油对新时代发动机的保护机制。

前面提到,API SP标准一个重要升级是抗磨保护,发动机运转产生的摩擦热点会导致高达10%的发动机性能损耗,嘉实多极护系列提到,钛流体强化技术的加入可以有效减少20%的金属摩擦,原理在于改变物理结构使其变得更强韧,减少金属间的直接接触和摩擦,当压力下降时恢复到自由流动状态,机油可智能响应发动机内部随时出现的极端压力点。具体到用车层面,减少动力流失,提升动力表现。与API SP标准限值相比,嘉实多极护减缓油品变稠的性能可以做到高于限值83%以上。

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针对当前汽车市场普及度非常高的自启停技术,机油厂商也采用了新的技术手段来应对。嘉实多磁护在发动机表面形成强力保护层主要作用在热车及启停时,能够降低50%的发动机磨损幅度,在-35°C到150°C的全温差极端测试中对发动机的保护效果颇为明显,超过API SP标准限值35%的成绩。

从API SN PLUS到API SP,针对低速早燃情况的限值提升明显,生产厂商也需要更高标准的技术改进,嘉实多超嘉护GTX Ultraclean系列在升级到API SP后,以一辆福特蒙迪欧进行了16万公里的模拟路况轮毂实验,在每8000公里换一次机油的情况下仍然保持了油路畅通,预防油泥效果明显。从这项数据上看,API SP标准机油的使用,实际上可以在提供更好的发动机保护的同时,相应地延长机油更换周期。

另一个有意思的现象是,嘉实多极护在专为超跑提供的超豪系列里,率先开售的反而是低粘度的0W-20产品,因为传统印象中超跑普遍使用40、50甚至60粘度的高性能赛车油。从嘉实多极护超豪0W-20通过顶级超跑Aston Martin DB11验证认可,低粘度机油已不再是买菜车的专利。过去10年间,超级跑车的发动机压力几乎已经翻倍,极护超豪是在DB11 V12发动机开发过程中打造的一款终极润滑油,每一辆Aston Martin V8、DB11 V12和Vulcan跑车在出厂时就已经注入了极护超豪。

最后:

不可逆的环保大潮催生了双积分政策和国六排放标准等新法规,新法规推动了内燃机技术的进步,内燃机技术的进步又推动了机油技术的进步。在机油的外包装上只是一个由字母“N”到字母“P”的微小变化,但却能令我们的爱车得到更全面的保护,降低养护成本,同时更节能减排,顺应环保的大趋势。

API SP和国六标准的相继实施,为机油市场注入了活力,未来必定有更多SP产品轮翻上市。看到这里,新车或国六车的车主应该已经知道怎样选择一款合适的机油了吧?API SP标准就是我们选择机油的一把新标尺。

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