阿甘正传给我们的启示 [ILSAC,GF-5规格给我们的启示]

　　摘要：介绍了最新的轿车发动机油规格ILSAC GF-5的技术要求，对比了ILSAC GF-4与ILSAC GF-5的性能差异、ILSAC GF-5规格的技术提升内容，分析了发动机技术变化、燃料变化、法规要求变化等带给轿车发动机油规格要求的不同及给我们的一些启示。
　　关键词：ILSAC GF-5；汽油发动机技术；E85
　　中图分类号：TE626.32 文献标识码：A
　　
　　Enlightenment from ILSAC GF-5 Specification
　　ZHU He-ju，GENG Zhi-yong
　　(Lubricant Company,Sinopec Corp., Beijing100085, China)
　　Abstract:The requirements of the latest ILSAC GF-5 specification for passenger car engine oils and the performance difference between ILSAC GF-5 and ILSAC GF-4 were introduced. The differences among the engine oil performance requirements caused by engine technologies change, fuels change and legislation demands were analyzed. Based on those differences, the enlightenment from the ILSAC GF-5 specification was introduced.
　　Key words:ILSAC GF-5； gasoline engine technology； E85
　　
　　0 引言
　　
　　为满足新的燃油经济性目标和日益严格的排放法规要求，经过5年多的工作，由日本和美国汽车生产商代表GM（通用）、Ford（福特）、Chrysler（克莱斯勒）、JAMA（日本汽车制造商协会）联合形成的国际润滑油标准及认可委员会规格ILSAC GF-5于2009年12月22日终于发布。该规格要求进一步提高轿车发动机油在整个使用周期内的燃油经济性能；进一步提高轿车发动机油对排放系统的保护能力和与密封橡胶的相适应能力；同时要求GF-5对使用E85的乙醇燃料发动机和采用涡轮增压技术的发动机提供充分的润滑保护。
　　
　　1 ILSAC GF-5规格要求及与GF-4相比的技术提升
　　
　　表1列出了ILSAC GF-5轿车发动机油的规格要求，表2为GF-5与GF-4的性能差别。
　　从表1、表2可以看出GF-5除在GF-4涵盖的程序ⅢG、程序ⅤG等试验要求更加严格外，新引入了磷的保留量（程序ⅢGB）、乳化保持性、TEOST 33C、橡胶相容性、ROBO试验等性能模拟试验和评价燃料经济性的新试验程序ⅥD。
　　
　　2 ILSAC GF-5规格变化给我们的启示
　　
　　2.1 轿车发动机油要适应不同燃料应用技术的发展
　　乙醇因具有改善轿车排放、有效提高辛烷值、改善汽油的抗爆性等优势，在美国、巴西、中国等地区部分或大部分掺入汽油中作为轿车燃料在大面积使用。美国有2000个E85加油站，行驶的灵活燃料汽车FFV（Flexible Fuel Vehicle）超过800万辆，预计到2012年FFV汽车能达到50%。FFV车辆是经过特殊设计可用常规无铅汽油和与E85以下的乙醇以任何比例掺混的乙醇汽油汽车，GM（通用）、Ford（福特）、Chrysler（克莱斯勒）、Nissan(尼桑)、Toyota(丰田)均有多款FFV车辆［2］。
　　图1、图2是美国FFV的发展情况和E85加油站的发展情况［2］。
　　为了减少车辆用户选择这些替代燃料车辆时顾虑， ILSACGF-5规格引入并第一次建立了发动机油生物燃料适应性考察方法ASTM D7563，要求GF-5要满足使用替代燃料（E85）车辆的应用要求，能向使用乙醇燃料的发动机提供充分保护。乙醇具有易吸水的特点，在低温下如果水分离出来，可能冻结而阻碍润滑油的流动，造成发动机缺少润滑出现故障。水分离还可能导致发动机锈蚀和油泥的增加。因此在使用E85乙醇汽油时，发动机油形成稳定乳化液的能力很重要。
　　ASTM D 7563方法充分考虑了以上因素，模拟了发动机在使用E85时的工作条件，对低温下乳化液的稳定性及保持能力进行了考察。试验方法如下：将（185±2） mL试验油、（18.5±0.3） mL水、（18.5±0.3） mL E85在（10000±2000） r/min的搅拌速度下高速搅拌（60±1） s，使之形成均匀乳化液，在20～25 ℃和-5～0 ℃的温度下分别至少放置24 h后观察乳化液的变化，报告瓶底每个温度下水层的体积或高度百分比，以确定低温下乳化液的保持能力［3］。
　　乳化保持性试验方法的引入，给我们这样的思考，尽管目前发动机替代燃料的形式多种多样，GF-5并没有因替代燃料的出现而发展一个针对新燃料的特殊发动机油规格，而是在现有发动机油规格中引入对生物燃料兼容性的考察使之适应于替代燃料车辆的润滑。轿车发动机油规格有朝归一方向发展的趋势，也就是说不管轿车替代燃料如何发展，通过调整和增加发动机油规格要求使之适应发动机燃料的发展可能会成为一种趋势。
　　2.2 轿车发动机油要适应不同发动机技术的发展
　　为了满足新的排放节能要求，不同汽车制造商采用了不同的发动机技术，包括发动机小型化、涡轮增压技术、汽油直喷技术、可变汽缸管理技术即闭缸技术、混合动力技术等等，要求轿车发动机油要具有更全面的性能，给各种技术发动机均能提供充分的润滑保护。
　　为使燃烧更加完全，进一步改善排放和节省油耗，越来越多的轿车制造商采用了涡轮增压技术，该技术的采用使得发动机的工作温度进一步提高，性能不好的发动机油极易在涡轮增压器上焦化，产生沉积物。ILSAC GF-5重新启用了Thermo-oxidation Engine Oil Simulation Test热氧化模拟试验(TEOST 33C)。该方法最初于90年代初由Chrysler（克莱斯勒）公司开发，用于模拟评定与涡轮增压器部件（约500℃）接触的发动机油沉积物形成趋势［4］。试验油加入一定量的环烷酸铁催化剂，通入N2O和空气，在480 ℃高温下进行氧化［5］，试验条件非常苛刻，一些氧化性能不好的发动机油和一些含钼的摩擦改进剂不能承受TEOST 33C这样的高温会分解形成沉积物，因此满足GF-5轿车发动机油规格要求的发动机油要针对涡轮增压发动机技术的发展进行性能调整与配方更新。
　　从TEOST 33C试验方法的重新植入和程序ⅢG、程序ⅤG等试验要求更加严格，不难看出，随着发动机技术多样性发展，新规格发动机油的发展要充分考虑发动机技术的发展对润滑油性能提出的要求，适时进行规格要求的补充，使之适应各种发动机技术的发展。
　　2.3 轿车发动机油要适应节能环保要求的发展
　　为满足2011年美国总体平均燃料经济性（CAF）轻型卡车9.6 L/100 km的目标值，GF-5对轿车发动机油在整个使用寿命内的燃料经济性能提出了苛刻的要求，并采用了试验精度更高的苛刻发动机试验程序ⅥD替代程序ⅥB来对发动机油燃油经济性进行评价，燃油经济性能要求比相同粘度等级的GF-4油品至少提高了0.5%［6］。
　　为了保证排放的达标和排放系统10年或15万英里内的良好工作，GF-5除对轿车发动机油的硫含量要求更加苛刻外，还增加了磷保持性项目要求，要求在用的发动机油要有良好的磷含量保持能力，不应因磷的挥发造成尾气处理装置的中毒和失效。
　　为有效保护发动机密封件，防止密封材料老化造成发动机油泄露给环境带来的不利影响，GF-5增加了对与润滑油接触的橡胶件的橡胶相容能力考察，并提出了具体的指标要求。要求采用ASTM D7216［7］方法对常用的5种橡胶进行考察。该方法是在一定温度下将氟橡胶（FKM-1）、聚丙烯酸脂橡胶（ACM-1）、硅橡胶（VMQ-1）、氢化丁腈橡胶（HNBR-1）乙丙橡胶（AEM-1）浸入试验油中一定时间后，测量橡胶件的体积变化、硬度变化和伸长强度变化来评价发动机油与橡胶密封材料的适应性。实验温度规定除NBR-1、NBR-2，ECO-1橡胶为100 ℃外，其他橡胶为150 ℃［8］，试验时间为(336±0.5) h (时间和橡胶件可根据用户要求调整)。
　　
　　3 结束语
　　
　　ILSAC GF-5规格的出台与汽车发动机技术的发展息息相关，且与节能、环保密不可分。
　　满足ILSAC GF-5要求的发动机油应具有更优良的油泥和沉积物控制能力，更好的排放系统保护能力，更优的生物燃油适应能力，更有效的橡胶相容性能力和更佳的节能降耗效果。
　　ILSAC GF-5轿车发动机油第一个引入发动机油生物燃料适应性要求，GF-5可以用于E85 FFV车辆。轿车替代燃料多样化发展，通过调整和增加发动机油规格要求，使轿车发动机油规格适应不同发动机燃料，规格归一可能会成为一种趋势。
　　对于采用涡轮增压技术的轿车发动机润滑而言，GF-5无疑是一个不错的选择。 GF-5规格的发展充分考虑了发动机技术的发展对润滑油的要求，能适应多种发动机技术的发展。
　　GF-5轿车发动机油顺应节能环保发展要求，进一步提高了油品在整个使用周期内的燃油经济性能、对排放系统的保护能力及良好密封的保持能力。
　　
　　参考文献：
　　［1］ International Lubricant Standardization and Approval Committee.ILSAC GF-5 Standard for Passenger Car Engine Oils［S］，2009.
　　［2］ E85 and Ethanol Blends Flexibility for Your Customers［EB/OL］，［2010-05-07］.http:∥www.省略.
　　［3］ ASTM Method D 7563-10Standard Test Method for Evaluation of the Ability ofEngine Oil to Emulsify Water and Simulated Ed85 Fuel［S］，2010 .
　　［4］ 刘建新.用TEOST试验仪器评定柴油机油高温清净性方法的研究［J］.润滑油,2006,21（5）: 58-61.
　　［5］ ASTM Method D 6335-09 Standard Test Method for Determination of High Temperature Deposits by Thermo-Oxidation Engine Oil Simulation Test ［S］，2009.
　　［6］ 杨慧青.GF-5汽油机油新规格解读［J］.石油商技，2010，28（2）：47-51.
　　［7］ ASTM Method D 7216- 10 Standard Test Method for Determining Automotive Engine Oil Compatibility with Typical Seal Elastomers ［S］，2010.
　　［8］ SAE J2643-04 Standard Reference Elastomers (SRE) for Characterizing the Effect of Liquids on Vulcanized Rubbers［S］，2004.
　　收稿日期：2010-07-20。
　　作者简介：朱和菊（1966-），女，高级工程师，1999年毕业于石油大学（北京）化学工艺专业，获硕士学位，现为中国石化润滑油研发（北京）中心内燃机润滑剂研究室主任，长期从事润滑油产品开发及应用研究工作。