本文详细阐述了目前乘用车市场用油的推动因素以及最新API
SP/GF-6规格要求，与SN/GF-5规格进行对比，结合规格差异分
析油品件能需求进行产品设计，并进行了性能验证。
SP/GF-6规格分析及
油品性能要求
张杰孙瑞雨付丽雪
中国石化润滑油有限公司北京研究院
第一期
随着环境污染的日益严重，全
球各市场开始推出各项节能减排措
施，提升汽车碳排放标准。中国在
2017年底结合欧洲和美国等标准制
定了国六标准，也被称为史上最严
的排放标准之一⑴。
近年来，我国经济持续快速发
展，对石油资源需求不断增长，汽
车保有量不断增加。汽车用汽柴油
消费占全国汽柴油消费比例的55%
左右，每年新增石油消费量70%以
上被新增汽车消耗，由此带来的能
源紧张问题更加突出。为推动我国
乘用车燃油经济性水平的持续改善,
2014年12月，工业和信息化部发
布《乘用车燃料消耗限值》和《乘
用车燃料消耗评价方法及指标》，
要求到2020年乘用车燃油消耗达到
5L/100km，到2025年乘用车燃油
消耗下降至4L/100km[21o
为了应对日趋严格的排放和
油耗法规，众多整车厂商都在加大
力度实施发动机小型化的研发设计
工作。面对工信部制定的燃油耗要
求指标值，业内普遍认为，要挑战
5L/100km的油耗红线，将让国内
汽车产业集体承压，对于众多企业
来说，技术压力较大。业内普遍认为,
当前降低整车油耗的主要技术路线
有发动机小型化、车身轻量化以及
混合动力技术等，国内外整车厂商
也都在加大对小型化发动机的研发
力度。然而通过缩小发动机体积（同
时缩小排量）实现节能减排，也意
味着随之而来的性能衰减，因此，
整车厂商正在通过优化增压技术、
燃烧技术和燃油喷射技术，保持小
型化发动机的动力水平。乘用车发
动机技术趋向于小型化、轻量化的
方向发展，加之后处理技术的应用，
基本形成了目前乘用车技术格局。
API（美国石油学会,American
Petroleum Institute）于2020年5月
正式发布最新规格SP/GF-6来解决
新的乘用车技术带来的发动机润滑
问题，该规格润滑油产品能够满足
国六车辆润滑使用需求⑶。
SP/GF-6发动机油规格
分析
相比于SN/GF-5规格，SP/
GF-6包含4个更新的发动机测试
（程序川H、程序IVB、程序VH、
程序VIE）,3个新的发动机测试（程
序VIF、正时链条磨损试验、低速早
燃试验），并且正式将XW-16黏
度级别纳入规格之中。API将GF-6
作者简介：张杰，硕士，助理研究员，2014
年毕业于中国石油大学北京）（匕学工艺专业,
现从事内燃机油产品开发与应用工作，已
公开发表论文2篇。E-mail：zjie.lube@
sinopec
规格划分为GF-6A和GF-6B，其中GF-6B主要包括XW-16黏度级别，具有更好的燃油经济性。SP/ GF-6发动机油规格与SN/GF-5发动机油规格主要差异见表1。
在模拟试验方面，在最新颁布的API SP/GF-6规格中，已经直接将TOEST MHT这项模拟试验删除，主要原因为：首先行业内包括添加剂公司和油公司认为该项模拟试验与发动机台架的对应性较低，并且汽车公司对删除该项模拟试验未提出异议，此外TOEST MHT模拟试验的重复性和再现性较差，对于复合剂开发和油品开发来说试验困难较大，但是TOEST33C的模拟试验并未取消，主要是克莱斯勒汽车公司坚持进行该项模拟试验，原因是该公司认为该项模拟试验与增压器沉积物具备一定的相关性。
综合上述更新规格以及指标限值的对比，SP/GF-6规格更加注重低速早燃现象的控制、对正时链条的磨损保护，并且在抗氧化性能、耐久性能和燃油经济性能方面相比SN/GF-5规格要求更为严格，满足SP/GF-6规格的油品在配方开发时应注重以上方面性能的提升和考虑。
SP/GF-6性能需求与产品设计
油品抗氧化性能
GF-6规格使用程序HIH替代程序IIIG，发动机参数以及规格指标要求的变化见表2。
在程序IIIH台架试验设置中使用了Chrysler3.6L发动机，相比于程序IIIG台架试验的3.8L BUICK 发动机，排量变小，小排量发动机为了达到更好的动力输出，获得相同扭矩的同时，单位功率密度提高，发动机缸体、活塞部位温度更高，
对发动机油产品的抗氧化性能和耐
久性能提出了比以往更高的要求；
同时相比于程序IIIG台架试验发动
机，程序IIIH台架发动机压缩比更
高，发动机气缸内最大行程容积提
高，导致热效率、压缩压力和燃烧
压力均升高，GF-6规格发动机油产
品将面对更高温度和压力工况；此
外发动机转速更高，相对较低排量
的发动机达到更高转速，要求单位
时间内发动机点火次数更多，活塞
环运动频次增加，机油需要更加频
繁地对发动机活塞环、气缸壁等部
位进行冷却和润滑。因此综合上述
台架试验对比，台架试验的发动机
硬件变化对发动机油产品的抗氧化
性能提出了更高的要求。
模拟试验TOEST MHT
程序IIIG程序山H
更新台架试验
程序IVA程序IVB
程序VG程序VH
程序VID程序VIE
程序VIF
新增台架试验程序IX
程序X
二
发动机类型BUICK V6（电喷）Chrysler Pentastar V6（电喷）
发动机排量/L 3.8 3.6
发动机压缩比9:110.2:1
发动机转速/(r-min'1)36003900
发动机扭矩/(N-m)250250
试验时间/h10090
油温/°C150150
指标要求
运动黏度增长(40°C,100h)/%W150W100
活塞沉积物平均评分M4.0M4.2
热黏环无无
凸轮和挺杆磨损/ym W60N/A
第
一
期
从发动机台架设定的指标限值发现，程序IIIH台架对机油运动黏度增长的要求为不大于100%，相比于程序IHG不大于150%的指标要求，性能要求提升50%以上，活塞沉积物评分由原来不低于4.0提 高到不低于4.2。由此可见，在SP/ GF-6规格中，不仅发动机参数变化带来了试验工况更加苛刻，同时指标限值的加严也对油品的抗氧化性提出了更高的要求。
在油品配方设计时，为了提升油品的抗氧化性能，可以从两方面考虑：一是选择抗氧化性能更好的基础油，二是对配方中的抗氧剂组分进行平衡。基础油作为润滑油的主要组成成分，通常占润滑油组成的80%以上，基础油的使用性能例
第-期如抗氧化性能、低温性能以及黏温
性能对润滑油的性能影响较大。在
对比常用基础油性能基础上进行基
础油的选择，具体见表3。
根据以上基础油性能对比发现,
加氢基础油主要差异点在黏度指数、
蒸发损失以及抗氧化性能方面。在
最新一代的SP/GF-6发动机油产品
开发中，由于规格要求了更高的抗
氧化性能，因此选择加氢程度更高、
SP/GF-6产品的开发设计。
由于氧化性能要求的提升，配
方设计时通过增加抗氧剂的手段提
升配方整体抗氧化性能。在抗氧剂
选用上，由于SP/GF-6规格产品面
对高温高压工况更多，选择酚型抗
氧剂和胺型抗氧剂复配组合能有效
提升油品抗氧化性能⑷，酚型抗氧
剂针对100°C条件以下，对延长油
品氧化诱导期具有更好效果，胺型
抗氧剂高温抗氧化性能更好，抗氧
耐久性也更好，二者复配使用可更
好满足SP/GF-6的规格要求，并且
复合使用对沉积物控制起到较好的
协同作用。
燃油经济性
在目前的发动机中，小排量发
动机具备更少的泵气损失和更小的
摩擦系数，可有效提升工作效率,
新一代发动机油产品为了配合发动
机达到更好的节油效果，在机油产
品开发过程中，更加关注润滑油产
品燃油经济性方面的性能特性。在
SP/GF-6规格中对油品的节能性
能提出了新的要求，由程序VIE代
替GF-5规格中的程序VID，针对
XW-16黏度级别，增加程序VIF节
能台架，具体差异见表4。
在节能台架设置上，燃油经济
性台架发动机改变较小，主要差异
集中于节能指标限值：程序VID老
化时间为100h，程序VIE/VIF老化
时间提高至125h，程序VIE老化
时间以0W-20黏度等级为例，程序
VIE指标要求相比于VID提升20%
以上。
在发动机运转过程中能量损失
大部分来源于摩擦功损失。两个摩
擦面之间的润滑状态分为流体润滑、
混合润滑和边界润滑。不同润滑状
态下的摩擦系数是不同的。一般来
说，轴承主要处在弹性流体润滑状
态，阀系和活塞/缸套主要处在混
合-边界润滑状态。针对不同的润
滑方式，需要采用不同的方法来实
现降低摩擦和改善燃油效率的目的。
对于流体润滑，通常选择低黏度的
润滑油；对于混合-边界润滑，通
常采用加入减摩剂的方法来降低摩
擦损失。因此在新一代SP/GF-6产
品设计过程中，将采用新型的减摩
剂组分应对燃油经济性台架的较高
要求。
LSPI（低速早燃）抑制
随着乘用车技术的发展，轻量
化是发动机发展的重要方向之一,
黏温性能更好的加氢基础油应用于
运动黏度(100%：)/(mm2.s-1) 5.174 5.668 6.304
运动黏度(40r)/(mm2-s-1)31.4834.1835.11
黏度指数90105131
倾点8-13-15-18
3 (硫)/%0.120.0062<0.01
旋转氧弹(150°C)/min240301341
蒸发损失11.910.68.4
16
发动机类型
2008Cadillic
2012Cadillic
2012Cadillic
发动机排量/L
3.6 3.6
3.6
发动机压缩比10.2 : 110.2 : 1
10.2 : 1
试验时间/h
155
197197
指标要求
程序VID （ XW-20 ）FEI （合计）/%
M2.6FEI2 （老化 100 h 后）/%
M1.2
程序VIE （ XW-20 ）FEI （合计）1%
M3.8FEI 2 （老化 125 h 后）/%
M1.8
程序VIF （ XW-16 ）FEI （合计）/%
M4.1
FEI 2 （老化 125 h 后）/%
M1.9
而增压直喷技术则是发动机小型化
后保证动力性能的重要技术手段。
随着发动机的强化，其进气量、工
作能量密度增加，工作过程中缸压
峰值变大，低速大负荷情况下，随
机早燃发生的倾向性也相应增加。
清华大学⑸对早燃爆震强度进行了 分类，分为正常燃烧过程、轻度爆
震和超级爆震，如图1所示。
Toyota 汽车公司曾经针对发动
机油配方组成与LSPI 现象影响因素 做过研究⑹。LSPI 发生除了与发动
机硬件设计有关外，还与燃油质量、
润滑油组成以及添加剂组分有关。
发动机油添加剂对LSPI 发生频率的
影响如图2所示。
图2的研究结果表明，机油添
加剂中Ca 元素的含量越高，早燃
倾向性越严重，即清净剂设计时应
考虑降低Cm 元素剂量，通常认为
1 400 mg/kg 是分界点，钙元素降
低的同时会带来高温清净性能的受 损，需进行清净剂的替代，通常情
点火时刻
I
-30
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60
曲轴转角/。
图1爆震分级定义⑸
况下考虑使用钙镁复配类型清净
剂进行配方开发，钳元素的增加对
LSPI 发生有抑制作用。
针对目前小排量发动机应用可
能带来的LSPI 问题，满足SP/GF-6
规格的汽油机油产品能够帮助发动 机缓解LSPI 的发生。在进行配方设
计时，优先选择钙元素含量较低的
第-期
复合剂，损失的清净性能部分使用 镁盐清净剂进行补偿，钳元素的加 入会对LSPI 有较好的抑制性。
正时链条磨损保护
程序X 试验为正时链条磨损试
验，采用 2012 版 2.0 L Ford Ecoboost
发动机，最大功率为178 kW,
最高转速为5 500 r/min,
测试工况
第一期主要集中于中低转速及负荷，测试
时长为216h，主要是为发动机运转
过程中正时链条磨损带来的正时不
准而设置。
为确保油品通过该项试验，可
通过配方中加入更强的抗磨剂组分
来对正时链条进行磨损保护。
SP/GF-6产品性能验证
中国石化润滑油有限公司针对
SP/GF-6规格进行了相关金吉星系
列产品的开发，对比API标准规格
中的相关要求，产品具备很好的性
能表现。
0.10.20.30 0.030.070.060.100.15x1x0.5x1.5
e(Ca)/%s(Mo)/%s(P)/%相对含最
图2发动机油添加剂对LSPI发生频率的影响⑹LSPI抑制
金吉星SP/GF-65W-30产品
的LSPI抑制性见图3O
中国石化润滑油公司开发的金
吉星SP/GF-65W-30产品在LSPI
抑制方面具有优异表现。API SP/
GF-6规格针对油品抑制LSPI性能
设置了程序IX发动机台架试验，其
中要求在点火试验每个试验循环过
程中LSPI次数发生不多于8次，金
吉星SP/GF-65W-30产品实际试
软
兴
萤
吟
M
峡
兴W
牡
片
8
6
4
2
API标准金吉星SP/GF-65W-30产品
程序IX发动机试验
图3金吉星SP/GF-65W-30产品的LSPI抑制性
验结果显示了更低的LSPI发生率。
中国石化开发的SP/GF-65W-30
产品在经过某乘用车实际发动机台
架验证发现，SP/GF-65W-30产品
每10万次点火发生LSPI降低至1.44
次，相比于SN/GF-5规格产品10
万次点火发生LSPI 1.97次，LSPI
抑制性提升27%。
抗氧化性能
金吉星SP/GF-60W-20产品
抗氧化性能见图4。
中国石化润滑油公司开发的金
吉星SP/GF-60W-20产品在抗氧
化性能方面显著提升。API规定程序
IIIH台架试验之后，油品黏度增长
不超过100%，中国石化开发的SP/
GF-60W-20产品经过试验之后,
黏度增长率仅为16%，远远低于指
标要求，表现出较好的抗氧化性能。
正时链条磨损保护
金吉星SP/GF-60W-20产品
产品正时链条磨损保护性能见图5O
目前市场上大部分车辆均采用
了正时气门技术，可以帮助车辆合发动机油
理选择配气正时，目前驱动发动机
配气结构的大部分采用正时链条，
如果正时链条在使用过程中没有得
到很好保护，链条就会出现伸长，
严重时出现扯断现象，影响车辆的
配气效率。中国石化润滑油公司开
发的满足SP/GF-6规格产品在正时
链条保护性上表现优异，能够大大
减少正时链条的延长率，防止链条
磨损。
燃油经济性
金吉星SP/GF-60W-20产品
燃油经济性见图6。
中国石化润滑油公司开发的
金吉星SP/GF-60W-20产品采用
全新的摩擦改进剂，持续提升油品
的燃油经济性，明显优于API SP/
GF-6程序VIE发动机台架中要求的
FEI2标准指标要求，展示了强劲的
燃油经济性表现。
结束语
面对新的排放法规和燃油经济
性法规的实施，
以及乘用车发动机
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