NB/SH/T 0899-2015 汽车发动机油节能性能的评定 程序VIB法
本标准规定了评定汽车发动机油对乘用汽车和轻负荷卡车燃油经济性影响的方法。
证据说明：本页内容依据起源标物库内该标准原文整理（标注「〔待核〕」处为 〔原文不清〕），个别数值与现行状态请以标准原页和产品证书为准。
适用范围
本标准规定了评定汽车发动机油对乘用汽车和轻负荷卡车燃油经济性影响的方法。试验将指定的 4.6L 汽油发动机安装在测功机上，用来评价多级油的燃油经济性。 适用于 API/ILSAC SJ/GF-2、SL/GF-3、SM/CF-4 级汽油机油燃油经济性能评定。 注：SJ 级汽油机油采用缩短试验时间方法，在附录 B 中列出。 不适用：现有资料未提供明确不适用条款。
方法原理
将 4.6L 汽油发动机安装到可控转速、扭矩和其它操作参数的试验台架上（4.1）。 测试阶段需要测量五个规定的转速、扭矩和温度稳定工况的燃油消耗率，试验包括基准参比油、试验油和重复基准参比油的测量过程，试验总时间约 133h（4.2）。 老化试验油可以直接和 ASTM BC SAE 5W-30 基准参比油（BC 油）比较，BC 油在试验油前后测量；试验油和 BC 油转换时用不停机冲洗，老化试验油换 BC 油时用 BCFHD 油清洗（4.3）。 试验结果用试验油相对于基准参比油的燃油比油耗的变化百分率表示（4.4）。 方法应用：在可重复的实验室环境下评定汽油机油的节能性能，试验油与 BC 油比较（BC 油为 SAE 5W-30 全配方润滑油），与现在生产的汽车在美国环保署（EPA）循环工况下有一定相关性（第 5 章）。
主要仪器
概要：对试验台架相关硬件作出规定，如要求使用规定的泵、阀、热交换器、加热器和管径。试验方法提供了特殊零件图纸，制作特殊零件时使用规定尺寸。 6.2 试验发动机配置：1993 年福特 4.6L V-8 带自动超速档的变速器（AODE）传动发动机。发动机前部高于后部，飞轮面垂直度为 3.60±0.5°。连接轴万向节角度相对于垂直面不大于 2°，相对水平面保持 0°。 6.3 实验室环境：保持清洁无尘，送风系统应避免直接吹试验机。 6.4 发动机转速和扭矩控制：测功机转速和扭矩的控制系统应满足表 1 要求；使用闭环控制系统通过控制发动机油门控制转速，通过控制测功机控制扭矩。 6.4.1 测功机：使用 Midwest 或 Eaton 生产的 37kW 758 型号干式测功机。参比油试验或非参比油试验中不能更换测功机；若需更换则中止试验，更换后重新校准。 6.4.2.1 测功机压电式测力传感器：使用 0~45kg 砝码测量；温度稳定性 Zero ≤0.001% FSO/°C、Span ≤0.001% FSO/°C；非线性 ≤0.05% FSO；温度补偿范围 10°C~49°C。Lebow 型号 3397 经验证满足要求。 6.4.2.2 不要使用测功机压电式测力传感器制动。 6.4.2.3 负载池温度控制：负载池内空气温度不随环境温度变化，控制范围 ±6°C。 6.4.2.4 测功机与发动机连接：使用万向节型连接轴。 6.5 发动机冷却系统：外部冷却系统如图 D.1~D.5 所示，要求控制夹套冷却温度和流量。 6.5.1 冷却液存储罐顶安装加压装置和压力帽（PC-1），保持冷却液外循环系统 69.00 kPa±13.8kPa（〔待核〕，〔原文不清〕）。 6.5.2 冷却液泵应能提供 130 L/min 流量。使用 Goulds G&L NPE 型机械密封离心水泵，功率 1.47kW，转速 3450r/min。 6.5.3 冷却系统组件应满足图 D.1~D.5 要求，管径尺寸在图 D.2~D.5 中列出。 6.5.4 采用 ITT 标准板式换热器（HX-1），型号 320-20，零件号 5-686-06-020-001；或 ITT 型号 BP-420-20，零件号 5-686-06-020-00（〔待核〕，〔原文不清〕）。允许逆流通过。 6.5.4.1 可替换热交换器：ITT 型号 BP-420-20，零件号 5-686-06-020-005，或 ITT 型号 BP-420-20，零件号 5-686-06-020-007。 6.5.4.2 指定可替换冷却液循环系统 ITT BGF 5-030-06-048-001。 6.5.5 热交换器 HX-1 旁通上安装金属压降控制盘（OP-1），要求提供压降与 HX-1 相等。使用图 D.3 冷却液循环系统时不需要加装 OP-1。 6.5.6 冷却液循环系统中加装节流板（FE-103），Daniel 系列 30RT，1½NPT。要求流量 130 L/min 时压降头 1 kPa±0.50kPa（〔待核〕，〔原文不清〕）。 6.5.7 安装冷却液流量控制阀（TCV-104）控制通过冷却液热交换器和旁通的冷却液流量。使用 Badger Meter 型号 9003TCW36SV3AxxL36 气动阀（气动关），或型号 9003TCW369V1AxxL36 三向气动球形转向阀（气动开）。使用 Badger Meter 型号 9003TCW36SV3A29L36 气动阀（气动关），或 CV 值为 16 的型号 9003TCW36SV1A29L36 气动阀（气动开）。使用可替代系统（图 D.3）时不要求安装 TCV104。 6.5.8 冷却液流量调节阀 FCV-103 保证冷却液流量为 130 L/min ±4L/min。 6.5.9 使用 Ian 型号 274/374（〔待核〕，〔原文不清〕）、Validyne 型号 DP15 或 Rosemount 型号 1151 的压力传感器（DPT-1）测量冷却液流量。 6.5.10 使用封闭盘封闭发动机水泵口或对水泵进行改造，水泵零件号 OHT6A-014-A。 6.5.11 安装冷却液溢出容器和观察窗。 6.5.12 安装冷却液流量控制阀 TCV-101 控制通过热交换器 HX-1 的冷却水流量，使用 Badger Meter 型号 9001CCW36SV3Axxx36（气动关）或 9001GCW36SV1Axxx36 双向控制阀。 6.5.13 冷却液循环系统主管线上安装 1 个 1½in NPT 可视观察窗。 6.5.14 推荐使用黄铜、铜或不锈钢材料。 6.5.15 循环水、热水、冷冻水、压缩空气、冷却液外循环系统等管线相关材料由实验室自行决定。 6.5.16 冷却液循环系统应有最低放空点，每次加新冷却液前先将冲洗管线水放净。 6.6 外部机油系统：要求配有如图 D.7 和图 D.8 所示的外部机油系统，包含两个独立系统：（1）不停机换油系统；（2）外循环温度控制系统。发动机油底壳为外部机油系统的一部分。 6.6.1 不停机换油系统：配有抽油泵和 6.0L 废油储存罐，油底壳浮子控制开关确保新油进入量达到试验要求。 6.6.2 外循环温度控制系统：通过比例控制阀控制流经加热器和冷却器的机油量，将机油温度控制在要求范围内，对程序要求的四种主油道温度有快速响应。不停机换油时将控制阀置于中间位置。 6.6.3 除废油放空系统外，机油循环系统中不应采用含铜材料。 6.6.4 不停机换油系统部件： 6.6.4.1 抽油泵（P-3）：Viking 公司 475 系列型号 475M 耦合连接式凸轮泵，转速 1140~1150 r/min，功率至少 0.56kW。 6.6.4.2 推荐使用三个储油罐，每个至少容积 19L，分别存放 BC 油、BCFHD 油和试验油。 6.6.4.3 储油罐装配一个搅拌器。 6.6.4.4 储油罐装配一个可控加热器，可将机油加热到 107°C±2.8°C。 6.6.4.5 废油罐容积至少为 6L。 6.6.4.6 油罐中安装浮子控制开关（FIS-136），Gems 系列型号 ALS79999 和 Catalog 零件号 A79999、20VA 高温浮子控制开关经验证符合要求。 6.6.4.7 使用规定管径的油管线。 6.6.5 外循环温度控制系统部件： 6.6.5.1 油底壳达到最大存油量时，系统机油总体积为 6.0L。 6.6.5.2 发动机油底壳安装浮子控制开关（FIS-152），要求使用 Gems 系列型号 AIS79999 或 Catalog 零件号 A79999、20VA 高温浮子控制开关。 6.6.5.3 机油外循环容积泵（P-4）：Viking 4125 系列型号 G4125 无泄压阀底部固定型泵，转速 1140~1150 r/min，功率至少 0.56kW。 6.6.5.4 电磁阀（FCV-150A、FCV-150C、FCV-150D、FCV-150E、FCV-150F）：Burkert 251 柱塞式阀配合 312 电磁阀（或 2000 柱塞式阀配合 311/330 电磁阀）。FCV-150A 通常关闭，3/4in 管径；FCV-150C 通常开启，1/2in 管径；FCV-150D/E/F 通常关闭，1/2in 管径。一个试验台只能使用一种类型。 6.6.5.5 控制阀 TCV-144：Badger Meter 型号 1002TBN36SVOSALN36 三向球形阀，管径 1/2inch（12.70mm），气动开启。 6.6.5.6 TCV-145 控制阀为可选。 6.6.5.7 热交换器 HX-6：ITT 型号 310-20 或 ITT Bell & Gossett 型号 BP-25-20（零件号 5-686-04-020-001）。新零件号 410-20 和 5-686-04-020-002。 6.6.5.8 机油加热器 EH-5：加热元件浸入液态低熔点铅合金中并置于 Labeco 加热器壳中。使用 3000W 加热元件。推荐 Chromolox 零件号 GIC-MTT-330XX、230V，或 Emerson 型号 MTS-230A、零件号 156-019136-014、240V。加热器中安装热电偶，插入铅合金深度 244.48mm±3.18mm。加热器最高温度 205°C。更换加热元件程序见附录 E（〔待核〕，〔原文不清〕，原文此处写附录 E，但目录中附录 E 为燃油规格）。 6.6.5.9 安装两个机油滤清器（FIL-2）：Oberg 或 Racor 型号 LFS-60 滤清器壳，配 28μm 不锈钢滤芯（零件号 LFS 6028）。也可使用 LFS-62 壳配 LFS 6028 滤芯。两个滤清器选用同一型号。一个置于外循环泵出口后，另一个置于主油道入口前。更换 LFS-62 应在参比油标机试验前。 6.6.5.10 油管管径如图 D.8 所示。 6.6.5.11 使用改装后的机油滤清器座总成，零件号 OHT6A-007-1。 6.6.5.12 机油管线应使用不锈钢管或耐高温软管。软管使用 Aeroquip 8 号（零件号 2807-8）或 10 号（零件号 2807-10）。 6.6.5.13 机油外循环系统应使用隔热材料，平均温度 32.2°C 时最大热传导率 0.0398 W/(m·K)。 6.6.5.14 油底壳：福特零件号 F1AZ-6675-A 或 F2AZ-6675-A，改造后零件号 OHT6A-006-1。安装机油挡板（图 D.14），挡板位于油底壳左侧，向侧面弯曲 45°，上边缘向发动机前端弯曲 23°。安装浮子控制开关（FLS-152，Gems ALS79999）。 6.6.5.15 机油泵滤网和抽油管：切断机油泵抽油管，焊接 15cm~18cm 不锈钢管伸出油底壳。零件号 OHT6A-008-1。锁紧螺母 S5-1210-1-8，3/4in；接头 1/2in。使用双尼龙密封圈（T-1213-1 和 T-1214-1）。 6.6.5.16 发动机油液面控制：安装可视玻璃管监控机油液面高度和计算机油消耗量。测量和校准步骤见附录 I（〔待核〕，〔原文不清〕）。 6.7 燃油系统：如图 D.17 所示，包括燃油测量设备，保证燃油以规定温度和压力进入发动机油轨。 6.7.1 燃油流量计出口和入口连接处至少保留 100mm 软管。供油管线从流量计出口至燃油油轨应为不锈钢管或汽油供油软管。回油管内径至少 6.35mm。 6.7.2 燃油流量计：指定使用 Micro Motion D-6 型质量流量计（安装 RFT9712 或 RFT9739 传感器），或 CMF010 型质量流量计（安装 RFT9739 传感器）。传感器应水平或垂直安装。燃油消耗率以 kg/(kW·h) 表示，采用 100s~120s 平均值计算。 6.7.3 燃油流量计处温度和压力控制：如表 1 所示。燃油压力调节器 PRG 116 应能安全泄压，或泄压阀 PRV 113 与 PRG 116 并联。 6.7.4 燃油油轨入口处温度和压力控制：如表 1 所示。 6.7.5 燃油泵：使用车用燃油泵，福特零件号 E7TF-9C407 或 E7TC-9C407。燃油出口最小油压 205kPa，最大 310kPa。 6.7.6 燃油过滤：供给试验台架的燃油应过滤。 6.8 发动机进气系统：向进气空气滤清器提供 4.0m³/min 流量空气。进气湿度 11.4 g/kg±0.8g/kg，进气温度 27°C±2°C，进气压力 0.05 kPa±0.02 kPa。 6.8.1 进气湿度计算式（1）：H = 621.98 × (Psat/(Pbar - Psat))，式中 Psat 为饱和蒸气压/mmHg，Pbar 为大气压力/mmHg。 6.8.2 进气过滤：进气系统应具有过滤功能。 6.8.3 进气压力泄压：在进气滤芯前段安装进气压力泄压装置。 6.9 温度测量：推荐使用 Constantine J 型热电偶，也可使用 K 型。所有热电偶（不包括机油加热器中的）应配补偿线。热电偶直径 3.2mm，插入流体中部时露出部分不超过 50mm。可使用 Leeds、Northrup、Conax、Omega 和 Revere 生产的热电偶，满足 ANSI MC96.1-1975。系统应具有将热电偶标定到 ±0.56°C 的能力。 6.9.5.1 主油道入口温度：热电偶插入改造过的机油滤清器座，尖端与滤清器座表面平齐。 6.9.5.2 机油循环温度：安装在油底壳后部的外循环系统回油接头上。 6.9.5.3 发动机冷却液入口温度：尖端置于冷却液流体中部，距离入口不超过 150mm。 6.9.5.4 发动机冷却液出口温度：尖端置于回流管弯头处冷却液流体中部，距离出口不超过 80mm。 6.9.5.5 进气温度：置于进气滤清器组件靠近出口处。 6.9.5.6 燃油流量计温度：置于流量计入口前 10mm~500mm 处。 6.9.5.7 燃油油轨温度：置于三通或十字接头中部，位于燃油泵后至少 150mm 以上，距离燃油油轨进口 150mm 以内。 6.9.5.8 测功机压电式测力传感器负载池温度：置于负载池内。 6.10 空燃比测定：使用空燃比分析仪测定发动机空燃比，要求可连续工作 30min。测量范围 AFY（H/C=1.85, O/C=0.00），测量精度 ±0.1。传感器适用排气温度 -7°C~900°C。Horiba 型号 MEXA 110 满足要求。 6.11 排气和排气背压系统： 6.11.1 排气歧管：铸铁排气歧管。右排气管零件号福特 F1AZ-9430 或 F1AE-9430（Casting 零件号 RF F1AE-9430-BB）；左排气管零件号福特 F1AZ-9431 或 F1AE-9431（Casting 零件号 RF F1AE-9431-BB）。 6.11.2 实验室排气系统：如图 D.19 所示，下游部分由实验室设计安装。 6.11.3 排气背压：按表 1 要求控制。测量管及位置如图 D.19 和图 D.20 所示。 6.12 压力测量和传感器位置： 6.12.1 压力测量点和传感器间管线上安装冷凝器。传感器高度尽量与测压点一致。 6.12.2 机油主油道压力：测量点在机油滤清器座上，分辨率 6.9kPa，精度 1%。 6.12.3 燃油流量计处燃油压力：测量点距流量计入口 5m 以内（〔待核〕，〔原文不清〕），精度 3.5 kPa。 6.12.4 燃油油轨处燃油压力：测量点距燃油泵出口 150mm 以上，距燃油油轨入口 150mm 以内，精度 3.5 kPa。 6.12.5 排气背压：测量点如图 D.19 所示，精度在满量程 2% 以内，分辨率 25Pa。 6.12.6 进气压力：测量点如图 D.17 所示，精度在满量程 2% 以内，分辨率 5.0Pa。 6.12.7 进气歧管真空度：测量点在节气门体底座上，精度在满量程 1% 以内，分辨率 0.68kPa。 6.12.8 冷却液流量差压：见 6.5.9。 6.12.9 曲轴箱压力：测量点见图 D.21。 6.13 发动机硬件及其相关组件： 6.13.1 试验发动机：1993 年 4.6L 福特 V-8 发动机，整体购买，不应拆解。 6.13.2 引擎控制模块（ECM/EEC）：改造过的 ECM/EEC IV，零件号 OHT6A-002-1，福特零件名 SMO-100。 6.13.3 恒温器/孔板：使用孔板代替恒温器，零件号 OHT6A-004-1。 6.13.4 进气歧管：零件号 F1AZ-9424-C、F1AE-9424 或 F1AE-9425，堵住进气歧管冷却旁路。 6.13.5 飞轮：零件号 F6ZZ-6375-AB，改造使其与连接轴相连。 6.13.6 线束：燃油喷油器线束零件号 F3VB-12522、F3VB-12A522、F3AB-12A522、F2AZ-9D930-A、3AZ-12A522、F3BL-12A522 或 F3BL-12A52；ECM/EEC 线束零件号 OHT6A-001-1。 6.13.7 废气再循环控制（EGR）挡板：拆下 EGR 阀，安装挡板，切断排气歧管处 EGR 管线，堵住 EGR 出口。 6.13.8 油底壳：零件号 F1AZ-6675-A 或 F2AZ-6675-A，按 6.6.5.14 改造。 6.13.9 机油泵滤网和抽油管：零件号 F2AZ-6622，按 6.6.5.15 改造。 6.13.10 怠速控制电磁线圈（ISC）挡板：拆除 ISC，安装挡板。 6.13.11 发动机水泵：改造或替换，详见 6.5.10。 6.13.12 恒温器壳体：改造零件号 F1VY-8592-A 或 F1AE-8594，或购买 OHT6A-010-1。 6.13.13 机油滤清器座：改造零件号 F1AZ-6881、F1AE-6881 或 F1AE-6884，或购买 OHT6A-009-1。 6.13.14 燃油油轨：零件号 F2AZ-9F792-A 或 F2AE-9F792，改造油轨入口和出口。 6.14 其他相关仪器： 6.14.1 点火正时灯：使用感应型点火正时灯。警告：一些型号读数可能为实际值的一倍。
试剂与标准物质
发动机油 7.1.1 BC 油：用于新发动机磨合，同时作为基准参比油评价试验油，黏度级别 SAE 5W-30。每次试验用量约 38L。 7.1.2 BCFHD 油：特殊冲洗油（增强溶解性能的 BC 油），用于试验油试验后冲洗。每次试验用量约 12L。 7.2 燃油 7.2.1 试验燃油规格见附录 E。 7.2.2 确保存储燃油的油罐在装燃料油前清洁。 7.2.3 实验室需对燃料油进行取样和分析。 7.2.4 每次试验使用同一批次燃油；使用新批次需进行有限次验证性试验；燃油档案资料应在试验报告中标出；若实验室存储罐存储过几种不同批次燃油，应在试验报告中注明最近存储过的燃油批次。 7.3 发动机冷却液：体积比 1:1 的商用含添加剂乙二醇冷却液浓缩液与蒸馏水或去离子水。 7.4 清洗材料 7.4.1 有机溶剂 Penmul I460（〔待核〕，〔原文不清〕）。 7.4.2 溶剂：满足 ASTM D 235 I 型 C 系列规格的溶剂或 GB 1922—2006 中 4 号溶剂油，芳烃含量体积比 0~2%，闪点最低 61°C，赛波特号不小于 +25 或铂—钴号不大于 25。每批溶剂应有生产商的分析认证。 7.4.3 发动机循环冷却系统清洗剂包括：7.4.3.1 草酸的二水合物；7.4.3.2 烷基化萘钠盐 Petro Dispersant 425；7.4.3.3 轻质苏打灰（用于中和）。 附录 E（规范性附录）程序 VIB 燃油规格（原文未展开具体指标）。
关键条件
表 1 程序 VIB 试验操作工况（阶段 1~阶段 5）： | 试验参数 | 阶段1 | 阶段2 | 阶段3 | 阶段4 | 阶段5 | |---|---|---|---|---|---| | 转速/(r/min) | 1500±2 | 800±2 | 800±2 | 1500±2 | 1500±2 | | 扭矩/(N·m) | 98.00±0.07 | 26.00±0.07 | 26.00±0.07 | 98.00±0.07 | 98.00±0.07 | | 标称功率/kW | 15.39 | 2.18 | 2.18 | 15.39 | 15.39 | | 主油道温度/°C | 125±1 | 105±1 | 70±1 | 70±1 | 45±1 | | 冷却液入口温度/°C | 105±1 | 60 | 60±1 | 60±1 | 45±1 | | 试验时间/min | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 所有工况下都要求的控制参数： 温度/°C：机油循环温度 记录；冷却液出口温度 记录；进气温度 27±2；燃油流量计温度 20~30（最大变化差不大于 4）；燃油油轨温度 20±2；测功机压电式测力传感器负载池温度 每阶段温度差不大于 12；机油加热器温度 小于 205。 压力/kPa：进气压力 0.05±0.02；燃油流量计压力 大于 100；燃油油轨压力 205~310；进气真空度 记录；排气背压（绝对压力）104.00±0.17；主油道油压 记录；曲轴箱真空度 0.00±0.25。 流量：冷却液流量/(L/min) 130±4；燃油流量/(kg/h) 记录；进气湿度/(gr/kg) 11.4±0.8；空燃比 14.00~15.00；空燃比 每个阶段；点火正时/BTDC 20±2。 注：控制参数的目标为要求的中间值；需要严格测量和控制的参数；当温度达到设定点时开始计时；整个试验的读数最大阶段平均值和试验的各个阶段的平均值。 表 2 程序 VIB 试验冲洗阶段和老化阶段工况（〔原文不清〕部分数据缺失，〔待核〕）： 冲洗阶段：转速 1500±5，扭矩 98.00±0.10，主油道温度 125±2，冷却液入口温度 105±2，机油循环温度 记录，冷却液出口温度 记录，进气温度 27±2，燃油流量计温度 20~30，燃油油轨温度 20±2，进气压力 0.05±0.02，燃油流量计压力 ≥100，燃油油轨压力 205~310，进气真空度 记录，排气背压 104.00±0.20，主油道油压 记录，曲轴箱真空度 0.00±0.25，冷却液流量 130±4，燃油流量 记录，进气湿度 记录，空燃比 14.00~15.00，点火提前 20±2。 第一阶段老化：转速 1500±5，扭矩 98.00±0.10，主油道温度 125±2，冷却液入口温度 105±2，其余同上。 第二阶段老化：转速 1500±5，扭矩 98.00±0.10，主油道温度 135±2，冷却液入口温度 105±2，其余同上。 注：控制参数目标为要求的中间值；当温度达到设定点时开始计时；温度波动范围为 ±3°C。 表 3 程序 VIB 新发动机的磨合程序： | 项目 | A 循环 | B 循环 | |---|---|---| | 每个循环持续时间/min | 4 | 1 | | 从 B 循环到 A 循环时间/s | 最长 15 | 最长 15 | | 转速/(r/min) | 1500 | 3500 | | 功率/kW | 10 | 20.9 | | 扭矩/(N·m) | 48.00 | 57.00 | | 主油道油温/°C | 105 | 105 | | 冷却液入口温度/°C | 95 | 95 | | 冷却液流量/L/min | 130 | 130 | | 进气温度和进气湿度 | 不要求控制 | 不要求控制 | | 点火正时 BTDC | 记录 | 记录 | | 排气背压/kPa | 104.0 | 104.0 | | 空燃比 | 记录 | 记录 | | 燃油油轨油压 | 205~310 | 205~310 | | 燃油油轨油温 | 20 | 20 | | 燃油流量 | 不要求 | 不要求 | | 燃油消耗率（BSFC）/(kg/(kW·h)) | 不要求 | 不要求 |
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