پیمایش استانداردهای جهانی روغن موتور: تفاوت‌های کلیدی میان API SP، ACEA C3 و ILSAC GF-6

ورود روغن‌های با ویسکوزیته فوق‌العاده پایین و سخت‌افزارهای سخت‌گیرانه آلایندگی، روان‌کننده موتور را از یک کالای عمومی به یک جزء بسیار تخصصی تبدیل کرده است و خودروسازان را مجبور می‌کند تا موتورها را بر اساس استانداردهای شیمیایی خاص مهندسی کنند. یک بلوک موتور مدرن تنها برای روانکاری به سیال جاری در خود متکی نیست، بلکه آن را به عنوان یک عنصر ساختاری در سیستم‌های مدیریت حرارتی، کنترل آلایندگی و زمان‌بندی احتراق خود به کار می‌برد. هنگامی که یک خودرو استاندارد روغن خاصی را طلب می‌کند، در واقع مرزهای شیمیایی را که موتور در داخل آن برای بقا طراحی شده است، دیکته می‌کند.

بازار جهانی خودرو تحت سه چارچوب نظارتی اصلی برای روغن موتور فعالیت می‌کند: مؤسسه نفت آمریکا (API)، کمیته مشورتی مشخصات روان‌کننده‌های بین‌المللی (ILSAC)، و انجمن تولیدکنندگان خودرو اروپا (ACEA). در حالی که این نهادها هدف کلی حفاظت از موتور را دنبال می‌کنند، اولویت‌های مهندسی آن‌ها بر اساس قوانین منطقه‌ای آلایندگی و عادات رانندگی به شدت متفاوت است.[1][2][3]

استانداردهای API SP و ILSAC GF-6 که پس از هفت سال توسعه در می ۲۰۲۰ اجرایی شدند، به طور خاص برای رفع آسیب‌پذیری‌های موتورهای تزریق مستقیم بنزینی توربوشارژ (TGDI) کوچک‌شده، مهندسی شدند. در حالی که خودروسازان آمریکای شمالی حجم موتورها را کاهش داده و همزمان فشار توربوشارژر را برای برآورده کردن الزامات صرفه‌جویی در مصرف سوخت افزایش دادند، با پدیده‌ای مخرب به نام احتراق زودرس در دور پایین (LSPI) مواجه شدند.[1][3]

LSPI زمانی رخ می‌دهد که مخلوط سوخت و هوا به طور نابهنگام در طول مرحله تراکم مشتعل می‌شود و فشارهای سیلندر عظیمی ایجاد می‌کند که می‌تواند پیستون‌ها را خرد کرده و شاتون‌ها را خم کند. تحقیقات نشان داد که مواد شوینده مبتنی بر کلسیم در فرمولاسیون‌های قدیمی روغن به عنوان منبع احتراق عمل می‌کردند. API SP بازنگری شیمیایی را الزامی کرد و کلسیم را با مواد شوینده مبتنی بر منیزیم جایگزین نمود تا این انفجارهای زودرس را سرکوب کند.[4][5]

فراتر از کاهش LSPI، مؤسسه نفت آمریکا اشاره می‌کند که استاندارد API SP «حفاظت بهبود یافته در برابر رسوبات دمای بالا برای پیستون‌ها و توربوشارژرها، و کنترل سخت‌گیرانه‌تر لجن و لاک» را فراهم می‌کند. این امر تضمین می‌کند که روغن می‌تواند بارهای حرارتی شدید تولید شده توسط توربوشارژرهای مدرن را بدون تجزیه شدن به رسوبات کربنی ساینده تحمل کند.[1]

ILSAC GF-6 الزامات حفاظتی API SP را منعکس می‌کند اما الزامات سخت‌گیرانه و قابل اندازه‌گیری صرفه‌جویی در مصرف سوخت را نیز اضافه می‌نماید. برای تطبیق با واقعیت‌های فیزیکی طراحی‌های مختلف موتور، ILSAC استاندارد را به دو رده متمایز تقسیم کرد. GF-6A سازگار با نسل‌های قبلی است و درجات ویسکوزیته قدیمی مانند 5W-30 و 0W-20 را پوشش می‌دهد. اما GF-6B منحصراً برای روغن‌های با ویسکوزیته فوق‌العاده پایین 0W-16 ایجاد شده و با موتورهای قدیمی سازگار نیست.[3]

در آن سوی اقیانوس اطلس، استاندارد اروپایی ACEA C3 بر اساس یک فلسفه مهندسی اساساً متفاوت عمل می‌کند و بقای سیستم‌های پس‌تصفیه اگزوز را بر حداکثر کارایی سیال داخلی اولویت می‌دهد. مقررات آلایندگی اروپا مدت‌هاست استفاده از فیلترهای ذرات معلق را در خودروهای دیزلی و بنزینی الزامی کرده است؛ سخت‌افزاری که به ترکیب شیمیایی اگزوز موتور بسیار حساس است.[2][6]

ACEA C3 یک مشخصات شیمیایی «SAPS متوسط» را الزامی می‌کند و سطوح خاکستر سولفاته، فسفر و گوگرد موجود در روغن را به شدت محدود می‌سازد. به طور خاص، خاکستر سولفاته در ۰٫۸ درصد محدود شده است، در حالی که فسفر به یک محدوده باریک بین ۰٫۰۷ درصد و ۰٫۰۹ درصد محدود می‌شود. به گفته لوبریزول، ACEA C3 برای «موتورهای بنزینی با عملکرد بالا و دیزلی سبک که در آن‌ها سیستم‌های پس‌تصفیه پیشرفته مانند فیلترهای ذرات دیزل (DPF) و کاتالیزورهای سه راهه (TWC) استفاده می‌شوند» طراحی شده است.[2]

اگر یک روغن با SAPS بالا—مانند یک روان‌کننده سنتی با رتبه API و بدون تأییدیه‌های اروپایی—در یک موتور مدرن اروپایی استفاده شود، خاکستر فلزی تولید شده در طول مصرف عادی روغن، فیلتر ذرات معلق را به طور دائمی مسدود می‌کند. تعویض یک DPF یا GPF مسدود شده اغلب بیش از ۲,۰۰۰ دلار هزینه دارد، که انطباق شیمیایی روغن را به یک عامل مالی حیاتی برای مالکان خودرو تبدیل می‌کند.[6]

تضاد ساختاری بین استانداردهای آمریکای شمالی و اروپا در ویسکوزیته برش در دمای بالا (HTHS) نهفته است. HTHS مقاومت روغن در برابر جریان و برش مکانیکی را تحت حرارت شدید (۱۵۰ درجه سانتیگراد) و سرعت‌های بالای موتور اندازه‌گیری می‌کند و شرایط داخل یاتاقان‌های موتور و دیواره‌های سیلندر را شبیه‌سازی می‌نماید.[2][7]

ACEA C3 حداقل ویسکوزیته HTHS برابر با ۳٫۵ میلی‌پاسکال-ثانیه (mPa.s) را الزامی می‌کند. این کف برش بالا، یک لایه هیدرودینامیکی ضخیم و محافظ را در طول رانندگی طولانی‌مدت با سرعت بالا در بزرگراه‌های اروپا تضمین می‌کند و حفاظت از یاتاقان و دوام طولانی‌مدت را بر صرفه‌جویی‌های جزئی در مصرف سوخت اولویت می‌دهد.[2][6]

در مقابل، ILSAC GF-6B با کاهش اصطکاک سیال داخلی، کارایی حداکثری سوخت را هدف قرار می‌دهد و از ویسکوزیته‌های HTHS بسیار پایین‌تر از آستانه ۳٫۵ mPa.s استفاده می‌کند. در نتیجه، یک روغن نمی‌تواند به طور فیزیکی به طور همزمان الزامات ACEA C3 و ILSAC GF-6B را برآورده کند؛ حفاظت برش بالا که اروپا طلب می‌کند، مستقیماً الزامات اصطکاک پایین آمریکای شمالی را نقض می‌نماید.[3][7]

در حالی که API SP و ACEA C3 هر دو حفاظت در برابر سایش زنجیر تایم را الزامی می‌کنند—که یک نیاز حیاتی است زیرا دوده و آلاینده‌ها می‌توانند به مرور زمان زنجیر را کشیده کنند—روش‌های آزمایش آن‌ها متفاوت است، که منعکس‌کننده محیط‌های عملیاتی متمایز و معماری‌های موتور ناوگان خودرویی مربوطه است.[1][2]

تفاوت در این استانداردها به این معنی است که تعمیرگاه‌های مستقل و مالکان خودرو دیگر نمی‌توانند تنها به درجه ویسکوزیته اتکا کنند. یک روغن 5W-30 API SP فاقد محدودیت‌های سخت‌گیرانه SAPS و حداقل‌های HTHS یک روغن 5W-30 ACEA C3 است، به این معنا که این دو سیال با وجود داشتن برچسب ویسکوزیته یکسان روی بطری، از نظر شیمیایی متمایز هستند.[4]

با نگاه به آینده، صنعت با چالش توسعه نسل بعدی استانداردها، مانند ILSAC GF-7 پیشنهادی، روبرو است که ویسکوزیته‌ها را حتی پایین‌تر تا 0W-8 خواهد برد. هرچه این اهداف شدیدتر می‌شوند، شکاف مهندسی بین اهداف صرفه‌جویی در مصرف سوخت آمریکای شمالی و الزامات دوام اروپایی تنها گسترده‌تر خواهد شد.[3][7]

مرزهای شیمیایی تعیین شده توسط این استانداردها، محدودیت‌های عملیاتی موتورهای مدرن را دیکته می‌کنند. تا زمانی که علم مواد نتواند شکاف بین حفاظت برش بالا و اصطکاک فوق‌العاده پایین را پر کند، بازار جهانی روان‌کننده‌ها به طور دائمی توسط اولویت‌های مهندسی منطقه‌ای تقسیم خواهد ماند و برای حفظ عملکرد خودروها، انطباق دقیق را الزامی می‌سازد.[7]