國際上普遍采用的是美國汽車工程師協(xié)會(SAE)的內燃機油黏度分類標準,國內的內燃機油黏度分類標準一直參照SAE 黏度分類制定。1994年,我國采用SAE J300-87制定了GB/T 14906-1994《內燃機油黏度分類》,確立了我國內燃機油黏度分類體系。內燃機油黏度指標含義和試驗方法如下:
低溫黏度是確定內燃機油啟動性的重要指標,在寒冷的氣候條件下,發(fā)動機啟動所需功率小于電機所能提供的功率,發(fā)動機才能啟動。純礦物油(單級油)符合牛頓流體的黏度特性,在雙對數(shù)坐標紙上,其溫度和黏度呈直線關系,單級油的低溫黏度曾經一直采用外推法確定。
隨著黏度指數(shù)改進劑的廣泛應用,內燃機油的黏度不僅與溫度有關,也受剪切速率的影響。在高剪切速率下,高分子聚合物的結構會發(fā)生扭曲,甚至被破壞,導致機油黏度損失現(xiàn)象,呈現(xiàn)為非牛頓液體,無法使用外推法獲得低溫黏度。對此,美國進行了方法研究,于1993 年正式將冷啟動模擬機法(CCS)引入SAE J300 標準中。方法經多次改進,擴大適用的溫度范圍。冷啟動模擬機含有一對緊密配合的定子和轉子,轉子由直流電機驅動,通過調節(jié)流過定子的冷卻劑來維持試驗溫度,考察發(fā)油機油在低溫高剪切速率(104~105s-1)下的流變性,模擬發(fā)動機低溫啟動時機油在活塞和汽缸套部位的狀態(tài)。目前標準為ASTM D5293-17a,測試溫度擴大到-10~-35 ℃。國內現(xiàn)行的方法標準為GB/T6538-2010《發(fā)動機油表觀黏度的測定 冷啟動模擬機法》,采用ASTMD5293-04制定。
低溫泵送黏度是測定在低溫條件下,發(fā)動機初始運行階段機油流入油泵并供給充足油壓的能力。內燃機油的低溫泵送性能十分重要。如果機油不能成功泵送,即使達到低溫啟動黏度,發(fā)動機仍然會啟動失敗。機油泵順利泵送需要滿足2個條件,一是油需依靠油面和濾網之間的壓頭流入濾網,受機油的臨界屈服應力影響。二是能以足夠的流速連續(xù)從濾網進到進口管,這與機油的臨界黏度有關。
低溫泵送黏度采用小型旋轉黏度計(MRV)測定,國內的方法標準有GB/T 9171《發(fā)動機油邊界泵送溫度測定法》和 NB/SH/T 0562《低溫下發(fā)動機油屈服應力和表現(xiàn)黏度測定法》?,F(xiàn)行標準GB/T 9171-88采用ASTM 3829-79制定,預測內燃機油在0~-40 ℃范圍內的邊界泵送溫度,目前仍用于SE、SF、CC、CD 等低質量等級油品低溫啟動性的測定。
NB/SH/T 0562-2013采用ASTM D4684-08制定,仍采用小型旋轉黏度計,將冷卻速率改進為TP-1 冷卻循環(huán)方式,在剪切應力525 Pa、剪切速率0.4~15s-1下測定屈服應力和表觀黏度。這是因為1980-1981年冬天,美國和北歐通過ASTM 3829的機油仍出現(xiàn)了大量泵送失敗的問題。研究認為該方法的冷卻循環(huán)經過濁點范圍時僅用2h,形成的蠟結晶顆粒小,黏度低,不能預測某些情況的低溫泵送性。TP-1冷卻循環(huán)要求內燃機油在控制速率下至少冷卻45h,達到試驗溫度。在蠟結晶形成區(qū)采用低速率冷卻(0.33 ℃/h),可使蠟結晶有足夠的生長時間,從而可以預測ASTM D3829 不能預測的泵送失敗。
運動黏度是內燃機油的一項重要指標,運動黏度不僅與某種形式的機油損耗有關,而且經常作為使用者在正常發(fā)動機運轉溫度下選油的指導。運動黏度采用GB/T 265《石油產品運動黏度測定法和動力黏度計算法》測定,目前一些其它自動黏度測定方法也已標準化。
內燃機在工作過程中,軸承處會受到很高的沖擊載荷,軸承處潤滑油的溫度高達140 ℃以上,并受到106s-1 高速率的剪切。有必要設置高溫高剪切黏度項目聚指標,來預測在苛刻操作條件下發(fā)動機高剪切部位的有效黏度。
我國現(xiàn)行的高溫高剪切黏度測定方法有SH/T0618-1995《高溫高剪切條件下潤滑油動力黏度測定法》(參照CECL-36-T-84 制定)、SH/T 0703-2001《潤滑油在高溫高剪切速率條件下表觀黏度測定法(多重毛細管黏度計法)》( 等效采用ASTMD5481-96)和SH/T0751-2005《高溫高剪切條件下黏度測定法(錐形塞黏度計法)》(修改采用ASTM D4741-00)。
也是在機油包裝上能夠看到的參數(shù)之一,用來表示機油在低溫下的粘度。粘度越低,說明機油的流動性越高,越能快速在各潤滑部位形成油膜保護。在SAE粘度等級中用于確定機油粘度等級W前面的數(shù)字。
也是值得注意的指標,特別是對于在北方嚴寒地區(qū)使用車輛的朋友。傾點是指機油能夠保持流動性的溫度。當機油凝固時,油泵無法從油底殼中吸取足夠的機油,這將導致發(fā)動機內各部件無法得到充分的潤滑。通常低粘度機油的傾點較低,0W級別的全合成機油可達到-50℃以下。
機油粘度是衡量機油在各種狀態(tài)下的流動性的主要性能指標。機油粘度越低(更“稀”),表示機油的油膜更薄,流動性更好,但是在高溫高壓下對抗剪切的能力更弱。反之,機油粘度越高(更“稠”),則表示機油的油膜更厚,流動性隨之減弱,但是在高溫高壓下的抗剪切性能更好,在較大壓力下能抵抗磨損。在機油包裝上,都會標有SAE(The Society of Automotive Engineers美國汽車工程師協(xié)會)提出的機油粘度等級。諸如5W40或0W30等形式。其中W前的數(shù)字表示其在低溫下的粘度等級(對應冷啟動工況),W后的數(shù)字表示其在高溫下的粘度等級(對應暖機后的工況)。
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