国际上普遍采用的是美国汽车工程师协会(SAE)的内燃机油黏度分类标准,国内的内燃机油黏度分类标准一直参照SAE 黏度分类制定。1994年,我国采用SAE J300-87制定了GB/T 14906-1994《内燃机油黏度分类》,确立了我国内燃机油黏度分类体系。内燃机油黏度指标含义和试验方法如下:
低温黏度是确定内燃机油启动性的重要指标,在寒冷的气候条件下,发动机启动所需功率小于电机所能提供的功率,发动机才能启动。纯矿物油(单级油)符合牛顿流体的黏度特性,在双对数坐标纸上,其温度和黏度呈直线关系,单级油的低温黏度曾经一直采用外推法确定。
随着黏度指数改进剂的广泛应用,内燃机油的黏度不仅与温度有关,也受剪切速率的影响。在高剪切速率下,高分子聚合物的结构会发生扭曲,甚至被破坏,导致机油黏度损失现象,呈现为非牛顿液体,无法使用外推法获得低温黏度。对此,美国进行了方法研究,于1993 年正式将冷启动模拟机法(CCS)引入SAE J300 标准中。方法经多次改进,扩大适用的温度范围。冷启动模拟机含有一对紧密配合的定子和转子,转子由直流电机驱动,通过调节流过定子的冷却剂来维持试验温度,考察发油机油在低温高剪切速率(104~105s-1)下的流变性,模拟发动机低温启动时机油在活塞和汽缸套部位的状态。目前最新标准为ASTM D5293-17a,测试温度扩大到-10~-35 ℃。国内现行的方法标准为GB/T6538-2010《发动机油表观黏度的测定 冷启动模拟机法》,采用ASTMD5293-04制定。
低温泵送黏度是测定在低温条件下,发动机初始运行阶段机油流入油泵并供给充足油压的能力。内燃机油的低温泵送性能十分重要。如果机油不能成功泵送,即使达到低温启动黏度,发动机仍然会启动失败。机油泵顺利泵送需要满足2个条件,一是油需依靠油面和滤网之间的压头流入滤网,受机油的临界屈服应力影响。二是能以足够的流速连续从滤网进到进口管,这与机油的临界黏度有关。
低温泵送黏度采用小型旋转黏度计(MRV)测定,国内的方法标准有GB/T 9171《发动机油边界泵送温度测定法》和 NB/SH/T 0562《低温下发动机油屈服应力和表现黏度测定法》。现行标准GB/T 9171-88采用ASTM 3829-79制定,预测内燃机油在0~-40 ℃范围内的边界泵送温度,目前仍用于SE、SF、CC、CD 等低质量等级油品低温启动性的测定。
NB/SH/T 0562-2013采用ASTM D4684-08制定,仍采用小型旋转黏度计,将冷却速率改进为TP-1 冷却循环方式,在剪切应力525 Pa、剪切速率0.4~15s-1下测定屈服应力和表观黏度。这是因为1980-1981年冬天,美国和北欧通过ASTM 3829的机油仍出现了大量泵送失败的问题。研究认为该方法的冷却循环经过浊点范围时仅用2h,形成的蜡结晶颗粒小,黏度低,不能预测某些情况的低温泵送性。TP-1冷却循环要求内燃机油在控制速率下至少冷却45h,最终达到试验温度。在蜡结晶形成区采用低速率冷却(0.33 ℃/h),可使蜡结晶有足够的生长时间,从而可以预测ASTM D3829 不能预测的泵送失败。
运动黏度是内燃机油的一项重要指标,运动黏度不仅与某种形式的机油损耗有关,而且经常作为使用者在正常发动机运转温度下选油的指导。运动黏度采用GB/T 265《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》测定,目前一些其它自动黏度测定方法也已标准化。
内燃机在工作过程中,轴承处会受到很高的冲击载荷,轴承处润滑油的温度高达140 ℃以上,并受到106s-1 高速率的剪切。有必要设置高温高剪切黏度项目聚指标,来预测在苛刻操作条件下发动机高剪切部位的有效黏度。
我国现行的高温高剪切黏度测定方法有SH/T0618-1995《高温高剪切条件下润滑油动力黏度测定法》(参照CECL-36-T-84 制定)、SH/T 0703-2001《润滑油在高温高剪切速率条件下表观黏度测定法(多重毛细管黏度计法)》( 等效采用ASTMD5481-96)和SH/T0751-2005《高温高剪切条件下黏度测定法(锥形塞黏度计法)》(修改采用ASTM D4741-00)。
也是在机油包装上能够看到的参数之一,用来表示机油在低温下的粘度。粘度越低,说明机油的流动性越高,越能快速在各润滑部位形成油膜保护。在SAE粘度等级中用于确定机油粘度等级W前面的数字。
也是值得注意的指标,特别是对于在北方严寒地区使用车辆的朋友。倾点是指机油能够保持流动性的最低温度。当机油凝固时,油泵无法从油底壳中吸取足够的机油,这将导致发动机内各部件无法得到充分的润滑。通常低粘度机油的倾点较低,0W级别的全合成机油可达到-50℃以下。
机油粘度是衡量机油在各种状态下的流动性的最主要性能指标。机油粘度越低(更“稀”),表示机油的油膜更薄,流动性更好,但是在高温高压下对抗剪切的能力更弱。反之,机油粘度越高(更“稠”),则表示机油的油膜更厚,流动性随之减弱,但是在高温高压下的抗剪切性能更好,在较大压力下能抵抗磨损。在机油包装上,都会标有SAE(The Society of Automotive Engineers美国汽车工程师协会)提出的机油粘度等级。诸如5W40或0W30等形式。其中W前的数字表示其在低温下的粘度等级(对应冷启动工况),W后的数字表示其在高温下的粘度等级(对应暖机后的工况)。
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