殼牌內(nèi)燃機(jī)油低溫性能,試驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)

1、Industry啟動的保證啟動的保證-內(nèi)燃機(jī)油低溫性能，試驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)燃機(jī)油低溫性能，試驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)殼牌技術(shù)部Dec 2007Industry內(nèi)容提要 發(fā)動機(jī)油與發(fā)動機(jī)啟動的關(guān)系 規(guī)格要求與實(shí)驗(yàn)方法簡介 發(fā)動機(jī)油低溫流變特性與發(fā)動機(jī)潤滑特性對應(yīng)關(guān)系 發(fā)動機(jī)油低溫性能要求與臺架試驗(yàn) CCS（冷啟動模擬試驗(yàn)） MRV（微轉(zhuǎn)粘度計(jì)測試） MRV TP-1（改進(jìn)的微轉(zhuǎn)粘度計(jì)測試） SBT（掃描布氏凝膠指數(shù)測定法） 發(fā)動機(jī)油低溫粘度標(biāo)準(zhǔn)與臺架試驗(yàn)Industry發(fā)動機(jī)的啟動條件與潤滑油的影響足夠的發(fā)動機(jī)啟動轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)啟動需要怎樣的條件? 合適的燃燒室溫度 足夠的氣缸壓縮壓力 高濃度高質(zhì)量的混合氣點(diǎn)火提前和正確

2、的配氣=啟動轉(zhuǎn)矩 發(fā)動機(jī)內(nèi)阻(120-200rpm min)電瓶能量（低溫影響）啟動馬達(dá)電氣系統(tǒng)狀況活塞環(huán)與缸套的摩擦 壓縮行程阻力旋轉(zhuǎn)部件的阻力（凸輪軸， 閥系等）發(fā)動機(jī)附件， 如風(fēng)扇，發(fā)電機(jī)， 水泵等當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動時，機(jī)油在減小發(fā)動機(jī)內(nèi)阻方面起到至關(guān)重要的作用Industry發(fā)動機(jī)油低溫啟動性能的關(guān)注點(diǎn)加油口搖臂機(jī)油回路活塞及活塞環(huán)連桿連桿大頭主軸承機(jī)油油底殼(機(jī)油盤)集濾器機(jī)油濾清器機(jī)油泵主油道通往缸蓋的油道氣門座及氣門彈簧連桿軸承機(jī)油低溫機(jī)油低溫泵送性：泵送性：閥系及凸輪軸的潤滑主油道壓力的建立低溫泵送粘度低溫動力粘低溫動力粘度：度：潤滑油低溫情況下啟動時在活塞環(huán)與氣缸套處流變行為。In

3、dustryAPI Engine Oil Classifications 2004SAELow Temperature (癈) Cranking Viscosity(3), mPa-sLow Temperature (癈) PumpingLow-Shear-RateLow-Shear-RateHigh-Shear-RateViscosity GradeMaxViscosity(4), mPa-sKinematic Viscosity(5)(mm2/s) at 100癈Kinematic Viscosity(5)(mm2/s) at 100癈Viscosity(6) (mPa-s)Max wit

4、hMinMaxat 150癈No Yield Stress(4)Min0W6200 at -3560000 at -403.8-5W6600 at -3060000 at -353.8-10W7000 at -2560000 at -304.1-15W7000 at -2060000 at -255.6-20W9500 at -1560000 at -205.6-25W13000 at -1060000 at -159.3-20-5.6 9.32.630-9.3 12.52.940-12.5 16.32.9 (0W-40, 5W-40, 10W-40 grades)40-12.5 16.33.

5、7 (15W-40, 20W-40, 25W-40, 40 grades)50-16.3 21.93.760-21.9 26.13.7SAE Viscosity Grades For Engine Oils(1)(2)(1) Notes-1cP = 1mPa-s; 1 cSt = 1mm2/S(2) All values are critical specifications as defined by ASTM D3244 (see text, Section 3).(3) ASTM D5293Reprinted with persmission form SAE J300? 2004 So

6、ciety of Automotive Engineers, Inc.(4) ASTM D4684: Note that the presence of any yield stress detectable by this method constitutes a failure regardless of viscosity.(5) ASTM D445(6) ASTM D4683, CEC L-36-A-90 (ASTM D4741) or D5481Industry低溫測試方法API SJ及以上要求及以上要求Industry內(nèi)燃機(jī)油的低溫啟動性能50年代認(rèn)為內(nèi)燃機(jī)的最高邊界啟動粘度為30

7、00-5000mPa.s.經(jīng)過大量的車隊(duì)試驗(yàn)得出。單級機(jī)油被認(rèn)為是典型的牛頓流體（剪切速率不影響粘度）。以雙對數(shù)坐標(biāo)法（外推法）得出油品在低溫區(qū)的粘度， 準(zhǔn)確度高于實(shí)測值。 50年代以后，多級粘度機(jī)油得到了廣泛的應(yīng)用。含有高分子聚合物（VII), 不再具有牛頓流體的特性， 低溫流變性能變得復(fù)雜。粘度在不同剪速下有不同程度的下降， 具有“粘彈性”。毛細(xì)管粘度計(jì)或外推法得到的低溫粘度不反映其低溫啟動性能。內(nèi)燃機(jī)油的低溫啟動性能重點(diǎn)研究低溫動力粘度低溫動力粘度和低溫泵送低溫泵送性性。針對以上兩項(xiàng)性能開發(fā)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)（Bench Test)， 通過研究其與60年代開發(fā)的“發(fā)動機(jī)冷室試驗(yàn)”（Engine

8、 Test)的相關(guān)性來確定其是否能準(zhǔn)確描述油品的低溫性能。Industry發(fā)動機(jī)啟動條件下主要潤滑點(diǎn)潤滑油的工作狀態(tài)加油口搖臂機(jī)油回路活塞及活塞環(huán)連桿連桿大頭主軸承機(jī)油油底殼(機(jī)油盤)集濾器機(jī)油濾清器機(jī)油泵主油道通往缸蓋的油道氣門座及氣門彈簧連桿軸承高剪切速率(105-106/S)高剪切應(yīng)力(5N/cm2)低剪切速率(29-72/S)低剪切應(yīng)力（0.05N/cm2)活塞環(huán)與缸活塞環(huán)與缸套，苛刻條套，苛刻條件下的軸承件下的軸承油底殼，機(jī)油油底殼，機(jī)油泵與主油道：泵與主油道：Industry發(fā)動機(jī)油低溫動力粘度的測定-冷啟動模擬器（CCS）實(shí)驗(yàn)法旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)油在轉(zhuǎn)子和定子之間恒定的扭矩下操作高剪切速

9、率 10-1000/S破壞所有的蠟結(jié)構(gòu)可測量傾點(diǎn)以下的低溫粘度60秒快速達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的溫度單位：動力粘度（DV) ccP=mPa.s 能反映多級油在高剪切轉(zhuǎn)狀態(tài)下的非牛頓行為。能反映多級油在高剪切轉(zhuǎn)狀態(tài)下的非牛頓行為。 與與“冷室試驗(yàn)冷室試驗(yàn)”有較好的相關(guān)性。有較好的相關(guān)性。 ASTM D 5293, 其測出的粘度其測出的粘度1979年為年為SAE粘度分類接受，粘度分類接受， 沿用至今。沿用至今。Industry冷啟動模擬器（CCS）實(shí)驗(yàn)法精度和偏差重復(fù)性和再現(xiàn)性CCS-2B(手動儀器手動儀器)重復(fù)性偏差重復(fù)性偏差再現(xiàn)性偏差再現(xiàn)性偏差CCS-4/5(自動儀器自動儀器)Industry影響發(fā)動機(jī)

10、油低溫泵送性的因素和泵送粘度的重要性潤滑油流動因素流動阻力屈服應(yīng)力粘度驅(qū)動力油泵的效率從油箱到泵的流經(jīng)路線適當(dāng)?shù)挠推返牧鲃有曰虮盟托允菫榱舜_保發(fā)動機(jī)軸承油適當(dāng)適當(dāng)?shù)挠推返牧鲃有曰虮盟托允菫榱舜_保發(fā)動機(jī)軸承油適當(dāng)?shù)臐櫥臐櫥狈櫥突蛴推返牧鲃有圆顣l(fā)軸承磨損從而導(dǎo)致發(fā)動缺乏潤滑油或油品的流動性差會引發(fā)軸承磨損從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞機(jī)損壞Industry導(dǎo)致油品低溫泵送失敗的兩種現(xiàn)象-流動限制和“氣縛”結(jié)論是通過對“發(fā)動機(jī)冷室試驗(yàn)”的研究發(fā)現(xiàn)的。流動限制流動限制： 如果油的粘度太大， 就不能從輸送管道傳送到油泵， 高真空會引起低組分油的揮發(fā)， 同時也會將空氣夾帶到泵中。因此， 將不能泵送足夠的油

11、滿足發(fā)動機(jī)的需要。氣縛氣縛：發(fā)動機(jī)在低溫下啟動時， 機(jī)油無法完全被連續(xù)地輸送到泵入口處，因此半固體狀的油在泵送過程中會形成空穴從而使油泵夾帶空氣。Industry最早的泵送粘度臺架試驗(yàn)-微型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（MRV）ASTM D 3829 邊界泵送粘度 加熱條件80 下恒溫2小時按照冷室臺架試驗(yàn)控制冷卻程序 測試屈服應(yīng)力， SAE J300 規(guī)格(1979)35Pa, 不可接受 測試粘度粘度值小于30Pa.s IndustryMRV-TP-1的試驗(yàn)精度和偏差: 重復(fù)性和再現(xiàn)性新油表觀粘度重復(fù)性精度為：新油表觀粘度再現(xiàn)性精度為：百分比百分比%試驗(yàn)溫度試驗(yàn)溫度百分比百分比%試驗(yàn)溫度試驗(yàn)溫度Industr

12、yASTM D 4684 (MRV-TP-1) 發(fā)展歷史1985年由ASTM提議1987年頒布實(shí)施1995年SAE采納，試驗(yàn)溫度降低5 粘度值小于60Pa(s)保留屈服應(yīng)力要求屈服應(yīng)力必須小于35Pa.屈服應(yīng)力小于35Pa.SAE J300-2004的冬季油或多級油粘度規(guī)格要求發(fā)動機(jī)的技術(shù)進(jìn)步使低溫啟動變得更容易發(fā)動機(jī)的技術(shù)進(jìn)步使低溫啟動變得更容易-發(fā)動機(jī)油的泵送性更為重要。發(fā)動機(jī)油的泵送性更為重要。更嚴(yán)格的屈服應(yīng)力要求，更嚴(yán)格的屈服應(yīng)力要求， 以防止因以防止因“氣縛氣縛”引起的泵送性失敗引起的泵送性失敗。MRV如此重要，以至于如此重要，以至于API CJ-4 柴機(jī)油在柴機(jī)油在Mack T11

13、(或或11A)試驗(yàn)中增加試驗(yàn)中增加了了180小時臺架試驗(yàn)后舊油的小時臺架試驗(yàn)后舊油的MRV粘度要求，同時要求屈服應(yīng)力粘度要求，同時要求屈服應(yīng)力35PaIndustry傾點(diǎn)與MRV傾點(diǎn)是油品最低可流動溫度，國際標(biāo)準(zhǔn)中對發(fā)動機(jī)油的傾點(diǎn)沒有限制性要求。傾點(diǎn)是油品最低可流動溫度，國際標(biāo)準(zhǔn)中對發(fā)動機(jī)油的傾點(diǎn)沒有限制性要求。原因是：傾點(diǎn)與低溫冷啟動粘度原因是：傾點(diǎn)與低溫冷啟動粘度(CCS)基本無關(guān)，與低溫泵送粘度基本無關(guān)，與低溫泵送粘度(MRV)也不也不具有直接的相關(guān)性具有直接的相關(guān)性(見上圖：配方二傾點(diǎn)可以很低，但低溫泵送粘度不合格；而見上圖：配方二傾點(diǎn)可以很低，但低溫泵送粘度不合格；而配方一傾點(diǎn)不低，

14、但實(shí)際的低溫泵送粘度非常出色配方一傾點(diǎn)不低，但實(shí)際的低溫泵送粘度非常出色)Industry機(jī)油低溫凝膠導(dǎo)致“氣縛”的理論什么是凝膠發(fā)動機(jī)油是由許多具有不同分子形狀的組分所組成比較而言，石蠟基分子最易在低溫下形成結(jié)晶和三位網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的溫度下， 那些預(yù)期不形成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的高粘度分子也會被網(wǎng)格結(jié)構(gòu)所包住。通過通過“冷室發(fā)動機(jī)冷室發(fā)動機(jī)”的研究，的研究， 認(rèn)為是凝膠導(dǎo)致了認(rèn)為是凝膠導(dǎo)致了“氣縛氣縛”問問題。題。在在-9+-0.5 下恒溫約下恒溫約7小時小時緩慢降溫到緩慢降溫到-15 或更低或更低研究表明凝膠很難預(yù)測，也最易導(dǎo)致泵送性問題。因此評估油品低溫性能的臺架試驗(yàn)應(yīng)該從研究表明凝膠很

15、難預(yù)測，也最易導(dǎo)致泵送性問題。因此評估油品低溫性能的臺架試驗(yàn)應(yīng)該從凝膠產(chǎn)生的角度重新進(jìn)行更新。凝膠產(chǎn)生的角度重新進(jìn)行更新。Industry發(fā)動機(jī)油低溫凝膠特性研究形成凝膠網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的溫度比汽車發(fā)生故障的溫度高5 形成凝膠網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的溫度范圍非常狹窄在瞬間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形成后， 5 的溫度下降使網(wǎng)格結(jié)構(gòu)強(qiáng)化。凝膠形成后， 在適當(dāng)?shù)臏囟扰c粘度下， 分子會游動到結(jié)晶核附近，使粘度急劇增大。進(jìn)一步的降溫加強(qiáng)了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的形成從而阻止了油品的流動。Industry開發(fā)新的泵送臺架試驗(yàn) 需要新的對低溫下需要新的對低溫下凝膠更敏感的儀器凝膠更敏感的儀器測試粘度測試粘度 儀器能預(yù)測凝膠的儀器能預(yù)測凝膠的產(chǎn)生產(chǎn)生 1982

16、年推出了掃描年推出了掃描布氏粘度儀技術(shù)布氏粘度儀技術(shù) （SBF)Industry應(yīng)用SBF技術(shù)得到的粘溫關(guān)系圖雖然從粘度與溫度的關(guān)系圖可發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)油發(fā)生凝膠的現(xiàn)象，雖然從粘度與溫度的關(guān)系圖可發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)油發(fā)生凝膠的現(xiàn)象， 還還是需要一個測量值來定量凝膠的程度。是需要一個測量值來定量凝膠的程度。Industry凝膠指數(shù)的發(fā)展統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)顯示，統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)顯示， 凝膠指數(shù)小于凝膠指數(shù)小于12才能避免凝膠的產(chǎn)生才能避免凝膠的產(chǎn)生IndustrySBT與早期的ASTM冷室發(fā)動機(jī)泵送性有非常好的相關(guān)性1990年成為年成為ASTM標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)， 代號代號 D 5133SAE推薦用于新配方機(jī)油或基礎(chǔ)油或

17、添加劑有重大改變機(jī)推薦用于新配方機(jī)油或基礎(chǔ)油或添加劑有重大改變機(jī)油的測試油的測試API要求要求SM及以上質(zhì)量級別汽機(jī)油滿足及以上質(zhì)量級別汽機(jī)油滿足SBT試驗(yàn)要求試驗(yàn)要求Industry影響油品低溫泵送性的要素-冷卻速度-0.33 /h-1 /h-2 /h-2.5 /h-36 /hIndustry與油品低溫性能相關(guān)的測試方法（低剪切速率）IndustryMRV TP-1(ASTM D4684)與SBT (ASTM D5133)今天， 這兩個方法均被包含在發(fā)動機(jī)油規(guī)格中：屈服應(yīng)力和凝膠(氣縛)：MRV TP-1為SAE粘度分類采用（屈服應(yīng)力35）。新氣機(jī)油國標(biāo)（GB11121/06)將SBT作為SJ及以上級別的一項(xiàng)發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)（Bench Test)標(biāo)準(zhǔn)（凝膠指數(shù)12）。粘度（流動限制):SAE J300要求MRV TP-1測試的粘度值=60，000cP.Industry發(fā)動機(jī)油低溫粘度要求，SAE J300 2004與GB的差別SAE J300 2004CCS(ASTM D 5293)MRV PT-1(ASTM D 4684)60Pa35GB 111212006質(zhì)量級別SF以下：CCSMRV質(zhì)量級別SG及以上級別：CCSMRV PT-1質(zhì)量級別SJ及以上級別CCSMRV PT-1SBTGB 11122 2006CC, CD質(zhì)量級別:CCSMRVCF質(zhì)量級別及以上級別：CCSM