柴油潤滑性試驗及其進展

1、柴油潤滑性試驗及其進展第1頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四主要內(nèi)容國外柴油標準發(fā)展國內(nèi)車用柴油標準柴油潤滑性試驗方法柴油潤滑性回顧柴油潤滑性試驗標準HFRR試驗方法HFRR試驗機介紹HFRR試驗與泵試驗的關(guān)系HFRR試驗方法的確認小結(jié)第2頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四國外柴油質(zhì)量標準的發(fā)展趨勢歐洲柴油標準 EN590 中加入潤滑性指標世界燃油規(guī)范中，對柴油潤滑性要求更加嚴格第3頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四Summary of European diesel fuel specification developments 第

2、4頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四GB19147-2003車用柴油標準主要指標 第5頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四柴油潤滑性的回顧（一）瑞典在1990年引入無硫柴油，隨后美國加州于1993年也使用低硫柴油轎車及輕型車的噴射泵出現(xiàn)潤滑失效潤滑性為主要原因加氫脫硫工藝導致具有潤滑性的柴油組分減少研究柴油潤滑性的試驗方法并在燃油規(guī)格中規(guī)定了潤滑性的限值：HFRR (ISO 12156-1, -2, ASTM D-6079)EN 590 等，潤滑性限值 =460 mSLBOCLE (ASTM D-6078/99)第6頁，共47頁，2022年，5月20日，5

3、點4分，星期四柴油潤滑性的回顧（二）在歐洲，40 % 的新車為柴油車：轎車和輕型車 (如：SUV)EN 590 中的潤滑性限值 (HFRR 460 m max.) 已經(jīng)成功的防止了柴油噴射系統(tǒng)的失效問題第7頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四柴油潤滑性的行車試驗及燃油噴射器臺架試驗行車試驗：需要大量燃油和很長時間，通常作為基本的燃油性能研究。燃油噴射系統(tǒng)臺架試驗：有 Bosch 和 Stanadyne 公司設(shè)計的試驗，需要 50 到 100 加侖油樣和 500 到 1000 小時試驗時間。但這些實驗并未標準化。通過指標也未有公論。第8頁，共47頁，2022年，5月20日，5點

4、4分，星期四柴油潤滑性的模擬試驗多種摩擦磨損試驗機進行柴油潤滑性研究四球機銷盤機殼牌公司Thornton 噴氣燃料潤滑性試驗機(TAFLE)滾子平面試驗機SRV試驗機球環(huán)試驗機(BOCLE)高頻往復試驗機(HFRR)第9頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四柴油潤滑性的模擬試驗研究很多研究人員對柴油潤滑性模擬試驗與實際使用實驗進行相關(guān)性研究；一些SLBOCLE 研究表明：2,000 g以下的燃油將會引起旋轉(zhuǎn)型噴射泵的失效；在 2,800 g 以上的燃油潤滑性較為滿意。但 SLBOCLE 試驗對一些有效的潤滑添加劑顯示較差的潤滑性； HFRR 試驗研究表明： 60C 時450微米

5、磨斑直徑 (在25C時380微米)能滿足潤滑性要求。第10頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四柴油噴射泵失效分析在現(xiàn)場失效分析中發(fā)現(xiàn), 在旋轉(zhuǎn)分配泵中出現(xiàn)兩種磨損, 粘著磨損(Adhesive w ear) 和微動磨損(Fretting wear) , 主要是嚴重的粘著磨損或擦傷(Scuffing) , 其次是氧化腐蝕和微動磨損。粘著磨損導致泵功率的嚴重損失、驅(qū)動性差, 并在短期內(nèi)失效; 微動磨損則使緩慢地失去原設(shè)計的性能, 包括排放物的增加。第11頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗方法的發(fā)展90 年代初, 英國帝國學院摩擦學實驗室重新設(shè)計了

6、HFR 試驗機，兩個子程序, 一個模擬粘著磨損, 另一個模擬微動磨損， 前一個子程序最常用。HFR 試驗方法被進一步發(fā)展成為ISO 和CEC 標準(稱為HFRR 法) 。第12頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四SBOCLE 法(The Scuffing Load Ball on cylinder lubricity evaluator)BOCLE 法(Ball on cylinder lubricity evaluator) （ASTM D5001）。一個鋼環(huán)在負荷下對著一個靜止的鋼球旋轉(zhuǎn), 測量摩擦系數(shù)。BOCLE 法是用來評定噴氣燃料性能的方法, 并不適用于柴油, 特別

7、是有添加劑的柴油 , 這是由于它無法模擬導致多數(shù)柴油泵失效的粘著磨損; 對燃料中某些組份過于敏感, 會給出錯誤的結(jié)論, 并且缺乏證據(jù)說明它與油泵現(xiàn)場試驗有相關(guān)性。Lancy 等人采用增加試驗苛刻程度的辦法, 進一步發(fā)展了逐級加載的SBOCLE 法, 用來預報柴油在噴射器和迥轉(zhuǎn)泵中的磨損性能。第13頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四柴油潤滑性試驗方法標準CEC（HFRR）ISO （HFRR）ASTM （HFRR、SLBOCLE）國內(nèi)行業(yè)標準正在制訂中（HFRR）第14頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四柴油潤滑性試驗方法標準列表CEC F-06-A-96：M

8、easurement of Diesel Fuel LubricityISO 12156-1 1997：Diesel Fuel - Assessment of Lubricity Using the High Frequency Reciprocating Rig (HFRR). Part 1 Test Method.ASTM D 6078: the Scuffing Load Ball-On-Cylinder Lubricity Evaluator method (SLBOCLE) ASTM D 6079：High-Frequency Reciprocating Rig method (HF

9、RR) 第15頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR（High Frequency Reciprocating Rig）試驗機HFRR是計算機控制的往復式摩擦磨損試驗系統(tǒng)，它可以快速可靠的進行燃油及潤滑油摩擦磨損性能測量； 尤其適合于測量像柴油等潤滑性相對較差的潤滑劑，也可以測量發(fā)動機油、潤滑脂等的邊界摩擦。第16頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機外觀第17頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機結(jié)構(gòu)圖 第18頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機試驗部件第19頁，共47頁

10、，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機油槽 第20頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機上、下夾具第21頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機砝碼第22頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機濕度箱環(huán)境溫度小于20 C時，使用Sodium Bromide (NaBr)環(huán)境溫度小于25 C時，使用Potassium Carbonate (K2CO3) 環(huán)境溫度小于25 C時，使用Magnesium Chloride (MgCl2)第23頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，

11、星期四HFRR 試驗機力標定組件多功能標定功能沖程 摩擦力 接觸電阻 第24頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機汽油組件防止汽油揮發(fā)、添加劑濃度降低安全 第25頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機AUTOHFR自定義試驗程序控制頻率、溫度、沖程測量摩擦力、溫度、沖程、接觸電阻第26頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機- 規(guī)格頻率: 20 to 200 Hz沖程: 20m to 2mm.負荷: 0.1 to 1 kg with supplied weights.溫度: Ambient to 12

12、0C as standard, optional high power heaters to 200C. Optional high temperature option control unit heats to 400CWear Resolution 電源: 100/120/230VAC, 50/60Hz, 400VA.尺寸 控制單元: 300mm (12) wide x 400mm (16) deep x 150mm (6) high尺寸 機械單元: 150mm (6) wide x 340mm (15.5) deep x 225mm (9) high第27頁，共47頁，2022年，5月

13、20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機的標準試驗方法CEC F-06-A-96Measurement of Diesel Fuel Lubricity. ASTM D6079-97Standard Test Method for Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR). BS ISO 12156-11997 Diesel Fuel - Assessment of Lubricity Using the High Frequency Reciprocating Rig

14、 (HFRR). Part 1 Test Method. EN 590:1998Automotive Fuels - Diesel - Requirements and Test Methods. JPI-5S-50-98Gas Oil - Testing Method For Lubricity. IP 450/2000Diesel Fuel - Assessment of Lubricity Using the High Frequency Reciprocating Rig (HFRR). Part 1 Test Method. 第28頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期

15、四HFRR Wear Test ISO 12156-1 Method試驗條件:負荷 200 g 0.01 g沖程 1 0.02 mm頻率 50 1 Hz試驗時間 75 0.1 min油樣溫度 60 2 C油樣量 2 0.20 ml油浴表面積 6 1 cm第29頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四柴油潤滑性相關(guān)定義 ISO 12156潤滑性：液體的一種特性，通過一個浸泡在液體中的固定片與一個振動球在嚴格控制的條件下運轉(zhuǎn)后，產(chǎn)生在振動球上的磨斑來測定。WS1.4：按水的標準蒸汽壓1.4kPa修正后的磨斑直徑值。 第30頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四試驗條件

16、ISO 12156第31頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四環(huán)境條件容許范圍 ISO 12156第32頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四校正磨斑直徑（WS1.4）ISO 12156 試驗過程的平均絕對蒸汽壓為(kPa): 第33頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四典型的磨斑第34頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四Pump Wear with HFRR Range 450 to 650 m For VE - Rotary PumpWear rating = 3.5Bolts: slight scuffing Supply

17、 pump vanes: increased abrasive wearHFRR 450 m FuelHFRR 650 m FuelWear rating = 8Cam plate: 30 m Rollers: Seizure Bolt: 15 m Piston: Broken Fuel represents borderline EU quality Fuel adequate for purpose Fuel represents worst case U.S. lubricity Fuel unfit for purpose第35頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四Pu

18、mp Wear with HFRR Range 400 to 650 m For VP44 - Rotary PumpWear rating = 3.0Supply pump, roller shoes, feed pump tooth system, and timing piston: minor polishing Fuel represents typical EU quality Fuel fit for purposeHFRR 400 m FuelHFRR 650 m FuelWear rating = 7.0Supply pump, feed pump tooth system,

19、 high pressure piston and vanes: severe wear Fuel represents worst case U.S. lubricity Fuel unfit for purpose第36頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四Pump Wear with HFRR Range 460 to 650 m For Common Rail System Fuel represents borderline EU quality Fuel adequate for purposeHFRR 460 m FuelHFRR 650 m FuelWear r

20、ating = 9.0Piston: Seizure Piston bottom center: 15 m; Bearing shell: Seizure; Polygon: 1000 m Fuel represents worst case U.S. lubricity Fuel unfit for purpose第37頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR與泵磨損壽命試驗第38頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR 試驗機與泵試驗的相關(guān)性第39頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四HFRR試驗方法的確認在大范圍的RR（roun

21、d-robin）試驗后，用于測量柴油潤滑性的 HFRR 試驗方法，于1996年獲得 CEC “A” 狀態(tài)（批準）第40頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四ISO Round Robin 試驗（一）ISO于1993年開始進行RR試驗目標：選出一個潤滑性試驗方法四個試驗方法：BOTS（Ball On Three Seats）BOCLE (Ball on Cylinder Lubricity Evaluator)HFRR (High Frequency Reciprocating Rig )SLBOCLE (Scuffing Load Ball on Cylinder Lubricity Evaluator)第41頁，共47頁，2022年，5月20日，5點4分，星期四ISO Round Robin 試驗（二）一個好的試驗方法應具有：很好的重復性、再現(xiàn)性和區(qū)分性適應于廣泛燃油性質(zhì)的