基于發(fā)動機(jī)油運(yùn)動黏度計(jì)算高溫高剪切黏度的研究與應(yīng)用

任成龍，聞環(huán)，陳璧珺，溫金花，鐘丙文

(國家石油石化產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(廣東)，廣東 惠州 516003)

0 引言

運(yùn)動黏度和高溫高剪切黏度都是發(fā)動機(jī)油重要的質(zhì)量指標(biāo)，關(guān)于這兩個(gè)方法的研究也有很多[1-10]。運(yùn)動黏度過大或過小都會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無法形成有效的油膜，造成磨損加劇[11]。高溫高剪切黏度反映的是發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)活塞在高溫高剪切速率下潤滑油的性能指標(biāo)，高溫高剪切黏度過小也會導(dǎo)致在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無法形成足夠強(qiáng)度的油膜，從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的磨損[12]。

高溫高剪切黏度的測試標(biāo)準(zhǔn)有很多，GB 11121《汽油機(jī)油》和GB 11122《柴油機(jī)油》標(biāo)準(zhǔn)中對運(yùn)動黏度和高溫高剪切黏度都有嚴(yán)格的指標(biāo)要求，也規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)測試方法[13-15]。運(yùn)動黏度采用GB/T 265的方法，即在某一恒定的溫度下，測定一定體積的液體在重力下流過一個(gè)標(biāo)定好的玻璃毛細(xì)管黏度計(jì)的時(shí)間，黏度計(jì)的毛細(xì)管常數(shù)與流動時(shí)間的乘積，即為該溫度下測定液體的運(yùn)動黏度。高溫高剪切黏度(HTHS)的測試方法包括SH/T 0618(雷范費(fèi)爾特法)、SH/T 0703(多重毛細(xì)管法)和SH/T 0751(錐形塞黏度計(jì)法)。SH/T 0618是仲裁法，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙，來調(diào)節(jié)剪切速率。轉(zhuǎn)子在已知速率下旋轉(zhuǎn)，測出反作用的扭矩值，根據(jù)測定的扭矩值，再從已經(jīng)校準(zhǔn)過的標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出試樣的黏度。SH/T 0703是在壓力作用下，使試樣從毛細(xì)管黏度計(jì)中流出，由試樣的流出時(shí)間及壓力，得到毛細(xì)管黏度計(jì)管壁表觀剪切速率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)試樣的表觀黏度，再通過各黏度計(jì)池校正曲線即可得到相對應(yīng)的油品黏度。SH/T 0751錐形塞黏度計(jì)法目前國內(nèi)使用的較少，本文不做討論。

從運(yùn)動黏度和高溫高剪切黏度(多重毛細(xì)管法)的測試原理看，運(yùn)動黏度是試樣在自然重力下流經(jīng)一定系數(shù)毛細(xì)管的時(shí)間與黏度管系數(shù)的乘積，而高溫高剪切黏度(多重毛細(xì)管法)是在一定壓力下樣品流經(jīng)毛細(xì)管的時(shí)間與毛細(xì)管系數(shù)的乘積，因此推測運(yùn)動黏度和高溫高剪切黏度間存在一定的關(guān)系。因此，隨機(jī)選擇市場流通領(lǐng)域的各型號發(fā)動機(jī)油進(jìn)行測試，得到運(yùn)動黏度與高溫高剪切黏度的關(guān)系。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)儀器

運(yùn)動黏度的測試采用HVW 472全自動運(yùn)動黏度測定儀(Herzog)；高溫高剪切黏度(SH/T 0618雷范費(fèi)爾特法)采用BS/C高溫高剪切黏度測定器(RAVENFIELD)；高溫高剪切黏度(SH/T 0703多重毛細(xì)管法)采用KD-H1705潤滑油高溫高剪切動力黏度測定器(長沙卡頓)。

1.2 試驗(yàn)方法

按照標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 265對發(fā)動機(jī)油進(jìn)行100 ℃運(yùn)動黏度測試，按照標(biāo)準(zhǔn)方法SH/T 0618和SH/T 0703對發(fā)動機(jī)油進(jìn)行高溫高剪切黏度的測試。

2 結(jié)果討論

2.1 100 ℃運(yùn)動黏度與高溫高剪切黏度(SH/T 0618雷范費(fèi)爾特法)關(guān)系

隨機(jī)選擇100個(gè)不同型號的汽油機(jī)油、柴油機(jī)油按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行100 ℃運(yùn)動黏度和高溫高剪切黏度測試，測試數(shù)據(jù)如表1所示。以100 ℃運(yùn)動黏度為橫坐標(biāo)，高溫高剪切黏度為縱坐標(biāo)作圖，如圖1所示。結(jié)果表明100 ℃運(yùn)動黏度與高溫高剪切黏度存在良好的線性關(guān)系，得到經(jīng)驗(yàn)換算公式y(tǒng)=0.2071x+0.9297，相關(guān)系數(shù)超過0.98。同時(shí)，利用換算公式計(jì)算得到的高溫高剪切黏度值與實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行比較分析，以SH/T 0618方法再現(xiàn)性為判定指標(biāo)，95%的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果在方法的再現(xiàn)性范圍內(nèi)，表明由100 ℃運(yùn)動黏度計(jì)算得到高溫高剪切黏度具有良好的準(zhǔn)確性。

表1 100 ℃運(yùn)動黏度與高溫高剪切黏度數(shù)據(jù)分析

表1(續(xù))

圖1 HTHS黏度與100 ℃運(yùn)動黏度關(guān)系

2.2 100 ℃運(yùn)動黏度與高溫高剪切黏度(SH/T 0703多重毛細(xì)管法)關(guān)系

隨機(jī)選擇100個(gè)不同型號的汽油機(jī)油、柴油機(jī)油按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行100 ℃運(yùn)動黏度和高溫高剪切黏度測試，測試數(shù)據(jù)如表2所示。以100 ℃運(yùn)動黏度為橫坐標(biāo)，高溫高剪切黏度為縱坐標(biāo)作圖，如圖2所示。結(jié)果表明100 ℃運(yùn)動黏度與高溫高剪切黏度存在良好的線性關(guān)系，得到經(jīng)驗(yàn)換算公式y(tǒng)=0.2127x+0.9124，相關(guān)系數(shù)超過0.98。同時(shí)，利用換算公式計(jì)算得到高溫高剪切黏度值與實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行比較分析，以SH/T 0703方法再現(xiàn)性為判定指標(biāo)，93%的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果在方法的再現(xiàn)性范圍內(nèi)，表明由100 ℃運(yùn)動黏度計(jì)算得到高溫高剪切黏度具有良好的準(zhǔn)確性。

表2 100 ℃運(yùn)動黏度與高溫高剪切黏度數(shù)據(jù)分析

表2(續(xù))

表2(續(xù))

表2(續(xù))

圖2 HTHS黏度與100 ℃運(yùn)動黏度關(guān)系

3 結(jié)論

(1)100 ℃運(yùn)動黏度與SH/T 0618(雷范費(fèi)爾特法)和SH/T 0703(多重毛細(xì)管法)兩種方法高溫高剪切黏度均存在良好線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均超過0.98，以方法再現(xiàn)性為指標(biāo)來判定的話，兩種方法的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性分別達(dá)到95%和93%。因此，對應(yīng)大多數(shù)發(fā)動機(jī)油樣品，通過計(jì)算公式得到的高溫高剪切結(jié)果也具有滿意的效果。

(2)運(yùn)動黏度的測試方法簡單，儀器的操作維護(hù)及測試效率都比較高，而測試高溫高剪切黏度的設(shè)備在操作及維護(hù)成本方面則相對較高。因此，對于一般精度要求不高的高溫高剪切黏度測試分析，可以考慮利用100 ℃運(yùn)動黏度來計(jì)算得到。

(3)SH/T 0703多重毛細(xì)管法是目前應(yīng)用比較廣泛的測試高溫高剪切黏度的方法，目前儀器也實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。但是，在實(shí)際測試過程中，需要預(yù)估油品的高溫高剪切黏度值來設(shè)定儀器的測試壓力，當(dāng)壓力設(shè)定的過高或過低時(shí)都會導(dǎo)致最終的測試結(jié)果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的剪切速率范圍，就必須重新取樣測試直到達(dá)到剪切速率要求為止。因此，利用100 ℃運(yùn)動黏度計(jì)算得到預(yù)估的高溫高剪切黏度，將大大提高SH/T 0703方法的測試效率。