基于發動機油運動黏度計算高溫高剪切黏度的研究與應用

任成龍，聞環，陳璧珺，溫金花，鐘丙文

(國家石油石化產品質量監督檢驗中心(廣東)，廣東 惠州 516003)

0 引言

運動黏度和高溫高剪切黏度都是發動機油重要的質量指標，關于這兩個方法的研究也有很多[1-10]。運動黏度過大或過小都會導致發動機在運轉時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動機運轉時活塞在高溫高剪切速率下潤滑油的性能指標，高溫高剪切黏度過小也會導致在發動機運轉時無法形成足夠強度的油膜，從而導致發動機的磨損[12]。

高溫高剪切黏度的測試標準有很多，GB 11121《汽油機油》和GB 11122《柴油機油》標準中對運動黏度和高溫高剪切黏度都有嚴格的指標要求，也規定了標準測試方法[13-15]。運動黏度采用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標定好的玻璃毛細管黏度計的時間，黏度計的毛細管常數與流動時間的乘積，即為該溫度下測定液體的運動黏度。高溫高剪切黏度(HTHS)的測試方法包括SH/T 0618(雷范費爾特法)、SH/T 0703(多重毛細管法)和SH/T 0751(錐形塞黏度計法)。SH/T 0618是仲裁法，通過調節轉子和定子之間的間隙，來調節剪切速率。轉子在已知速率下旋轉，測出反作用的扭矩值，根據測定的扭矩值，再從已經校準過的標準曲線上查出試樣的黏度。SH/T 0703是在壓力作用下，使試樣從毛細管黏度計中流出，由試樣的流出時間及壓力，得到毛細管黏度計管壁表觀剪切速率達到標準要求時試樣的表觀黏度，再通過各黏度計池校正曲線即可得到相對應的油品黏度。SH/T 0751錐形塞黏度計法目前國內使用的較少，本文不做討論。

從運動黏度和高溫高剪切黏度(多重毛細管法)的測試原理看，運動黏度是試樣在自然重力下流經一定系數毛細管的時間與黏度管系數的乘積，而高溫高剪切黏度(多重毛細管法)是在一定壓力下樣品流經毛細管的時間與毛細管系數的乘積，因此推測運動黏度和高溫高剪切黏度間存在一定的關系。因此，隨機選擇市場流通領域的各型號發動機油進行測試，得到運動黏度與高溫高剪切黏度的關系。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器

運動黏度的測試采用HVW 472全自動運動黏度測定儀(Herzog)；高溫高剪切黏度(SH/T 0618雷范費爾特法)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 試驗方法

按照標準方法GB/T 265對發動機油進行100 ℃運動黏度測試，按照標準方法SH/T 0618和SH/T 0703對發動機油進行高溫高剪切黏度的測試。

2 結果討論

2.1 100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度(SH/T 0618雷范費爾特法)關系

隨機選擇100個不同型號的汽油機油、柴油機油按標準方法進行100 ℃運動黏度和高溫高剪切黏度測試，測試數據如表1所示。以100 ℃運動黏度為橫坐標，高溫高剪切黏度為縱坐標作圖，如圖1所示。結果表明100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度存在良好的線性關系，得到經驗換算公式y=0.2071x+0.9297，相關系數超過0.98。同時，利用換算公式計算得到的高溫高剪切黏度值與實際測試結果進行比較分析，以SH/T 0618方法再現性為判定指標，95%的計算結果與實測結果在方法的再現性范圍內，表明由100 ℃運動黏度計算得到高溫高剪切黏度具有良好的準確性。

表1 100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度數據分析

表1(續)

圖1 HTHS黏度與100 ℃運動黏度關系

2.2 100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度(SH/T 0703多重毛細管法)關系

隨機選擇100個不同型號的汽油機油、柴油機油按標準方法進行100 ℃運動黏度和高溫高剪切黏度測試，測試數據如表2所示。以100 ℃運動黏度為橫坐標，高溫高剪切黏度為縱坐標作圖，如圖2所示。結果表明100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度存在良好的線性關系，得到經驗換算公式y=0.2127x+0.9124，相關系數超過0.98。同時，利用換算公式計算得到高溫高剪切黏度值與實際測試結果進行比較分析，以SH/T 0703方法再現性為判定指標，93%的計算結果與實測結果在方法的再現性范圍內，表明由100 ℃運動黏度計算得到高溫高剪切黏度具有良好的準確性。

表2 100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度數據分析

表2(續)

表2(續)

表2(續)

圖2 HTHS黏度與100 ℃運動黏度關系

3 結論

(1)100 ℃運動黏度與SH/T 0618(雷范費爾特法)和SH/T 0703(多重毛細管法)兩種方法高溫高剪切黏度均存在良好線性關系，相關系數均超過0.98，以方法再現性為指標來判定的話，兩種方法的計算結果準確性分別達到95%和93%。因此，對應大多數發動機油樣品，通過計算公式得到的高溫高剪切結果也具有滿意的效果。

(2)運動黏度的測試方法簡單，儀器的操作維護及測試效率都比較高，而測試高溫高剪切黏度的設備在操作及維護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 ℃運動黏度來計算得到。

(3)SH/T 0703多重毛細管法是目前應用比較廣泛的測試高溫高剪切黏度的方法，目前儀器也實現了國產化。但是，在實際測試過程中，需要預估油品的高溫高剪切黏度值來設定儀器的測試壓力，當壓力設定的過高或過低時都會導致最終的測試結果達不到標準要求的剪切速率范圍，就必須重新取樣測試直到達到剪切速率要求為止。因此，利用100 ℃運動黏度計算得到預估的高溫高剪切黏度，將大大提高SH/T 0703方法的測試效率。