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【周末课堂】内燃机油的低温动力黏度与边界泵送温度测试法

 

衡量一个内燃机油是否属于多级油的重要指标,就是它的低温动力黏度和边界泵送温度.。以下介绍这两个指标的测试方法。

 

内燃机油低温动力黏度测试法

 

内燃机油在低温下出现蜡结晶或因含有高聚物增黏剂,因而具有非牛顿流体性质,影响油泵供油速度。机油泵送失败的原因有二个:一是进油管内形成空穴,机油不能借本身重力流到进油滤网处;二是油泵入口的流速太慢,机油流动受到限制。润滑油泵的压力、润滑系统的油管和曲轴油孔的尺寸、油的黏度、油箱进油管口的尺寸是决定机油泵送性的条件。研究油泵供油问题时,既要考虑油在某一较低平均剪速下流进油泵管口的表观黏度,又要考虑管口周围油箱中整体润滑油的黏度。实际上润滑油从油箱流入进油管口的剪速是由零逐渐增大的。如果油箱内的油不能供给进油管以足够的油量而形成空穴,则进油管便会暴露在空气中,这时泵油量大为减少,还会出现危险的“夹气”现象。这时泵油量决定于油在低剪速(最小结构破坏条件)下的表观黏度,当然与油泵进油管尺寸和管口在油面下的深度也有关系。如果油箱内的油已经凝固,油泵将不可能供油到摩擦面。因此,冬用润滑油要有适当的低倾点,其低温黏度最好不因剪速而发生很大的变化。

 

根据大量实验数据,其所得黏度与发动机中油的实际黏度对比的结果,一种冷启动模拟机(简称CCS)的测试方法的精密度最好。美国ASTM将CCS规定为测定发动机油低温黏度的方法ASTM D2602。我国参照采用制定了发动机油表观黏度测定法GB/T6538。该方法适用于实验室测定发动机油在高剪切速率下,-30 ~-5℃  的低温表观黏度,所得结果与发动机油的启动性能有关。

 

冷启动模拟机(CCS)的主要部分包括,驱动定子里转子的电动机;指示转子速度的转速计;定子温度控制系统以及一个与温度控制系统相适应的冷却循环器。

 

测定时将试样加在转子与定子之间,用直流电动机驱动一个紧密装在定子里的转子,通过调节流经定子的制冷剂流量来维持试验温度,并在靠近定子内壁处测量实验温度。转子的转速是黏度的函数。使用四个具有准确黏度的低浊点的牛顿型油作为校准油,以确定仪器的系数a和b,得到黏度和转速之间的关系:

η=a+b/N

根据此式计算黏度。

 

另外,黏度与转速之间的关系也可用图示法,通过在双对数坐标纸上,画出以  (黏度)和N(转速)为坐标的图来表示。这关系的图型是由一条直线:

Log(η)=c+dlog(N) 

式中       η——黏度,以mPa.s  表示;

  N——转速计读数;

 c,d——常数

 

该方法的重复性是同一操作者重复测定两个结果之间的比值(大值/小值)不大于1.06。

 

该方法的再现性是两个不同实验室提出的两个结果之间的比值(大值/小值)不大于1.13。

 

边界泵送温度

 

一种用小型旋转黏度计(MRV)测定发动机油在-15 ~-30℃ 范围内的屈服应力和表观黏度的方法。参照采用ASTM D4684而制定的。我国的标准号为SH/T0562。

 

所谓屈服应力是指液体刚刚开始流动所需的剪切应力,对于所有的牛顿液体和某些非牛顿液体,屈服应力等于零。有些发动机油有屈服应力,它是低温冷却速率、恒温时间和温度的函数。用该标准测定屈服应力时,试样的屈服应力达到35Pa判断为有屈服应力,小于35Pa判断为无屈服应力。出现临界屈服应力(35Pa)或临界黏度(30000Pa.s)时的最高温度为边界泵送温度,即能把机油连续,充分地供给发动机油泵入口的最低温度。

 

该方法使用的小型旋转黏度计,由一个或多个黏度计单元组成,每个黏度计单元包括一个已校正的转子-定子部件,各个黏度计单元同置于可控温的铝块内。

 

黏度计单元标准尺寸:

转子直径      17.0mm         转子高度      20.0mm

定子杯内经    19.0mm      轴半径        3.18mm

细棉线半径    0.05mm

 

试验时将10ml试样注入黏度计中,加热到80  并恒温2小时,然后以非线性缓慢冷却速率降温,将温度降至规定温度  0.2℃ 后,小心地在棉线端挂上一个10g,砝码,操作计算机功能键,进行屈服应力测定。然后在细棉线环上挂150g砝码,测定转子转动3圈的时间,由计算机屏幕显示出表观黏度值。

 

讨论

 

* 润滑油的低温性能是其在低温下的性状,由低温黏度、低温黏度稳定性、低温表观黏度、倾点、凝点、浊点、成沟点、低温泵送性和低温启动黏度。

 

而低温动力黏度(CCS冷启动模拟)和边界泵送温度(MRV)是内燃机油所特有的。

 

该两种方法都是基于油品在低温下具有非牛顿流体的性质而特定设置的。

 

* 两者都是利用剪切速率(转子转速)和黏度间的关系为基础。

 

* 边界泵送温度试验中直接测定的是表观黏度,而我们最终所需要的是温度,由于测试时温度是可控的,而黏度是随机直读的。所以预先将需要的温度(如-30℃)设定,并加以控制,此时测出的表观黏度只要小于规定的黏度值,就可以判定该油的边界泵送温度就是原先设定的温度。

 

 

 

郑重声明:本文由上海市润滑油品行业协会授权“润滑油聚焦”微信平台独家发布,未经允许不得转载。

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