PSF11汽车动力转向油的研制

姚元鹏，周康，糜莉萍，伏喜胜

(中国石油润滑油重点实验室，甘肃 兰州 730060)

PSF11汽车动力转向油的研制

姚元鹏，周康，糜莉萍，伏喜胜

(中国石油润滑油重点实验室，甘肃 兰州 730060)

文章介绍了PSF11动力转向油的研制过程。以加氢基础油为主，添加降凝剂、黏度指数改进剂、抗泡剂以及RHY4026工业用油复合剂，研制出了具有优异的低温性能、抗泡沫性能、热氧化安定性、抗磨损性能和温升特性的动力转向油产品，该产品可广泛应用于汽车动力转向系统的润滑，保障汽车转向的平稳程度和灵敏程度，提升驾驶舒适性。

汽车；动力转向油；抗磨损；温升特性

0 引言

汽车上用来改变或者恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统，汽车转向系统中所使用的润滑油称为动力转向油(PSF)。作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，在转向装置中润滑油作为动力传递的介质将转向油泵产生的压力传递给转向机构，从而实现汽车的转向操作，所以动力转向油影响到汽车转向的平稳程度和灵敏程度，与驾驶的舒适性和汽车的安全性密切相关[1-2]。

汽车动力转向系统过去只是一种简单的液压系统，但是随着技术的不断发展升级，以及环保和节能要求的不断提高，汽车动力转向系统也在不断升级，对油品的性能要求也越来越苛刻，尤其是商用车方面随着装载量的增加，转向系统的负荷也不断加大，因此国内商用车动力转向系统故障率一直偏高。作为传动介质的润滑油在保障转向系统良好运行方面起着重要作用，但是目前并没有动力转向油的统一标准，汽车厂商多用ATF、液力传动油、液压油或者多级发动机油代替，但是在实际使用过程中会出现转向沉重、温度升高等一些问题，对汽车安全存在潜在风险[3]。

本文通过大量分析汽车动力转向系统所用油品的性能特点并结合OEM的需求，选用适合的基础油和添加剂，并通过大量的分析评价手段进行性能测试，成功研制出一种高性能的动力转向机油，在低温性能、热氧化安定性以及抗磨损性能等方面优于某品牌的市售参比油。

1 实验部分

1.1 标准分析评定方法

本研究所用标准分析评定方法见表1。

表1 分析评定方法

表1(续)

1.2 原材料主要性质

本研究所采用的添加剂和基础油主要性质如表2所示。

表2 原材料主要性质

表2(续)

2 实验结果与讨论

2.1 基础油的选择

基础油与油品的性能，尤其是低温性能和黏温特性有着直接的关系，因此首先要对基础油进行合理筛选。低温性能是衡量油品在低温条件下流动性的重要指标，由于车辆所处的环境不同，不同季节温度变化较大，一些寒区用户在寒冷季节往往会出现转向沉重、甚至损坏动力泵的现象，要解决这一问题必须要求油品具有优异的低温性能。加氢油饱和烃含量高，具有高的黏度指数、优异的低温性能，而且成本远比合成油要低，是传动系统用油中重要的基础油类型，因此该研究中选用了几种加氢基础油，混兑部分中间基基础油以提高油品的溶解性能，作为研制油的基础油方案，见表3。

表3 几种组分油的典型理化数据

采用这几种组分油得到的复合基础油具有较高的性价比并可获得极佳的低温性能，而且改善了油品对极性添加剂的溶解性。

2.2 添加剂的选择

2.2.1 降凝剂的选择

降凝剂又叫流动改进剂，是一种油溶性高分子有机化合物或聚合物与油料的复配物，在矿物油中添加适量的降凝剂，在一定条件下能与油品中蜡晶相互作用，显著地降低含蜡油的凝点，改善含蜡油品的低温流动性能[4]。

目前润滑油中常用的降凝剂主要种类有PAMA聚甲基丙烯酸酯类和聚α-烯烃类，其中聚α-烯烃是我国自己开发的高效浅色降凝剂，可适用于各种润滑油中，效果与PAMA相当，但是价格比PAMA便宜很多。

2.2.2 抗泡剂的选择

抗泡沫特性表示油品在有空气进入的情况下消泡能力的好坏，油品中大量气泡的存在提高了油品的可压缩性，降低了液压系统的准确性，会引起机械强烈震动并加大噪音，因此润滑油中加入抗泡剂来提高油品的抗泡沫特性[5]。

常用的润滑油抗泡剂有三类：第一类是有机硅聚合物，最常用的是二甲基硅油，它能有效抑制泡沫的产生，有机硅聚合物抗泡剂的作用机理为增加液体同空气的表面张力，使之不易生成气泡，因此含有机硅聚合物抗泡剂的油品空气释放性较差；第二类是单独使用的非有机硅聚合物。应用最多的非有机硅聚合物抗泡剂是丙烯酸酯和烷基丙烯酸共聚物。这类抗泡剂和有机硅类型抗泡剂相比，能有效地改善油品的空气释放性；第三类是复合抗泡剂。由于上述两类抗泡剂的优点及不足，某些情况下单独使用不能满足油品性能要求，因此发展了复合抗泡剂，通过复合增加抗泡效果和提高抗泡剂的稳定性[6]。转向油对抗泡沫特性和空气释放性都有很高要求，因此本研究选用的是复合抗泡剂。

2.2.3 黏度指数改进剂

润滑油要求在温度升高时黏度不要下降太大，而温度降低时黏度增大不要太显著，以保持其润滑性能和冬夏季的通用性。润滑油中通过加入黏度指数改进剂来增加油品的黏温特性，黏度指数改进剂大都采用高分子化合物作为原料，主要使用的有聚甲基丙烯酸酯(PAMA)、乙烯-丙烯共聚物(OCP)、氢化苯乙烯双烯共聚物(HSD、SD)以及酯化的苯乙烯-马来酸酐共聚物(SPE) 等。其中OCP具有增黏能力强、改善黏温性能效果明显、价格适中等优点，被广泛应用于液压传动系统用油中[7]。

2.2.4 复合剂的选择

随着节能环保的要求越来越高，低排放、省燃油、低维护成本成为汽车工业发展的内在推动力。随着机电液一体化的不断推进，除了汽车硬件在设计制造方面日益改进之外，对于油品的要求也越来越高。对汽车动力转向系统来说，所用的动力转向油的性能是非常重要的，在动力转向系统中，由于车辆在行驶过程中的大多数时间里，助力转向泵都处在工作状态，这样也会造成车辆的油耗增加，为进一步节省油耗，OEM也对汽车动力转向系统进行了改进，动力转向系统的体积越来越小，减少了动力转向油的用量，同时对油品的性能要求更加苛刻，要求换油周期长、具有良好的抗磨损性能 、温升特性、防锈防腐性能、热氧化安定性，而这些性能都是通过添加各种功能添加剂来实现的[8]。中国石油兰州润滑油研究开发中心研制的RHY4026工业用油复合剂是一种性能优异的多功能复合剂，因此选用该复合剂作为动力转向油开发的技术平台，与选定的其他组分进行适应性研究。

2.2.5 油品温升特性考察

动力转向油在实际使用过程中会出现发热现象，如果温度过高会出现以下问题：油品高温黏度下降，出现内泄漏，油压难以建立，从而出现转向困难的问题；损坏密封件，因为热胀冷缩的原因导致零部件间的间隙变小从而会在运行过程中出现异响；温度过高会加速油品的氧化衰败，减少油品的使用寿命，从而增加维护成本。因此温升特性是动力转向油关键性能，因此实验室做了重点考察。具体见表4及图1。

表4 研制油测试数据

图1 研制油温升曲线

通过研制油和参比油温升试验比较后发现参比油的温升曲线优于研制油，通过分析后认为黏度对温升特性有重要影响，主要体现在以下几方面：

高黏度油品在高温下内泄漏小，因而在相同试验条件下流量高；

高的流量有利于油品在摩擦副表面形成流体润滑膜，减小摩擦副表面的摩擦系数，从而降低摩擦产生的热量；

高而且稳定的流量有利于油品在运行过程中带走更多的热量，从而起到良好的散热作用。

因此对研制油的配方进行了优化，提高油品黏度，重新进行了温升特性的考察，具体数据见表5及图2。

表5 大黏度研制油测试数据

图2 两种黏度研制油温升试验曲线

从图1、图2和表5的数据可以看出，增大油品的黏度后研制油的温升特性、抗磨损性能都得到了显著改善，而且优于参比油。

2.2.6 PSF 11汽车动力转向油配方的确定

通过对各组分油和添加剂进行精心筛选后，确定了动力转向油的配方，经过多次模拟试验和相关台架试验验证，所研制的动力转向油满足指标要求，性能优于某品牌的市售参比油，其典型理化数据见表6。

表6 研制油典型测试数据

表6(续)

从表6的数据可以看出研制油在低温动力黏度、倾点方面优于市售参比油，低温流动性更好，避免寒区低温转向沉重的问题；研制油在磨斑直径、Vickers泵磨损试验、FZG齿轮机试验中试验结果均优于市售参比油，说明研制油对转向系统的磨损保护更加优异；研制油的抗氧化性能更加优异，能延长转向系统用油的使用寿命，降低用户维护成本。

3 结论

(1)以加氢基础油为主，添加RHY4026工业用油复合剂、OCP黏度指数改进剂、聚 α-烯烃降凝剂以及复合抗泡剂研制出了PSF11汽车动力转向油，油品性能优于某品牌的市售参比油。经过理化评定、台架模拟试验表明其各项性能均可满足汽车动力转向系统的润滑要求。

(2)PSF11汽车动力转向油改善了动力转向系统的低温启动性和抗磨损性能，并可延长油品的使用寿命。此外还能有效提高驾驶安全性，使汽车可以在低温、重载等恶劣环境下正常工作。

[1] 周名，余卓平，赵治国.动力转向技术的发展[J].汽车研究与开发，2004(10)：9-12.

[2] 聂永涛，相鑫海，范树军.如何检查与更换汽车动力转向液[J].汽车与配件，2011(3)：46.

[3] 史志宇，郑弘哲.动力转向系统用油与性能维护[J].汽车与配件，2011(8)：38-39.

[4] 邹佩良.两种润滑油降凝剂的合成及降凝机理研究[D].太原：太原理工大学，2007.

[5] 孙华，严正泽，刘馥英，等. 润滑油抗泡机理的研究Ⅰ.泡沫的流变行为及表面黏弹性能[J].华东化工学院学报，1992，18(5)：582-589.

[6] 邓广勇,刘红辉,李纯录.润滑油抗泡剂的类型和机理探讨[J].润滑油，2010,25(3)：41-43.

[7] 张佳荃.新型润滑油黏度指数改进剂的开发研制[D].辽宁：师范大学，2011.

[8] 万福新,陈惠卿.汽车助力转向系统用油的性能[J].合成润滑材料，2008，35(4)：25-27.

Study of Power Steering Fluid PSF11

YAO Yuan-peng, ZHOU Kang, MI Li-ping, FU Xi-sheng

(Lubricating Oil Key Laboratory of CNPC, Lanzhou 730060, China )

A power steering fluid PSF11 has been developed. The oil consists of pour point depressant, viscosity index improver, antifoam agent, hydrogenated base oil and multifunctional compound additive RHY4026.The PSF11 has excellent low temperature fluidity, anti-foam ability, thermal oxidation stability, anti-wear ability and temperature rise characteristics, which can be widely used in automobile steering system to ensure the stability and sensitivity of steering system and improve driving comfort.

automobile; power steering fluid; anti-wear; temperature rise characteristic

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.01.002

1002-3119(2017)01-0007-05

TE626.3

A

2016-10-12。

姚元鹏，硕士，工程师，2011年毕业于四川大学有机化学专业，现主要从事齿轮油配方的开发工作，已发表论文两篇，申请专利一项。E-mail：yaoyuanpeng_rhy@petrochina.com.cn