基于发动机油运动黏度计算高温高剪切黏度的研究与应用

任成龙，闻环，陈璧珺，温金花，钟丙文

(国家石油石化产品质量监督检验中心(广东)，广东 惠州 516003)

0 引言

运动黏度和高温高剪切黏度都是发动机油重要的质量指标，关于这两个方法的研究也有很多[1-10]。运动黏度过大或过小都会导致发动机在运转时无法形成有效的油膜，造成磨损加剧[11]。高温高剪切黏度反映的是发动机运转时活塞在高温高剪切速率下润滑油的性能指标，高温高剪切黏度过小也会导致在发动机运转时无法形成足够强度的油膜，从而导致发动机的磨损[12]。

高温高剪切黏度的测试标准有很多，GB 11121《汽油机油》和GB 11122《柴油机油》标准中对运动黏度和高温高剪切黏度都有严格的指标要求，也规定了标准测试方法[13-15]。运动黏度采用GB/T 265的方法，即在某一恒定的温度下，测定一定体积的液体在重力下流过一个标定好的玻璃毛细管黏度计的时间，黏度计的毛细管常数与流动时间的乘积，即为该温度下测定液体的运动黏度。高温高剪切黏度(HTHS)的测试方法包括SH/T 0618(雷范费尔特法)、SH/T 0703(多重毛细管法)和SH/T 0751(锥形塞黏度计法)。SH/T 0618是仲裁法，通过调节转子和定子之间的间隙，来调节剪切速率。转子在已知速率下旋转，测出反作用的扭矩值，根据测定的扭矩值，再从已经校准过的标准曲线上查出试样的黏度。SH/T 0703是在压力作用下，使试样从毛细管黏度计中流出，由试样的流出时间及压力，得到毛细管黏度计管壁表观剪切速率达到标准要求时试样的表观黏度，再通过各黏度计池校正曲线即可得到相对应的油品黏度。SH/T 0751锥形塞黏度计法目前国内使用的较少，本文不做讨论。

从运动黏度和高温高剪切黏度(多重毛细管法)的测试原理看，运动黏度是试样在自然重力下流经一定系数毛细管的时间与黏度管系数的乘积，而高温高剪切黏度(多重毛细管法)是在一定压力下样品流经毛细管的时间与毛细管系数的乘积，因此推测运动黏度和高温高剪切黏度间存在一定的关系。因此，随机选择市场流通领域的各型号发动机油进行测试，得到运动黏度与高温高剪切黏度的关系。

1 试验部分

1.1 试验仪器

运动黏度的测试采用HVW 472全自动运动黏度测定仪(Herzog)；高温高剪切黏度(SH/T 0618雷范费尔特法)采用BS/C高温高剪切黏度测定器(RAVENFIELD)；高温高剪切黏度(SH/T 0703多重毛细管法)采用KD-H1705润滑油高温高剪切动力黏度测定器(长沙卡顿)。

1.2 试验方法

按照标准方法GB/T 265对发动机油进行100 ℃运动黏度测试，按照标准方法SH/T 0618和SH/T 0703对发动机油进行高温高剪切黏度的测试。

2 结果讨论

2.1 100 ℃运动黏度与高温高剪切黏度(SH/T 0618雷范费尔特法)关系

随机选择100个不同型号的汽油机油、柴油机油按标准方法进行100 ℃运动黏度和高温高剪切黏度测试，测试数据如表1所示。以100 ℃运动黏度为横坐标，高温高剪切黏度为纵坐标作图，如图1所示。结果表明100 ℃运动黏度与高温高剪切黏度存在良好的线性关系，得到经验换算公式y=0.2071x+0.9297，相关系数超过0.98。同时，利用换算公式计算得到的高温高剪切黏度值与实际测试结果进行比较分析，以SH/T 0618方法再现性为判定指标，95%的计算结果与实测结果在方法的再现性范围内，表明由100 ℃运动黏度计算得到高温高剪切黏度具有良好的准确性。

表1 100 ℃运动黏度与高温高剪切黏度数据分析

表1(续)

图1 HTHS黏度与100 ℃运动黏度关系

2.2 100 ℃运动黏度与高温高剪切黏度(SH/T 0703多重毛细管法)关系

随机选择100个不同型号的汽油机油、柴油机油按标准方法进行100 ℃运动黏度和高温高剪切黏度测试，测试数据如表2所示。以100 ℃运动黏度为横坐标，高温高剪切黏度为纵坐标作图，如图2所示。结果表明100 ℃运动黏度与高温高剪切黏度存在良好的线性关系，得到经验换算公式y=0.2127x+0.9124，相关系数超过0.98。同时，利用换算公式计算得到高温高剪切黏度值与实际测试结果进行比较分析，以SH/T 0703方法再现性为判定指标，93%的计算结果与实测结果在方法的再现性范围内，表明由100 ℃运动黏度计算得到高温高剪切黏度具有良好的准确性。

表2 100 ℃运动黏度与高温高剪切黏度数据分析

表2(续)

表2(续)

表2(续)

图2 HTHS黏度与100 ℃运动黏度关系

3 结论

(1)100 ℃运动黏度与SH/T 0618(雷范费尔特法)和SH/T 0703(多重毛细管法)两种方法高温高剪切黏度均存在良好线性关系，相关系数均超过0.98，以方法再现性为指标来判定的话，两种方法的计算结果准确性分别达到95%和93%。因此，对应大多数发动机油样品，通过计算公式得到的高温高剪切结果也具有满意的效果。

(2)运动黏度的测试方法简单，仪器的操作维护及测试效率都比较高，而测试高温高剪切黏度的设备在操作及维护成本方面则相对较高。因此，对于一般精度要求不高的高温高剪切黏度测试分析，可以考虑利用100 ℃运动黏度来计算得到。

(3)SH/T 0703多重毛细管法是目前应用比较广泛的测试高温高剪切黏度的方法，目前仪器也实现了国产化。但是，在实际测试过程中，需要预估油品的高温高剪切黏度值来设定仪器的测试压力，当压力设定的过高或过低时都会导致最终的测试结果达不到标准要求的剪切速率范围，就必须重新取样测试直到达到剪切速率要求为止。因此，利用100 ℃运动黏度计算得到预估的高温高剪切黏度，将大大提高SH/T 0703方法的测试效率。