《发动机油氧化安定性的测定 ROBO试验法》标准解读

孙瑞华 邵志华

1 中国石油大连润滑油研究开发中心

2 赢创德固赛(中国)投资有限公司上海分公司油品技术中心

标准的制定背景和意义

热氧化安定性是汽车发动机油的重要特性之一[1]。不同质量等级汽油机油的氧化性能是通过程序Ⅲ的发动机台架试验来确定，不同质量等级程序Ⅲ试验的试验条件不同，具体条件见表1。

表1 程序Ⅲ试验条件

从表1可以看出，随着汽油机油的发展，程序Ⅲ试验条件越来越苛刻，说明对汽油机油的氧化性能的要求加强。但由于台架试验的费用高，周期长，因此在油品的研制过程中开发了和台架试验有一定相关性的试验室模拟试验用于试验室的模拟评定，待试验室工作进行到一定程度时再进行发动机台架试验，以节省油品开发费用。ROBO试验法[2]模拟程序ⅢG发动机台架试验油品氧化的过程，可以用于评价高档汽油机油氧化特征的模拟试验。

随着汽车工业的发展，发动机技术不断进步，汽油机油的氧化负荷增加，因而使汽油机油在实际使用周期最后阶段的低温泵送性能降低，特别是对于低黏度汽油机油，这种情况更为严重[3]。因此在2005年公布的SM汽油机油规格中增加了MS Ⅲ GA台架试验项目，要求MS Ⅲ G试验后油品的低温泵送性与新油相比，变化不大于1级。在SN汽油机油规格中直接增加了ROBO试验，取代MS Ⅲ GA成为评价高档汽油机油氧化后低温泵送性能的重要指标。

NB/SH/T 0976—2019 是使用重新起草法修改采用ASTM D7528[4]制订，具体和ASTM D7528不同是部分引用标准修改为我国相应的国家标准或石化行业标准；关于配件说明、和本标准无关的尚未明确的信息在附录中。

方法概要

将试验油和少量二茂铁催化剂加入到1 L的反应容器中搅拌，在170 ℃条件下加热40 h，并在负压状态下，持续在试验油液面进行空气吹扫，同时将二氧化氮和空气通入到试验油液面下。试验结束，老化油冷却后进行40 ℃运动黏度、低温动力黏度（CCS）和边界泵送性能(MRV)测试，蒸发出的油品冷凝后称重计算蒸发损失。

标准注意事项

设备安装

严格按照方法要求准备配件及严格按照方法要求安装配件。一个组装好的ROBO设备如图1所示。由于试验过程中涉及剧毒的液态二氧化氮，整个设备安装在通风橱中。

图1 ROBO试验设备示意

关键操作过程

真空控制阀阀位的设置

对于一个新的ROBO试验设备，按照NB/SH/T 0976—2019 标准方法说明设置真空控制阀阀位。真空控制阀阀位的设置非常关键，它会影响试验的苛刻度。在随后所有样品试验中，应使用初始设置的阀位、上次成功校准时的阀位或试验最后成功校正确定的阀位，之后所有试验油都用相同阀位。

催化剂准备

称取(0.1±0.001) g的二茂铁催化剂，加入到250 mL的玻璃瓶或其他适当的容器中。加入(99.9±0.1) g的稀释油100N，得到浓度为(0.100±0.001)%的二茂铁溶液。在往复振荡器上震荡至少10 min或用椭圆型瓶子至少震荡5 min，充分混合直到催化剂完全溶解。

密封检查

向试验油液面下通入185 mL/min的干燥空气。在上方，在真空控制阀和真空源连接处顶部安装流量计，在空气流量为185 mL/min的情况下，对反应容器抽真空同时限制真空缓释孔阀的开度保证系统压力为85 kPa，丙烯酸浮子流量计（见标准6.10.1）的读数应小于6.99 L/min（0.6SCFM）。

预先设置好真空流量

对反应容器抽真空，通过调节扫气量为（56.64±2.83） L/min[(2.0±0.1)SCFM]设定空气流量,如果有必要，对真空源和冷凝器之间的真空管线也抽真空。通过真空调节阀保持真空压力在(61±1.7 )kPa之间。这些参数一旦设定好，切断真空，从系统中移走丙烯酸浮子流量计。

样品准备和二氧化氮的加入

在反应容器中加入(3.0±0.1) g预先准备好的二茂铁催化剂溶液和(197±1.0) g试验油。打开搅拌器电源，调节搅拌速度为(200±5) r/min，打开加热器电源。将(2.0±0.1) mL的二氧化氮导入到刻度管内。

试验油的老化

通常情况下设定好时间、温度，打开真空阀，试验油开始老化。设定计时器的时间为40 h，开始计时；设定控制温度170 ℃，开始加热；调节温度控制器输出电压为25 V～40 V。

打开真空系统。调节二氧化氮的针型阀，使二氧化氮缓慢地进入进气气流中，控制二氧化氮流速，使其在(12±1) h内缓慢地从刻度管完全导入反应容器中。由于二氧化氮流速的变化影响精密度，二氧化氮应以可控而平缓的速度进入到反应容器中，在开始的2～4 h内密切监控二氧化氮以0.167 mL/h的流速消耗，保证在这个时间段二氧化氮消耗0.5 mL，剩下的1.5 mL以相同的速度加入，保证2.0 mL的二氧化氮在11～13 h之内加完。

试验结束

40 h后，在继续通空气、并搅拌的条件下使系统冷却到室温。关闭真空（40 h试验完成后随时关闭真空流量），打开反应容器顶盖上样品加入口等任一孔缓慢泄压；将老化油导入试剂瓶进行中，进行40 ℃运动黏度、低温动力黏度（CCS）和边界泵送性能(MRV)测试；收集冷凝后蒸发出油样，称量、计算油品的蒸发量。

清洗

试验结束后用清洗溶剂清洗反应容器、真空控制阀、反应盖底部、搅拌棒、热电偶、管线，用丙酮漂洗，除去阀孔、阀座和塞子里的碳沉积物。干燥后重新装配，重新组装真空控制阀时，确保阀位在初始设置确定的位置，或最后成功校准设定的位置。

标准的精密度

NB/SH /T 0976—2019标准通过中间精密度和再现性精密度判定试验结果的可靠性，具体要求见表2。标准的中间精密度试验采用的TMC参比油434-1、435-1 和438，在中国石油大连润滑油研究开发中心实验室3台设备分别进行，试验结果得到了TMC认可，具体中间精密度偏差见表3～表5；再现性精密度邀请德固赛上海实验室参与，德固赛上海实验室为TMC会员实验室，其同公司美国实验室为NB/SH/T 0976—2019标准建立实验室，数据具有良好的可靠性。再现性精密度试验采用SN 5W-20和SM 5W-30试验油，再现性试验数据汇总见表6、表7。

表2 精密度1)

表3 T434-1参考油中间精密度试验数据汇总表

表4 T435-1参考油中间精密度试验数据汇总表

表5 T438参考油中间精密度试验数据汇总表

表6 SN 5W-20再现性试验

表7 SM 5W-30再现性试验

由表3～表7可见，中间精密度差值和再现性精密度差值在ASTM D7528—17精密度限值范围内，符合ASTM D7528—17标准要求。

结束语

☆ROBO试验要求安装精密，操作复杂，必须严格按照标准方法进行。

☆NB/SH/T 0976—2019发动机油氧化安定性的测定 ROBO试验法模拟程序ⅢG发动机台架试验油品老化的过程，按照ⅢGA发动机试验中的规定测试老化油运动黏度和低温泵送性能。该标准方法的建立满足了SN及以上高档汽油机油技术指标要求，同时可以作为模拟试验，为实验室高档汽油机油的氧化性能评价、在用油的边界泵送性能考察以及ZDDP中P的挥发性考察提供参考数据。