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内燃机油的分类

信息来源: 尊龙凯时·中国官方网站(YOUHE)  /  发布日期:2022-05-25 08:34:24  /  浏览量:872

内燃机油黏度分级按美国汽车工程师学会(SAE)标准进行分类,质量分级按美国石油学会(API)标准进行分级。我国内燃机油的分类,也采用了国际上通用的SAE黏度分类和API质量等级分类。

对于内燃机油黏度等级的分类,世界各国均采用SAEJ300标准进行。随着内燃机油质量标准的逐步提高,SAE J300在1962年正式提出后,标准更新很快,经过多次修订、完善,SAE J300现在最新的版本是SAE J300-2013(表2.2)。我国部分采用内燃机油黏度分类标准SAE J300-1994(适用于SE、SF、CC、CD,表2.3)和SAE J300-1999(适用于SG、CF、CF-4及以上油品)。低温动力黏度是内燃机油在低温、高剪切速率条件下所测得的内摩擦力大小的量度。该黏度以冷启动模拟机(CCS)测试,该试验模拟了发动机汽缸套-活塞部位冷启动时的工况,与发动机的冷启动有良好的相关性因而低温动力黏度县预测发动机在低温条件能否顺利启动的黏度指标。我国标准试验方法有GB/T 6538发动机油表观黏度测定法(冷启动模拟机法),国外标准试验方法有ASTM D5293的发动机润滑油低温下表观黏度测定法(Cold Car.anking Simulator,CCS),两种方法等效。基本方法是: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。转子的转速是黏度的函数,由标准曲线和测得的转子转速来确定试油的黏度。在同一种低温条件下,测出的该黏度值越。得骰偷睦淦舳阅茉胶。

车用润滑油在低温下油泵供油速度和供油量不足,就会出现发动机启动后摩擦表面长时间得不到充分的润滑而导致磨损增加,这种泵送失败是因为其在低温下黏度太大或出现蜡结晶或含有高分子聚合物等所致。边界泵送温度是预测机油能维持正常泵送的最低温度,在高于此温度的条件下,机油能及时、连续、充分地被泵送至各润滑部位,避免发动机启动磨损,可用来衡量油品泵送性的好坏。测定方法为GB/T9171。边界泵送温度越低,泵送性越好,反之越差。SAE J300-1999和SAE J300-2013 版中将边界泵送温度用边界泵送黏度代替,边界泵送黏度是指在某一温度下,润滑油可以通过泵输送的最大黏度,试验方法为NB/SH/T 0562。发动机的使用性能不仅与其低温下的黏度有关,而且还与其在高温下的黏度有关系。由于内燃机油是非牛顿液体,因此在发动机工况下,润滑油的黏度对润滑油在高温下的使用具有重要意义。故提出高温高剪切黏度,简称HTHS黏度,是在高温(150℃)和高剪切(剪切速率D=10s-')时润滑油的动力黏度。润滑油在高温高剪切条件下的黏度下降虽然有利于降低摩擦力,但保证必要的黏度对于保护运动部件,使阀系避免磨损非常关键,因此,一般对SG级以上的多级油而言,高温高剪切黏度成为现代发动机油的一个重要指标,目前试验方法为SH/T 0618。

内燃机油黏度等级分为含字母W(Winter,冬季用油)及不含字母W(春秋与夏季用油)两个系列,其中含字母W的黏度等级对低温性能有特殊要求,系列中的OW、5W、10W、15W、20W、25W牌号是根据最大低温黏度、最高边界泵送温度以及100℃时最小运动黏度来划分的,数字越。臀滦阅茉胶。不含W的黏度系列中的16、20、30、40、50、60各牌号是以其100℃运动黏度来划分的,数字越大,黏度越高。

只符合一个黏度等级的要求的油品,称为单级油。近年来,内燃机中越来越多地使用多级油(Multi-grade Oil)。所谓多级油是指其100℃黏度在某一非W黏度等级范围内,而同时其低温黏度和边界泵送温度又能满足某一W黏度等级的指标,可表示为5W/30、10W/30及20W/40等。多级油大多由较低黏度的基础油添加黏度指数改进剂(ViscosityIndex Improver,简称VII)稠化后制成的,所以过去也称稠化机油,现已少见这类称呼。多级油的黏温性能显著优于单级油,能同时满足高温及低温环境的要求,它的使用不受地区和季节的限制,冬、夏季和南、北地域通用,故又可称为冬夏两用油或四季用油。近数十年来,由于已证实这类多级油尤其利于节约燃料,故各国都在努力节能大力提倡和发展,尽量多使用多级油。发达国家目前已广泛使用由较低黏度基础油与黏度指数改进剂调成的黏度跨度较大的多级油,如5W/30,10W/40,我国也在重视推广这类多级油的应用。

内燃机油黏度牌号的选择,主要考虑的因素有环境温度、发动机本身的设计要求、发动机本身的新旧状况、负荷等。表2.5示出了部分内燃机油黏度牌号与使用环境温度的对应关系。2)内燃机油质量等级的分类

我国参照SAE J183分类方法,以S代表汽油机油系列(加油站供售用油,Service StationO0il),分为SA、SB、SC、SD、SE、SF、SG、SH、SJ、SL、SM、SN等质量等级,每递增一个字母,机油的性能都会优于前一种,机油中会有更多用来保护发动机的添加剂,即字母越靠后,质量等级越高。

SA级汽油机油是不加添加剂的矿物油;SB级油也只加抗氧剂和抗磨剂;自1962年建立了MS程序以来,于1964年发展了SC级油。1968年美国汽车的排气提出了严格的要求,为满足排气法的要求,汽车上安装了PCV阀,把发动机窜气漏入曲轴箱的尾气引出返回到汽缸进行二次燃烧,这样虽改善了汽车的排放,但恶化了曲轴箱内润滑油的环境,容易生成油泥,从而于1968年发展了SD级油,提高了油品的低温分散性能。20世纪70年代,美国的高速公路发展很快,车速提高,同时汽车开空调,使润滑油的油温升高,使润滑油的高温氧化、高低温沉积和锈蚀问题更加严重,还加剧了润滑油高温变稠,这就要求其润滑油具有很好的低温分散、高温抗氧和清净性能,从而在1972年发展了SE级油,解决了油品高温变稠的问题。20世纪80年代开始使用无铅汽油,同时要求润滑油中的磷含量小于0.14%和灰分小于1.0%,进一步要求提高润滑油的高温性能,从而在1980年发展了SF级油。20世纪80年代中期,发现汽车反复在高温高速和低温低速交叉行驶情况下,容易产生“黑油泥”,为了解决“黑油泥”的问题,于1988年发展了SG级油,进一步提高了润滑油的热稳定性和分散性能。SG级油的出现,大大改善了“黑油泥”的问题,但市场上销售的SG级油的质量很不稳定,差别很大。为此,美国汽车制造商协会(AAMA)和日本汽车制造商协会(JAMA)20世纪90年代初共同组织了国际润滑油标准化和批准委员会(简称ILSAC),并于1990年10月提出了与SG级汽油机油规格相当的GF-1,但质量控制要严格得多,而且还要求节能指标,随后又发展了GF-2、GF-3、GF-4和GF-5级油。同时美国为了改进现有油品的质量保证体系,于1994年发展了SH级油。随后又相继于1996年、2000年、2004年、2009年先后发展了APISJ、SL、SM和GF-5级润滑油。2010年,通过了APISN及SN+节能的规格,于2011年实施。与SM级汽油机油相比,SN级汽油机油具有更高的燃料经济性和燃料经济耐久性,并能确保机油与车辆排放系统部件的兼容性,能够满足欧VI等更高级别排放标准。

综上所述,新出现的各级油品与上代油品相比,SD级油主要提高了低温分散性能,SE级油主要提高了高温性能,SF级油主要进一步提高了高温性能,SG级油重点解决油品的“黑油泥”问题,SH/GF-1级油确保了油品质量稳定,SJ/GF-2级油主要降低了油中的磷含量,改善了催化转化器的兼容性,延长催化剂的使用寿命、改善了挥发性、高温沉积和低温泵送等性能;SL/GF-3级油主要提高了抗氧化和低温分散性能;SM/GF-4级油主要降低了尾气污染物排放量,还要提高高温抗磨性、沉积物控制能力、氧化稳定性、低温防锈/防腐性和用后油的泵送性;GF-5级油主要改善燃料经济性、排气系统的兼容性和发动机油及发动机部件的耐久性,API SN的性能指标与GF-5比较除磷保持性、沉积物、乳化保持性不要求外,其他完全相同;而API SN+节能规格完全与GF-5一样。

柴油机油系列则以C代表(商业用油,Commercial Oil),分为CA、CB、CC、CD、CD、II(II表示两冲程柴油机)、CE、CF、CF-4(4表示四冲程柴油机)、CG-4、CH-4、CI-4及CJ-4等质量等级,其质量水平依次提高。

CA级油适用于轻负荷、自然吸气发动机,CB级油是为解决高硫含量燃料发展起来的,CC是为适应中负荷柴油机发展起来的。CD级油主要是为了适应重负荷、增压、大功率柴油机因油温提高,高温氧化生成物增多,易导致活塞黏环和磨损而提出来的,这一级别油品维持了30多年之久,是寿命最长的规格。20世纪80年代,美国柴油机不断向着大功率、重负荷增压柴油机发展,行驶条件更为苛刻,同时,1988年美国开始对颗粒物进行限制,要求所有柴油机油具有更好的活塞清净性、氧化安定性及更小的磨损,从而发展了CE级油。20世纪90年代,环保法要求进一步降低NO2和颗粒物排放,柴油喷入形式由进入预燃室改为直喷,喷嘴压力加大,经常出现弹簧损坏、油环黏结等现象,因此于1991年发展了CF-4油。1994年,颗粒物排放要求在1988年的基础上降低了83%,而柴油中的硫含量被认为是柴油性质中影响颗粒物排放的主要因素之一,降低柴油中硫含量可以直接降低颗粒物中硫酸盐含量。所以,当时柴油硫含量的水平从5000μg/g降到500μg/g,于是1995年发展了CG-4级油,CG-4级油主要用于低硫燃料的重负荷柴油机。1998年美国要求NO,排放在1994年的基础上再降低20%,汽车生产厂商采用延迟点火来实现目标。这造成了在发动机做功和排气冲程中,烟炱会被汽缸衬套上的润滑液膜吸附下来,这些吸附在润滑液膜中的炭黑会在吸气冲程中由活塞环(刮油环)随润滑油一同被刮入曲轴箱,使机油中烟炱量增加,引起了严重的行车问题,如机油黏度升高、过滤器堵塞等,为了解决这些问题,开发出了CH-4级油,CH-4级油既可用低硫燃料,又可用高硫燃料。2002年,为了进一步降低NO,排放,大多数重质发动机都安装了低水平(10%~15%)的废气再循环后处理(EGR)系统,其结果造成润滑油温度升高,加速了润滑油氧化;且进入发动机进行再循环的废气还会将大量的炭黑、氮氧化物、硫氧化物、水蒸气以及非完全燃烧所产生的酸类物质带入发动机内部,炭黑含量的增加使润滑油变稠,造成腐蚀磨损。此外,氮氧化物、硫氧化物、酸性燃烧和水还会增加活塞环的腐蚀和汽缸套的磨损。因此,用于废气再循环后处理系统的润滑油必须能够承受热和烟炱以及控制酸腐蚀的能力,从而在2002年开发了APICI-4重负荷发动机油。2005~2010年环保要求进一步减少污染物排放,而传统技术在降低NO,排放的同时倾向于增加颗粒物的排放,反之亦然。因此,EGR系统和延迟点火时间已无法满足这种更为苛刻的排放要求,汽车生产厂商采用了废气处理催化剂、粒子捕捉器等技术。使用了粒子捕捉器后,由于粒子的快速沉积,过滤器装置很快被堵塞,从而导致排气背压增加,发动机功率下降,油耗增加,所以,使用粒子捕捉器的一个先决条件,就是要求采用超低硫柴油(15μg/g),相应的柴油机油发展了APICJ-4油,其性能与CI-4相比,在油耗、阀组磨损的防护、轴承的防护、烟炱的控制,活塞沉积和排放的环境友好方面都有很大改善。

可见,美国汽油机油和柴油机油升级换代非?焖,新一代发动机油规格的执行(使用)时间通常为5年左右,而旧规格将废弃。如美国颁布了SJ/GF-2和SL/GF-3后,SA至SH的8种规格都已先后废弃不用。此外,根据美国执行新规格的时间安排,从颁布规格之日起,12个月内开始执行,18个月后强制执行。如SL/GF-3规格2000年6月颁布,2001年7月1日开始执行,2001年底强制执行。目前,我国的汽油机油主体是SJ、SL,部分采用SM/GF-4、SN;柴油机油主体是CF-4、CH-4,部分采用CI-4、CI-4+和CJ-4。表2.6示出了部分API汽油机油和柴油机油的质量分类情况。

在内燃机润滑油中还有一类既可用于汽油机又可用于柴油机的产品,被称为通用内燃机油,可以同时满足汽油机油和柴油机油质量要求的发动机油,主要适用于既有汽油车也有柴油车的大型混合车队,其牌号可用SE/CD、SM/CF、CF-4/SG等表示。由于通用内燃机油中的添加剂用量比普通的汽油机油和柴油机油要多一些,组分的选配也复杂,所以成本要高一些。但通用内燃机油的性能全面、适应面宽,换油期比非通用油长,润滑油油耗也低,使用通用油在经济上仍然是合理的,同时可简化油品管理、方便使用,所以很受欢迎,特别是在西欧。

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