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1、柴油润滑性试验及其进展中石化石油化工科学研究院宋海清、张建荣2003年10月主要内容国外柴油标准发展国内车用柴油标准柴油润滑性试验方法柴油润滑性回顾柴油润滑性试验标准HFRR试验方法HFRR试验机介绍HFRR试验与泵试验的关系HFRR试验方法的确认小结国外柴油质量标准的发展趋势国外柴油质量标准的发展趋势欧洲柴油标准 EN590 中加入润滑性指标世界燃油规范中，对柴油润滑性要求更加严格Summary of European diesel fuel specification developments GB19147-2003车用柴油标准主要指标 柴油润滑性的回顾（一）瑞典在1990年引入无硫柴油
2、，随后美国加州于1993年也使用低硫柴油轿车及轻型车的喷射泵出现润滑失效润滑性为主要原因加氢脱硫工艺导致具有润滑性的柴油组分减少研究柴油润滑性的试验方法并在燃油规格中规定了润滑性的限值：HFRR (ISO 12156-1, -2, ASTM D-6079)EN 590 等，润滑性限值 =460 mSLBOCLE (ASTM D-6078/99)柴油润滑性的回顾（二）在欧洲，40 % 的的新车为柴油车：轿车和新车为柴油车：轿车和轻型车轻型车 (如：SUV)EN 590 中的润滑性限值 (HFRR 460 m max.) 已经成功的防止了柴油喷射系统的失效问题柴油润滑性的行车试验及燃油喷射器台架试
3、验行车试验：需要大量燃油和很长时间，通常作为基本的燃油性能研究。燃油喷射系统台架试验：有 Bosch 和 Stanadyne 公司设计的试验，需要 50 到 100 加仑油样和 500 到 1000 小时试验时间。但这些实验并未标准化。通过指标也未有公论。柴油润滑性的模拟试验多种摩擦磨损试验机进行柴油润滑性研究四球机销盘机壳牌公司Thornton 喷气燃料润滑性试验机(TAFLE)滚子平面试验机SRV试验机球环试验机(BOCLE)高频往复试验机(HFRR)柴油润滑性的模拟试验研究很多研究人员对柴油润滑性模拟试验与实际使用实验进行相关性研究；一些SLBOCLE 研究表明：2,000 g以下的燃油
4、将会引起旋转型喷射泵的失效；在 2,800 g 以上的燃油润滑性较为满意。但 SLBOCLE 试验对一些有效的润滑添加剂显示较差的润滑性； HFRR 试验研究表明： 60C 时450微米磨斑直径 (在25C时380微米)能满足润滑性要求。柴油喷射泵失效分析在现场失效分析中发现, 在旋转分配泵中出现两种磨损, 粘着磨损(Adhesive w ear) 和微动磨损(Fretting wear) , 主要是严重的粘着磨损或擦伤(Scuffing) , 其次是氧化腐蚀和微动磨损。粘着磨损导致泵功率的严重损失、驱动性差, 并在短期内失效; 微动磨损则使缓慢地失去原设计的性能, 包括排放物的增加。HFRR
5、 试验方法的发展90 年代初, 英国帝国学院摩擦学实验室重新设计了HFR 试验机，两个子程序, 一个模拟粘着磨损, 另一个模拟微动磨损， 前一个子程序最常用。HFR 试验方法被进一步发展成为ISO 和CEC 标准(称为HFRR 法) 。SBOCLE 法(The Scuffing Load Ball on cylinder lubricity evaluator)BOCLE 法(Ball on cylinder lubricity evaluator) （ASTM D5001）。一个钢环在负荷下对着一个静止的钢球旋转, 测量摩擦系数。BOCLE 法是用来评定喷气燃料性能的方法, 并不适用于柴油,
6、 特别是有添加剂的柴油 , 这是由于它无法模拟导致多数柴油泵失效的粘着磨损; 对燃料中某些组份过于敏感, 会给出错误的结论, 并且缺乏证据说明它与油泵现场试验有相关性。Lancy 等人采用增加试验苛刻程度的办法, 进一步发展了逐级加载的SBOCLE 法, 用来预报柴油在喷射器和迥转泵中的磨损性能。柴油润滑性试验方法标准CEC（HFRR）ISO （HFRR）ASTM （HFRR、SLBOCLE）国内行业标准正在制订中（HFRR）柴油润滑性试验方法标准列表CEC F-06-A-96：Measurement of Diesel Fuel LubricityISO 12156-1 1997：Diese
7、l Fuel - Assessment of Lubricity Using the High Frequency Reciprocating Rig (HFRR). Part 1 Test Method.ASTM D 6078: the Scuffing Load Ball-On-Cylinder Lubricity Evaluator method (SLBOCLE) ASTM D 6079：High-Frequency Reciprocating Rig method (HFRR) HFRR（High Frequency Reciprocating Rig）试验机HFRR是计算机控制的往
8、复式摩擦磨损试验系统，它可以快速可靠的进行燃油及润滑油摩擦磨损性能测量； 尤其适合于测量像柴油等润滑性相对较差的润滑剂，也可以测量发动机油、润滑脂等的边界摩擦。HFRR 试验机外观HFRR 试验机结构图HFRR 试验机试验部件HFRR 试验机油槽HFRR 试验机上、下夹具HFRR 试验机砝码HFRR 试验机湿度箱环境温度小于20C时，使用SodiumBromide(NaBr)环境温度小于25C时，使用PotassiumCarbonate(K2CO3)环境温度小于25C时，使用MagnesiumChloride(MgCl2)HFRR 试验机力标定组件多功能标定功能冲程摩擦力接触电阻HFRR 试验
9、机汽油组件防止汽油挥发、添加剂浓度降低安全HFRR 试验机AUTOHFR自定义试验程序控制频率、温度、冲程测量摩擦力、温度、冲程、接触电阻HFRR 试验机- 规格规格频率:20to200Hz冲程:20mto2mm.负荷:0.1to1kgwithsuppliedweights.温度:Ambientto120Casstandard,optionalhighpowerheatersto200C.Optionalhightemperatureoptioncontrolunitheatsto400CWearResolution电源:100/120/230VAC,50/60Hz,400VA.尺寸控制单元:
10、300mm(12)widex400mm(16)deepx150mm(6)high尺寸机械单元:150mm(6)widex340mm(15.5)deepx225mm(9)highHFRR 试验机的标准试验方法CECF-06-A-96MeasurementofDieselFuelLubricity.ASTMD6079-97StandardTestMethodforEvaluatingLubricityofDieselFuelsbytheHigh-FrequencyReciprocatingRig(HFRR).BSISO12156-11997DieselFuel-AssessmentofLubric
11、ityUsingtheHighFrequencyReciprocatingRig(HFRR).Part1TestMethod.EN590:1998AutomotiveFuels-Diesel-RequirementsandTestMethods.JPI-5S-50-98GasOil-TestingMethodForLubricity.IP450/2000DieselFuel-AssessmentofLubricityUsingtheHighFrequencyReciprocatingRig(HFRR).Part1TestMethod.HFRR Wear Test ISO 12156-1 Met
12、hod试验条件试验条件:负荷负荷 200 g 0.01 g冲程冲程 1 0.02 mm频率频率 50 1 Hz试验时间试验时间 75 0.1 min油样温度油样温度 60 2 C油样油样量量 2 0.20 ml油浴表面积油浴表面积 6 1 cm柴油润滑性相关定义 ISO 12156润滑性：润滑性：液体的一种特性，通过一个浸泡在液体中的固定片与一个振动球在严格控制的条件下运转后，产生在振动球上的磨斑来测定。WS1.4：按水的标准蒸汽压1.4kPa修正后的磨斑直径值。 试验条件ISO 12156环境条件容许范围环境条件容许范围 ISO 12156校正磨斑直径（校正磨斑直径（WS1.4）ISO 12
13、156 试验过程的平均绝对蒸汽压为(kPa): 典型的磨斑Pump Wear with HFRR Range 450 to 650 m For VE - Rotary PumpWear rating = 3.5Bolts: slight scuffing Supply pump vanes: increased abrasive wearHFRR 450 m FuelHFRR 650 m FuelWear rating = 8Cam plate: 30 m Rollers: Seizure Bolt: 15 m Piston: Broken Fuel represents borderline
14、 EU quality Fuel adequate for purpose Fuel represents worst case U.S. lubricity Fuel unfit for purposePump Wear with HFRR Range 400 to 650 m For VP44 - Rotary PumpWear rating = 3.0Supply pump, roller shoes, feed pump tooth system, and timing piston: minor polishing Fuel represents typical EU quality
15、 Fuel fit for purposeHFRR 400 m FuelHFRR 650 m FuelWear rating = 7.0Supply pump, feed pump tooth system, high pressure piston and vanes: severe wear Fuel represents worst case U.S. lubricity Fuel unfit for purposePump Wear with HFRR Range 460 to 650 m For Common Rail System Fuel represents borderlin
16、e EU quality Fuel adequate for purposeHFRR 460 m FuelHFRR 650 m FuelWear rating = 9.0Piston: Seizure Piston bottom center: 15 m; Bearing shell: Seizure; Polygon: 1000 m Fuel represents worst case U.S. lubricity Fuel unfit for purposeHFRR与泵磨损寿命试验HFRR 试验机与泵试验的相关性HFRR试验方法的确认在大范围的RR（round-robin）试验后，用于测量
17、柴油润滑性的HFRR试验方法，于1996年获得CEC“A”状态（批准）ISO Round Robin 试验（一）ISO于1993年开始进行RR试验目标：选出一个润滑性试验方法四个试验方法：BOTS（Ball On Three Seats）BOCLE (Ball on Cylinder Lubricity Evaluator)HFRR (High Frequency Reciprocating Rig )SLBOCLE (Scuffing Load Ball on Cylinder Lubricity Evaluator)ISO Round Robin 试验（二）一个好的试验方法应具有：很好的重
18、复性、再现性和区分性适应于广泛燃油性质的燃油可接受的与喷射装置试验的相关性设计试验矩阵4个润滑性好的油4个润滑性卡边的油4个润滑性差的油ISO Round Robin 试验（三）试验油样分别在四种模拟设备和四种类型的燃油喷射装置上试验四种类型的燃油喷射装置试验：Bosch，IDI非直喷泵，500小时Lucas，旋转分配泵，277小时Stanadyne，旋转分配泵，500小时Cummins，电控燃油系统超过900个试验ISO Round Robin 试验（四）HFRR在重复性、再现性和区分性方面更好，另外具有易操作性，使ISO、CEC和ASTM都选择HFRR作为柴油润滑性试验方法选择HFRR 试验机的原因目前，HFRR 是一个合适的试验方法HFRR 460 m max. 已知可以防止喷射泵失效所有燃油润滑的高压喷射系统对润滑性极其敏感并且需要清洁燃料共轨和旋转泵（Common-rail and Rotary pumps）需要相同的润滑性水平规范中的限值 HFRR: WS1.4 最大460 m (ISO 12156-1)小结柴油的发展趋势要求增加柴油润滑性指标柴油润滑性试验方法主要有HFRR法和SLBOLE法目前国际通用的试验方法为HFRR法HFRR的润滑性限值可以保证柴油润滑性的要求谢谢
