柴油润滑性试验及其进展
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– HFRR (ISO 12156-1, -2, ASTM D-6079) – EN 590 等，润滑性限值 =460 m – SLBOCLE (ASTM D-6078/99)
柴油润滑性的回顾（二）
在欧洲，40 % 的新车为柴油车：轿车和 的新车为柴油车： 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
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
GB19147GB19147-2003 车用柴油标准主要指标 车用柴油标准
实施年份 排放标准 柴油标准 w (S) / % , ≯ ρ20 ℃/ kgm- 3 φ总芳烃/ % φ多环芳烃/ % , ≯ 十六烷值, ≮ 2003 GB19147-2003 0.05 820-860/800-840（-35# 以下） 未规定 未规定 49（-10＃以上）、46（-20＃）、 45（-35＃以下） 365 460
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
频率: 20 to 200 Hz 冲程: 20m to 2mm. 负荷: 0.1 to 1 kg with supplied weights. 温度: Ambient to 120°C as standard, optional high power heaters to 200°C. Optional high temperature option control unit heats to 400°C Wear Resolution 电源: 100/120/230VAC, 50/60Hz, 400VA. 尺寸 – 控制单元: 300mm (12") wide x 400mm (16") deep x 150mm (6") high 尺寸 – 机械单元: 150mm (6") wide x 340mm (15.5") deep x 225mm (9") high
柴油润滑性的行车试验及燃油 喷射器台架试验
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。
Fuel represents worst case U.S. lubricity Fuel unfit for purpose
Pump Wear with HFRR Range 400 to 650 m For VP44 - Rotary Pump
HFRR 400 m Fuel
Wear rating = 3.0 Supply pump, roller shoes, feed pump tooth system, and timing piston: minor polishing
HFRR 试验机的标准试验方法
CEC F-06-A-96 Measurement of Diesel Fuel Lubricity. ASTM D6079-97 Standard Test Method for Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR). BS ISO 12156-1 1997 Diesel Fuel - Assessment of Lubricity Using the High Frequency Reciprocating Rig (HFRR). Part 1 Test Method. EN 590:1998 Automotive Fuels - Diesel - Requirements and Test Methods. JPI-5S-50-98 Gas Oil - Testing Method For Lubricity. IP 450/2000 Diesel Fuel - Assessment of Lubricity Using the High Frequency Reciprocating Rig (HFRR). Part 1 Test Method.
HFRR 650 m Fuel
Wear rating = 8 Cam plate: 30 m Rollers: Seizure Bolt: 15 m Piston: Broken
Fuel represents borderline EU quality Fuel adequate for purpose
HFRR 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)
t 95/ ℃, ≯
润滑性 磨痕直径（60℃)/um，≯
柴油润滑性的回顾（一）
瑞典在1990年引入无硫柴油，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（High Frequency Reciprocating Rig）试验机
HFRR是计算机控制的往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
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。
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 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： 60°C 时450微米磨斑 直径 (在25°C时380微米)能满足润滑性要求。
HFRR Wear Test ISO 12156-1 Method
试验条件: 试验条件 负荷 200 g ± 0.01 g 冲程 1 ± 0.02 mm 频率 50 ± 1 Hz 试验时间 75 ± 0.1 min 油样温度 60 ± 2 °C 油样量 2 ± 0.20 ml 油浴表面积 6 ± 1 cm
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 ： Lubricity ISO 12156-1 1997：Diesel 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)
Biblioteka Baidu
环境条件容许范围 －ISO 12156
校正磨斑直径（ ）－ISO 校正磨斑直径（WS1.4）－ ）－ 12156
WS1.4 = MWSD + HCF (1.4 AVP) m
未知柴油样品： HCF = 60m / kPa
试验过程的平均绝对蒸汽压为(kPa):
AVP + AVP2 1 AVP = 2
典型的磨斑
Pump Wear with HFRR Range 450 to 650 m For VE - Rotary Pump
HFRR 450 m Fuel
Wear rating = 3.5 Bolts: slight scuffing Supply pump vanes: increased abrasive wear
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
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, 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。
柴油润滑性相关定义 － ISO 12156
润滑性：液体的一种特性，通过一个浸 润滑性： 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
数值 油样体积, mL 2.0±0.20 冲程, mm 1.0±0.02 频率, Hz 50±1 1/ 实验室的空气 见图 2 样品温度, ℃ 60±2 2/ 应用载荷 , g 200±1 试验时间, min 75±0.1 2 油槽表面面积，mm 600±100 1/ 实验室的空气条件是在距试验件 0.1—0.5 米的范围内进行测量，并应控制在图 2 所示的 容许范围内。 2/ 所加的总载荷包括固定零件的重量。
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20 °C时， 使用Sodium Bromide (NaBr) 环境温度小于25 °C时， 使用Potassium Carbonate (K2CO3) 环境温度小于25 °C时， 使用Magnesium Chloride (MgCl2)
柴油润滑性的回顾（二）
在欧洲，40 % 的新车为柴油车：轿车和 的新车为柴油车： 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
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
GB19147GB19147-2003 车用柴油标准主要指标 车用柴油标准
实施年份 排放标准 柴油标准 w (S) / % , ≯ ρ20 ℃/ kgm- 3 φ总芳烃/ % φ多环芳烃/ % , ≯ 十六烷值, ≮ 2003 GB19147-2003 0.05 820-860/800-840（-35# 以下） 未规定 未规定 49（-10＃以上）、46（-20＃）、 45（-35＃以下） 365 460
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
频率: 20 to 200 Hz 冲程: 20m to 2mm. 负荷: 0.1 to 1 kg with supplied weights. 温度: Ambient to 120°C as standard, optional high power heaters to 200°C. Optional high temperature option control unit heats to 400°C Wear Resolution 电源: 100/120/230VAC, 50/60Hz, 400VA. 尺寸 – 控制单元: 300mm (12") wide x 400mm (16") deep x 150mm (6") high 尺寸 – 机械单元: 150mm (6") wide x 340mm (15.5") deep x 225mm (9") high
柴油润滑性的行车试验及燃油 喷射器台架试验
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。
Fuel represents worst case U.S. lubricity Fuel unfit for purpose
Pump Wear with HFRR Range 400 to 650 m For VP44 - Rotary Pump
HFRR 400 m Fuel
Wear rating = 3.0 Supply pump, roller shoes, feed pump tooth system, and timing piston: minor polishing
HFRR 试验机的标准试验方法
CEC F-06-A-96 Measurement of Diesel Fuel Lubricity. ASTM D6079-97 Standard Test Method for Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR). BS ISO 12156-1 1997 Diesel Fuel - Assessment of Lubricity Using the High Frequency Reciprocating Rig (HFRR). Part 1 Test Method. EN 590:1998 Automotive Fuels - Diesel - Requirements and Test Methods. JPI-5S-50-98 Gas Oil - Testing Method For Lubricity. IP 450/2000 Diesel Fuel - Assessment of Lubricity Using the High Frequency Reciprocating Rig (HFRR). Part 1 Test Method.
HFRR 650 m Fuel
Wear rating = 8 Cam plate: 30 m Rollers: Seizure Bolt: 15 m Piston: Broken
Fuel represents borderline EU quality Fuel adequate for purpose
HFRR 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)
t 95/ ℃, ≯
润滑性 磨痕直径（60℃)/um，≯
柴油润滑性的回顾（一）
瑞典在1990年引入无硫柴油，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（High Frequency Reciprocating Rig）试验机
HFRR是计算机控制的往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
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。
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 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： 60°C 时450微米磨斑 直径 (在25°C时380微米)能满足润滑性要求。
HFRR Wear Test ISO 12156-1 Method
试验条件: 试验条件 负荷 200 g ± 0.01 g 冲程 1 ± 0.02 mm 频率 50 ± 1 Hz 试验时间 75 ± 0.1 min 油样温度 60 ± 2 °C 油样量 2 ± 0.20 ml 油浴表面积 6 ± 1 cm
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 ： Lubricity ISO 12156-1 1997：Diesel 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)
Biblioteka Baidu
环境条件容许范围 －ISO 12156
校正磨斑直径（ ）－ISO 校正磨斑直径（WS1.4）－ ）－ 12156
WS1.4 = MWSD + HCF (1.4 AVP) m
未知柴油样品： HCF = 60m / kPa
试验过程的平均绝对蒸汽压为(kPa):
AVP + AVP2 1 AVP = 2
典型的磨斑
Pump Wear with HFRR Range 450 to 650 m For VE - Rotary Pump
HFRR 450 m Fuel
Wear rating = 3.5 Bolts: slight scuffing Supply pump vanes: increased abrasive wear
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
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, 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。
柴油润滑性相关定义 － ISO 12156
润滑性：液体的一种特性，通过一个浸 润滑性： 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
数值 油样体积, mL 2.0±0.20 冲程, mm 1.0±0.02 频率, Hz 50±1 1/ 实验室的空气 见图 2 样品温度, ℃ 60±2 2/ 应用载荷 , g 200±1 试验时间, min 75±0.1 2 油槽表面面积，mm 600±100 1/ 实验室的空气条件是在距试验件 0.1—0.5 米的范围内进行测量，并应控制在图 2 所示的 容许范围内。 2/ 所加的总载荷包括固定零件的重量。
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20 °C时， 使用Sodium Bromide (NaBr) 环境温度小于25 °C时， 使用Potassium Carbonate (K2CO3) 环境温度小于25 °C时， 使用Magnesium Chloride (MgCl2)