PSF11汽車動力轉(zhuǎn)向油的研制

姚元鵬，周康，糜莉萍，伏喜勝

(中國石油潤滑油重點實驗室，甘肅 蘭州 730060)

PSF11汽車動力轉(zhuǎn)向油的研制

姚元鵬，周康，糜莉萍，伏喜勝

(中國石油潤滑油重點實驗室，甘肅 蘭州 730060)

文章介紹了PSF11動力轉(zhuǎn)向油的研制過程。以加氫基礎(chǔ)油為主，添加降凝劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑、抗泡劑以及RHY4026工業(yè)用油復(fù)合劑，研制出了具有優(yōu)異的低溫性能、抗泡沫性能、熱氧化安定性、抗磨損性能和溫升特性的動力轉(zhuǎn)向油產(chǎn)品，該產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的潤滑，保障汽車轉(zhuǎn)向的平穩(wěn)程度和靈敏程度，提升駕駛舒適性。

汽車；動力轉(zhuǎn)向油；抗磨損；溫升特性

0 引言

汽車上用來改變或者恢復(fù)其行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中所使用的潤滑油稱為動力轉(zhuǎn)向油(PSF)。作為汽車的一個重要組成部分，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成，在轉(zhuǎn)向裝置中潤滑油作為動力傳遞的介質(zhì)將轉(zhuǎn)向油泵產(chǎn)生的壓力傳遞給轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，從而實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向操作，所以動力轉(zhuǎn)向油影響到汽車轉(zhuǎn)向的平穩(wěn)程度和靈敏程度，與駕駛的舒適性和汽車的安全性密切相關(guān)[1-2]。

汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)過去只是一種簡單的液壓系統(tǒng)，但是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展升級，以及環(huán)保和節(jié)能要求的不斷提高，汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也在不斷升級，對油品的性能要求也越來越苛刻，尤其是商用車方面隨著裝載量的增加，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的負(fù)荷也不斷加大，因此國內(nèi)商用車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障率一直偏高。作為傳動介質(zhì)的潤滑油在保障轉(zhuǎn)向系統(tǒng)良好運行方面起著重要作用，但是目前并沒有動力轉(zhuǎn)向油的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，汽車廠商多用ATF、液力傳動油、液壓油或者多級發(fā)動機(jī)油代替，但是在實際使用過程中會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重、溫度升高等一些問題，對汽車安全存在潛在風(fēng)險[3]。

本文通過大量分析汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所用油品的性能特點并結(jié)合OEM的需求，選用適合的基礎(chǔ)油和添加劑，并通過大量的分析評價手段進(jìn)行性能測試，成功研制出一種高性能的動力轉(zhuǎn)向機(jī)油，在低溫性能、熱氧化安定性以及抗磨損性能等方面優(yōu)于某品牌的市售參比油。

1 實驗部分

1.1 標(biāo)準(zhǔn)分析評定方法

本研究所用標(biāo)準(zhǔn)分析評定方法見表1。

表1 分析評定方法

表1(續(xù))

1.2 原材料主要性質(zhì)

本研究所采用的添加劑和基礎(chǔ)油主要性質(zhì)如表2所示。

表2 原材料主要性質(zhì)

表2(續(xù))

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油與油品的性能，尤其是低溫性能和黏溫特性有著直接的關(guān)系，因此首先要對基礎(chǔ)油進(jìn)行合理篩選。低溫性能是衡量油品在低溫條件下流動性的重要指標(biāo)，由于車輛所處的環(huán)境不同，不同季節(jié)溫度變化較大，一些寒區(qū)用戶在寒冷季節(jié)往往會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重、甚至損壞動力泵的現(xiàn)象，要解決這一問題必須要求油品具有優(yōu)異的低溫性能。加氫油飽和烴含量高，具有高的黏度指數(shù)、優(yōu)異的低溫性能，而且成本遠(yuǎn)比合成油要低，是傳動系統(tǒng)用油中重要的基礎(chǔ)油類型，因此該研究中選用了幾種加氫基礎(chǔ)油，混兌部分中間基基礎(chǔ)油以提高油品的溶解性能，作為研制油的基礎(chǔ)油方案，見表3。

表3 幾種組分油的典型理化數(shù)據(jù)

采用這幾種組分油得到的復(fù)合基礎(chǔ)油具有較高的性價比并可獲得極佳的低溫性能，而且改善了油品對極性添加劑的溶解性。

2.2 添加劑的選擇

2.2.1 降凝劑的選擇

降凝劑又叫流動改進(jìn)劑，是一種油溶性高分子有機(jī)化合物或聚合物與油料的復(fù)配物，在礦物油中添加適量的降凝劑，在一定條件下能與油品中蠟晶相互作用，顯著地降低含蠟油的凝點，改善含蠟油品的低溫流動性能[4]。

目前潤滑油中常用的降凝劑主要種類有PAMA聚甲基丙烯酸酯類和聚α-烯烴類，其中聚α-烯烴是我國自己開發(fā)的高效淺色降凝劑，可適用于各種潤滑油中，效果與PAMA相當(dāng)，但是價格比PAMA便宜很多。

2.2.2 抗泡劑的選擇

抗泡沫特性表示油品在有空氣進(jìn)入的情況下消泡能力的好壞，油品中大量氣泡的存在提高了油品的可壓縮性，降低了液壓系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，會引起機(jī)械強(qiáng)烈震動并加大噪音，因此潤滑油中加入抗泡劑來提高油品的抗泡沫特性[5]。

常用的潤滑油抗泡劑有三類：第一類是有機(jī)硅聚合物，最常用的是二甲基硅油，它能有效抑制泡沫的產(chǎn)生，有機(jī)硅聚合物抗泡劑的作用機(jī)理為增加液體同空氣的表面張力，使之不易生成氣泡，因此含有機(jī)硅聚合物抗泡劑的油品空氣釋放性較差；第二類是單獨使用的非有機(jī)硅聚合物。應(yīng)用最多的非有機(jī)硅聚合物抗泡劑是丙烯酸酯和烷基丙烯酸共聚物。這類抗泡劑和有機(jī)硅類型抗泡劑相比，能有效地改善油品的空氣釋放性；第三類是復(fù)合抗泡劑。由于上述兩類抗泡劑的優(yōu)點及不足，某些情況下單獨使用不能滿足油品性能要求，因此發(fā)展了復(fù)合抗泡劑，通過復(fù)合增加抗泡效果和提高抗泡劑的穩(wěn)定性[6]。轉(zhuǎn)向油對抗泡沫特性和空氣釋放性都有很高要求，因此本研究選用的是復(fù)合抗泡劑。

2.2.3 黏度指數(shù)改進(jìn)劑

潤滑油要求在溫度升高時黏度不要下降太大，而溫度降低時黏度增大不要太顯著，以保持其潤滑性能和冬夏季的通用性。潤滑油中通過加入黏度指數(shù)改進(jìn)劑來增加油品的黏溫特性，黏度指數(shù)改進(jìn)劑大都采用高分子化合物作為原料，主要使用的有聚甲基丙烯酸酯(PAMA)、乙烯-丙烯共聚物(OCP)、氫化苯乙烯雙烯共聚物(HSD、SD)以及酯化的苯乙烯-馬來酸酐共聚物(SPE) 等。其中OCP具有增黏能力強(qiáng)、改善黏溫性能效果明顯、價格適中等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于液壓傳動系統(tǒng)用油中[7]。

2.2.4 復(fù)合劑的選擇

隨著節(jié)能環(huán)保的要求越來越高，低排放、省燃油、低維護(hù)成本成為汽車工業(yè)發(fā)展的內(nèi)在推動力。隨著機(jī)電液一體化的不斷推進(jìn)，除了汽車硬件在設(shè)計制造方面日益改進(jìn)之外，對于油品的要求也越來越高。對汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來說，所用的動力轉(zhuǎn)向油的性能是非常重要的，在動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，由于車輛在行駛過程中的大多數(shù)時間里，助力轉(zhuǎn)向泵都處在工作狀態(tài)，這樣也會造成車輛的油耗增加，為進(jìn)一步節(jié)省油耗，OEM也對汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的體積越來越小，減少了動力轉(zhuǎn)向油的用量，同時對油品的性能要求更加苛刻，要求換油周期長、具有良好的抗磨損性能 、溫升特性、防銹防腐性能、熱氧化安定性，而這些性能都是通過添加各種功能添加劑來實現(xiàn)的[8]。中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心研制的RHY4026工業(yè)用油復(fù)合劑是一種性能優(yōu)異的多功能復(fù)合劑，因此選用該復(fù)合劑作為動力轉(zhuǎn)向油開發(fā)的技術(shù)平臺，與選定的其他組分進(jìn)行適應(yīng)性研究。

2.2.5 油品溫升特性考察

動力轉(zhuǎn)向油在實際使用過程中會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，如果溫度過高會出現(xiàn)以下問題：油品高溫黏度下降，出現(xiàn)內(nèi)泄漏，油壓難以建立，從而出現(xiàn)轉(zhuǎn)向困難的問題；損壞密封件，因為熱脹冷縮的原因?qū)е铝悴考g的間隙變小從而會在運行過程中出現(xiàn)異響；溫度過高會加速油品的氧化衰敗，減少油品的使用壽命，從而增加維護(hù)成本。因此溫升特性是動力轉(zhuǎn)向油關(guān)鍵性能，因此實驗室做了重點考察。具體見表4及圖1。

表4 研制油測試數(shù)據(jù)

圖1 研制油溫升曲線

通過研制油和參比油溫升試驗比較后發(fā)現(xiàn)參比油的溫升曲線優(yōu)于研制油，通過分析后認(rèn)為黏度對溫升特性有重要影響，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

高黏度油品在高溫下內(nèi)泄漏小，因而在相同試驗條件下流量高；

高的流量有利于油品在摩擦副表面形成流體潤滑膜，減小摩擦副表面的摩擦系數(shù)，從而降低摩擦產(chǎn)生的熱量；

高而且穩(wěn)定的流量有利于油品在運行過程中帶走更多的熱量，從而起到良好的散熱作用。

因此對研制油的配方進(jìn)行了優(yōu)化，提高油品黏度，重新進(jìn)行了溫升特性的考察，具體數(shù)據(jù)見表5及圖2。

表5 大黏度研制油測試數(shù)據(jù)

圖2 兩種黏度研制油溫升試驗曲線

從圖1、圖2和表5的數(shù)據(jù)可以看出，增大油品的黏度后研制油的溫升特性、抗磨損性能都得到了顯著改善，而且優(yōu)于參比油。

2.2.6 PSF 11汽車動力轉(zhuǎn)向油配方的確定

通過對各組分油和添加劑進(jìn)行精心篩選后，確定了動力轉(zhuǎn)向油的配方，經(jīng)過多次模擬試驗和相關(guān)臺架試驗驗證，所研制的動力轉(zhuǎn)向油滿足指標(biāo)要求，性能優(yōu)于某品牌的市售參比油，其典型理化數(shù)據(jù)見表6。

表6 研制油典型測試數(shù)據(jù)

表6(續(xù))

從表6的數(shù)據(jù)可以看出研制油在低溫動力黏度、傾點方面優(yōu)于市售參比油，低溫流動性更好，避免寒區(qū)低溫轉(zhuǎn)向沉重的問題；研制油在磨斑直徑、Vickers泵磨損試驗、FZG齒輪機(jī)試驗中試驗結(jié)果均優(yōu)于市售參比油，說明研制油對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的磨損保護(hù)更加優(yōu)異；研制油的抗氧化性能更加優(yōu)異，能延長轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用油的使用壽命，降低用戶維護(hù)成本。

3 結(jié)論

(1)以加氫基礎(chǔ)油為主，添加RHY4026工業(yè)用油復(fù)合劑、OCP黏度指數(shù)改進(jìn)劑、聚 α-烯烴降凝劑以及復(fù)合抗泡劑研制出了PSF11汽車動力轉(zhuǎn)向油，油品性能優(yōu)于某品牌的市售參比油。經(jīng)過理化評定、臺架模擬試驗表明其各項性能均可滿足汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的潤滑要求。

(2)PSF11汽車動力轉(zhuǎn)向油改善了動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的低溫啟動性和抗磨損性能，并可延長油品的使用壽命。此外還能有效提高駕駛安全性，使汽車可以在低溫、重載等惡劣環(huán)境下正常工作。

[1] 周名，余卓平，趙治國.動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展[J].汽車研究與開發(fā)，2004(10)：9-12.

[2] 聶永濤，相鑫海，范樹軍.如何檢查與更換汽車動力轉(zhuǎn)向液[J].汽車與配件，2011(3)：46.

[3] 史志宇，鄭弘哲.動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用油與性能維護(hù)[J].汽車與配件，2011(8)：38-39.

[4] 鄒佩良.兩種潤滑油降凝劑的合成及降凝機(jī)理研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2007.

[5] 孫華，嚴(yán)正澤，劉馥英，等. 潤滑油抗泡機(jī)理的研究Ⅰ.泡沫的流變行為及表面黏彈性能[J].華東化工學(xué)院學(xué)報，1992，18(5)：582-589.

[6] 鄧廣勇,劉紅輝,李純錄.潤滑油抗泡劑的類型和機(jī)理探討[J].潤滑油，2010,25(3)：41-43.

[7] 張佳荃.新型潤滑油黏度指數(shù)改進(jìn)劑的開發(fā)研制[D].遼寧：師范大學(xué)，2011.

[8] 萬福新,陳惠卿.汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用油的性能[J].合成潤滑材料，2008，35(4)：25-27.

Study of Power Steering Fluid PSF11

YAO Yuan-peng, ZHOU Kang, MI Li-ping, FU Xi-sheng

(Lubricating Oil Key Laboratory of CNPC, Lanzhou 730060, China )

A power steering fluid PSF11 has been developed. The oil consists of pour point depressant, viscosity index improver, antifoam agent, hydrogenated base oil and multifunctional compound additive RHY4026.The PSF11 has excellent low temperature fluidity, anti-foam ability, thermal oxidation stability, anti-wear ability and temperature rise characteristics, which can be widely used in automobile steering system to ensure the stability and sensitivity of steering system and improve driving comfort.

automobile; power steering fluid; anti-wear; temperature rise characteristic

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.01.002

1002-3119(2017)01-0007-05

TE626.3

A

2016-10-12。

姚元鵬，碩士，工程師，2011年畢業(yè)于四川大學(xué)有機(jī)化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)主要從事齒輪油配方的開發(fā)工作，已發(fā)表論文兩篇，申請專利一項。E-mail：yaoyuanpeng_rhy@petrochina.com.cn