汽车用润滑剂技术性能研究

2014-05-30朱镜瑾

企业技术开发·中旬刊 2014年9期

朱镜瑾

摘要：润滑油是发动机正常工作的必要保障，润滑油在发动机中的工作环境较为恶劣，高温及运动副相互摩擦产生的金属颗粒等都会对润滑油产生催化作用，从而使润滑油不断变质，产生各种沉积物。沉积物又会不断地污染润滑油，形成恶性循环，进而影响润滑油的润滑效果。所以，要想保证发动机在复杂的条件下正常工作，就要求发动机用润滑油有较好的清净分散及抗氧化能力。这就需要润滑油经过深度精制，并加合适的添加剂。

关键词：润滑油；沉积物；添加剂

中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0001-02

发动机运转时，它的主要摩擦副活塞环与缸套、曲轴与主轴瓦、连杆与连杆瓦、凸轮与挺杆之间，都在相对地运动和摩擦，并且这些部件经常在高速、高温和高压下运转，运行环境相当恶劣。如果这些部件得不到适当的润滑，就会造成金属之间的干摩擦，不仅会消耗很多动力，甚至会造成两个接触面的金属磨损、融化，使机件卡住。所以发动机运转时，必须使用合适的润滑油。

润滑油是基础油和添加剂严格按一定比例调配而成，其中发动机润滑油是润滑油当中要求较高的一种油品，发动机润滑油的主要作用是润滑、冷却、清洁、密封和防锈、防腐蚀。

1 发动机中沉积物的性能和危害

发动机润滑油所处环境比较恶劣，易在高温作用下发生氧化、聚合、缩合等一系列变化，在活塞顶部形成积碳，在活塞侧面形成漆膜，在曲轴箱中产生油泥。

1.1 积碳

积碳的成分与发动机使用的燃料和润滑油有很大的关系。积碳外观是一种坚硬，从黑到灰白的炭状物，它是燃烧不完全或是润滑油窜入燃烧室在高温下分解的烟炱等物质。这些物质沉积在活塞顶部、燃烧室周围等部位形成积碳，其主要危害有：

①使发动机产生爆震的倾向更大。②积碳容易在燃烧室中形成高温颗粒，使造成混合气点火提前，造成发动机功率损失2%～15%。③火花塞电极之间的积碳会使火花塞短路，从而引起功率下降和燃料消耗增大。④排气阀附近的高温积碳会使阀或阀座烧蚀。⑤积碳掉到曲轴箱中能引起润滑油变质并会堵塞过滤器等。⑥活塞环槽的积碳把活塞环顶出，也使活塞位置不正，增加机油消耗，增加缸套磨损。

1.2 漆膜

漆膜是一种坚固的有光泽的漆状薄膜，它主要是烃类在高温和金属的催化作用下经氧化、聚合生成的胶质、沥青质等高分子的烃类聚合物。它的形成机理可分为油品氧化和油液“微燃烧”两类，产生的部位主要是活塞环区、活塞裙部及内腔。

漆膜的危害：

①漆膜在发动机工作的热状态下是一种粘稠性物质，会使运动副之间的间隙减少，从而增加摩擦，甚至会发生粘连现象。

②漆膜散热不良，导致油温升高，加速油品变质。

③漆膜附着颗粒，导致机件之间磨粒磨损。

④漆膜还会堵塞油环及活塞上的油孔，造成机油耗量上升。

⑤有的漆膜沉积物混在油中，堵塞供油系统，使供油量降低，影响润滑效果。

1.3 油泥

油泥是一种棕黑色稀泥状物，主要沉积在曲轴箱边盖、挺杆盖、油底壳及滤清器等温度较低的部位。

油泥的危害：机油粘度的增加，堵塞油路造成供油不足，使摩擦部件得不到润滑，从而加速零件的磨损，直至发生故障。

1.4 烟炱

油中存在的烟炱沉积物是国内外近年来出现的新问题，由于排放法规的不断严格，发动机也要不断改进以达到新要求，制造商在发动机设计上不得不采用一些新技术，比如柴油机采用排气循环装置（EGR）、延迟喷射燃料技术等，汽油机采用燃料直接喷射（DGI），都能很好地改善排放质量，但这些措施却使润滑油中的烟炱含量大大增加。

烟炱是由多种物质组成的混合物，是一种炭状沉积物，其主要成份为石墨化碳黑，它在润滑油中是以胶体悬浮存在的，其初始大小约30～60 m，烟炱的主要危害：

①大颗粒会造成滤网堵塞，影响供油。

②烟炱是一种不溶物，悬浮油中使油粘度增大，流动变差。

③烟炱本身就是一种磨料，会加剧机件磨损，同时它吸附一些燃烧后酸性物质，产生腐蚀磨损。

2 发动机中沉积物的来源及形成过程

发动机中沉淀物的生成有两方面的因素：①润滑油高温氧化；②含硫燃料燃烧生成的SO2、SO3进一步与润滑油作用生成漆膜和积碳，以下阐述汽油发动机和柴油发动机中沉积物的形成过程。

柴油机一般作载重车的动力，经常处于连续工作状态。柴油机活塞上的漆膜和积炭主要来源于润滑油，曾用示踪原子测定漆膜和积碳的来源，结果表明漆膜和积碳90%来源与润滑油的氧化有关。燃料燃烧不完全的产物只占10%左右，但燃烧产物中的SO2、SO3却能使润滑油进一步磺化氧化，加速漆膜和积碳的生成。实验表明，当燃料的含硫量从0.4%增加到1.0%时，活塞上的沉淀物增加一倍。

汽油机在高温条件下生成的沉淀物和柴油机相似，而在城市中行驶的汽车时停时开，发动机经常处于低温条件下运行，容易在曲轴箱内产生油泥。由于积碳和漆膜是在高温条件下形成的沉淀物，所以，将润滑油抑制积碳、漆膜生成的性能称为高温清净剂；油泥是在低温下形成的，将抑制油泥生成的性能称为低温分散性。

3 发动机中影响沉积物生成的因素

3.1 影响高温沉淀物生成的因素

发动机方面：发动机的增压程度、润滑油温度及冷却液温度对沉淀物生成的影响比较大。

油品方面：燃料的含硫量和馏分范围，润滑油的组成、精制方法、馏分轻重等都与积碳及漆膜的形成相关。

燃料的馏分越重，活塞上的积碳、漆膜就越多。

与燃料对沉积物的生成影响相比，润滑油的性能对发动机中形成积碳、漆膜的影响更大。一般来说，润滑油的馏分越大，在发动机中形成的积碳、漆膜也越多。环烷基润滑油比烷基润滑油生成的沉淀物要多。润滑油的精制程度也对积碳、漆膜的生成也有影响，精制适当，积碳、漆膜的生成就少。但是并不是精制程度越深越好，过分的精制反而使润滑油的清净性变差。

3.2 影响油泥生成的因素

影响油泥的生成因素是发动机的操作条件、燃料和润滑油的性质。

当发动机处于时开时停或空转状态时，发动机的温度较低，燃烧后产生的水蒸气、CO2、CO、炭末以及燃料的重馏分等落入曲轴箱，使润滑油的氧化并使之乳化，生成不溶于油的油泥。

由于油泥是在低温下形成的，故与影响积碳、漆膜生成的条件相反，温度越低，越容易生成油泥。燃料、润滑油性能对油泥生成的影响基本与对生成积碳、漆膜的影响相似。由于发动机的发展趋势使润滑油的工作条件越来越苛刻，改善润滑油品才是关键，因此需要提高润滑油的清净分散性以适应这种趋势。

4 减少沉积物的措施

4.1 清净分散剂抑制沉积物的生成

在发动机油中加入清净分散剂添加剂是抑制沉积物生成的主要方法。润滑油的性能越高，档次越高，加入的清净分散剂越多。

清净分散剂的结构，基本上是由亲油、极性和亲水三个基团组成，由于结构的不同，导致清净分散剂的性能有所不同，一般来说，有灰添加剂的清净性较好，无灰添加剂的分散性突出。

清净分散剂的作用不仅是清净，还有良好的分散性。它能抑制减少沉积物的生成，使发动机内部清洁，同时还能将油泥和颗粒分散于油中，另外还能中和油中的酸性物质。清净分散剂的作用概括起来就是分散、增溶、洗涤、中和四点。

4.2 抗氧剂及抗氧防腐剂

氧化是发动机油降解的根本原因，沉积物的生成、磨损的加剧、泡沫的增加等都与油的氧化有直接的关系。使用抗氧剂来破坏氧化反应中的活性游离基，以控制油品的氧化。

5 结语