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機油的功能和原理

作者:道野潤滑油     發表時間:2019-11-04 16:26:50

 經常聽到有卡友說:“我這車換新機油以后車子聲音好聽多了”或者是:“我這次換了機油以后發動機聲音沒有以前安靜”。
       其實,通過發動機運轉聲音是可以知道發動機潤滑效果如何的。剛剛看了殼牌一篇文章,它說活塞裙部潤滑效果差異會引起發動機的噪音與震動NVH值的不同。所以想寫篇文章分析分析機油的潤滑性能。
       作為機油的最基本功能——潤滑性能是保證發動機能否正常運轉和長壽命使用的根本。下面來分析一下機油的潤滑原理與我們需要注意的一些問題。
     一:油膜潤滑


       1) 什么是油膜潤滑       老司機都知道開車要看住機油壓力,機油壓力是保證軸瓦正常工作的前提,機油的油膜將軸瓦隔開避免相對運動的兩個部件直接接觸,達到減磨的目的。這種潤滑方式就叫:“油膜潤滑”,也叫“全膜潤滑”。
       2) 機油粘度與節油
       機油在流動的時候分子之間有摩擦阻力,分子內部摩擦阻力較大的機油我們就說它的粘度很大,分子之間摩擦阻力小的機油我們就會說這款機油較稀,機油內部分子間的摩擦阻力對于發動機的運轉來說完全是副作用。       所以我們應該在保證潤滑效果(機油壓力)的情況下盡量選擇粘度低的機油,以保證發動機的動力性能與節油。
      3) 抗剪切性能是選擇機油的一個關鍵指標      機油在受到兩個摩擦面擠壓的過程中會變稀,同時機油溫度也會升高。這個對于機油的擠壓力就叫“剪切力”。機油對于這個剪切力的抵抗值就叫“抗剪切值”。對于機油的抗剪切數值有兩個指標:
      (1)150攝氏度條件下的抗剪切性能;
       (2)抗連續剪切穩定性。
         不要以為這倆數值離我們很遙遠,可以簡單理解就是抗剪切性能差的機油看起來很黏,實際用一用就變得很稀很稀了。
         在我們實際使用中很多時候會遇到涼車機油壓力很高,機器運轉一會機油壓力就會很低?;蛘邲鲕嚢l動機聲音很安靜,熱車聲音很吵。這個時候就需要考慮是否機油的抗剪切性能不過關。
      4) 合成機油可以保證更佳的油膜質量       上圖左邊是礦物油的分子排列,右邊是合成機油的分子排列??梢钥吹阶髠鹊V物基礎油的分子大小不一,疏密無致。右側的合成基礎油分子大小一致,排列有序。遇到高溫或者高剪切的時候礦物油分子會很快分開,使油變稀。       而合成機油在高溫或者高剪切的時候油分子不會很快分開,粘度不容易下降。同時,低溫條件下礦物油分子會緊密的膩在一起,使粘度變大。
       而合成機油因為分子間一直都有合適的距離,在低溫條件下粘度變化不大。所以我們說合成機油高溫不稀低溫不稠,油膜質量受溫度影響較小??梢越o發動機提供更好的潤滑效果。
       5) 機油粘度的選擇
       如果軸瓦負荷過大,則需要將它倆隔開的壓力要更大,也就是說大負荷需要高的機油壓力。
       比如大負荷車輛一般油門都比較大,發動機負荷也很大,就需要選擇粘度較大的機油才能保證較高的機油壓力。如果軸瓦等需要油膜潤滑的部位配合間隙更大,則機油越容易流失。選擇內部摩擦阻力大的機油(高粘度機油)就可以保證機油流失少,來保證需要的機油壓力。      對于合成機油很多人都認為它看上去“太稀”,機油壓力會低。這是不正確的觀點。相同粘度等級的礦物油和合成機油(比如同為40粘度等級機油)在發動機正常運轉的“高溫”下(機油溫度80-100度)其運動粘度指標是一樣的。你停機拔機油尺或在機油桶里倒出來所看到的機油粘度一般都是低于這個溫度的粘度,并不是發動機正常運轉時候機油粘度的實際表現,沒有太實際意義。     對于我們卡友來說選擇機油粘度等級就應該是:看熱車條件下的怠速機油壓力。比方說發動機重載爬完一個大坡,看松開油門怠速的時候的機油壓力有多少。只要不低于使用手冊介紹的最低機油壓力,就可以認為這款機油是合格的。(需排除其它因素,比如發動機故障)       好的機油應該是:涼車和熱車機油壓力變化越小越好,涼車機油壓力不太高,熱車機油壓力不太低才是一款好機油。而這恰恰是合成機油最大的優點。所以,不考慮價格的話盡量一年四季選擇合成機油??梢赃_到減輕磨損,節油的效果。二:邊界潤滑

      1) 哪些地方需要邊界潤滑

      前面提到過一個名詞:150攝氏度高溫抗剪切值;SAE(美國汽車工程師學會)標準要求的發動機機油油膜耐最高溫度剪切限值是150攝氏度。也就是說機油油膜質量在150攝氏度的條件以下是可以保證安全使用的,超過這個溫度機油油膜質量是沒有保證的。而發動機很多需要潤滑的地方溫度會超過攝氏150度,比如第一道活塞環環背與缸筒之間的潤滑,凸輪軸凸輪部位的潤滑,氣門與氣門導管之間的潤滑等等。       這些部位因為高溫高剪切很容易會超過150攝氏度,在這樣一些部位油膜質量是無法保證足夠的潤滑。那么就需要機油的另外一種潤滑方式了:邊界潤滑。
      2) 邊界潤滑是個啥東西?
      先講一個我們大家都懂的現象:小孩子拿鉛筆在墻上涂抹過的地方我們用手摸感覺會滑滑的,這是因為通過力將碳涂抹在墻體表面的緣故。假如將鉛筆芯磨成粉用力擠壓涂抹在墻體表面會是什么樣子?可想而知肯定是一大片滑滑的感覺,并且墻體越硬越光滑需要涂抹的力度會越大。知道了這個現象以后我們來看看“邊界潤滑”。       發動機邊界潤滑的機理是:當兩個摩擦表面以極高的壓力擠壓的條件下,摩擦表面會產生高熱,附著在摩擦表面上的機油里面所含的極壓添加劑硫、磷、鋅等元素(英文名:ZDDP;學名:二烷基二硫代磷酸鋅)。與金屬表面進行化學反應迅速地生成無機物膜,這種化學反應膜的熔點高,剪切強度低,與金屬表面連結牢固,可以保護表面不發生粘著磨損。在滑動過程中,反應膜被磨去后將迅速生成新膜,有效地防止兩摩擦表面的直接接觸。       這里有幾個關鍵點必須注意:
       1) 極壓條件下的潤滑是依靠機油里面的添加劑來保證潤滑的。       2) 邊界潤滑只需要極少量的機油添加劑來涂抹接觸面,所以飛濺潤滑可以滿足,不一定需要機油壓力來保證潤滑效果。
       3) 擠壓產生的高溫使添加劑融化才能保證潤滑效果。
        4) 擠壓產生的潤滑膜會不斷脫落不斷補充。
        這樣理解:機油里面的極壓添加劑受到擠壓后在兩個摩擦表面形成一層膜從而達到降低摩擦的目的。比如活塞環在運動的時候會在缸筒表面來來回回的刷上一層膜來減輕磨損,這層膜是不斷脫落并不斷的形成新的膜。       邊界潤滑利用硫磷鋅合劑在摩擦表面成膜的技術從二十世紀四十年代發明以來經過了七十年的實踐,這是一個相當成熟的技術了,人們一直試圖利用更先進的技術來代替它。時至今日硫磷鋅合劑依然是機油產品極壓條件下保證潤滑效果的最佳手段,但是因為環保的原因。CJ,CK級別的機油產品會減少硫磷鋅的含量,加入部分別的材料來保證潤滑效果。        這里有幾個字要注意“為了達到以前的極壓潤滑效果”。所以,對于不帶DPF的發動機CI級別機油是最佳選擇。一個例證就是,現在世面上長換油的機油幾乎都是CI/E4,E7級別。(對于CJ,CK/E6,E9級別的機油的長換油需要滿足更多的條件)
      3) 機油的坑你進過幾個?
     正是基于活塞環在缸筒表面不斷的“涂膜”這一機油潤滑的常識。所以市面上有許多號稱可以提高潤滑效果,減輕摩擦阻力達到節油目的的產品。
      比如,前幾天還有網友問我,有人推薦他使用“缸筒磨損修復劑”。我給他講了上面機油“邊界潤滑”的基礎知識,讓他自己決定買還是不買。
突然想起“抗磨機”這個梗來了:
       經常見到有用抗磨演示機演示自己的添加劑產品性能:用鋼珠與磨輪模擬發動機內部運轉的元件,不斷用增加砝碼的方法來演示兩個元件之間不斷增強的摩擦。
這是非?!爸庇^”的抗磨試驗,再演示自己的產品連壓N個砝碼依然能夠讓鋼珠不磨損,瞬間會讓消費者“折服”。潤滑油是在發動機內部使用,屬于高溫高壓的環境,這種試驗機一直是在常溫常壓下實驗,得到的數據沒有丁點依據性。
       近些年這種情況又有愈演愈烈之勢,更有甚者,利用網絡大肆宣揚這些偽科學,偽實驗來宣傳產品。
       國內最近比較火的是打著石墨烯口號銷售石墨烯潤滑油大肆渲染石墨烯功效不禁讓人想起了當年的納米機油,陶瓷機油。殊不知石墨烯有團聚的特性,真不知道他們到底有沒有加入石墨烯。
三:總結

       除了油膜潤滑與邊界潤滑之外還有第三種狀態:混合潤滑。就是摩擦表面既有油膜潤滑也有邊界潤滑。這里就不展開談了!

        潤滑油是一種講究綜合性能的產品,潤滑只是機油的功能之一,還包括密封、清潔、散熱等等功能。如果需要了解機油最新技術只需要看看國內市場上幾家頭牌機油制造商的最新產品就可以了!


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