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了解潤滑油的主要功能

發布時間:2017-02-08 16:27:32

      在我們開始討論發動機油的功能以前,我們先來看看制造四沖程發動機的金屬材料,然后我們再來討論發動機油的基本功能。

  大部分氣缸外套都是黑色的鑄鐵或者用鑄鐵做氣缸襯墊的鑄鋁件。氣缸頭也是鑄鐵或者鑄鋁。液體冷卻通道分布于每個氣缸,燃燒室的高熱區域以及氣缸頭的排氣孔周圍的開孔 。活塞用鋁合金制造,曲軸用鑄鐵或者鑄鋼制造。連桿也用鑄鐵制造,不過賽車用的連桿是用鋁制造的。

  活塞和活塞環總成沿著鐵氣缸體或鐵氣缸墊滑動,產生了占整個發動機產生的摩擦的70%左右的摩擦。其他的高摩擦區域集中于閥門傳動部件。最少的摩擦產生于連桿和曲軸座 之間的軸承。當它形成潤滑金屬表面時,我們處理的是鐵和鐵以及鋁和鐵的潤滑;鐵的曲軸座和連桿軸承(錫和鉛合金)之間的潤滑除外。

  與發動機油相關聯的大部分問題存在于燃燒的副產品上。這些副產品通過活塞環的泄漏進入發動機的機油中,以及機油自身由于熱和氧化的作用進行的分解。泄漏物是由氮氧化 物、各種形式的硫化物、沒有燃燒的燃油、過氧化物、水、二氧化碳以及其他物質的混合物。這些化學物品通過活塞環,在閥門的引導下進入發動機。它們相互反應,亦和發動機 油發生反應,形成污染物,使得發動機油轉化成使用過的曲軸箱油。

  很重要的是要記住,未使用過的發動機油轉化為使用過的曲軸箱油是很快的,潤滑、冷卻、密封和清潔的功能是由使用過的曲軸箱油來完成的。

  曲軸箱油的四個基本功能是:潤滑、冷卻、密封和清潔。流體薄膜和邊界潤滑防止了摩擦和磨損。將近40%的發動機冷卻是通過油路來完成的,熱量被機油吸收,并通過油盤傳 遞給圍繞在油盤的空氣中去。活塞環和閥門的密封防止了泄漏,機油消耗和壓力損失。保持發動機零部件的清潔可以通過清潔劑、分散劑和氧化抑制劑來得到。

  潤滑功能

  潤滑的定義是減少兩個表面的摩擦阻力(其中至少一個表面在運動)以及保護兩個表面不致過度磨損。為了控制摩擦、磨損和表面損傷,曲軸箱機油必須能夠完成兩種潤滑:液體 薄膜潤滑以及邊界潤滑,當液體薄膜不能使兩個表面分開時,允許金屬與金屬間的接觸。

  當潤滑油附著在發動機零部件表面時,液體薄膜潤滑依賴于表面溫度和機油的粘度。表面越熱,機油的粘度就越低,機油薄膜厚度就越薄――就得面對更嚴重的金屬-金屬接觸 的危險。

  雖然低粘度機油相對于高粘度機油在減少摩擦方面具有更高的效率,但機油薄膜在增加的負載下越來越薄,將導致摩擦比更厚的機油薄膜下的摩擦大到10到100倍。特別薄的機 油薄膜將從液體薄膜潤滑轉化為邊界潤滑。

  邊界潤滑發生于當液體薄膜不能使相接觸的金屬表面分開,以減少一個金屬表面在另一個金屬表面滑動時的摩擦和磨損。不像液體薄膜潤滑依賴于機油的粘度,邊界潤滑依賴于 機油元素和被潤滑的金屬表面的化學反應。發動機油含有ZDDP(鋅雙基二磷酸鹽)來實現邊界潤滑。ZDDP含有鋅、磷酸鹽、硫。這些元素和鐵在300℉以上溫度發生反應,產生磷酸鐵 和硫化鐵以及氧化鋅層。這些元素都被用鐵制造的發動機零部件表面所吸收,防止了在相對的表面上由于焊接形成的高污點(刻痕)和破裂成磨損微粒。

  ZDDP邊界潤滑提供了良好的磨損保護,但是缺乏流體薄膜的減少摩擦的特性。為了ZDDP邊界潤滑減少摩擦,我們在ZDDP中加入磷酸酯和機油可溶的鉬來形成摩擦減少化合物,稱 為MPZ(鉬-磷-鋅)磁性摩擦減少添加劑。這種添加劑具有比ZDDP更有效的邊界潤滑,因而具有更好的磨損保護和減摩擦性能。

  MPZ是一種邊界潤滑劑用以在高摩擦區域,如氣缸、活塞環和閥門傳動零部件中取代ZDDP。通過減少在這些邊界表面的摩擦,MPZ增加來發動機的功率輸出,通過傳動系統,傳遞 到后軸和后車輪。

  冷卻功能

  冷卻可以通過兩種方式來得到:第一,曲軸箱機油通過邊界潤滑減少摩擦,因此也減少了產生于發動機零部件上的摩擦熱量。第二,通過將發動機零部件的熱量傳遞到由機油泵 提供動力的在發動機里面循環流動的機油。這種發動機零部件的冷卻方式依賴于曲軸箱機油的粘度。熱量降低了機油的粘度,允許它在重力作用下流的更快,流回到曲軸箱。當到 達曲軸箱后,熱量從機油處通過傳遞到油盤的底部和側壁上,然后散發到油盤周圍的空氣中。

  在干的機油箱潤滑劑系統中,機油在機油冷卻散熱器中循環。從熱的發動機零部件出來的熱量傳遞給機油。當機油到達冷卻器時,熱量傳遞給通過機油冷卻器的空氣中。估計有 40%的發動機冷卻是通過曲軸箱機油來完成的。

  密封功能

  一個最常被忽略的曲軸箱機油的功能是活塞環和閥門的密封。為了密封活塞環,機油薄膜需要一定的黏附力和結合力來防止泄漏,壓力損失和機油進入燃燒室。基礎油成分包括 粘度改良劑,用于提高曲軸箱機油對活塞環的密封性能。粘度改良劑是一種聚合體,當溫度升高時,它們就膨脹。這增加了在所需的環和環槽間區域的機油粘度。這種分子膨脹發 生在其他高溫區域,比如排氣門和閥門導桿處。

  當曲軸箱機油具有良好的密封性能時,它減少了機油損耗,防止壓力損失,減少泄漏,防止了過多數量的燃燒氣體和微粒進入曲軸箱。好的活塞環密封和清潔減少了進入曲軸箱 的沉積形成物的體積,也就是增加了曲軸箱機油的使用壽命。

  清潔功能

  曲軸箱機油的清潔能力依賴于機油的清潔劑,分散劑以及某種程度上的氧化抑制劑。清潔劑中和燃燒時的酸性副產品和燃油及機油中的氧化材料。清潔劑控制生銹,腐蝕和不溶 解微粒,這些都是加熱時形成的發動機沉積物的組成物。分散劑用于懸浮樹脂的,不溶于機油的微粒。這些微粒都是亞微米大小的固體和半固體,當它們懸浮于在發動機中循環的 機油中時,都是無害的。

  懸浮微粒被分散劑分子所包圍,防止它們被黏附和在增大。分散劑是無灰燼的,因此它們不會產生和增加沉積物。它們減少了機油中油泥的聚集,防止機油由于碳煙和樹脂微粒 而變稠,保護發動機零部件不受研磨磨損。

  氧化抑制劑使得機油薄膜暴露在高溫下時不會分解成不溶碳渣微粒。清潔劑,分散劑和氧化抑制劑一起發揮作用,可以提供清潔功能,是保持發動機零部件機械清潔所必須的。 沒有這些化學性能活躍的添加劑,活塞環將黏在活塞環槽中,導致不可控制的泄漏和由于壓力損失而引起的燃油消耗。

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