第7章 汽车润滑剂的合理使用

第7章汽车润滑剂的合理使用7.1发动机油7.2车辆齿轮油7.3汽车油滑脂7.1发动机油7.1.1发动机油的使用性能车用发动机油使用性能要求，将围绕延长汽车的使用寿命、降低成本、达到一定的燃料经济性和环保要求而发展。发动机油的主要作用是润滑、冷却、情净、密封和防蚀。发动机油在发动机中的工作条件主要表现在：(1)温度变化大。发动机油在发动机中工作时，接触到的各润滑部位温度很高．(2)压力高，活塞速度变化大。发动机工作时，燃气最高压力可达5～9MPa，活塞环对气缸的侧压力为2～3MPa，活塞裙部对气缸的侧压力为1.0～1.2MPa。现代发动机的最高转速可达3000～6000r/min，由于活塞每秒行经100～200个行程．活塞平均速度可达10～15m／s，且活塞在上下止点时速度为0，活塞在气缸中的速度变化大。因此摩擦表面难以形成理想的润滑状态，会产生异常磨损和擦伤。潘存云教授研制轴瓦失效实例:潘存云教授研制疲劳点蚀潘存云教授研制表面划伤潘存云教授研制轴瓦磨损(3)发动机零件易腐蚀。与可燃混合气和燃烧废气接触的零件(例如气缸、气缸盖、活塞组等)将受到化学腐蚀。(4)发动机油易变质。发动机油的高温氧化、曲轴箱窜气、杂质和沉积物的混入，会促进发动机油劣化变质。(5)发动机净化装置的采用使发动机油工作条件恶化。当代汽车为适应日趋严格的汽车排放法规，在传统发动机结构中增加了排气净化装置，例如曲轴箱强制通风装置(PCV)、废气再循环装置（EGR）等。这些装置使发动机油的工作条件恶化、并对发动机油使用性能级别提出更高的要求。闭式曲轴箱强制通风装置(PCV阀)发动机油应具有以下使用性能一、良好的润滑性二、良好的低温操作性三、良好的黏温性四、良好的清净分散性五、良好的抗氧性六、良好的抗腐性七、良好的抗泡沫性一、良好的润滑性在各种条件下，发动机油降低摩擦、减缓磨损和防止金属烧结的能力，叫做发动机油的润滑性。发动机油的黏度和化学性质对发动机零件在不同润滑状态的润滑作用有重要影响。•按照两表面的润滑状况，摩擦分为：1）干摩擦----无润滑状态2）边界摩擦——边界润滑状态3）流体摩擦——流体润滑状态4）混合摩擦——混合润滑状态5）薄膜摩擦----薄膜润滑状态一、干摩擦•不加润滑剂时，相对运动的零件表面直接接触，这样产生的摩擦称为干摩擦(如真空中)。二、流体摩擦•当两摩擦表面被流体（液体或气体）完全隔开时，摩擦表面不会产生金属间的直接摩擦，流体分子层间的粘剪阻力就是摩擦力，这种摩擦称为流体摩擦。三、边界摩擦两表面加入润滑油后，在金属表面会形成一层边界膜，它可能是物理吸附膜，也可能是化学反应膜。不满足流体动压形成条件，或虽有动压力，但压力较低，油膜较薄时，在载荷的作用下，边界膜互相接触，横向剪切力比较弱，这种摩擦状态称为边界摩擦。油性分子吸附在表面润滑机构——在边界润滑的条件下AW/EPAdditivesPreventMetalContact抗磨损/极压添加剂防止金属表面的接触此时起润滑作用的不再是润滑油的黏度，而完全是润滑油的化学性质，即润滑油的油性和极压性。四、薄膜润滑状态介于干摩擦和边界摩擦之间，薄膜厚度仅几纳米，在现代精密机械系统中普遍存在五、混合摩擦•当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现流体摩擦、边界摩擦和干摩擦同时存在的现象，这种摩擦状态称为混合摩擦。当润滑油膜的厚度小于运动副表面粗糙度时，便成为边界润滑状态，此时起润滑作用的不再是润滑油的黏度，而完全是润滑油的化学性质，即润滑油的油性和极压性。油性是润滑油在摩擦金属表面上的吸附性。极压性是润滑油在摩擦表面的化学反应性质。发动机油黏度是评定润滑性的重要指标。但是，对于边界润滑、主要是油性剂和极压剂起作用，所以发动机油的润滑性还要通过相应的发动机试验来评定。二、良好的低温操作性从发动机油方面保证发动机在低温条件下容易起动和可靠供油的性能，叫做发动机油的低温操作性。发动机油黏度随气温降低而增加，因此，使发动机低温起动时转动曲轴的阻力矩增加，曲轴转速下降(图7-1)，从而造成发动机起动困难。发动机油黏度增加后，流动困难，供油不足，造成磨损严重。发动机油的低温操作性包括有利于低温起动和降低起动磨损两方面。润滑油的黏度润滑油的黏度反映了润滑油在外力作用下抵抗剪切变形的能力，也是内摩擦力大小的标志。1．低温动力黏度按流体黏度特性流体分牛顿流体和非牛顿流体两类。牛顿流体：遵循牛顿黏度定律的流体，即切应力与剪切速率成正比的流体，叫做牛顿流体；非牛顿流体：不遵循牛顿黏性定律的流体．即切应力与剪切速率不成正比的流体，叫做非牛顿流体。表观黏度：润滑剂在低温状态下为非牛顿流体，其黏度为低温动力黏度，也称表观黏度低温动力黏度：非牛顿流体流动时内部阻力特性的量度，其值为在规定的剪切速率下，切应力与剪切速率之叫做表观黏度，即低温动力黏度。低温动力黏度是划分冬用发动机油强度级别的依据之一。2．边界泵送温度发动机油的边界泵送温度：能将发动机油连续、充分地供给发动机机油泵入口的最低温度，叫做发动机油的边界泵送温度边界泵送温度是衡量发动机在起动阶段发动机油是否易于流到机油泵入口并提供足够压力的性能。边界泵送温度也是划分冬用发动机油黏度级别的依据之一。发动机油的边界泵送温度测定按照GB／T9271-1988《发动机油边界泵送温度测定法》的规定进行。3．倾点倾点：试样在规定的条件下冷却时，能够流动的最低温度，叫做倾点。同一试样的凝点比倾点略低。现行发动机油规格均采用倾点作为发动机油低温操作性的评定指标之一。油品的倾点测定按GB／T3535—1983(1991)《石油倾点测定法》的规定进行。倾点测定实验指导倾点测定器见图7-2。方法概要是，试样经预热后，在规定速度下冷却，每间隔3℃检查一次试样的流动性。记录观察到试样能流动的最低温度做为倾点三、良好的黏温性温度对油品黏度的影响很大。温度升高，黏度降低；温度降低，黏度升高。润滑油这种由于温度升降而改变黏度的性质叫做黏温性。良好的黏温性是指油品的黏度随温度的变化程度小。发动机油所接触到的各润滑部位的工作温度差别甚大。因此，就要求发动机油在高温工作时，能保持一定的黏度，以形成足够厚度的油膜，确保润滑效果；而在低温工作时，黏度又不至变得太大，以维持一定的流动性，使发动机低温时容易起动和减小零件的磨损。稠化机油：在基础油中加入黏度指数改进剂可提高油品的黏温性。能同时满足低高温使用要求的发动机油叫做多强度发动机油，俗称稠化机油。这种发动机油用低黏度的基础油和黏度指数改进剂调配而成，具有良好的黏温性。发动机油黏温性的评定指标是黏度指数。黏度数：润滑油黏度随温度变化程度与标准油黏度随温度变化程度比较所得的相对值，叫做黏度数。黏度指数缩写为VI（viscosityIndex）越高，即黏温性越好，对于黏度指数小于100的润滑油，黏度指数按下式计算黏度指数的概念可用图7-3作具体说明把试油与在100℃和试油黏度相同，但黏温相性截然不同(高标准油VI＝100；低标准油VI＝0)的两种标准油对比，试油在40℃时的运动黏度越接近高标准油，则黏度指数VI——黏度指数；L——黏度指数为0的低标准油在40℃时的运动黏度(该种油在100℃时的运动黏度与试油相同)；U——试油在40℃时的运动黏度；H——黏度指数为100的高标准油在40℃时的运动黏度(该种油在100℃时的运动黏度与与试油相同)。黏度指数可根据GB／T995-1988《石油产品黏度指数计算法》或GB／T2541-1981《石油产品黏度指数计算表》计算。%100HLULVI四、良好的清净分散性发动机油的清净分散性：发动机油能抑制积炭、漆膜和油泥生成或将这些沉积物清除的性能，叫做发动机油的清净分散性。评定指标：发动机油清净分散性的评定指标是硫酸盐灰分和残炭。发动机油的清净分散性主要通过相应的发动机试验来评定。1、硫酸盐灰分硫酸盐灰分是指试样炭化后的残留物用硫酸处理，加热至质量恒定时的残留物。硫酸盐灰分可以用来表明新润滑油中已知的含金属添加剂的浓度。2、残炭油品在规定条件下受热蒸发后剩下的黑色残留物叫做残炭。残炭占油品总质量的百分数叫做残炭值。根据残炭量大小，可以大致判断发动机油在发动机中结炭的倾向。五、良好的抗氧性发动机油氧化：发动机油与氧相互作用反应生成氧化产物，改变其物理和化学性质的过程，叫做发动机油氧化。发动机油抗氧性：发动机油抵抗氧化的能力叫做发动机油抗氧性。发动机油的氧化是发动机沉积物生成、发动机油变质的前提，因此抗氧性也是发动机油的重要性质。途径：从油品方面减缓发动机油的氧化变质的主要途径有：选择合适的馏分和组成，合理精制；添加抗氧剂或抗氧抗腐剂。六、良好的抗腐性发动油的抗腐性：动机油抵抗腐蚀性物质对金属腐蚀的能力叫做发动油的抗腐性腐蚀机理：金属先与氧化产物(过氧化物)作用。生成金属氧化物，接着金属氧化物与有机酸反应生成金属盐。提高发动机油抗腐性的途径：加深发动机油的精制程度，减小酸值，同时要添加抗腐剂。发动机油抗腐性的评定指标：是中和值，通过相应的发动机试验来测定。中和值：表示油品在使用期间，经过氧化后酸、碱值的相对变化。酸值是中和1g试油中的酸性组分所需要氢氧化钾的毫克数，碱值是中和1g试油中的碱性组分所需要的酸量，换算为相当的碱量。潘存云教授研制潘存云教授研制点蚀七、良好的抗泡沫性发动机油的抗泡沫性：发动机油消除泡沫的性质叫做发动机油的抗泡沫性。评定指标：发动机油抗泡沫性的评定指标是泡沫性抗泡沫性7.1.2发动机油的分类和规格一、发动机油的分类发动机油按使用性能和黏度进行分类1．发动机油的使用性能分类表7-1API汽油机油的使用性能分类API质量水平SA用于运行条件非常缓和的老式汽油机和柴油机，不含添加剂SB用于中等运行条件下的老式汽油机。加少量的抗氧剂，具有轻微的抗氧性和抗磨性SC用于1964-1967年生产的汽油机。具有清净性和防蚀性SD用于1968-1971年生产的汽油机。具有比SC级更好的清净性和防蚀性SE用于1972-1979年生产的汽油机。有比SD级更好的清净和防蚀性．并具有高温抗氧化性SF用于1980-1988年生产的汽油机。有比SE级更好的抗磨、防蚀、清净性和高温抗氧化性SG用于1989-1993年生产的汽油机。具有比SF级更好的抗磨、防蚀和清净件SH用于1994年后生产的汽油机。具有比SG级更好的抗磨、清净性和高温抗氧化性SJ用于1997年后生产的汽油机。具有比SH级更好的滑净性和高温抗氧化性，并具有更长的S系列(SERVICESTATlONCLASSlFICATlON即供应分类现行的API柴油机油分类见表7-2C系列(COMMERCIALClassification工商业分类2．发动机油的黏度分类目前执行的是SAEJ300-1987《发动机油黏度分类》(表7—3)美国汽车工程师协会按机油粘度等级分类法将机油质量分类，第一类为单级粘度型，又分为高温环境用型和低温环境用型。高温环境用型机油标号有：SAE30、SAE40、SAE50，SAE后标注的数字表示在100摄氏度下机油的粘度，数字越大表明机油粘度越大。由于这种机油的粘度相对较大所以比较适合夏季高温下使用，气温越高的地方应选择标号数字较大的产品。低温环境用型机油标号有：SAE0W、SAE15W、SAE20W，SAE后的W表示冬季，而数字也表示粘度，数字越小表示粘度越小。由于此类型的机油用于冬季低温，粘度低，所以对于温度越低的地区应选用数字越小标号的机油。机油粘度越低，发动机的启动转速越大；同时机油的倾点越低，机油就越容易被泵送，可以更快捷的到达润滑部位，缩短发动机经受干摩擦的时间。第二类为多级粘度全天候用型：机油标号有：SAE5W-30、SAE15W-40、SAE20W-50。这种标号横杠前半部分表示该标号机油所符合的冬季低温粘度性能，横杠后半部分表示符合的夏季高温粘度性能。W前的数字越小，表示润滑油在低温时的流动性越好，汽车启动越容易。而W后边的数字越大，则表明该机油在高温环境的粘稠性越好，生成的油膜强度更强，这种机油基本可以