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机油的润滑原理,你知道吗?

纳克
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摘要:润滑是机油的主要的功能之一,是保证发动机正常运转和延长发动机的使用寿命的重要因素。关于机油的润滑原理,你知道多少?下面我们从油膜润滑与边界润滑两个方向来阐述润滑原理。
润滑是机油的主要的功能之一,是保证发动机正常运转和延长发动机的使用寿命的重要因素。关于机油的润滑原理,你知道多少?下面我们从油膜润滑与边界润滑两个方向来阐述润滑原理。
 
润滑 机油

油膜润滑
 
1) 什么是油膜润滑
 
老司机都知道开车要看住机油压力,机油压力是保证轴瓦正常工作的前提,机油的油膜将轴瓦隔开避免相对运动的两个部件直接接触,达到减磨的目的。这种润滑方式就叫:“油膜润滑”,也叫“全膜润滑”。
 
2) 机油粘度与节油
 
机油在流动的时候分子之间有摩擦阻力,分子内部摩擦阻力较大的机油我们就说它的粘度很大,分子之间摩擦阻力小的机油我们就会说这款机油较稀,机油内部分子间的摩擦阻力对于发动机的运转来说完全是副作用。
 
所以我们应该在保证润滑效果(机油压力)的情况下尽量选择粘度低的机油,以保证发动机的动力性能与节油。
 
3) 抗剪切性能是选择机油的一个关键指标
 
机油在受到两个摩擦面挤压的过程中会变稀,同时机油温度也会升高。这个对于机油的挤压力就叫“剪切力”。机油对于这个剪切力的抵抗值就叫“抗剪切值”。对于机油的抗剪切数值有两个指标:
 
(1)150摄氏度条件下的抗剪切性能;
 
(2)抗连续剪切稳定性。
 
不要以为这俩数值离我们很遥远,可以简单理解就是抗剪切性能差的机油看起来很黏,实际用一用就变得很稀很稀了。
 
在我们实际使用中很多时候会遇到凉车机油压力很高,机器运转一会机油压力就会很低。或者凉车发动机声音很安静,热车声音很吵。这个时候就需要考虑是否机油的抗剪切性能不过关。
 
4) 合成机油可以保证更佳的油膜质量
 
上图左边是矿物油的分子排列,右边是合成机油的分子排列。可以看到左侧矿物基础油的分子大小不一,疏密无致。右侧的合成基础油分子大小一致,排列有序。遇到高温或者高剪切的时候矿物油分子会很快分开,使油变稀。
 
而合成机油在高温或者高剪切的时候油分子不会很快分开,粘度不容易下降。同时,低温条件下矿物油分子会紧密的腻在一起,使粘度变大。
 
而合成机油因为分子间一直都有合适的距离,在低温条件下粘度变化不大。所以我们说合成机油高温不稀低温不稠,油膜质量受温度影响较小。可以给发动机提供更好的润滑效果。
 
5) 机油粘度的选择
 
如果轴瓦负荷过大,则需要将它俩隔开的压力要更大,也就是说大负荷需要高的机油压力。
 
比如大负荷车辆一般油门都比较大,发动机负荷也很大,就需要选择粘度较大的机油才能保证较高的机油压力。
 
如果轴瓦等需要油膜润滑的部位配合间隙更大,则机油越容易流失。选择内部摩擦阻力大的机油(高粘度机油)就可以保证机油流失少,来保证需要的机油压力。
 
对于合成机油很多人都认为它看上去“太稀”,机油压力会低。这是不正确的观点。相同粘度等级的矿物油和合成机油(比如同为40粘度等级机油)在发动机正常运转的“高温”下(机油温度80-100度)其运动粘度指标是一样的。
 
你停机拔机油尺或在机油桶里倒出来所看到的机油粘度一般都是低于这个温度的粘度,并不是发动机正常运转时候机油粘度的实际表现,没有太实际意义。
 
对于我们卡友来说选择机油粘度等级就应该是:看热车条件下的怠速机油压力。
 
比方说发动机重载爬完一个大坡,看松开油门怠速的时候的机油压力有多少。只要不低于使用手册介绍的最低机油压力,就可以认为这款机油是合格的。(需排除其它因素,比如发动机故障)
 
好的机油应该是:凉车和热车机油压力变化越小越好,凉车机油压力不太高,热车机油压力不太低才是一款好机油。而这恰恰是合成机油最大的优点。
 
所以,不考虑价格的话尽量一年四季选择合成机油。可以达到减轻磨损,节油的效果。
 
边界润滑
 
1) 哪些地方需要边界润滑
 
前面提到过一个名词:150摄氏度高温抗剪切值;SAE(美国汽车工程师学会)标准要求的发动机机油油膜耐最高温度剪切限值是150摄氏度。也就是说机油油膜质量在150摄氏度的条件以下是可以保证安全使用的,超过这个温度机油油膜质量是没有保证的。
 
而发动机很多需要润滑的地方温度会超过摄氏150度,比如第一道活塞环环背与缸筒之间的润滑,凸轮轴凸轮部位的润滑,气门与气门导管之间的润滑等等。
 
这些部位因为高温高剪切很容易会超过150摄氏度,在这样一些部位油膜质量是无法保证足够的润滑。那么就需要机油的另外一种润滑方式了边界润滑。
 
2) 边界润滑是个啥东西?
 
先讲一个我们大家都懂的现象:小孩子拿铅笔在墙上涂抹过的地方我们用手摸感觉会滑滑的,这是因为通过力将碳涂抹在墙体表面的缘故。
 
假如将铅笔芯磨成粉用力挤压涂抹在墙体表面会是什么样子?可想而知肯定是一大片滑滑的感觉,并且墙体越硬越光滑需要涂抹的力度会越大。知道了这个现象以后我们来看看“边界润滑”。
 
发动机边界润滑的机理是:当两个摩擦表面以极高的压力挤压的条件下,摩擦表面会产生高热,附着在摩擦表面上的机油里面所含的极压添加剂硫、磷、锌等元素(英文名:ZDDP;学名:二烷基二硫代磷酸锌)。
 
与金属表面进行化学反应迅速地生成无机物膜,这种化学反应膜的熔点高,剪切强度低,与金属表面连结牢固,可以保护表面不发生粘着磨损。在滑动过程中,反应膜被磨去后将迅速生成新膜,有效地防止两摩擦表面的直接接触。
 
这里有几个关键点必须注意:
 
1) 极压条件下的润滑是依靠机油里面的添加剂来保证润滑的。
 
2) 边界润滑只需要极少量的机油添加剂来涂抹接触面,所以飞溅润滑可以满足,不一定需要机油压力来保证润滑效果。
 
3) 挤压产生的高温使添加剂融化才能保证润滑效果。
 
4) 挤压产生的润滑膜会不断脱落不断补充。
 
这样理解:机油里面的极压添加剂受到挤压后在两个摩擦表面形成一层膜从而达到降低摩擦的目的。
 
比如活塞环在运动的时候会在缸筒表面来来回回的刷上一层膜来减轻磨损,这层膜是不断脱落并不断的形成新的膜。

总结
 
除了油膜润滑与边界润滑之外还有第三种状态:混合润滑,就是摩擦表面既有油膜润滑也有边界润滑,这里就不展开谈了!
 
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