l.粘度和粘溫性能
液體在外力的作用下流動時,分子間就產生內摩擦,這個物理量叫做粘度系數或內摩擦系數,簡稱粘度。機油的粘度是隨溫度變化而變化的,溫度升高,粘度減小;溫度降低,粘度增大,這個關系及其變化的程度就叫機油的粘溫性能。粘度隨溫度的變化越小,其粘度性能就越好;反之,則差。粘度和粘溫性能是內燃機油的重要使用指標,而且是機油牌號分類的依據。粘度的選擇很重要。為了潤滑,要求機油有適宜的粘度,能在摩擦表面上形成足夠厚度的油膜;為了冷卻和清洗,要求用粘度低一些的油料;為了密封,則又要求用枯度高一些的油料。因此粘度的選擇應注意以下幾點:
(1)起動時的最大粘度。內燃機低溫起動的可能性主要決定于潤滑油的粘度。一般溫度降低,機油粘度增加,溫度愈低,粘度愈大。低溫下的機油粘度比高溫時大幾十倍、幾百倍、甚至上千倍。如果低溫下機油粘度過大,會造成發動機起動時供油困難,油壓雖高,但機油通過量并不多,因而起動困難。此時機件間也最容易出現短暫的千摩擦或半液體摩擦,這正是造成發動機磨損的主要原因。據試驗,發動機氣缸、活塞環及軸承等部件的磨損,有2/3是在起動時造成的。也就是說自發動機起動后到機油進入摩擦表面這段時間的磨損量占總磨損量的2/3。粘度大的潤滑油,流動性不好,使起動后摩擦表面長時間得不到充分潤滑,磨損就大大增加。因此,一般要求發動機低溫起動時粘度不要大于4000mm²/s。
如果機油的粘度太大,機件摩擦表面間的摩擦力也就增大,這不但會增加機件的磨損,而且燃燒后產生的熱能,就要多消耗一部分轉變為摩擦功,以克服增大的摩擦力。因而就降低了發動機的有效功率。
若機油的粘度太大,油的循環速度也就慢,其冷卻散熱作用效果就差,易使發動機過熱。同時,經過機油濾清器的次數就少,不能及時將磨損下來的金屬屑、炭粒、塵土等雜質從摩擦表面上清洗除去,清洗作用就變差。
另外,粘度大的機油與粘度小的相比,它的殘炭含量大些,酸值高些,凝點高些,熱氧化安定性和粘溫性能都要差些,這都影響其使用性能。因此,機油的粘度太大不利于內燃機的潤滑。
(2)能夠保持油膜的最低粘度。發動機各部位的工作條件極不相同,不可能設想同一臺發動機使用兩種以上的發動機油,故只能選擇一種對各個部位基本適應,又能重點保證主軸承和連桿鈾承正常運行,達到液體潤滑以及減少活塞和氣缸壁摩擦、磨損的機油。這就要求內燃機油具備能夠保持油膜的最低粘度,但粘度太小也不利,在高溫的摩擦表面上,不易形成足夠厚度的油膜,機件得不到正常潤滑,會增大磨損。而且密封作用不好,蒸發性又大,這就容易使氣缸壁上(特別是氣缸壁上部的高溫區)的內燃機油竄入燃燒室,造成燒內燃機油,不但增大了油耗量,還造成燃燒不完全,排氣冒黑煙,功率下降,污染環境。可見,內燃機油的粘度太大或太小都不利。
(3)較好的粘溫性能。內燃機油的粘度是否合適,不能只看常溫下的粘度大小,而更重要的是其粘溫性能好壞。所以,內燃機油的粘溫性能是它的一項重要質量指標。因為內燃機油在發動機中工作時,所接觸到的各潤滑部位的工作溫度差別相當大,如活塞頭環處約為205(汽油機)~300℃(柴油機),活塞裙部為110(汽油機)~115℃(柴油機),主軸承為85(汽油機)~95℃(柴油機),而冬季曲軸箱里的潤滑油在停車冷卻后,其油溫可降至與大氣溫度一樣低。因此,從使用要求來說,總是希望內燃機油的粘度盡可能不要因溫度的改變而變化太大。高溫時粘度不要變得太小,以保證有足夠的粘度,形成一定厚度的油膜滿足潤滑的需要;低溫時粘度又不要變得太大,以便及時送到摩擦表面,減少機械的干摩擦和便于發動機的起動。
2.良好的低溫性能
內燃機油的低溫性能包括低溫起動性能和低溫泵送性能。低溫起動性能和內燃機油的低溫粘度有關,而凝固點對發動機油的低溫起動性能影響不大。凝固點主要影響內燃機油的低溫泵送性能,這是因為有些內燃機油能使發動機在低溫下起動,但卻便機泵不能及時、正常供油,給發動機運動部件提供合適的潤滑,從而造成運動部件的嚴重磨損,噪聲增大等問題。
3.適當的凝固點
機油冷卻到完全不能流動時的溫度稱為機油的凝固點。它是在低溫下,保證機油流動性和過濾性的指標。通常粘度高的機油其凝固點也高。柴油機上常用機油的凝固點一般在0~20℃之間。
衡量機油低溫下的流動性,多采用凝固點來表示。凝固點過高的內燃機油,低溫流動性差,當使用溫度低時,會減少甚至中斷供油,使機件磨損,嚴重時損壞零件。因而,一般為保險起見,都希望機油凝固點比使用時的平均最低氣溫低5~7℃左右。
4.良好的油性
機油在金屬表面保持一層緊密牢固油膜的能力,稱為機油的油性,有時也叫潤滑性。油性的好壞直接影響到發動機機械零件的磨損情況。油性良好的潤滑油才能保證機械的可靠潤滑,避免零件的磨損。否則,當發動機負載增大時,被潤滑的金屬表面上的油膜強度經不住高壓而被破壞,從而造成千摩擦,引起機件摩擦表面的磨損和擦傷,甚至出現燒結現象。
5.良好的抗氧化性(熱氧化安定性)和抗腐蝕性
熱氧化安定性是指機油在高溫下抵抗氧化的能力。因為機油在高溫狀態下容易氧化生成各種酸類、膠質和瀝青質等。氧化變質的機油色澤暗黑、粘度高、酸性大,有膠狀沉積物析出,造成機油濾清器堵塞、活塞環粘結等故障。
機油在使用過程中會和各種金屬接觸,不產生氧化腐蝕,這是最基本的要求。機油在使用、貯存、運輸過程中,可能混入一些無機酸性物質,它們與金屬零件相互作用,造成化學腐蝕。另外,無論精制得多好的內燃機油,在使用過程中也會逐漸老化,加有抗氧劑的油料,也只能抑制、延緩油料的氧化過程,減少其氧化物,而不能從根本上使油料不老化。機油逐漸氧化的結果,是生成各種有機酸性物質。與無機酸相比,這些有機酸的酸性弱得多,但在高溫高壓和有水分的條件下,有機酸也會對金屬起腐蝕作用。因此,為了防止氧化和腐蝕,必須在機油中加入抗氧化和抗腐蝕的添加劑,使機油具有好的抗氧化性和抗腐蝕性。
6.好的清凈分散性
清凈分散性好的內燃機油能將氧化生成的膠狀物、積炭等懸浮在油中,使它們不容易沉積在機械零件上。而且還能將己沉積在機件上的沉積物清洗下來,懸浮于油中,然后在內燃機油的循環中,通過濾清器把它除掉,以保持機件的清潔,這樣也就減少了漆膜和積炭的生成傾向。
7.較好的抗泡沫性
內燃機油在曲軸箱里,由于曲軸的激烈攪動和進行飛濺潤滑而容易生成泡沫,甚至充滿曲軸箱,除影響機油泵泵油壓力、不利于潤滑、磨損機械之外,還會浪費內燃機油,加速機油品質的氧化變質,縮短內燃機油的使用期。
8.閃點
當機油加熱時,其溫度逐漸升高,表面開始形成油氣。當加熱到某一溫度時,散布在油面上的油氣遇到明火接近開始燃燒,開始燃燒的最低溫度稱為機油的閃點。閃點低的機油易蒸發。由此可知,閃點的高低決定了油料在高溫下的安全性。柴油機用的機油閃點為140~215℃。
9.酸值和腐蝕度
酸值表示機油中含酸性物質的多少。酸值是以中和1g機油中含有的酸性物質所需要的氫氧化鉀(KOH)的毫克數。酸性物質一般來源于機油加工過程中形成的,或者在使用過程中氧化變質生成的有機酸。機油含有酸性物質對柴油機件有腐蝕作用,在高溫下更為嚴重,因此必須限制。根據國家標準規定,用腐蝕度來評價機油的腐蝕性,即將鉛片放在140℃的溫度下,受機油和空氣間斷作用10h,以鉛片的重量損失(g/m²)來評定。
10.殘炭量和灰分
機油中的殘炭量和灰分用所含的百分數來評定,要求越低越好。
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