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1、1/87,汽车运行材料,2/87,第5章 发动机润滑油,教学提示：发动机润滑油承担润滑、冷却、清洁、密封和防腐蚀等任务，对发动机性能的影响极大。,熟悉发动机润滑油的主要使用性能指标、分类与规格，掌握发动机润滑油的正确选择和使用方法具有重要意义。,教学要求：本章主要介绍发动机润滑油的作用和使用性能指标、分类与规格以及发动机润滑油的选择和使用方法。,要求学生了解发动机润滑油的作用和主要使用性能指标，熟悉发动机润滑油的分类与规格，掌握发动机润滑油的正确选择和使用方法。,3/87,5.1 发动机润滑油的作用与使用要求,5.1.1发动机润滑油的作用,发动机润滑油（又称机油）是润滑系统的液态工作介质，其主
2、要作用是润滑、冷却、清洁、密封和防腐蚀。,5.1.2发动机润滑油的使用要求,在工作期间必须能及时可靠地输送到各摩擦零件的表面；,在各种不同的发动机润滑油工况下都能在摩擦面上形成足够牢固的油膜或其他形式的抗磨保护膜，从而减少摩擦和磨损；,4/87,及时导出摩擦生成的热，使机件维持正常温度；,可靠地密封发动机润滑油所有的间隙；,从摩擦面带走磨屑和其他外来的机械杂质；,本身不具有腐蚀性，并且能保护发动机润滑油零件不受外界腐蚀性介质的作用，以免发生腐蚀或腐蚀性磨损；,在发动机润滑油零件表面形成的沉积物要少；,理化性质稳定，在发动机润滑油工作过程中油的性质变化缓慢。,发动机润滑油若实现以上功能要求，主要
3、取决于自身所具有的润滑性、黏温性、低温操作性、抗氧化性、抗腐性、清净分散性、抗泡性。,5/87,5.2 发动机润滑油的使用性能,5.2.1润滑性,在各种润滑条件下，发动机润滑油降低摩擦、减缓磨损和防止其金属零部件在正常工作过程中烧结损坏的能力，称为发动机润滑油的润滑性。,发动机润滑油所应具有的良好的润滑性，取决于润滑油一定的黏度和化学性质。,因为其黏度和化学性质，对发动机润滑油零件在不同润滑状态下的润滑作用有着重要的影响。,通过图5.1所示的斯萃贝克（Stribeck）曲线，可清楚地分析在不同润滑状态下，黏度、零件转速、,6/87,油膜厚度和零件工作压力等因素，对摩擦因数f的综合影响。,图5.
4、1润滑油黏度对润滑状态影响的Stribeck曲线 h-油膜厚度 -运动副表面粗糙度,7/87,一般情况下，摩擦因数f可表示为,式中，D为零件直径； 为润滑油的黏度； h为油膜厚度； n为零件的转速； p为零件承受的压力； 为索莫范尔德（Sommerfeld）准数。,（式5-1）,8/87,索莫范尔德准数考虑了发动机润滑油和发动机润滑油工况两方面因素对于摩擦因数的影响，在索莫范尔德准数中，惟一与润滑性能有关的润滑油自身因素仅为润滑油的黏度。,在图5.1中，自左至右包括3种润滑状态，其中右侧的区域为液体润滑，油膜厚度h大于运动副表面粗糙度时，润滑油所具有一定的黏度是形成液体润滑状态的基本条件。,图
5、5.1润滑油黏度对润滑状态影响的Stribeck曲线 h-油膜厚度 -运动副表面粗糙度,9/87,发动机润滑油黏度与其流动时内摩擦力的大小密切相关。在液体润滑区域，摩擦因数随润滑油黏度降低而减小。,当油膜厚度h小于运动副表面粗糙度时，润滑性质为图中左侧区域所示边界润滑状态。,此时起润滑作用的不再是润滑油的黏度，其作用完全由润滑油所具有的油性和极压性两种化学性质所承担。,图5.1润滑油黏度对润滑状态影响的Stribeck曲线 h-油膜厚度 -运动副表面粗糙度,10/87,油性是润滑油在摩擦金属表面上的吸附性。润滑油中极性分子定向排列吸附在金属表面形成吸附膜。,值得注意的是这种吸附膜只能在中温、中
6、速、中负荷，或更平和的摩擦情况下才能完成边界润滑任务。,当高温、高压、高速时，油性吸附膜将从金属摩擦表面脱附，致使其承担的边界润滑功能失效，在此种苛刻的润滑条件下，边界润滑由润滑油的极压性来完成。,11/87,极压性是润滑油在摩擦表面所具有的一种化学反应性质。,极压膜的熔点和剪切强度相比摩擦表面金属较低，在摩擦过程中能降低金属零件的摩擦和磨损。,因剪切强度较低，极压膜易于在摩擦过程中脱离摩擦金属表面。但新的极压膜会在金属摩擦表面及时生成。,当润滑油中加入含有硫、磷等元素的化合物添加剂时，高温下这些化合物将分解出硫、磷等活性元素与摩擦表面金属形成化学反应膜，被称之为极压膜。,12/87,当润滑油
7、黏度低到一定程度时，油膜厚度h降低到与运动副表面粗糙度近似相等，即中间区域表征的状态，称为混合润滑状态。,此时，润滑油的黏度和化学性质对摩擦因数都有影响，使得摩擦因数处于相对较低的状态。,发动机润滑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，发动机润滑油的润滑性还必须通过相应的发动机润滑油试验来评定。,图5.1润滑油黏度对润滑状态影响的Stribeck曲线 h-油膜厚度 -运动副表面粗糙度,13/87,5.2.2低温操作性,发动机润滑油自身保证发动机润滑油在低温条件下容易冷启动和可靠供给发动机润滑油的性能，称为发动机润滑油的低温操作性。,发动机润滑油应具
8、有良好的低温操作性。,由于发动机润滑油黏度随气温降低而增加，因此使得发动机随着启动温度的降低，转动曲轴的阻力矩随之增加，曲轴转速下降，如图5.2所示，从而造成发动机启动困难。,图5.2 曲轴转速n和转动阻力矩T与发动机润滑油黏度的关系,14/87,发动机润滑油黏度增加后，由于流动困难，可能使得润滑油提供不足，增加了零件磨损加剧的倾向。,综上所述，发动机润滑油的低温操作性包括有利于低温启动和降低启动磨损两方面要求。,评定发动机润滑油低温操作性的主要指标是发动机润滑油的低温黏度、边界泵送温度和倾点等。,5.2.3黏温性,温度对润滑油黏度有着显而易见的影响。,温度升高黏度降低，温度降低黏度增大。,润
9、滑油的这种随着温度升降而改变其黏度的性质，称为润滑油的黏温性。,15/87,发动机润滑油应具有良好的黏温性。良好的黏温性是指润滑油的黏度随温度的变化程度较小的特性。,目前在基础油中加入黏度指数改进剂是提高润滑油黏温性的普遍方法。,用低黏度的基础油和黏度指数改进剂调配而成，具有良好黏温性，能同时满足低温和高温工作使用要求的发动机润滑油，称之为多黏度级发动机润滑油，俗称稠化机油。,评定发动机润滑油黏温性的指标是发动机润滑油的黏度指数。,16/87,5.2.4清净分散性,发动机润滑油能抑制积炭、漆膜和油泥生成，或将已经生成的这些沉积物冲入润滑油中予以清除的性能，称为发动机润滑油的清净分散性。,发动机
10、润滑油的基础油本身并不具备清净分散性，该性能的获取是通过在润滑油中加入清净剂和分散剂来实现的。,我国新的发动机油分类中已废除了使用性能较低的发动机润滑油，所以发动机润滑油的清净分散性主要通过相应的发动机润滑油试验来评定。,发动机润滑油应具有良好的清净分散性。,17/87,5.2.5抗氧化性,在一定的条件下，发动机润滑油抵抗氧化变质的能力，称为发动机润滑油的抗氧化性。发动机润滑油应具有良好的抗氧化性。,发动机润滑油自身减缓其氧化变质过程的主要途径是选择合适的馏分、合理精制，在润滑油中添加抗氧化剂或抗氧抗腐剂。,发动机润滑油的抗氧化性通过相应的发动机润滑油试验来评定。,5.2.6抗腐性,发动机润滑
11、油抵抗腐蚀性物质对发动机金属零部件腐蚀的能力，称为发动机润滑油的抗腐性。发动机润滑油应具有良好的抗腐性。,18/87,提高发动机润滑油抗腐性的主要途径是加深发动机润滑油的精制程度，减小其酸值。同时要在润滑油中添加适量的抗氧抗腐剂。,评定发动机润滑油抗腐性的指标是中和值或酸值，同时还要进行相应的发动机润滑油试验。,5.2.7抗泡性,发动机润滑油抑制并消除其泡沫的性质，称为发动机润滑油的抗泡性。发动机润滑油应具有良好的抗泡性。,评定发动机润滑油抗泡性的指标为生成泡沫倾向和泡沫稳定性等两项。,19/87,5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验,5.3.1发动机润滑油使用性能的评定指标,1.低温动力黏
12、度,任何液体，当其一部分相对于另一部分发生相对运动时都会产生内部阻力，这种阻力是液体分子或其他微粒内摩擦的结果。,黏度就是液体流动时内摩擦力的度量指标。,黏度的基本表示方法分为绝对黏度和相对黏度，其中绝对黏度又可分为动力黏度和运动黏度。,20/87,动力黏度表示液体在一定切应力作用下流动时内摩擦力的量度，而运动黏度则表示液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度。,相对黏度又称为条件黏度，指工业上的某种液体通过各种特定仪器计量的黏度。,在任何切应力和剪切速率下都显示出恒定黏度的液体，称为牛顿液体。,通常所讲的黏度是指牛顿液体的黏度，其具体含义是作用于液体上的切应力与剪切速率之比。,其黏度在一定温度下
13、为常数，如图5.3a所示，不随油层间的剪切速率而变化。,21/87,通常所讲的黏度是指牛顿液体的黏度，其具体含义是作用于液体上的切应力与剪切速率之比。其黏度在一定温度下为常数，如图5.3a所示，不随油层间的剪切速率而变化。,图5.3 液体低温动力黏度与液体剪切速率的关系 a）牛顿液体 b）非牛顿液体,22/87,低温动力黏度也称为表观黏度，它表示非牛顿液体流动时内摩擦特征的描述。,发动机润滑油在低温下的黏度并不具有与温度成比例的变化关系，它在很大程度上与剪切速率有关，在不同的剪切速率下的黏度不为常数，如图5.3b所示。,即在同一温度下，剪切速率不同，黏度也不同。有这种黏度特性的液体，称为非牛顿
14、液体。,图5.3 液体低温动力黏度与液体剪切速率的关系 a）牛顿液体 b）非牛顿液体,23/87,低温动力黏度是划分冬用发动机润滑油黏度级别的依据之一。,发动机润滑油低温动力黏度的测定按照GBT65382000发动机油表观黏度测定法（冷启动模拟机法）的规定，采用如图5.4所示的发动机油表观黏度全自动测定仪进行。,图5.4 发动机油表观黏度全自动测定仪(冷启动模拟机法),24/87,2.边界泵送温度,能将发动机润滑油连续和充分地供给发动机润滑系统机油泵入口的最低温度，称为边界泵送温度。,它是衡量在启动阶段发动机润滑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润滑
15、油黏度级号的依据之一。,发动机润滑油边界泵送温度的测定按照GBT91711988发动机油边界泵送温度测定法的规定，采用如图5.5所示的发动机油边界泵送温度测定仪进行。,25/87,图5.5 发动机油边界泵送温度测定仪,26/87,3.倾点,在规定冷却条件下试验时，某种润滑油能够流动的最低温度，称为该油品的倾点。,在相同试验条件下，同一润滑油的凝点比倾点略低。,现行发动机润滑油规格中，均采用倾点作为评定发动机润滑油低温操作性的指标之一。,倾点的测定按照GBT35351983石油倾点测定法的规定，采用如图5.6所示的石油倾点测定仪进行。,27/87,图5.6 石油倾点测定仪,28/87,4.黏度指
16、数,在一定的试验条件下，将某种发动机润滑油的黏温性与标准润滑油的黏温性进行比较所得出的相对数值，称为黏度指数（Viscosity Index）。黏度指数一般用VI表示。,黏度指数的概念可用图5.7所示试验曲线予以具体说明。,图5.7 黏度指数试验曲线,29/87,5.中和值和酸值,中和值或酸值是评定发动机润滑油抗腐性的指标。,中和1g试验用某种润滑油中含有的酸性或碱性组分所需的碱量，称为中和值，单位用mgKOH/g表示。,中和值的测定按照GBT73042000石油产品和润滑剂酸值测定法（电位滴定法）的规定，采用如图5.8所示的电位滴定仪进行。,图5.8 梅特勒-托利多电位滴定仪,30/87,6.残炭,油品在试验条件下，受热蒸发或燃烧后残余的炭渣，称为残炭。,残炭的测定标准是GB/T2681987石油产品残炭测定法（康氏法）。,残炭测定按加热方法不同分为康氏残炭测定法和兰氏残炭测定法。康氏残炭测定法用喷灯加热；兰氏残炭测定法用高温电炉加热。,7.硫酸盐灰分,润滑油在进行硫酸盐灰分试验时，
