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发动机油基础知识
成都飓龙贸易有限公司培训资料
发动机油基础知识
一、前言
润滑与机械设备的运转息息相关,有人形象地把润滑油比喻为机械设备的血液。
可以说失去了润滑,就没有机械设备的存在。
高效合理的润滑技术是保证和改进机械设备节能、高效、长期正常运转的基本措施,是机械运转的命脉,是为国民经济发展和人民生活福利服务的应用科学。
因而先进的润滑技术和高性能的润滑油的开发和应用是保证人民生活和工作及各行各业机械的节能、高效正常运转的前提。
没有高效合理的润滑技术就没有先进的机械运转,也就不可能有先进的生产和经济的繁荣,因此各工业国都十分重视先进合理的润滑技术的研究开发和推广应用。
据日本有关摩擦经济文章指出,1970年日本因改善润滑技术而年增长经济效益2万亿日元,名古屋钢厂仅改善润滑技术一项,就实现年增长经济效益达20亿日元,同时机械设备事故减少了百分之九十。
目前,全世界机械能源有效利用率平均只有30%左右,能源总耗量的50%~60%消耗到机械设备摩擦上。
据德国沃格甫尔教授测算,全世界生产能源的1/3到1/2损失在摩擦损耗上,而英国焦斯特教授指出世界消耗能源的30%~40%消耗在摩擦损耗上。
当然摩擦磨损一部分是不可避免的,但随着摩擦润滑科学技术的进步和润滑管理水平的提高,其中一部分是可以省下来的。
日本通过规定节能润滑设计和操作,以及采用节能型润滑油脂等措施,使机械磨损大大降低,节省动力10%~20%,单是采用节能润滑油脂一项,节能型机械油、液压油可省电7%,内燃机能节省燃油可达5%~10%。
随着现代科学技术的发展,运载工具汽车、船、飞机、火箭正在不断更新,工农业科研、国防动力设备的功率、效率、性能也在逐步提高。
所有这一切都与润滑技术密切相关。
而且正在被人们重视起来。
润滑剂在设备中,不仅具有减少摩擦、防止腐蚀,完成传运动力、密封设备,调整控制设备温度(冷却或加温的作用)。
在减少振动和噪音,中和日益恶劣的燃料燃烧产生有害物污染大气,保护环境方面,也有明显的效果。
车辆及其它设备因润滑不当造成损失与事故的已屡见不鲜,正确选择润滑剂,科学的进行润滑可有助于设备的安全运行,已成为维修保养的重要环节。
润滑油既可以延长设备使用寿命又可提高效率,并且与经济效益密切相关。
第一章润滑油的分类
1、润滑油的分类
A、根据产品形态分:
润滑油、润滑脂。
B、根据用途分:
内燃机油、齿轮油(传动润滑油)、液压油、压缩机油、冷冻机油、轴承油、导轨用油、金属加工用油(轧制油、切削油、拉伸油)、电器绝缘用油(变压器油、电容器油)、热传导油、汽轮机油、热处理油、防腐防锈油、蒸汽气缸用油等。
C、根据基础油的制成方式分:
矿物油、合成油。
目前市场上高档的油品均是合成油。
2、合成润滑油
合成润滑油(SyntheticLubricant)是藉由化学反应,来混和较低分子量成分以形成较高分子量成分的程序,所制造出来的流体。
在某些状况条件下此一类的流体可以与一些经过选择的添加剂合成,即为常见的合成油。
在先天受到控制的条件下,合成油含有纯净的成分或纯净成分的混合物。
矿物油是由石油提炼出来的,其成分含有较多杂质,也因此容易产生油泥及积炭。
合成油比一般的矿物油具有较大的粘度指数,更高的闪点和更低的倾点,适用温度更广,在高温和严寒情况下,能维持适当的粘度,从而有效的保证发动机正常工作。
在高温环境下,合成油具有突出的热稳定性和氧化稳定性,因氧化产生酸质、油泥的趋势小,在各种恶劣操作条件下,其使用都能对发动机提供有效保护,寿命明显高于矿物油。
合成油在性能上比矿物油还具有①冷车启动性好②抗磨保护性好③节省燃油④发动机寿命长,发动机噪音小⑤换油周期长。
一般高档车都选择合成油。
飞机、潜艇、宇宙飞船等以及气候、环境恶劣、温度相差悬殊的场合则必须使用合成油。
另外,由于矿物油以石油提炼过程中分馏后剩下残留在塔底的渣油为原料经精制脱蜡等处理制得,其中多含有无法完全去除的杂质,这不仅使其流动性差低温运转不好,而且其中会含有“S”等对金属有危害的成份。
半合成或部分合成等形容字眼,是各厂牌命名、品质定位、观点或行销宣传等,并不适于作为技术上的意见,也不可以作为购买的依据
3、内燃机油(又称为引擎用油和发动机油)分为:
汽油机油、柴油机油、柴油机汽油机通用油、二冲程汽油机油(摩托车用机油)、铁路机车柴油机油。
其中柴油机汽油机通用油在欧美发达国家占内燃机油的80%,是因为通用油的添加剂用量比普通汽油机油和柴油机油要多一些,成本价格也会高一些,但通用油的换油周期长、机油消耗也低、用户使用也很方便,因此在经济上很合理。
4、基础油分类
(1)传统溶剂精炼矿物油
(2)加氢裂解矿物油EHVI
(3)高度加氢裂解或加氢异构化蜡VHVI
(4)聚α-烯烃polyalphaolefins(PAO)
(5)酯类油(POE)
EHVI和VHVI性能略高于精炼矿油,采用最新技术生产出来的此类基础油在质量、使用特性上可以接近PAO。
一些厂家经常称他们为合成油,但它们在低温条件下和PAO相差甚远,本质上它们还是矿物油,只不过经过了复杂的化学深加工。
PAO自身使用寿命远低于POE,且不具有附着性、环保性但成本比POE低50%左右,是精炼矿物油的3倍。
PAO、POE才是真正的合成油(fuiiysynthetic)。
技术上讲,部分合成机油的概不存在半合成机油、念,合成机油就应是全合成机油。
第二章发动机油的主要作用
1、发动机油机油的成分:
基础油、抗磨剂、增稠剂、降凝剂、清净剂、分散剂、抗氧抗腐剂、消泡剂、(极压剂)等添加剂组成。
2、发动机油的作用
发动机油的基本作用是防止摩擦阻力,在摩擦表面形成可靠的油膜起到润滑作用,减少机件的磨损,减少能量损失、保护发动机正常工作,延长其使用寿命。
机油在发动机各部分之间的循环过程中,通过水箱排散热量冷却机件,防止烧结,使其正常工作。
(燃料燃烧后产生热能,但热能不能全部转变为机械能。
一般发动机的热效率只有30%~40%,其余部分消耗于摩擦和使发动机发热以及通过排气进入大气。
很多人认为发动机的冷却只是通过冷却系统带走热量。
事实上,冷却系统只是冷却了发动机的上部——汽缸盖、汽缸套和配气系统,大约带走损失热量的60%;而主轴承、连杆轴承、摇臂及其轴承、活塞和在发动机下部的其它部件主要由发动机油来冷却,带走损失热量的40%及摩擦产生的摩擦热。
)
同时降低发动机噪音。
油膜在金属机件表面能防止金属锈蚀(发动机的腐蚀来源于水、酸、空气和润滑油的氧化产物。
这些有害物质能造成活塞环、缸套和轴瓦等金属部件的腐蚀。
APISD以上质量级别的润滑油中添加有防锈剂或具有防锈性能的多效添加剂,这些添加剂通过油层(膜)的存在,在金属表面形成排列整齐的致密吸附层,有效抵御各种腐蚀介质的侵入;同时,使油品具有中和及增溶酸的能力,以减少腐蚀介质侵蚀金属表面,起到良好的抗腐蚀作用。
)。
在活塞、活塞环、汽缸间起到密封作用,减少气体的泄漏和外界污染物进入,防止燃油与机油混合而出现的润滑效果降低或“烧机油”的现象。
(活塞环与缸套、活塞环与环槽之间存在一定间隙,而且金属表面又有微小的凹凸不平。
如果活塞运动时,间隙和凹凸不平处得不到良好的密封,燃气就会窜入曲轴箱,产生窜气,即降低了发动机的功率,又污染了润滑油。
优质内燃机油在活塞往复运动时能够充满间隙和凹凸不平处,起到良好的密封作用。
)机油可以冲洗汽缸和其他部件,带走积碳和其他杂质(包括机件磨损时的金属碎屑),通过机油滤清器发挥清洁作用(内燃机油在发动机内受恶劣环境影响,不断被氧化、污染。
氧化物易形成油泥、积炭,使润滑油和发动机变脏,造成局部过热、磨损加剧、机件损坏等。
APISD以上质量级别的润滑油含有金属清净剂和无灰分散剂,能够清洁金属表面、分散污垢,保持发动机部件清洁。
)。
当发动机汽缸压力急剧上升,突然加剧活塞、活塞销、连杆和曲轴轴承上的负荷,机油能使承受的冲击负荷起到减震缓冲的作用(每当引擎起动、加速以及负荷增加时,活塞销、连杆的大小端、曲轴轴承等部件均要承受振动、冲击负荷和压力的急剧变化,黏度合适的内燃机油形成的油膜可吸收部分冲击能量,起到缓冲、减震的作用)。
质量和性能好的机油还可以降低能耗节省燃油、减少尾气排放并修复发动机磨损的机件表面。
第三章汽车发动机油的规格和分类标准
从汽车制造技术发展的角度看,发动机的制造越来越精密,越来越向高功率高负荷发展;从汽车使用的环境的角度看,南北各地区的气候、公路的使用状况、城市交通的拥堵,这些都对机油的质量提出了更加苛刻的要求。
A、API质量分类标准
API是美国石油学会(AmericanPetroleumInstitute)的简称。
美国石油学会把汽油机油,以“S”标志;柴油机油,以“C”标志;通用机油,以“S”和“C”同时存在标志。
内燃机油的质量分级就是内燃机油的性能等级分类。
国际上普遍采用的质量等级分类方法有美国API(美国石油学会)、美军规格、日本JIS、德国DIN、欧洲CCMC(欧洲共同体市场汽车制造商联合会)等。
我国参照API分类制订的国家标准把汽油机油分为SA、SB、SC、SD、SE、SF、SG、SH等级别,其中SA、SB已废除;柴油机油分为CA、CB、CC、CD、CE、CF-4等级别,其中CA、CB已废除。
字母ABCD等以其排序越高代表其质量分级越高,即对发动机的保护越佳。
如汽油机油SJ级(1996年汽油机权威要求)质量级别高于SH级(1993年汽油机权威要求);柴油机油CF—4级(1991年采用重型透平增压4冲程机)质量级别高于CE(1987年采用透平增压及超增压机)。
现在汽油机油的世界最高级别是SM级,柴油机油的世界最高级别是CI—4级。
目前,我国普遍使用SE、SF、SG等较低质量级别汽油机油,。
而国内很多企业购买经过认证的国外复合添加剂加入自己的基础油调和,就认为“符合”认证标准,专家指出,这种做法很不科学,中外基础油不完全相同,不能确定这种方法生产的油品肯定符合认证标准。
如何识别润滑油的级别?
以SL/CH-410W-50通用机油为例
在包装上找级别标识
API SL/CH-4
第一个字母“S”表示该机油适用于汽油发动机,简称“汽油机油”。
第二个字母表示机油质量性能的水平,字母越往后质量性能越高。
有SD、SE、SF、SJ、SL等级别
第一个字母“C”表示该机油适用于柴油发动机,简称“柴油机油”。
第二个字母表示机油质量性能的水平。
字母越往后质量性能越高。
有CD、CF、CH-4等
是美国石油学会(API)对润滑油质量等级分类标准的英文缩写
汽机油用S—表示,质量依次提高 柴机油用C—表示,质量依次提高
Ø APISL/CH-4表述的质量等级,说明该油品是一种即适合汽油发动机同时又能满足柴油发动机对润滑油发动机对润滑油质量要求的顶级引擎通用机油。
Ø 只适用于汽油发动机的内燃机油称为汽油机油,如APISJ、APISG、APISF等;
Ø 只适用于柴油发动机的内燃机油称为柴油机油,如APICF、APICD、APICC等。
※ SL/CI-4、SL/CH-4等,其粘度性能跨度也非常大,5W-50、SAE0W-50等,此类润滑油的环境温度适用范围也非常广,从-60℃~+50℃环境温度都可以使用。
※ 为什么同一级别、不同品牌的润滑油价格相差很悬殊呢?
这涉及的原因非常多也非常复杂,主要有以下几个方面因素影响其价格:
(1)产品品牌的知名度
(2)产品的生产成本与管理销售费用(3)产品的广告宣传等费用 (4)从厂家到各级销售环节希望的利润率 (5)消费者的认知度与当地的消费水平 (6)厂家的业务人员能力以及经销商业务能力等。
B、SAE粘度级别
机油在发动机内部高温、高压的严酷环境下工作,因此对质量要求很严格,而衡量其质量高低最重要的指标之一是机油的粘度。
SAE是美国汽车工程师学会(SocietyofAutomotiveEngineers)的简称。
粘度是指流体(液体和气体)在流动时它内部的摩擦力,即流滞阻力。
通俗的说就表示机油的稀稠度。
较稠的机油流动性较差,会导致大量的能量损失在克服润滑油内部阻力上,但它能在机件表面形成较厚的润滑膜,因此适合在较高温度及重负荷的情况下工作。
较稀的机油形成的油膜较薄,但流动性好、阻力小,节省能耗,适合在低温、低负荷下运转。
一般来说,温度每升高20摄氏度,机油粘度就会降低一半。
粘度分级:
粘度是内燃机油的重要物理性能,粘度分级就是以一定温度下的粘度范围来划定内燃机油的牌号。
我国的内燃机油粘度分级采用国际上通用的SAE粘度分级法。
以20、30、40、50、60标注的为单级油,数字越大,粘度越大。
单级油的特点:
1)抗剪切性佳 2)比多级润滑油价格低廉 3)沉积物形成趋向低---热稳定性较好 4)适合稳态,连续运行 5)在温度变化小的情况下换油,节省费用 6)特定限制环境下性能好。
以0W/50、5W/50、15W/40等标注的为多级油。
“W”为英文winter(冬天)的缩写,“W”前的数字代表含“W”的多级油品的低温粘度,说明该油品适合于寒冷气候的温度条件性能,该数字越小低温性能越好。
例如,15W/50与0W/50比较:
前者冷车时引擎的启动性不如后者,冬季低温时尤其明显。
在汽车启动时发动机摩擦磨损前者比后者大,是因为汽车在一段时间没发动时,原本附着在上部的机油会流回油底壳,上部缺乏足够的机油来保护在启动状态的引擎,如机油流动慢就会增加磨损。
前者比后者内部阻力大,阻力会转化成热能,使机件操作时温度升高而损伤机件;同时较高的摩擦阻力会使使用前者的汽车耗油量增加。
“W”后的数字代表含“W”的多级油品的高温粘度,说明该油品在夏季、高速、高温、高负荷下运转的条件性能,该数字越大越好。
在包装上找粘度标识
SAE 5W— 50
表示该油品低温时的黏度等级。
有SAE0W、5W、10W、15W、20W等级别。
“W”前面的数字越小,其低温流动性越好,能满足在更低气温条件下工作的发动机的要求
是美国汽车工程师协会(SAE)对内燃机油黏度分类法的英文缩写
表示该油品高温时的黏度等级。
有SAE20、30、40、50和50以上级别。
数字越大黏度越大。
可以保证润滑油在高温时仍然有足够的粘度和油膜厚度来达到润滑的效果
Ø 单级粘度的适用范围远远小于复级粘度的润滑油,所以为用户推荐油品时应特别注意其车辆的使用范围及环境温度变化范围,建议其选用在油品使用温度环境范围之内为宜,尤其是在北方地区换季前。
Ø 单级粘度的润滑油其生产成本要小于复级粘度,温度适用范围较窄。
多级油的特点:
1)适用温度范围大于单级粘度润滑油 2)粘温性佳,发动机冷起动时就能提供及时有效的保护,高温工况下的表现同样出色。
3)发动机部件磨损较轻微 4)粘度小于同粘度等级的单级油,润滑阻力小,功率损失小 5)密封性良好,有效减少燃烧室窜气及润滑油烧失,节省燃料和润滑油 6)适用性广,能够满足不同使用要求用户的需要,无论是经销商还是车队用户或维修站均可因减少存货而得益。
目前,“多级机油”具有优良的低温流动性、启动性及泵送性能,适合从低温到高温的广泛区域,粘度值会随着温度的变化给予发动机全面的保护。
选择低温粘度小同时高温粘度大的多级油是经济、节能、便利的全球使用趋势。
API品质及作业分类
类别
API等级
品质和作业状况简述
汽油发动机机油
SC
能令汽油发动机在高温操作情况下产生较少杂质,及减低磨损和锈蚀。
符合1964年至1967年汽油发动机维 修保证要求
SD
对发动机提供较APISC级机油更佳的保护作用。
符合1968年至1971年汽油发动机维修保证要求
SE
对汽油发动机在高温操作情况下提供较APISD级机油更佳的减少淤渣、氧化及锈蚀能力。
符合1972年至 1979年汽油发动机维修保证要求
SF
较APISE级机油提供更佳的氧化稳定性及抗磨损性,并可避免发动机内淤渣的形成及油品高温稠化。
符合 1980年以后汽油发动机维修保证要求
SG
较APISF级油品具有更加的氧化稳定性、淤渣沉积控制能力及抗磨损性。
SH
超越APISG最低规格要求。
加强及改良淤渣沉积控制、润滑油老化、抗磨损性、防锈及防腐蚀作用
SJ
顶级汽油发动机机油,最有效保护发动机,延长换油期
柴油发动机机油
CD
适合高负荷之柴油发动机操作。
对采用高度增压的高速及强力柴油引擎,即使在广泛的燃料规格下,仍能 提供有效防腐及减少沉积物的作用。
符合1970年至1987年柴油发动机维修保证要求
CE
适合高性能重负荷柴油发动机。
适用在低速高负载状况下操作的沃轮增压或高度增压的柴油发动机。
符合 1987年至1991年柴油发动机维修保证要求
CF-4
适合于高增压高性能超重负荷柴油发动机。
适用于高速、四冲程发动机特别是在高速公路行驶的重型车辆。
改善机油耗量及控制活塞积垢超越APICE等级1991年开始执行
CG-4
适合于高增压高性能超重负荷柴油发动机。
适用于高速、四冲程发动机特别是在高速公路行驶的重型车辆。
适用于含硫量在0.05%以下的低硫燃料1995年开始执行
CH-4
适合于高增压高性能超重负荷柴油发动机。
适用于高速、四冲程发动机特别是在高速公路行驶的重型车辆。
1999年开始执行
SAE黏度级别对应油品适用的温度范围
(参考数据)
SAE 黏度级别
油品适用的温度范围
内燃机油
单黏度级别
30
0℃---+32.5℃
40
10℃---+36.5℃
多黏度级别
5W-30
-30℃---+32.5℃
10W-30
-20℃---+32.5℃
15W-40
-15℃---+36.5℃
10W-40
-20℃---+36.5℃
20W-50
-10℃---+47.5℃
第四章如何选用发动机油?
一、根据您的车型选用质量等级
首先参照“汽车说明书”选定合适的级别,如:
桑塔纳、捷达要求至少选用SF级汽油机油。
然后根据您的汽车具体使用条件做些调整,如:
城市出租车常处于停停开开状态,载货车重负荷长距离行驶,空气中灰尘大等原因都会加速机油变质,此时最好选用高一个级别的发动机油。
二、根据气候选定粘度等级
三、内燃机油黏度对发动机运转的影响
选择正确的油品黏度十分重要
² 油品黏度是发动机性能的一种量度和分类
Ø 低温黏度可以控制:
低温起动性、低温润滑性能和节燃性、低温可泵性及流动性
Ø 高温黏度可以控制:
高温全流体动力润滑性能(即磨损性)、耗油量,节燃性
Ø 高温高剪切力粘度可预示极严苛条件下油品的性能表现
² 正确的油品黏度可以保证:
Ø 全流体动力润滑
Ø 低温情况下油品流动性能佳(特别在起动时)
Ø 在起动时,电池的负荷减至最低
Ø 减少耗油量,良好的燃料经济性
² 选择内燃机油的黏度等级只注重油品绝对黏度的大、小是一种即片面又不可取的观点,因为:
Ø 机油的黏度越大越好,这种观点是不对的,机油的黏度不仅是机油分类的依据,而且同发动机机械摩擦功率的大小、运动零件的磨损量、活塞环的密封程度、机油和燃料的消耗量、发动机冷起动的轻快性以及零件的温度等密切相关。
Ø 机油黏度过大会造成:
1. 发动机低温起动困难。
在发动机低温起动时,机油流动阻力过大,上油慢,尽管油压显示已经足够高了,但因为机油的泵送性差,使得从发动机起动到机油进入摩擦面的时间过长,磨损量严重增大;
2. 因机油黏度过大,发动机在起动时,曲轴转动所需的转矩偏大,转速低,直接造成了点火困难;
3. 功率损失大。
机油黏度大,造成零部件之间的摩擦阻力增大,摩擦损失功率增加;同时,曲轴搅动机油的阻力也会增大。
这些都降低了发动机的效率。
Ø 同样,机油黏度过小会造成:
1. 油膜厚度不够,油膜强度差,容易被破坏。
在高温、高压的摩擦表面上不易形成足够厚度的油膜;且油膜承载能力差,在载荷作用下极易被破坏,使机件得不到正常的润滑,造成发动机的过度磨损;
2. 密封作用差。
机油黏度过小,造成活塞环密封不良,直接造成燃烧室窜气和机油烧失;致使发动机功率下降、机油污染劣化和燃料、机油的过量损耗。
四、汽油发动机和柴油发动机对发动机润滑油的不同要求
Ø 汽油发动机转速较快,其气阀部分易磨损。
故汽油发动机润滑油含有较多的活性烃基锌以控制磨损;
Ø 柴油发动机转速较慢及汽阀部分的接触面较大,故磨损较少。
但柴油发动机操作温度较高及燃料的含硫成分较高,故润滑油需用较稳定的芳香基锌以抗氧化及具有较高的碱性以中和油品劣化产生的酸。
五、选择汽车发动机润滑油的基本原则
Ø 根据发动机的机油装入量。
机油容量大,对机油的质量和换油期要求不苛刻。
机油容量小,单位体积润滑油负担的功率大,对机油的质量则要求高。
一般欧洲生产的发动机,体积小,功率大,机油容量小,要求使用高质量的润滑油。
Ø 根据地区、季节、气温选用不同黏度级别的机油。
冬季寒冷地区,应选用黏度小、倾点低的机油,如多级机油,以保证车辆冬季冷起动顺畅,机油能够及时、有效地供应到各润滑点;全年气温较高的地区,可选用黏度适当大些的油品,以保证足够的供给机油压力。
Ø 根据发动机的使用时间、负荷状态和磨损情况选油。
新发动机、高速负荷小的发动机应选用黏度小些的机油;而使用较久的、磨损较大(间隙增大)的发动机、低速负荷大则可选用黏度较大的油品。
六、合理选择汽油发动机机油的粘度级别和质量级别
合理选用内燃机油的粘度级别和质量级别,对发动机的正常运转和使用寿命以及节省燃料等方面均极为重要,是内燃机油应用的首要问题。
目前存在的问题是选用机油的质量级别就低不就高,粘度选择偏大,贪图便宜或是盲目追求质量等级高档化,其后果将严重影响发动机的正常使用,增加燃料和机油消耗,降低了功率,增加了磨损。
因此,合理选用内燃机油的粘度级别和质量级别至关重要。
汽车或发动机制造商提供的用户使用手册中说明了该车型或发动机的用油要求,用户应按照推荐的级别或高于推荐的级别去选用机油。
Ø 在推荐的范围内,尽可能选用复级黏度机油。
如:
SAE5W-50、SAE10W-50等黏度规格。
比较单级黏度机油来说,发动机使用复级黏度机油不仅具有良好的低温起动性,同时还具有优异的高温启
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