轎車(chē)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用合成型機(jī)油的性能分析

于秩祥

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)與職業(yè)技能管理中心，江蘇徐州 221116）

轎車(chē)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用合成型機(jī)油的性能分析

于秩祥

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)與職業(yè)技能管理中心，江蘇徐州 221116）

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析轎車(chē)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用合成型機(jī)油的理化性能，在延長(zhǎng)換油周期的條件下，檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)油的理化性能指標(biāo)，驗(yàn)證轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)使用高級(jí)別合成型機(jī)油的可靠性，同時(shí)分析延長(zhǎng)轎車(chē)使用壽命的措施，達(dá)到減少轎車(chē)維護(hù)成本、節(jié)能減排、提高轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命的目的。

汽車(chē)；轎車(chē)；發(fā)動(dòng)機(jī)；合成型機(jī)油

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的重要作用之一是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)各摩擦表面實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑，減少各摩擦表面的磨損，保證各摩擦件有效而持久地工作。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過(guò)對(duì)機(jī)油的加壓，使機(jī)油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)不斷往復(fù)循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各摩擦表面的潤(rùn)滑，在此過(guò)程中，機(jī)油自身因不斷氧化、分解、聚合、污染、稀釋等物理、化學(xué)作用而逐漸變質(zhì)，其性能逐漸減弱，直至失效。這一變質(zhì)過(guò)程主要是由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的熱量傳導(dǎo)給潤(rùn)滑油，使油溫升高而氧化（酸性物質(zhì)和瀝青等有害成分）及碳粒、煙塵、外來(lái)雜質(zhì)的侵入所致。為延長(zhǎng)轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，減少維護(hù)成本，該文采用合成型高級(jí)別發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油進(jìn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)在規(guī)定使用周期內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的性能指標(biāo)，同時(shí)延長(zhǎng)換油周期，檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的性能指標(biāo)。

1 轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損

一般車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的最低使用標(biāo)準(zhǔn)是廠家推薦使用標(biāo)準(zhǔn)，在正常使用條件下，只要按照廠家規(guī)定的換油周期和使用級(jí)別更換發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油即可。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體內(nèi)部存在邊界磨損和混合磨損，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部溫度達(dá)到150～300℃時(shí)產(chǎn)生邊界磨損，燃燒不完全形成積碳，金屬表面形成漆膜。尤其在低溫冷起動(dòng)和高溫高轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部會(huì)發(fā)生干摩擦磨損，磨損量占總磨損的70%以上，對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命帶來(lái)極大危害。另外，一般轎車(chē)中50%以上的行程小于10km，在環(huán)境溫度較低的情況下發(fā)動(dòng)機(jī)水溫低于50℃，發(fā)動(dòng)機(jī)磨損較大。正確選用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油可減少發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部磨損，達(dá)到節(jié)油減排的效果，而使用高等級(jí)機(jī)油可有效減小發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部磨損、延長(zhǎng)換油周期和降低尾氣排放。目前美國(guó)石油協(xié)會(huì)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)最高使用級(jí)別為SN級(jí)，但換油期仍為5 000～7 500km，造成極大浪費(fèi)。

2 試驗(yàn)過(guò)程和合成機(jī)油檢測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)機(jī)油的使用性能和換油周期進(jìn)行比較，試驗(yàn)機(jī)油具備抗氧化、抗熱裂解、阻止油泥生成、減小閥件磨損和降低尾氣成分的特性，且含有特殊添加劑，能控制酸和積碳，同時(shí)能更好地保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)，減小磨損，降低油耗，提高轎車(chē)使用壽命和經(jīng)濟(jì)性。

試驗(yàn)用車(chē)為國(guó)內(nèi)主流中級(jí)轎車(chē)，采用電控多點(diǎn)噴射自然吸氣汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，帶可變配氣正時(shí)機(jī)構(gòu)，排放要求為歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，車(chē)輛技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。該車(chē)從4萬(wàn)km后開(kāi)始使用某品牌全合成機(jī)油，機(jī)油使用性能級(jí)別為API SN，粘度級(jí)別為SAE 5W-40，每次更換加注量為4.5L。根據(jù)行駛環(huán)境和道路條件，每行駛2萬(wàn)km更換一次機(jī)油，每隔5 000、10000和15000km更換一次機(jī)油濾清器，并對(duì)更換機(jī)油濾清器時(shí)損失的機(jī)油進(jìn)行補(bǔ)充。

表1　某轎車(chē)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)

表2為機(jī)油樣本使用中的性能比較。其中：第2列為新油的理化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)；第3列為行駛5 000km后機(jī)油的抽樣檢查理化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)；第4列為行駛10 000km后機(jī)油的抽樣檢查理化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，并更換機(jī)油濾清器，補(bǔ)充0.6L新機(jī)油；第5列為行駛15000km后的抽樣檢查理化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)；最后一列為行駛20000km后放出全部機(jī)油的理化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)車(chē)使用93號(hào)汽油，在部分地區(qū)使用乙93號(hào)乙醇汽油（未發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降和異常現(xiàn)象）。

表2　機(jī)油性能檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 油品試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1機(jī)油粘度

機(jī)油的使用粘度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑狀況和磨損量，是機(jī)油的一項(xiàng)基本理化指標(biāo)。機(jī)油粘度的變化主要與蒸發(fā)損失、聚合物降解、燃油稀釋、氧化物聚合等有關(guān)，高性能的機(jī)油在使用過(guò)程中應(yīng)盡量維持較小的粘度變化。

從表2可看出：隨著機(jī)油使用里程的增長(zhǎng)，其運(yùn)動(dòng)粘度與新油相比呈下降趨勢(shì)，但變化平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)粘度變化率在5%以?xún)?nèi)，機(jī)油的抗剪切性能維持良好；低溫動(dòng)力粘度和低溫泵送粘度是反映機(jī)油在嚴(yán)寒低溫下的流動(dòng)性和潤(rùn)滑性的指標(biāo)，隨著機(jī)油使用里程的增長(zhǎng)，這兩項(xiàng)指標(biāo)不斷增大，但都在有效性以?xún)?nèi)，能保證發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫時(shí)順利起動(dòng)，縮短預(yù)熱時(shí)間，減少發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部磨損。

3.2機(jī)油抗氧化性能

氧化性是指機(jī)油抵抗分解（氧化）的能力，這種分解作用是由于機(jī)油分子在高溫下與氧結(jié)合而產(chǎn)生的。機(jī)油的抗氧化性能突出表現(xiàn)在酸值、氧化物和硝化物變化上。試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)氧化物和硝化物采用紅外光譜中的吸光度進(jìn)行標(biāo)定，其中1740cm-1處為羰基基團(tuán)的伸縮振動(dòng)，1630cm-1處為硝基基團(tuán)振動(dòng)吸收峰，試驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況以-CH2-面內(nèi)彎曲吸收作為基準(zhǔn)。試驗(yàn)油品采用高分子合成基礎(chǔ)油，其具有相對(duì)穩(wěn)定性，不易被氧化。從表2來(lái)看，試驗(yàn)油品的酸值隨著行駛里程的增長(zhǎng)呈增大趨勢(shì)，但相對(duì)穩(wěn)定，可在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)抵抗氧化作用。

3.3機(jī)油酸中和性能

油品的酸中和能力由總堿值來(lái)表征，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油必須具備適當(dāng)?shù)膲A值來(lái)中和潤(rùn)滑油和燃料油氧化生成的含氧酸，阻止它們進(jìn)一步氧化縮合，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零件形成漆膜，同時(shí)中和燃油燃燒后所產(chǎn)生的HCl、HNO3和SO2等。總堿值越高，說(shuō)明機(jī)油的抑酸能力越強(qiáng)。從表2來(lái)看，隨著機(jī)油使用里程的增長(zhǎng)，總堿值下降，酸值升高，但都在可靠性范圍內(nèi)，說(shuō)明機(jī)油具備超長(zhǎng)換油周期。在20000km時(shí)對(duì)機(jī)油進(jìn)行測(cè)試，總堿值為12.4mg KON/g，與新機(jī)油相比下降2.2mg KON/g，說(shuō)明機(jī)油已達(dá)到換油周期，建議更換機(jī)油。

3.4機(jī)油中金屬含量的變化

通過(guò)分析油品中金屬含量的變化來(lái)表征燃油油品的抗磨性，主要以油品中鐵的含量為依據(jù)。從表2來(lái)看，行駛里程為5 000～20 000km時(shí)，機(jī)油中金屬含量為6.31～6.97μg/g，變化不大，每5000km更換一次機(jī)油濾清器，表明全合成機(jī)油具有超強(qiáng)的抗磨性。但金屬含量還是處于上升狀態(tài)，機(jī)油的性能隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)在衰減，發(fā)動(dòng)機(jī)在某種工況下存在機(jī)械摩擦。

4 經(jīng)濟(jì)性

在機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)一致的情況下，根據(jù)機(jī)油成分不同，轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)一般使用礦物機(jī)油、半合成機(jī)油和全合成機(jī)油。3種機(jī)油的價(jià)格依次由低到高相差1個(gè)倍數(shù)。根據(jù)表2，全合成機(jī)油具有優(yōu)異的理化性能，能滿足超長(zhǎng)換油周期需要，在正常使用情況下以1萬(wàn)km左右作為換油周期對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生影響。而使用礦物油或半合成油很難保證機(jī)油的理化性能，必須每間隔5000或7500km更換一次機(jī)油。根據(jù)合成機(jī)油優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能，結(jié)合使用條件（如環(huán)境、氣候、道路條件、載荷和駕駛技術(shù)等），選用優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)效機(jī)油濾清器，換油周期可在10000km以上，可保證發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，降低維護(hù)成本，也減少對(duì)環(huán)境的污染。

5 結(jié)論

（1）行駛里程為5000～20000km，機(jī)油的理化性能指標(biāo)在穩(wěn)定范圍之內(nèi)，說(shuō)明在超長(zhǎng)的更換間隔時(shí)合成機(jī)油能保持良好的原始性態(tài)。在3次取樣中，每次更換一次機(jī)油濾清器，并補(bǔ)充一定量的機(jī)油（0.2～0.3L），這樣保證了機(jī)油的清潔性，減少了機(jī)械雜質(zhì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)的磨料磨損，可達(dá)到20000km的換油周期。

（2）全合成機(jī)油具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性和流動(dòng)性，可有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零件的機(jī)械摩擦和噪音，減少機(jī)械損失，提高機(jī)械效率，從而提高車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

（3）使用全合成機(jī)油，轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)換油里程可在10000km左右，在使用條件良好的情況下，選用長(zhǎng)效機(jī)油濾清器，換油周期可延長(zhǎng)到15 000km，能減少維護(hù)次數(shù)，節(jié)省保養(yǎng)材料費(fèi)用，提高車(chē)輛的使用經(jīng)濟(jì)性。

（4）轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)選用全合成機(jī)油，可有效延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，在正確駕駛和定期換油的條件，發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)輛使用壽命一致，無(wú)需大修。

［1］ 于秩祥.乘用車(chē)使用低滾動(dòng)阻力輪胎的節(jié)能減排分析［J］.無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，10（6）.

［2］ 王成燾.汽車(chē)摩擦學(xué)［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2002.

［3］ 戴汝泉.汽車(chē)運(yùn)行材料［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［4］ 王先會(huì).車(chē)用與船舶潤(rùn)滑油選用指南［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2014.

［5］ Robert Bosch.汽車(chē)工程手冊(cè)［M］.魏春源，譯.北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

［6］ 高延齡.汽車(chē)運(yùn)用工程［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［7］ 劉玉梅.汽車(chē)節(jié)能技術(shù)與原理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

U473.7

A

1671-2668（2016）05-0010-03

2016-05-18