关键润滑部位对机油的要求有哪些

    不久前，新的美孚博士——来自清华大学宋健教授与大家见面，作为美孚为广大消费者答疑解惑的一个重要渠道，此次美孚博士通过对发动机的关键润滑部位以及对机油的挑战等方面进行了讲解。下面我们就先从发动机的工作原理讲起。

    ●汽油发动机工作原理

    由于四冲程（注1）发动机是现代发动机中比较常见的一种，我们今天就从四冲程汽油发动机的工作原理来进行浅析介绍。

    通过图片我们不难看出，发动机的工作原理就是将空气和汽油以一定的比例形成混合气，被吸入气缸后将混合气压缩、点燃产生热能，从而让产生的高温高压气体作用于活塞顶部，并由此推动活塞作往复直线运动，通过下面的连杆及曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程发动机的一个工作循环可分为进气冲程、压缩冲程、做功冲程及排气冲程。

    进气冲程

    此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°，活塞由此运动，并且其在运动过程中，气缸容积不断增大，形成一定的真空度，而此时由空气和汽油混合而成的混合气体被吸入气缸，并进一步混合形成混合可燃气体。

    压缩冲程

    此时进气门和排气门均关闭，活塞从下止点运动到上止点，气缸工作容积不断减少，混合气体被不断压缩，从而导致混合气体压力、温度的提升。

    做功冲程

    当活塞运动到上止点时，由火花塞点燃气缸内被压缩的混合可燃气体，此时进气门和排气门依旧处于关闭状态，混合气体燃烧释放大量热能，导致气缸内气体压力及温度迅速提高，高温高压气体推动活塞运动到下止点，并通过曲轴连杆机构对外输出机械能。

    排气冲程

    此时进气门关闭，排气门开启，活塞从下止点向上止点运动，活塞推动燃烧后的废气排出气缸。而活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的燃烧废气无法排出，这部分废气叫残余废气。

    通过上面的浅析介绍，大家可以对发动机是如何运转的有了一定的了解，接下来我们就从发动机需要润滑的关键部位以及发动机由此需要机油含有那些特性来进行讲解。

    ●发动机的关键润滑部位及对机油的挑战

    发动机可以说是汽车上最为繁忙、辛苦且工作环境最差的部位，频繁的做功运动使发动机始终处于高温状态，而高温致使发动机需要符合相应条件的机油来满足其正常运转及润滑，从而对机油提出了更高要求。

    图中显示的是一个气缸，由图例可以看出，从气门到活塞显然是最高温的区域，而图中标注的200-350度是金属的温度，做功过程中燃烧的气温最高可以达到3000度，甚至会更高。另外活塞的裙部往下，连杆部分会达到80-150度，里面的空腔温度可能到30-40度。而环境温度最低可能到-50度。这就致使我们爱车的机油在工作过程当中要适应整个温度的范围，满足在不同温度下都能对发动机起到很好的润滑、清洁等效果。

注1：活塞冲程，发动机的活塞从一个极限位置到另一个极限位置做的功。四冲程发动机是曲轴旋转两圈才完成一次工作循环，分为进气、压缩、做功及排气。   配气机构

    配气机构主要作用于按照每个气缸的工作循环及发火次序要求安排进、排气门的关闭时机，并在压缩及膨胀过程中保证燃烧室的密封性。配气机构由气门组（气门、气门弹簧等）和气门传动组（凸轮轴、摇臂等）组成。

    配气机构的润滑比较不充分，它不像曲轴下面有机油，每转一下可以把机油搅上去，它只能通过飞溅上来的机油进行润滑（飞溅润滑），所以配气机构基本上处于边界润滑状态（注2），而这个地方压力又非常的高，因此配气机构在工作时是非常辛苦的。

    在这样的情况下，就需要机油有非常好的耐磨添加剂，并且基础油的粘度也要在比较宽的范围里，对低温流动性方面也是要求很高的。

    另外，配气机构还可能由于低温、水汽而生锈，从而腐蚀相关部位并加大磨损，因此在这样的情况下，机油要防止它生锈，一般来讲要在机油中添加一些碱性添加剂等等。

    关于气门的积炭，它也需要机油在移动过程中帮助清理。而这些积炭的形成一般来说都是来自于混合气，有多余的碳氢化合物燃烧不完全，这些炭碳就免不了积累在气门处。所以在这样的情况下，机油要有很好的氧化稳定性，同时它最好还可以清理积炭。

    活塞

    活塞在发动机里处境比较尴尬。因为做功时，要把燃气密封在燃烧室里，不能把气串到曲轴箱里面去，而曲轴箱里面的机油也不能串到上面的燃烧室里。并且现代的增压发动机，它第一个密封环的位置比起过去的发动机更加接近于燃烧的状态。常常在这个地方，机油很难接近，不像下面的两个环是刮油环，会刮掉机油，不让其燃烧。而上面是很好的气密环，因此在润滑方面，对机油要求的工作状态是非常苛刻的。

    如果机油的润滑不好很有可能出现卡死情况，从而导致这个地方容易产生积炭。反过来，也可能由于积炭把活塞环卡死。除此之外，假如这里有积炭还会导致过大的摩擦力，造成额外磨损，机油消耗增加等现象。

    积炭会使活塞环产生额外的压力，经过长时间的使用，会因为过度磨损掉下来。因此机油要有高碱性的清洁分散配方，可以把积炭清理掉。另外机油还要具有很好的耐磨性能。

    曲轴轴承

    曲轴的轴承都是所谓的滑动轴承(注3)，因为在高速运转的时候，用滑动轴承动能损失会更小。在静态的时候，轴承里面只有少许机油，只能达到边界润滑，经过一定的速度运转起来之后，它才能逐渐的变成一种混合润滑，最后才是浸液润滑。在这种情况下，润滑油里面如果有杂质，就会造成腐蚀，对轴承造成一些破坏。因此对机油要求有良好流动性、粘润的特性，还要有碱性的清洁剂，可以防腐，当然还要有过滤的特性，类似于机油滤清器，要不断把脏的东西滤去，否则也会导致其性能的下降。

     油泥

    在发动机不同部位中产生的油泥可分为低温油泥和高温油泥。低温油泥是由于窜气（含有未燃烧的燃油和水）和机油的共同作用产生低温油泥。在低温或者短途运行时，曲轴箱中的水分和燃油没有完全蒸发，从而形成乳化，导致油泥的产生。高温油泥是在高温情况下，聚合成一些比较大的分子，造成机油的稠化，也就是机油的粘度发生了变化，久而久之就形成了油泥的堆积。

    这些油泥可以导致机油粘度的增加，堵塞油路造成供油不足。而形成一段时间的油泥经过长时间高温加热后会变硬易碎，这就是所谓的“黑油泥”。黑油泥会导致部件磨损的增加，甚至会出现卡咬现象。为了减轻这些油泥带来的危害，机油需要含有比较好的清洁剂、分散剂。

注2：边界润滑是由液体摩擦过渡到干摩擦过程之前的临界状态。下文中轴承部分有图片说明。

注3：滑动轴承，在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承工作平稳、可靠、无噪滑动轴承在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力，但起动摩擦阻力较大。   粘度及剪切稳定性

    上面我们已经提到，油分子在高温时会聚合成较大的分子（如图，机油分子正常是短分子，在高温情况下很可能会变成长分子，分子链越长，机油的粘度越大），造成机油的稠化，这时机油的粘度就会增加，在发动机高速运转时的消耗也会增加，也就是“搅油”损失，而且还会造成泵送性变差，导致启动困难和供油不足。因此，需要机油具有良好的氧化稳定性和分散性。

    从另一方面讲，发动机机油所含有的粘度指数增进剂受到轴承或活塞环等金属的剪切，会变成较小的分子，从而导致油品粘度的降低，同时使机油的润滑性能下降。机油变稀，油膜变薄会加剧部件间的磨损。而为了避免增粘剂分子被剪切，机油需要含有良好剪切稳定性的增粘剂。

    灰分沉积（汽油）

    机油经过一段时间的使用会有灰分沉积，灰分沉积是由于燃烧不良形成的碳颗粒和机油添加剂中的金属盐形成的。高温会致使灰分沉积在火花塞点火前引起早燃，产生爆震，增加发动机尤其是轴承与曲轴的负担。导致无法控制燃烧、过热、功率损失和振动噪音等现象的增加。

    而活塞上的灰分聚集物由于缸内压力的变化，很有可能发生自燃，也就是会发生爆震现象，对发动机十分不利。面对这些问题，就需要机油是低灰分的润滑油，并且要有良好的清洁性能。

    增压器和液压挺杆

    现在的发动机很多都是带T的，也就是带增压器，主要目的为了节能，因为增压器增压以后功率变大，在同样的发动机排量的情况下会变大，对润滑也提出了更高的要求。在采用增压器的情况下，涡轮温度很高，会导致轴承变得很热，这时候需要机油有良好的氧化安定性。

    液压挺柱实际上就是为了缓冲高转速的情况下，气门和钢骨之间的敲击，使得这个过程更加柔和。但是，由于液压挺柱里面的液压实际上是机油打进去的，假如不当很可能会堵塞，机油在不同情况下还可能会起泡，会生锈。因此，就要求机油有良好的清洁性能，

    除了以上介绍的部位，基于三元催化器和发动机众多密封材料的使用需要，机油还得具有低磷的抗磨添加剂、添加剂与密封材料相容等特性。

    结语：我们今天简单的审视了一遍发动机关键润滑部位对机油的要求，可以看出，由于发动机工作环境的艰苦，不同部位对机油都有着众多且不同的要求，而这也是当今机油生产企业所关注的。而对于我们普通车主，了解爱车发动机的工作状况，从而选择适合爱车使用的机油也是很有必要的。