什么是机油?
内燃机的润滑过程从油底壳开始,机油泵通过滤清器滤掉较大杂质,把油底壳内的机油吸到缸体油道。值得注意的是,并非所有的滤清器都是一样的。很多因素影响滤清器清除杂质的能力:如滤纸的材料,孔径,滤芯的深度,油品流速等等。滤清器上有机油旁通阀,油从这里经过(部分机油可不经过滤清器,从旁通阀继续向前输送),再前面就是发动机机体内的油套,以及凸轮轴,曲轴等一些需润滑的摩擦面,^后流回油底壳。整个过程循环进行。
要完全理解发动机的润滑过程,则必须理解油的成分。所有的机油都包含两种成分:添加剂和基础油。机油里含有的添加剂总量为20%到30%不等,不同的品牌,配方和用途,则添加剂的含量不同。这些添加剂可以增强,抑制基础油的某些特性,甚至赋予基础油新的特性。
添加剂的组分里包括清净剂和分散剂,这两种添加剂协同工作,防止或减少发动机在燃烧过程中产生的沉积物和窜缸气体。清净剂和分散剂是带有极性头(亲水)和亲油尾的小颗粒,极性头被油里的脏污物吸引并在污物周围聚集,形成一个结构,我们称之为micelle。
烟灰是发动机沉积物的一种,通过清净剂和分散剂我们能实现对烟灰的抑制。分散剂颗粒把烟灰团团围住,形成一个micelle结构,这样就防止烟灰粘附在金属表面。烟灰团随着循环移动到过滤器^后被滤掉。另外,沉淀物的凝聚现象也同理能得到抑制。我们还是以烟灰为例。在凝聚过程中,烟灰颗粒一个个摞起来,凝结成更大的颗粒团。较小的颗粒能够透过循环系统,当它们结成大颗粒团时,就会破坏油膜,造成部件磨损。分散剂和清净剂能抑制凝聚。
很多汽车使用多级油,多级油里含有一种添加剂叫做黏度改进剂,常见的比如10W-30 或者5W-40机油,这些黏度改进剂是长链有机分子,随着温度改变,它们的分子形状发生改变,低温时(如发动机启动时),分子团聚,高温时,分子舒展开来,这样油在低温时就能保持良好的流动性,而在高温时,保持黏度,体现出来就是润滑油保持正常的润滑作用所允许的温度范围增大。
另一种常见的添加剂是抗磨添加剂(AW),它们含有一些小颗粒,形状类似于清净剂和分散剂分子,不同的是AW分子的极性端被金属表面吸引,并在金属表面形成一层保护层,在边界润滑中保护金属表面,如二烷基二硫代磷酸锌就是一种常见的抗磨添加剂。
机油失效的原因有好几种。脏污和杂质在发动机里会引发严重的问题。发动机工作环境收到污染会加速氧化过程,加速过滤器的阻塞。而油里带入脏污杂质则会降低油的黏度,引起相互运动的部件之间产生边界摩擦。带入了乙烯甘油杂质则起反作用,它能增加黏度,这样就减低了油的流动性,使得油不能流到需要的地方。温度过高或者长时间不换油也会加速油的性能退化,引发氧化和润滑不足而损坏部件。
此外,添加剂受到剪切也会引发润滑问题。随着使用,黏度改进剂会因为受到剪切而性能降低,在本来允许的温度范围内出现油品黏度降低,抗磨剂和清净分散剂同样受到影响,它们的分子效用慢慢耗尽,这时候就需要换油。如果不注意保养维护,润滑油的失效就会提前到来。
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