轎車汽油發動機使用合成型機油的性能分析

于秩祥

（江蘇建筑職業技術學院實驗實訓與職業技能管理中心，江蘇徐州 221116）

轎車汽油發動機使用合成型機油的性能分析

于秩祥

（江蘇建筑職業技術學院實驗實訓與職業技能管理中心，江蘇徐州 221116）

通過試驗對比分析轎車汽油發動機使用合成型機油的理化性能，在延長換油周期的條件下，檢驗發動機油的理化性能指標，驗證轎車發動機使用高級別合成型機油的可靠性，同時分析延長轎車使用壽命的措施，達到減少轎車維護成本、節能減排、提高轎車發動機使用壽命的目的。

汽車；轎車；發動機；合成型機油

發動機機油的重要作用之一是對發動機內各摩擦表面實現潤滑，減少各摩擦表面的磨損，保證各摩擦件有效而持久地工作。發動機工作時，通過對機油的加壓，使機油在發動機內不斷往復循環，以實現對各摩擦表面的潤滑，在此過程中，機油自身因不斷氧化、分解、聚合、污染、稀釋等物理、化學作用而逐漸變質，其性能逐漸減弱，直至失效。這一變質過程主要是由于發動機工作時的熱量傳導給潤滑油，使油溫升高而氧化（酸性物質和瀝青等有害成分）及碳粒、煙塵、外來雜質的侵入所致。為延長轎車發動機的使用壽命，減少維護成本，該文采用合成型高級別發動機機油進行試驗，檢驗在規定使用周期內發動機機油的性能指標，同時延長換油周期，檢驗發動機機油的性能指標。

1 轎車發動機的磨損

一般車用發動機機油的最低使用標準是廠家推薦使用標準，在正常使用條件下，只要按照廠家規定的換油周期和使用級別更換發動機機油即可。發動機機體內部存在邊界磨損和混合磨損，當發動機氣缸內部溫度達到150～300℃時產生邊界磨損，燃燒不完全形成積碳，金屬表面形成漆膜。尤其在低溫冷起動和高溫高轉速下發動機內部會發生干摩擦磨損，磨損量占總磨損的70%以上，對汽車發動機使用壽命帶來極大危害。另外，一般轎車中50%以上的行程小于10km，在環境溫度較低的情況下發動機水溫低于50℃，發動機磨損較大。正確選用發動機機油可減少發動機內部磨損，達到節油減排的效果，而使用高等級機油可有效減小發動機內部磨損、延長換油周期和降低尾氣排放。目前美國石油協會汽油發動機最高使用級別為SN級，但換油期仍為5 000～7 500km，造成極大浪費。

2 試驗過程和合成機油檢測項目

根據機油的使用性能和換油周期進行比較，試驗機油具備抗氧化、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，同時能更好地保護發動機，減小磨損，降低油耗，提高轎車使用壽命和經濟性。

試驗用車為國內主流中級轎車，采用電控多點噴射自然吸氣汽油發動機，帶可變配氣正時機構，排放要求為歐Ⅳ標準，車輛技術參數見表1。該車從4萬km后開始使用某品牌全合成機油，機油使用性能級別為API SN，粘度級別為SAE 5W-40，每次更換加注量為4.5L。根據行駛環境和道路條件，每行駛2萬km更換一次機油，每隔5 000、10000和15000km更換一次機油濾清器，并對更換機油濾清器時損失的機油進行補充。

表1　某轎車汽油發動機的技術參數

表2為機油樣本使用中的性能比較。其中：第2列為新油的理化檢驗數據；第3列為行駛5 000km后機油的抽樣檢查理化檢驗數據；第4列為行駛10 000km后機油的抽樣檢查理化檢驗數據，并更換機油濾清器，補充0.6L新機油；第5列為行駛15000km后的抽樣檢查理化檢驗數據；最后一列為行駛20000km后放出全部機油的理化檢驗數據。試驗車使用93號汽油，在部分地區使用乙93號乙醇汽油（未發現發動機動力下降和異常現象）。

表2　機油性能檢驗數據

3 油品試驗數據分析

3.1機油粘度

機油的使用粘度直接影響發動機的潤滑狀況和磨損量，是機油的一項基本理化指標。機油粘度的變化主要與蒸發損失、聚合物降解、燃油稀釋、氧化物聚合等有關，高性能的機油在使用過程中應盡量維持較小的粘度變化。

從表2可看出：隨著機油使用里程的增長，其運動粘度與新油相比呈下降趨勢，但變化平穩，運動粘度變化率在5%以內，機油的抗剪切性能維持良好；低溫動力粘度和低溫泵送粘度是反映機油在嚴寒低溫下的流動性和潤滑性的指標，隨著機油使用里程的增長，這兩項指標不斷增大，但都在有效性以內，能保證發動機在低溫時順利起動，縮短預熱時間，減少發動機內部磨損。

3.2機油抗氧化性能

氧化性是指機油抵抗分解（氧化）的能力，這種分解作用是由于機油分子在高溫下與氧結合而產生的。機油的抗氧化性能突出表現在酸值、氧化物和硝化物變化上。試驗過程中對氧化物和硝化物采用紅外光譜中的吸光度進行標定，其中1740cm-1處為羰基基團的伸縮振動，1630cm-1處為硝基基團振動吸收峰，試驗過程中根據實際情況以-CH2-面內彎曲吸收作為基準。試驗油品采用高分子合成基礎油，其具有相對穩定性，不易被氧化。從表2來看，試驗油品的酸值隨著行駛里程的增長呈增大趨勢，但相對穩定，可在更長時間內抵抗氧化作用。

3.3機油酸中和性能

油品的酸中和能力由總堿值來表征，發動機潤滑油必須具備適當的堿值來中和潤滑油和燃料油氧化生成的含氧酸，阻止它們進一步氧化縮合，從而減少發動機內部零件形成漆膜，同時中和燃油燃燒后所產生的HCl、HNO3和SO2等。總堿值越高，說明機油的抑酸能力越強。從表2來看，隨著機油使用里程的增長，總堿值下降，酸值升高，但都在可靠性范圍內，說明機油具備超長換油周期。在20000km時對機油進行測試，總堿值為12.4mg KON/g，與新機油相比下降2.2mg KON/g，說明機油已達到換油周期，建議更換機油。

3.4機油中金屬含量的變化

通過分析油品中金屬含量的變化來表征燃油油品的抗磨性，主要以油品中鐵的含量為依據。從表2來看，行駛里程為5 000～20 000km時，機油中金屬含量為6.31～6.97μg/g，變化不大，每5000km更換一次機油濾清器，表明全合成機油具有超強的抗磨性。但金屬含量還是處于上升狀態，機油的性能隨著使用時間的延長在衰減，發動機在某種工況下存在機械摩擦。

4 經濟性

在機油標準一致的情況下，根據機油成分不同，轎車發動機一般使用礦物機油、半合成機油和全合成機油。3種機油的價格依次由低到高相差1個倍數。根據表2，全合成機油具有優異的理化性能，能滿足超長換油周期需要，在正常使用情況下以1萬km左右作為換油周期對發動機不會產生影響。而使用礦物油或半合成油很難保證機油的理化性能，必須每間隔5000或7500km更換一次機油。根據合成機油優異的結構性能，結合使用條件（如環境、氣候、道路條件、載荷和駕駛技術等），選用優質長效機油濾清器，換油周期可在10000km以上，可保證發動機的可靠性，延長發動機的使用壽命，降低維護成本，也減少對環境的污染。

5 結論

（1）行駛里程為5000～20000km，機油的理化性能指標在穩定范圍之內，說明在超長的更換間隔時合成機油能保持良好的原始性態。在3次取樣中，每次更換一次機油濾清器，并補充一定量的機油（0.2～0.3L），這樣保證了機油的清潔性，減少了機械雜質對發動機帶來的磨料磨損，可達到20000km的換油周期。

（2）全合成機油具有優異的潤滑性和流動性，可有效降低發動機內部零件的機械摩擦和噪音，減少機械損失，提高機械效率，從而提高車輛燃油經濟性，達到節能減排的目的。

（3）使用全合成機油，轎車發動機換油里程可在10000km左右，在使用條件良好的情況下，選用長效機油濾清器，換油周期可延長到15 000km，能減少維護次數，節省保養材料費用，提高車輛的使用經濟性。

（4）轎車發動機選用全合成機油，可有效延長發動機使用壽命，在正確駕駛和定期換油的條件，發動機與車輛使用壽命一致，無需大修。

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2016-05-18