航空活塞發動機滑油特性探討

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（中國民航飛行學院，四川廣漢618307）

航空活塞發動機滑油特性探討

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（中國民航飛行學院，四川廣漢618307）

滑油是航空活塞發動機不可缺的保護液、滑油的粘度、溫度和可溶特性會直接影響其對發動機的潤滑、清潔、保護和密封與冷卻等各種不同功能。

發動機；滑油；特性

航空活塞發動機滑油必須具有某些特性，以使其能夠達到潤滑、清潔、保護和密封與冷卻等各種不同的功能[1]。任一種滑油，合成類滑油或礦物類滑油，只有在其基本組份內加入不同類型添加劑，才能夠使其功能達到最佳化。

1 粘度特性

截止目前，粘度是航空活塞發動機滑油最重要的一種性質。粘度就是“稠度”或者阻止滑油流動的能力。如蜂蜜就是是一種高粘度物質，而水則是一種低粘度物質。粘度會影響滑油耗油量、發動機曲軸轉速、磨損率和發動機摩擦力。航空活塞發動機使用的滑油的粘度應盡可能小以便在軸承、汽缸壁和氣門機構處產生最小的摩擦阻力，從而得到最大的液壓潤滑。并且能夠提供良好的冷起動性能[2]。

從圖1中可以看出：在低溫下，SAE 10W-50的粘度比SAE 10W的粘度小。而在高溫下，SAE 10W-50的粘度又比SAE 50的粘度大。所以用戶應以外界環境溫度作為一個主要的標準來選用不同等級（粘度）的滑油，這樣做可以延長發動機的使用壽命。當外界環境溫度為40度時，如果你使用50W滑油將縮短發動機的使用壽命。相對于單級滑油，多級滑油的一個優勢是它屬于“四季滑油”。如果你的飛機從熱氣候環境飛入冷氣候環境中，或者你飛行的時間不夠多，以至于到冬天時，你的發動機內還仍然是夏季級別的滑油時，那么多級滑油是你最好的選擇。見表1.

圖1 多級滑油的粘度曲線

表1 滑油粘度與壓力表

上圖表明隨著壓力的增大，滑油的粘度將顯著增大?；偷倪@種特性可以使其能夠停留在高負荷部件之間，并提供一層滑油保護膜。液體中包含有未填滿的晶格空位。壓力將壓縮這些空位，使分子很難進入這些晶格空位中。這種阻止分子移動的阻力將使液體的粘度增大。在壓力作用下粘度增大是很重要的，因為它可以防止潤滑油被從高負荷的接觸面之間擠出，例如齒輪輪齒之間。粘度隨壓力的增大可以用壓力粘度系數來表示。例如，在300 000 psi時，潤滑油擁有與尼龍相同的粘度。在這些壓力條件下，滑油膜變得足夠粘稠以致能使鋼產生彈性變形。這種類型的潤滑被叫做“流體彈性動力潤滑”。

2 溫度特性

航空活塞發動機滑油的溫度特性是指滑油粘度隨溫度變化的特性，這里沒有“理想溫度”粘度的滑油。滑油既要具有齒輪潤滑劑的功能，又要具有軸頸潤滑劑的功能。在高溫下，滑油必須能夠充滿活塞環周圍并確保其正常工作；在低溫下，滑油又必須能夠在附件機匣內正常工作。低粘度滑油意味著較小的油膜厚度和較大的磨損，適當的滑油粘度是一個折衷產物。理論上，在低溫下，航空活塞發動機滑油應當具有20 W滑油的粘度，而在高溫下應當具有50 W滑油的粘度。這些類型的滑油被稱為“多粘度”滑油。見圖2.

圖2 滑油壓力與滑油溫度

隨著溫度的變化，滑油將明顯變稠或變稀。當溫度升高時，粘度變小，壓力降低，相對于輕油而言，重油的粘度下降更多。如果在輕油中加入增稠劑，可以使其達到重油的粘度。那么經過稠化的滑油，其粘度的溫度敏感性比重油要差一些。為了得到滑油的多粘度特性，一種增稠劑被加入輕基質滑油中。例如，罐裝的10W-30發動機潤滑油僅僅是一種7號重度滑油。這種增稠劑被稱為VI（粘度指數）改進劑。這種VI改進劑具有蜂蜜一樣的粘度，除了在極高的溫度下，它在其它任何溫度下都能增大滑油的粘度。在給定的溫度范圍內，VI改進劑的粘度變化很小，因此它能夠增大滑油的粘度指數，從而被命名為VI（粘度指數）改進劑。

3 可溶特性

航空活塞發動機滑油的可溶性給予聚合物一種非極性，它通過一種烴基支鏈來允許聚合物在其結構中保留極性基團。例如，滑油是憎水性的（非極性的），而水是親水性的（極性的）。滑油和水是不能混合的。由于碳和氫同樣也是非極性的，因此很多有機分子都是非極性的。水分子是帶極性的。極性物質之間會相互溶解，非極性物質之間也會相互溶解。見圖3.

圖3 一種VI改進劑分子結構的表示方法

水是一種極性物質，意味著它有一個高價負電荷。氧原子在它的外電子層有6個電子，氫原子有一個電子。由于電子帶有一個負電荷，氧比氫帶有更多的負電荷。當兩個氫原子與一個氧原子結合時，有效效應是產生一個更高的極性分子，在這個分子內氧原子一側比氫原子一側擁有更大的負極性。氧原子保留有兩個無束縛的電子對（負電荷），這將用于與其它氫原子相互作用。正如水分子，我們想要VI分子帶有極性并且相互作用。但是，在非極性滑油中，我們需要非極性支鏈來保持滑油的可溶解性。見圖4.

圖4 表示一個水分子

為了在VI分子中產生極性基團，我們應使分子響應溫度變化。當VI分子的溫度較低時，分子的能級也較低。這將使分子自動纏繞在一起。當溫度較低時，VI分子將被壓碎，從而使滑油很容易流到它的周圍以保持滑油的低粘性。當溫度升高時，分子的能級增大，極性基團和非極性基團之間的相互距離也增大。結果分子膨脹并阻礙滑油通過分子周圍。當發動機滑油變得越稀時，VI改進劑將變得越粘稠。通過與一些功能性含氮基團相結合（胺，吡咯烷酮），VI分子也呈現出分散劑的性質。

4 結束語

本文對航空活塞發動機滑油的粘度特性、溫度特性和可溶特性進行了探討，讀者會通過此文對航空活塞發動機滑油的主要特性有更全面、更深入的認識，對航空活塞發動機維護者在滑油的選擇上有指導性意義。

[1]Overhaul Manual Direct Drive Engine[M]，U.S.A：Textron Lycoming Inc，1974

[2]Lycoming SI1014[M]，U.S.A：Textron Lycoming Inc，1995.

Oil Characteristic Discuss of Aviation Piston Engine

CHANG Hu-shan
（Civil Aviation Flight University of China，Guanghan Sichuan 618307，China）

Oil is an indispensable protective fluid for aviation piston engines.The viscosity，temperature and soluble properties of the oil will affect its various functions directly，such as lubrication，cleaning，protection and sealing and cooling.

engine；oil；function

TH138

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0263-02

2017-02-14

科研項目：中國民用航空飛行學院面上項目，項目名稱《萊康明HIO-360-G1A發動機本體修理技術開發研究》（項目編號：J2013-07）

?；⑸剑?973-），男，四川中江人，工程碩士，工程師，研究方向為航空活塞發動機維修。