航空活塞發動機滑油功能探討

常虎山

（中國民航飛行學院，四川廣漢618307）

航空活塞發動機滑油功能探討

常虎山

（中國民航飛行學院，四川廣漢618307）

滑油是航空活塞發動機的血液，滑油應具有潤滑、清潔、密封、保護和冷卻等功能才能保證發動機的正常運轉，對滑油這些功能進行探討有助于你更好認識滑油對航空活塞發動機的重要性。

發動機；滑油；功能

滑油是航空活塞發動機的血液，滑油應具有潤滑、清潔、保護、密封和冷卻等功能才能保證發動機的正常運轉，目前全球通用輕型飛機絕大部分使用萊康明航空活塞發動機提供動力，為本文以萊康明航空活塞發動機為例對這些功能進行一一探討有助于你更好認識滑油對航空活塞發動機的主要性。圖1所示。

圖1 萊康明典型航空活塞發動機

1 潤滑功能

萊康明發動機滑油提供兩種類型的基本潤滑：壓力潤滑和邊界潤滑[1]。

壓力潤滑：指示被潤滑部件被一層壓力滑油膜隔開。運動部件表面會產生一層油膜，油膜內有足夠的壓力可以將相互接觸部件的表面分開。就像水上飛機的水面效應。例如，曲軸、凸輪軸軸頸與軸承、挺桿體與其安裝孔之間就是壓力潤滑。圖2所示。

圖2 斯特里貝克曲線和發動機部件的工作狀況

上述曲線表明：氣門機構鏈中的關鍵部件，包括挺桿體和搖臂軸，主要工作在邊界潤滑和混合潤滑區域之間。

邊界潤滑：產生在油膜不足以將相互接觸的金屬部件分開的地方。它產生在高負荷區域，例如，凸輪凸峰、挺桿端面、齒輪、活塞環在死點位置時都會產生邊界潤滑。潤滑油具有表面活化特性和化學特性。固體表面的化學特性決定其摩擦和磨損特性。邊界潤滑是在金屬表面之間形成一層結實的油膜以阻止金屬相互接觸。滑油的邊界潤滑特性主要是由加入滑油中的添加劑決定的。

添加劑給邊界潤滑提供一種被稱作“極端壓力”的潤滑油（EP）。所有“EP”潤滑油都是硫、磷化合物或者氯化物，可以防止發生粘附磨損。例如，氯基EP潤滑油是由一種高分子直鏈碳氫化合物經過化學反應生成的。石蠟與氯元素發生反應的生成物就屬于這個類型，氯原子取代石蠟分子中的氫原子。氯在鐵部件表面進行化學反應生成一層氯化鐵，這將減少摩擦面的磨損和損傷。

粘附磨損發生在兩個相互接觸的滑動表面上、如活塞與汽缸，摩擦產生的熱量會使接觸面局部熔接在一起。當新部件運轉時，兩個表面相互接觸就會產生輕微的粘附磨損。嚴重的粘附磨損稱為咬接。當金屬因發生熔接和撕裂，而從一個表面轉移到另一個表面上時，就產生了咬接。硫或磷酸基EP添加劑會在金屬表面形成一層硫化鐵或磷酸鐵保護膜。這層氧化膜能夠將滑油吸附在表面上形成一層液體潤滑膜。氧化膜的厚度通常不低于100埃（聚合物VI分子的厚度大約是幾千埃）。硫化鐵或磷酸鐵氧化膜的熔點很高，即使在高接觸溫度下也能保持固態而不被熔化。接觸溫度越高的地方，EP添加劑的反應速率越大。由于這些添加劑將被耗盡，因而需要進行及時補充。

在邊界條件下，這層表面膜會不斷地被刮掉和重新生成。在刮傷的地方會產生輕微的腐蝕。只有當溫度達到發生“咬接”危險的溫度時，添加劑才會起作用。如果反應速度太高，潤滑油內的細粒磨料會引起磨損，從而持續不斷地去除表面膜。這將會導致過度的拋光磨損。大量的EP潤滑油如殼牌多級潤滑油將磨光凸輪頂桿。

殼牌公司將一種EP潤滑油用在它們的多級滑油15W50中，滑油的主要成分是磷酸三甲苯酯（由于涉及健康因素又被另稱為磷酸三苯酯）。TCP也是一種化學制品，它被用于生產萊康明滑油添加劑LW-16702.適航指令中要求萊康明“76”系列發動機必須使用LW-16702添加劑。萊康明服務通告446C表明：有時候，當發動機首次起動時，在很短暫的時間間隔內，在摩擦部件之間存在滑油不足的情況[2]”而LW-16702“能在這些狀況下阻止磨損的發生。

上述函數表明：在壓力潤滑條件下，發動機軸承摩擦力是潤滑油粘度的一個函數。當添加劑能夠有效減小滑油的粘度時，就能減小軸承所受的摩擦力。萊康明發動機使用的滑油添加劑LW-16702就能夠有效的降低滑油粘度，從而降低發動機部件所受的摩擦力。

2 清潔功能

清潔功能：指滑油具有去垢能力和分散能力。滑油的去垢能力將阻止在熱發動機內部表面上形成沉淀物。分散能力使污染物懸浮在滑油中，直到它們被發動機油濾清除或被放出。這將防止在發動機內形成淤泥，因為淤泥可能會堵塞或阻止滑油的流動。分散能力將防止污物微粒相互結合和變大，因此會減慢小微粒變成大顆粒的聚集速率。滑油變暗是滑油具有良好分散性能的標志。

萊康明絕大部分發動機都使用“無灰分散劑型”的潤滑油。如果在一個燒杯內點燃無灰分散劑型滑油，將不會留下任何灰燼。無灰分散劑也能夠中和腐蝕酸。有灰分散劑通常是金屬化合物，最常見的是磺酸鈣。燃燒室內的金屬灰燼沉積物將形成過熱點，從而導致早燃。正因為這個原因，絕大部分航空活塞發動機上均不能使用有灰分散劑滑油。

使用最普遍的分散劑是丁二酰亞胺型分散劑。分散劑分子中包含了一種可溶解于油的物質，這種物質能夠吸附滑油，并形成一個極性基團來吸納污染物。這些分子的功能與家用洗滌劑的功能類似，因此通常又叫做去垢劑。

3 保護功能

當燃油燃燒時，會產生燃燒副產品，水蒸汽便是其中的一種。一部分水蒸汽冷凝變成液態水進入滑油中。不僅二氧化碳和水會發生化合反應生成碳酸，而且兩種副產品燃燒也會生成碳酸。酸來源于含鉛汽油，酸中主要含氫、氯、氮、和碳。高硫燃料，如柴油，將形成硫酸。因此航空活塞發動機所用滑油必須能夠中和酸和阻止由酸引起的腐蝕。

在滑油中添加抗氧化劑，將阻止或控制滑油的氧化作用。滑油氧化將導致：

（1）形成漆膜狀沉積物

（2）粘性增大（活塞環粘結）

（3）軸承腐蝕

（4）形成油泥

滑油的氧化率通常由滑油的使用時間決定的。導致滑油氧化率增大的因素有：

（1）滑油中氧的含量。

（2）高溫（每升高10℃氧化率將增大一倍）

（3）金屬離子催化劑

在滑油中加入抗氧化劑將抑制滑油的氧化作用。抗氧化劑又叫金屬鈍化劑，如苯酚金屬鹽被加入到滑油中，它們能夠在金屬表面形成一層表面膜。表面膜能夠阻止金屬參與滑油的氧化作用。航空活塞發動機也經常用其它抗氧化劑，如二烷基二硫代磷酸鋅和有機氮化合物。

4 密封和冷卻功能

萊康明發動機汽缸壁上的滑油膜將混合氣密封在燃燒室內。在曲軸從發動機機匣伸出的地方，曲軸封嚴圈必須確保不會出現滑油滲漏。在一般工作溫度下，滑油的粘度和表面張力都將影響滑油的密封性能。滑油粘度越大則其表面張力也越大，它的密封效果越好。一般地，礦物潤滑油的表面張力較低。

滑油必須將發動機產生的熱量傳入空氣中。活塞直接與高溫燃氣接觸，并將熱量傳遞給活塞環。活塞環又通過汽缸壁上的滑油膜將熱量傳遞給汽缸壁，然后經缸筒上的散熱片將熱量傳到空氣中。發動機局部的滑油溫度實際上比滑油溫度表上的讀數要高。低揮發性可以防止滑油在高溫下蒸發。對滑油揮發性的控制是通過調節基礎油的沸騰溫度范圍來實現的。滑油的導熱系數可表示如下：

或者，表示在單位時間內流過單位面積和單位厚度（即單位體積）的熱量總和。與水相比較，滑油屬于低傳熱介質.滑油的吸熱能力大約是水的45%.

5 其他功能

低溫下起動性能。確保在低溫下滑油泵能夠抽出滑油（正常工作）；在發動機起動時，滑油必須能夠流入軸承中。為了讓滑油能夠在低溫下流出油箱，需要在滑油中加入流點分散劑，通常使用低分子量的甲基丙烯酸聚合物。

幫助燃油霧化。萊康明濕機匣發動機滑油儲油池位于進氣管下部，循環回來的熱滑油可加熱進氣管，因此可以增大燃油的霧化率從而改善混合氣的分布[1]。

6 結語

本文以萊康明發動機為例逐一探討了滑油的潤滑、清潔、保護、密封和冷卻等功能，讓讀者對萊康明航空活塞發動機滑油的功能有了更全面、更準確的認識，對在實際發動機維護中滑油的擇具有指導性意義。

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

[2]Lycoming SB 446E[M]，U.S.A：Textron Lycoming Inc，2008.

Oil Function Discuss of Aviation Piston Engine

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

Oil is the blood of the aviation piston engine.In order to ensure the normal operation of the engine，the oil should have lubrication，cleaning，protection，sealing，and cooling and other functions，discussing these functions can help you better understand that the oil is importance of aviation piston engine.

engine；oil；function

TH117

A

1672-545X（2017）06-0267-02

2017-03-22

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）作者簡介：常虎山(1973-)，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。