汽車發動機潤滑性能受保養用機油添加劑影響研究

梁 乾，寧 磊

（漢中職業技術學院，陜西漢中723002）

冷卻水和潤滑油是汽車發動機運行最重要的依托，汽車發動機在運行過程中一旦出現冷卻水或潤滑油匱乏，則往往極容易產生拉缸或抱軸現象，形成巨大的安全隱患[1]。針對這一問題，某些汽車生產廠家或汽車使用人員開始嘗試將一定量的機油添加劑作為抗磨劑、潤滑劑等加入汽車發動機內，由于該類型添加劑具備優良的抗磨、減磨功能，在汽車發動機出現冷卻水和潤滑油缺失以后，能夠一定程度代替二者發揮潤滑作用，汽車仍然可以正常行駛一段距離，方便用戶進行維修。因此，對于汽車發動機而言，研發并優化該種機油添加劑，是一項極具實用意義的嘗試。本文針對機油添加劑種類、作用及其對汽車發動機潤滑性能的影響進行綜述，旨在為相關領域產品開發提供理論借鑒。

1 汽車發動機潤滑系統

1.1 汽車發動機內部工作環境

汽車發動機工作過程中，存在大量相互摩擦做功的金屬零部件。盡管這些零件均使用現代機床或其他技術進行了表面光滑度處理，但通過放大來看，零件表面均存在一定粗糙度[2]。在不采用任何潤滑措施條件下，汽車發動機中的精密零件會因表面粗糙而形成高速、劇烈摩擦。由于汽車發動機中存在大量進行類似作業的精密零件，零件與零件之間的劇烈摩擦，一方面會加劇發動機功率消耗，降低發動機性能；另一方面也會因摩擦而消耗零件表面材料，使零件迅速損耗，最終影響發動機壽命導致發動機無法正常工作。

1.2 潤滑系統作用

汽車發動機的潤滑系統，是通過壓力潤滑、飛濺潤滑、潤滑脂潤滑等多種形式，在發動機工作時不斷地將清潔、溫度適當且用量充足的機油，輸送到高速、劇烈摩擦的全部傳動件表面，降低發動機功率損失、減小精密零件損壞，最終達到汽車發動機健康、長期、高效工作等目的。

2 機油添加劑作用與分類

2.1 機油添加劑基本作用

機油添加劑又成為發動機保護劑，是一種通過在基礎油中加入一定量的添加劑，從而有效潤滑發動機的汽車保養用添加物質。由于基礎機油存在易損耗、抗磨成分少等某些特性不足，因此往往需要通過機油添加劑彌補傳統機油的固有缺陷，尤其某些總行程達到5萬公里以上的汽車，由于汽車發動機各精密零件已產生了較為嚴重的磨損，單純使用機油進行潤滑，已經無法滿足發動機正常工作需求[3-5]。機油添加劑開發之初，多應用在越野拉力賽或F1方程式等職業賽車中，隨著科技水平的發展，機油添加劑的種類越來越多，被添加到基礎油中可以滿足各種環境下對機油的要求，同時可以滿足多種發動機的需求，除某些含有石墨烯、有機鉬成分的添加劑仍主要用于職業賽車之外，機油添加劑已經被廣泛應用于民用汽車。

2.2 基本分類

圖1所示為當前汽車領域常用機油添加劑分類。目前常用的機油添加劑按最基本的性能大體分為四類（清潔劑、分散劑、抗磨劑、抗氧化劑），除了以上最基本的四大類，還有很多重要的機油添加劑。如防腐蝕劑、防銹劑、降凝劑等[4，6-7]

圖1 機油添加劑的分類Fig. 1 Classification of engine oil additives

2.2.1 清潔劑

汽車添加劑中的清潔劑主要指的是一類由鎂鹽、鈣鹽、油溶性金屬堿等成分構成的高氯化物清潔劑，具有較強的物理吸附作用。通常情況下，清潔劑在汽車發動機中以膠態分子團形式存在，在發動機潤滑系統工作過程中能夠有效組織發動機中空間障礙物的形成，有效防止發動機工作中因燃燒不完全而形成的堆積物，保證發動機中各傳動件表面清潔，最終起到有利于發動機潤滑的作用。

2.2.2 分散劑

分散劑是一種能夠有效防止發動機內部因怠速狀態產生油泥沉淀效應的汽車發動機機油添加劑。分散劑的主要成為包含C4H5NO2、卡胺、C6H9NO等。其中C4H5NO2在汽車潤滑系統中并不形成膠態分子團，但可以在潤滑系統中進行單分子溶解，一旦汽車發動機中由于某些原因形成了極性化合物及其沉淀物，C4H5NO2可形成一定的熔化作用，消除發動機中的沉淀物、空間障礙物等，保證潤滑系統通暢。

2.2.3 抗磨劑

抗磨劑主要由含有Na2SO3、C69H135O15P的硫磺化合物及含有C28H60O4P2S4Zn、胺鹽的酸性磷酸脂構成。抗磨劑的主要功能，是在汽車發動機精密傳動部零件因摩擦而產生熱量的環境下，作用于金屬零件表面并形成一層能夠較為有效降低零件間摩擦的覆蓋膜，從而在零件產生摩擦以后充分利用膜與膜之間的摩擦代替原有的金屬摩擦，從而有效降低發動機動能和零件損耗。

2.2.4 抗氧化劑

添加劑中抗氧劑的主要成分主要包含以下四種：①胺誘導體；②苯酚誘導體；③鋅類金屬鹽，如二烴基硫代酸（如硫羥酸硫羰酸二硫代酸、O-二烴基二硫代酸酸酯等）與二烴基硫代磷酸（黑藥）；④有機硫化物。一般經過氧化的機油會生產過氧化物（peroxide）或游離基（free radical reaction），在此過程中，free radical reaction與peroxide會與機油中的氫（H）發生反應生成酸。抗氧劑的主要作用是防止汽油發生過氧化物分解和游離基反應，可減緩和抑制機油的自身氧化過程，并防止金屬對滑油氧化的催化作用，從而減少滑油因氧化而產生的酸性物質和油泥。

2.3 其他種類

2.3.1 防腐蝕劑

防腐劑主要是由聚硫化物、C28H60O4P2S4Zn、C7H5NS等構成。由于汽車發動機多數精密傳動零部件均為為金屬材料（含大量銅、鉛合金），而汽車發動機環境中的部分酸性物質及過氧化物成分會與汽車發動機中的精密零件產生反應，最終導致金屬零部件被腐蝕。而防腐蝕劑的存在主要作用在于使汽車發動機中的酸性物質惰性化，有效降低酸性物質及過氧化物與金屬零部件之間的反應，起到保護發動機內部精密金屬零部件的目的。

2.3.2 油性劑

油性劑通又稱調整摩擦劑，主要用于在汽車發動機邊界潤滑條件下實現汽車發動機內部金屬精密零部件潤滑的機油添加劑。油性劑能夠在發動機內部各傳動部零件表面形成穩定的分子定向吸附膜，進而在吸附膜與吸附膜的作用下，代替金屬表面摩擦，有效降低發動機內部金屬零部件磨損。

2.3.3 降凝劑

降凝劑主要由高分子可燃聚合物原料調配而成，能夠與發動機中的汽油迅速融合，可以有效降低汽油的冷濾點和凝點，改善汽油的低溫流動性能，有效解決氣溫驟條件下發動機內部汽油網狀化阻礙機油流動等問題。降凝劑中含有的高分子材料能夠有效形成吸附和共晶兩種效應，在無法析出發動機內部蠟晶形成的條件下，通過改變汽油中蠟的結構改善低溫狀態下發動機內部機油流動狀況，降低因機油蠟化帶來的對內部零件的磨損。

2.3.4 粘度升高劑

粘度升高劑主要由異丁烯-異戊二烯的聚合物、聚α-甲基苯乙烯樹脂等組成。機油的黏度指數是衡量機油潤滑性能的重要指標之，用以衡量機油的黏度性能，黏度指數越高則機油的潤滑性能往往越好。利用溶劑精制法、加水分解法等能夠獲得略高于一般機油的黏度指數，但存在一定的極限。粘度升高劑則能夠利用內部高分子成分，在發動機內部零件因工作而升溫時，充分提升自身溶解性，內部高分子聚合物則由絲網狀產生伸展、膨脹，最終提升機油的黏度，起到充分的提升潤滑作用。

2.3.5 消泡劑

消泡劑的作用，主要通過二甲硅氧烷（PDMS）和二乙基硅酸酯作用抑制發動機精密零件表面泡沫的形成，通過吸附于泡沫表面與泡沫成分進行反應形成不安定、易破壞泡沫的作用。

3 汽車發動機潤滑性受保養用機油添加 劑的影響分析

3.1 機油添加劑對汽車發動機潤滑性的分析

母晶秋等[9]針對添加劑添加方式、添加量等對發動機潤滑油性能的影響進行實驗分析，采用Ⅰ、Ⅱ兩種汽車進行試驗，測試其發動機機油添加劑對汽車發動機潤滑性能的影響，分別在柴油發動機和汽油發動機中加入不同種類的添加劑，然后將加入添加劑與沒加添加劑的發動機放置于發動機試驗臺上進行測試，記錄和分析其轉速工況下的外特殊性和負荷特性。其研究結果表明，添加劑添加量的增加，對成品潤滑油傾點的影響呈先抑制后促進的作用；閃點和黏度指數則均為先促進后抑制作用，認為最為合理的添加劑添加量應為10%（質量占比）。

3.2 機油添加劑減摩節能效果分析

國內某研究機構利用潤滑油抗磨極壓試驗機對機油添加劑減摩節能效果進行實驗[9]。這種試驗機根據梯姆肯試驗機試驗原理，采用標準的砝碼負重，利用杠桿的原理，使磨擦點的高硬度鋼圈軸承與鋼珠摩擦，使用機器隨機配備的油盒分別加滿幾種不同的潤滑油進行摩擦對比試驗，可以根據砝碼負荷，電流表顯示電流大小，鋼圈與鋼珠磨痕的大小來明顯判定潤滑油的抗磨損性能。最終得到表1所示加機油添加劑砝碼負重前后對比。

表1 加機油添加劑砝碼負重前后對比Table 1 Comparison of weight before and after loading with oil additive

試驗前，先檢查汽車發動機的運轉狀態，確保其處于穩定運轉下再進行試驗。試驗時，先對未加入添加劑的汽車發動機進行外特殊性和負荷特性測試；然后相同環境下，在汽車發動機中加入不同種類的添加劑再進行外特殊性和負荷特性測試。不同工況下的測試均保證汽車發動機的轉速、熱狀態和負荷穩定運轉開始之后進行測量，測量數據要進行多次記錄，取測量結果的平均值，最后進行數據整理和分析。最終結果顯示，機油添加劑能夠有效降低發動機磨損，且無論機油為全合成或半合成機油，添加劑的減摩節能效果均較為理想。

3 結語

綜上，高品質的機油添加劑因其內部富含清潔活化成分，能夠有效降低燃油中沉積物、膠質物的形成，通過抑制、溶解等多種形式降低汽車發動機內部精密金屬零部件之間的摩擦，從而全面降低零件磨損和發動機動能損耗，在有效提升發動機使用狀態的同時，極大延長發動機使用壽命。