轿车汽油发动机使用合成型机油的性能分析

于秩祥

（江苏建筑职业技术学院实验实训与职业技能管理中心，江苏徐州 221116）

轿车汽油发动机使用合成型机油的性能分析

于秩祥

（江苏建筑职业技术学院实验实训与职业技能管理中心，江苏徐州 221116）

通过试验对比分析轿车汽油发动机使用合成型机油的理化性能，在延长换油周期的条件下，检验发动机油的理化性能指标，验证轿车发动机使用高级别合成型机油的可靠性，同时分析延长轿车使用寿命的措施，达到减少轿车维护成本、节能减排、提高轿车发动机使用寿命的目的。

汽车；轿车；发动机；合成型机油

发动机机油的重要作用之一是对发动机内各摩擦表面实现润滑，减少各摩擦表面的磨损，保证各摩擦件有效而持久地工作。发动机工作时，通过对机油的加压，使机油在发动机内不断往复循环，以实现对各摩擦表面的润滑，在此过程中，机油自身因不断氧化、分解、聚合、污染、稀释等物理、化学作用而逐渐变质，其性能逐渐减弱，直至失效。这一变质过程主要是由于发动机工作时的热量传导给润滑油，使油温升高而氧化（酸性物质和沥青等有害成分）及碳粒、烟尘、外来杂质的侵入所致。为延长轿车发动机的使用寿命，减少维护成本，该文采用合成型高级别发动机机油进行试验，检验在规定使用周期内发动机机油的性能指标，同时延长换油周期，检验发动机机油的性能指标。

1 轿车发动机的磨损

一般车用发动机机油的最低使用标准是厂家推荐使用标准，在正常使用条件下，只要按照厂家规定的换油周期和使用级别更换发动机机油即可。发动机机体内部存在边界磨损和混合磨损，当发动机气缸内部温度达到150～300℃时产生边界磨损，燃烧不完全形成积碳，金属表面形成漆膜。尤其在低温冷起动和高温高转速下发动机内部会发生干摩擦磨损，磨损量占总磨损的70%以上，对汽车发动机使用寿命带来极大危害。另外，一般轿车中50%以上的行程小于10km，在环境温度较低的情况下发动机水温低于50℃，发动机磨损较大。正确选用发动机机油可减少发动机内部磨损，达到节油减排的效果，而使用高等级机油可有效减小发动机内部磨损、延长换油周期和降低尾气排放。目前美国石油协会汽油发动机最高使用级别为SN级，但换油期仍为5 000～7 500km，造成极大浪费。

2 试验过程和合成机油检测项目

根据机油的使用性能和换油周期进行比较，试验机油具备抗氧化、抗热裂解、阻止油泥生成、减小阀件磨损和降低尾气成分的特性，且含有特殊添加剂，能控制酸和积碳，同时能更好地保护发动机，减小磨损，降低油耗，提高轿车使用寿命和经济性。

试验用车为国内主流中级轿车，采用电控多点喷射自然吸气汽油发动机，带可变配气正时机构，排放要求为欧Ⅳ标准，车辆技术参数见表1。该车从4万km后开始使用某品牌全合成机油，机油使用性能级别为API SN，粘度级别为SAE 5W-40，每次更换加注量为4.5L。根据行驶环境和道路条件，每行驶2万km更换一次机油，每隔5 000、10000和15000km更换一次机油滤清器，并对更换机油滤清器时损失的机油进行补充。

表1　某轿车汽油发动机的技术参数

表2为机油样本使用中的性能比较。其中：第2列为新油的理化检验数据；第3列为行驶5 000km后机油的抽样检查理化检验数据；第4列为行驶10 000km后机油的抽样检查理化检验数据，并更换机油滤清器，补充0.6L新机油；第5列为行驶15000km后的抽样检查理化检验数据；最后一列为行驶20000km后放出全部机油的理化检验数据。试验车使用93号汽油，在部分地区使用乙93号乙醇汽油（未发现发动机动力下降和异常现象）。

表2　机油性能检验数据

3 油品试验数据分析

3.1机油粘度

机油的使用粘度直接影响发动机的润滑状况和磨损量，是机油的一项基本理化指标。机油粘度的变化主要与蒸发损失、聚合物降解、燃油稀释、氧化物聚合等有关，高性能的机油在使用过程中应尽量维持较小的粘度变化。

从表2可看出：随着机油使用里程的增长，其运动粘度与新油相比呈下降趋势，但变化平稳，运动粘度变化率在5%以内，机油的抗剪切性能维持良好；低温动力粘度和低温泵送粘度是反映机油在严寒低温下的流动性和润滑性的指标，随着机油使用里程的增长，这两项指标不断增大，但都在有效性以内，能保证发动机在低温时顺利起动，缩短预热时间，减少发动机内部磨损。

3.2机油抗氧化性能

氧化性是指机油抵抗分解（氧化）的能力，这种分解作用是由于机油分子在高温下与氧结合而产生的。机油的抗氧化性能突出表现在酸值、氧化物和硝化物变化上。试验过程中对氧化物和硝化物采用红外光谱中的吸光度进行标定，其中1740cm-1处为羰基基团的伸缩振动，1630cm-1处为硝基基团振动吸收峰，试验过程中根据实际情况以-CH2-面内弯曲吸收作为基准。试验油品采用高分子合成基础油，其具有相对稳定性，不易被氧化。从表2来看，试验油品的酸值随着行驶里程的增长呈增大趋势，但相对稳定，可在更长时间内抵抗氧化作用。

3.3机油酸中和性能

油品的酸中和能力由总碱值来表征，发动机润滑油必须具备适当的碱值来中和润滑油和燃料油氧化生成的含氧酸，阻止它们进一步氧化缩合，从而减少发动机内部零件形成漆膜，同时中和燃油燃烧后所产生的HCl、HNO3和SO2等。总碱值越高，说明机油的抑酸能力越强。从表2来看，随着机油使用里程的增长，总碱值下降，酸值升高，但都在可靠性范围内，说明机油具备超长换油周期。在20000km时对机油进行测试，总碱值为12.4mg KON/g，与新机油相比下降2.2mg KON/g，说明机油已达到换油周期，建议更换机油。

3.4机油中金属含量的变化

通过分析油品中金属含量的变化来表征燃油油品的抗磨性，主要以油品中铁的含量为依据。从表2来看，行驶里程为5 000～20 000km时，机油中金属含量为6.31～6.97μg/g，变化不大，每5000km更换一次机油滤清器，表明全合成机油具有超强的抗磨性。但金属含量还是处于上升状态，机油的性能随着使用时间的延长在衰减，发动机在某种工况下存在机械摩擦。

4 经济性

在机油标准一致的情况下，根据机油成分不同，轿车发动机一般使用矿物机油、半合成机油和全合成机油。3种机油的价格依次由低到高相差1个倍数。根据表2，全合成机油具有优异的理化性能，能满足超长换油周期需要，在正常使用情况下以1万km左右作为换油周期对发动机不会产生影响。而使用矿物油或半合成油很难保证机油的理化性能，必须每间隔5000或7500km更换一次机油。根据合成机油优异的结构性能，结合使用条件（如环境、气候、道路条件、载荷和驾驶技术等），选用优质长效机油滤清器，换油周期可在10000km以上，可保证发动机的可靠性，延长发动机的使用寿命，降低维护成本，也减少对环境的污染。

5 结论

（1）行驶里程为5000～20000km，机油的理化性能指标在稳定范围之内，说明在超长的更换间隔时合成机油能保持良好的原始性态。在3次取样中，每次更换一次机油滤清器，并补充一定量的机油（0.2～0.3L），这样保证了机油的清洁性，减少了机械杂质对发动机带来的磨料磨损，可达到20000km的换油周期。

（2）全合成机油具有优异的润滑性和流动性，可有效降低发动机内部零件的机械摩擦和噪音，减少机械损失，提高机械效率，从而提高车辆燃油经济性，达到节能减排的目的。

（3）使用全合成机油，轿车发动机换油里程可在10000km左右，在使用条件良好的情况下，选用长效机油滤清器，换油周期可延长到15 000km，能减少维护次数，节省保养材料费用，提高车辆的使用经济性。

（4）轿车发动机选用全合成机油，可有效延长发动机使用寿命，在正确驾驶和定期换油的条件，发动机与车辆使用寿命一致，无需大修。

［1］ 于秩祥.乘用车使用低滚动阻力轮胎的节能减排分析［J］.无锡职业技术学院学报，2011，10（6）.

［2］ 王成焘.汽车摩擦学［M］.上海：上海交通大学出版社，2002.

［3］ 戴汝泉.汽车运行材料［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［4］ 王先会.车用与船舶润滑油选用指南［M］.北京：中国石化出版社，2014.

［5］ Robert Bosch.汽车工程手册［M］.魏春源，译.北京：北京理工大学出版社，2009.

［6］ 高延龄.汽车运用工程［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［7］ 刘玉梅.汽车节能技术与原理［M］.北京：机械工业出版社，2008.

U473.7

A

1671-2668（2016）05-0010-03

2016-05-18