柴油机的润滑

第五章柴油机的润滑§5-1润滑和润滑油§5-2气缸润滑§5-3曲轴箱油润滑√§5-1润滑和润滑油一、润滑的作用与类别二、形成液体润滑的方法三、润滑油的性能指标四、润滑油的添加剂五、滑油的质量等级√一、润滑的作用与类别1.柴油机中，润滑的作用：减磨、冷却、清洁、密封、防腐（如缸套的防腐）、减噪、传递动力共七个作用。2.润滑的类别

1）液体润滑：

2）边界润滑

3）混合润滑

无润滑（干摩擦）摩擦表面被一定厚度（1.5～2μm）的油膜隔开，摩擦发生在润滑剂流体内，摩擦系数和磨损都最小。摩擦表面被一层极薄（0.1μm）的分层结构具有润滑性能的油膜隔开的润滑。如：凸轮—挺杆等处的润滑。膜非常重要液体润滑+边界润滑=半液润滑，如：气缸套—活塞环（上死点附近）。干摩擦+边界润滑=半干润滑。润滑示意图半液摩擦液体摩擦干摩擦边界摩擦半干摩擦混合摩擦§5-1润滑和润滑油一、润滑的作用与类别二、形成液体润滑的方法三、润滑油的性能指标四、润滑油的添加剂五、滑油的质量等级√二、形成液体润滑的方法1.液体动压润滑楔形效应——由零件结构形状决定。如轴与轴承、推力块与推力环等在运转时均能形成楔形油膜。船舶机器实际运转中，在起动、停车或不稳定工况运转时，摩擦副难以实现或保持流体动压润滑，而产生磨损。2.流体静压润滑将一定压力润滑剂流体不断打入摩擦表面，使之隔开的润滑。如低速二冲程柴油机十字头销轴承采用静压润滑，SulzerRND型柴油机的油压为0.4MPa，RND-M型柴油机为1.6Mpa。☆动压润滑油膜形成的条件：1.足够高的相对运动速度；2.粘度合适的滑油（温度）3.合适的配合间隙4.较高的加工精度和粗糙度5.负荷不过大§5-1润滑和润滑油一、润滑的作用与类别二、形成液体润滑的方法三、润滑油的性能指标四、润滑油的添加剂五、滑油的质量等级√三、润滑油的性能指标粘度、粘度指数、闪点、凝点、残炭值、灰分、酸值（总酸值、强酸值）、腐蚀性、抗氧化安定性、碱值、抗乳化度、机械杂质和水分等。——在选用时应加以注意。指标含义同燃油，自学。三、润滑油的性能指标1.粘度与粘温指数1）粘度是影响油膜的形成的最重要的指标。粘度过大，油液流动时分子间阻力大，机械效率ηm↓。粘度小，尤其是高温时，油液易流失，难以形成油膜。SAE(SocietyofAutomotiveEngineers美国汽车工程师学会)把滑油分为10个等级，如表5－1。ISO（TheInternationalStandardizationOrganization）把滑油按40℃时的运动粘度的数值分成18个等级，如表5－2。2）粘温指数滑油的粘温特性：滑油粘度随温度的升高而降低的性能。滑油粘度随温度变化程度小，粘温特性好。粘温特性的表示方法：1）粘度指数（VI）（数字大表示粘温特性好）高粘度指数>80；低粘度指数<35,两者之间为中粘度指数。——国外常用。2）粘度比：用50和100℃时的运动粘度的比值表示。比值小，粘温特性好。——我国曾常用。三、润滑油的性能指标2.酸值和水溶性酸或碱1）有机酸：来源：炼油后未除净的残酸；加入的呈酸性的添加剂；使用时滑油的氧化变质。影响：含量少时不会引起腐蚀，与金属化学反应生成反应油膜可增强滑油的油性，对边界摩擦有利。但含量多时，对轴承材料（铅）产生腐蚀。衡量指标：酸值（有机酸的含量用1g滑油酸所需的KOH的mg数表示）2）无机酸——主要指硫酸来源：炼油时残留，或使用含硫的燃油产生的燃烧产物对滑油的污染。影响：对金属腐蚀较大，不允许无机酸存在。衡量指标：用水溶性酸或碱的多少定性分析。水溶性碱（无机碱）对金属铝有腐蚀作用。国外用总酸值TAN和强酸值SAN，单位为mgKOH/g。三、润滑油的性能指标3、抗乳化度乳化：滑油中漏入水，经搅拌使滑油形成乳浊液并生成泡沫的过程。影响：乳浊液使油膜承载能力↓，滑油变质速度↑，且在分油机中难以分离；吸附机械杂质、污损摩擦表面，磨粒磨损↑。抗乳化度：乳化后自动分层所需的时间（以分钟计），时间短，抗乳化度好，反之则差。三、润滑油的性能指标4.热氧化安定性和抗氧化安定性都是衡量滑油在使用条件下抵抗空气氧化的能力，仅是试验方法和应用对象不同，而得到不同的指标。1）热氧化安定性在规定的高温（250℃）下，空气流过薄层试验油，油氧化生成50％漆状物所需的时间来评定。时间长，热氧化安定性好。模拟的是气缸壁上油膜的工作条件，适用于柴油机润滑油。2）抗氧化安定性在规定温度（125℃）下，通入一定流速的空气或纯氧4h或8h，分别测定油氧化后生成的沉淀物和酸值，沉淀物、酸值少抗氧化安定性好。模拟液压油的工作条件，适用于液压油和透平油等。三、润滑油的性能指标5.腐蚀度评定发动机油对金属零件腐蚀的性质。现代中、高速机大部分用铜铅合金作轴承材料，对腐蚀十分敏感，润滑油中若有少量的酸就能严重腐蚀轴承。常用品开维奇法：把试验油样加热到140℃，用一定面积的金属（常用铅）片交替地浸在油中和露在空气中，经50小时后测定该金属片减去的质量，单位为g/m2。金属片减少的质量越多，滑油的腐蚀性就越强。6.碱值总碱值TBN（Totalbasenumber）表示1克滑油中所含碱性物质相当于氢氧化钾的毫克数。单位为mgKOH/g。滑油的碱值来自其中的添加剂。若其总碱值大大降低，等于零或接近零时，说明油中的添加剂已经耗尽。三、润滑油的性能指标7.浮游性（清净分散性）根据活塞侧面生成漆膜的情况，按0至6七个级别进行评定。0级为活塞非常清洁，没有漆膜生成，6级为严重脏污，活塞完全为漆膜所复盖。级别越低，说明滑油的清净分散性越好。8.抗泡沫性抗泡沫性表示在规定试验仪器内以专用泡沫头并通入一定数量的空气，测量试油的起泡沫体积和消泡沫时间。滑油在运转时受激烈搅动，使空气混入油中形成泡沫，泡沫过多除损失滑油外，还会使油泵和轴承引起空泡腐蚀，润滑效能降低，造成轴承烧毁。

§5-1润滑和润滑油一、润滑的作用与类别二、形成液体润滑的方法三、润滑油的性能指标四、润滑油的添加剂五、滑油的质量等级√四、润滑油的添加剂1.滑油的组成：柴油机润滑油=纯矿物油（基础油）＋各种添加剂2.添加剂：指凡是能改善和提高石油产品的质量并给予其新的性质，以满足使用及贮存性能要求而添加的少量物质都称为添加剂。3.作用：（1）减少发动机部件上有害沉积物的形成和聚积。（2）中和酸性物质，减少其对设备的腐蚀。（3）防止设备及部件受到锈蚀。（4）减少设备及部件的摩擦和磨损，延长设备及部件的使用寿命。（5）使润滑剂的氧化和热分解延缓，延长其使用寿命。（6）改变润滑剂的物理性质，如：提高其粘度指数，改善粘温性；降低其倾点，改善低温使用性能；减少泡沫形成等。4.滑油添加剂的种类4.1清净分散剂（清净浮游添加剂）4.2油性剂、极压剂（抗磨剂）4.3粘度指数改进剂和增粘剂4.4消泡剂4.5降凝剂（降倾点剂）4.6防锈添加剂和抗腐蚀剂

√4.1清净分散剂（清净浮游添加剂）1）定义：防止高温时生成漆膜的添加剂称清净性添加剂；防止低温时生成油泥沉淀物的添加剂称分散剂。在我国统称为清净分散剂。2）作用：（1）增溶和抑凝分散作用，能阻止润滑油和燃油的氧化产物进一步缩合形成漆膜、积炭、油泥，同时能将已形成的积炭、漆膜等从零件表面洗涤下来，分散成小颗粒而悬浮在油中，保持零件的清洁。（2）中和酸性物质作用，该添加剂为碱性，既可控制油因氧化而形成的有机酸，又可中和进入曲轴箱的产物形成的无机酸，起到抑制锈蚀的作用。它是气缸油中的重要添加剂，通常润滑油使用性能等级越高，该添加剂的含量越大。

4.1清净分散剂（清净浮游添加剂）3）种类：分为有灰与无灰两大类。有灰：如石油磺酸钙、烷基酚钙、烷基水杨酸钙等。无灰：丁二酰亚胺。各种清净分散添加剂在增溶作用、抑凝、分散作用、中和等作用方面各有所长，而且它们使滑油的抗水、抗乳化性能变差的程度也不同，要获得较全面的清净分散性能，应适当搭配复合使用几种清净分散剂。由于使用含硫燃油，现今各种分散剂中高碱性类的用量占很大比例，其主要是碳酸盐。这使得高碱性滑油伴有高灰分，高碱性气缸油的灰分甚至可达5～8％，这是不利的一面。当前柴油机润滑油的研究方向之一就是向低灰分方向发展。

4.滑油添加剂的种类4.1清净分散剂（清净浮游添加剂）4.2油性剂、极压剂（抗磨剂）4.3粘度指数改进剂和增粘剂4.4消泡剂4.5降凝剂（降倾点剂）4.6防锈添加剂和抗腐蚀剂

√4.2油性剂、极压剂（抗磨剂）油性剂、极压剂都能在边界润滑条件下起到减磨作用。各自机理是：1）油性剂：带有极性基团的活性物质，能定向地吸附在金属表面上形成不易破坏的边界吸附薄膜，以降低磨损，常用的油性剂有硫化鲸鱼油、硫化棉子油等；——主要用于增加零件的油性，避免零件干摩擦。2）极压剂：能在高温和高负荷下分解产生活性化合物，在金属表面生成低熔点化合物，形成反应薄膜，有减少摩擦、防止擦伤、降低磨损、加强油膜承载能力的作用。其主要组成为含氯、硫、磷的有机化合物，如硫氯化石蜡、磷酸酯等。——主要用于强载度很高的柴油机。

4.滑油添加剂的种类4.1清净分散剂（清净浮游添加剂）4.2油性剂、极压剂（抗磨剂）4.3粘度指数改进剂和增粘剂4.4消泡剂4.5降凝剂（降倾点剂）4.6防锈添加剂和抗腐蚀剂

√4.3粘度指数改进剂和增粘剂作用：提高基础油的粘度，并改善其粘温特性，提高其粘度指数。加入这类添加剂的滑油称稠化机油。稠化机油在低温时，粘度增加不多，而在高温时变稠，以满足柴油机冬夏两季的不同需要。用途：用于户外使用的柴油机（如救生艇用）。救生艇冬季起动温度为－30℃，正常运转后气缸温度可达200℃。增粘剂不仅起到改进润滑剂的流体力学特性的作用，还用来改进润滑剂的吸附能力。组成：为油溶性的链状高分子有机化合物，如聚甲基丙烯酸酯和聚异丁烯等。

4.滑油添加剂的种类4.1清净分散剂（清净浮游添加剂）4.2油性剂、极压剂（抗磨剂）4.3粘度指数改进剂和增粘剂4.4消泡剂4.5降凝剂（降倾点剂）4.6防锈添加剂和抗腐蚀剂

√4.4消泡剂消泡剂作用：可降低泡沫的表面张力，抑制泡沫的发生并使形成的气泡破裂和消失，防止生成稳定的泡沫。种类：如二甲基硅油等。4.滑油添加剂的种类4.1清净分散剂（清净浮游添加剂）4.2油性剂、极压剂（抗磨剂）4.3粘度指数改进剂和增粘剂4.4消泡剂4.5降凝剂（降倾点剂）4.6防锈添加剂和抗腐蚀剂

√4.5降凝剂（降倾点剂）作用：降凝剂并不改变石蜡析出的温度，只改变石蜡结构。它吸附在油中石蜡结晶表面上，使之仅能生成微小结晶，防止形成结晶网，从而改变低温流动性，降低油品的凝点。种类：常用的有长链烷基萘等。4.滑油添加剂的种类4.1清净分散剂（清净浮游添加剂）4.2油性剂、极压剂（抗磨剂）4.3粘度指数改进剂和增粘剂4.4消泡剂4.5降凝剂（降倾点剂）4.6防锈添加剂和抗腐蚀剂

√4.6防锈添加剂和抗腐蚀剂滑油的腐蚀性往往是因它在使用中被氧化生成酸性物质所致。一般能起抗氧作用的添加剂同时也会具有抗腐的作用，二者难于区分。1）抗氧抗腐剂（如二烃基二硫代磷酸锌）与清净分散剂配合使用能使润滑油具有较好的抗氧抗腐性。作用：（1）减缓润滑油的氧化过程，并还原氧化产物。（2）在轴承合金表面形成了防止腐蚀性介质渗透的保护膜。2）防锈剂的作用：依靠其自身具有的极性，吸附在金属和油的界面上形成保护层，防止水与金属接触生锈。3）抗腐蚀剂作用：保护有色金属如轴承合金表面使其不受油氧化和燃气产生的酸的腐蚀，并能中和这些酸。§5-1润滑和润滑油一、润滑的作用与类别二、形成液体润滑的方法三、润滑油的性能指标四、润滑油的添加剂五、滑油的质量等级√五、滑油的质量等级1.按粘度分级2.按使用性能分级注：API（Americanpetroleuminstitute）为美国石油学会p1801.按粘度分级初期阶段，内燃机润滑油的牌号，以某一温度下的粘度来划分。使用时就根据环境温度（气温）高低，选用适当牌号的润滑油。这种按粘度定牌号的分级方法至今仍广泛应用。国际上普遍采用SAE（美国汽车工程师协会）分类法。由表5－1可见，SAE分类法把内燃机分成十个粘度等级。其中冬用内燃机滑油有0W、5W、10W、15W、20W、25W六级，用0℉（-17.8℃）的粘度值来划分。夏用内燃机滑油有20、30、40和50四级，用210℉（98.9℃）的粘度值来划分。国际标准组织（ISO）把滑油按40℃时的运动粘度cSt（mm2/s）的数值分成18个等级：ISO-VG如表5-2所示。2.按使用性能分级随着内燃机的不断发展，内燃机润滑油的工作条件也越来越差，单凭粘度已不能区分润滑油是否能满足使用的要求。故出现了按使用性能的API（AmericanPetroleumInstitute）分级的方法。分级方法（分为4级）：CA（轻载荷）--CB（一般负载）--CC（中等负载）--CD（强负载）选用原则：选用超过要求的高性能滑油经济上不合算；选用性能不够的油则会造成故障（粘环、磨损、运行不良、频繁更换滑油），往往在经济上造成更大的损失。应综合考虑。（参考：CC级换油期相当于CB级的1.5-2倍；在内燃机车上测试，按同样换油期（1500h）工作时，CD级与CA级比较，可使柴油机大修前的工作时间延长10倍。）第五章柴油机的润滑§5-1润滑和润滑油§5-2气缸润滑§5-3曲轴箱油润滑√§5-2气缸润滑一、气缸润滑的工作条件二、气缸润滑的方式三、气缸注油润滑四、气缸磨合过程的润滑五、气缸注油设备六、气缸润滑的维护管理√一、气缸润滑的工作条件1.高温：t↑(缸套上部温度t在180～220℃)→油粘度↓、滑油变质速度↑，油膜蒸发↑。2.活塞上、下死点运动速度为零，无法实现动压润滑；上止点处温度高，压力大，磨损严重；3.使用劣质燃油后，燃烧产物对润滑产生了恶劣影响；4、活塞及环的变形，增加润滑难度。——对十字头机而言，汽缸润滑是一个独立的系统§5-2气缸润滑一、气缸润滑的工作条件二、气缸润滑的方式三、气缸注油润滑四、气缸磨合过程的润滑五、气缸注油设备六、气缸润滑的维护管理√二、气缸润滑的方式1.飞溅润滑：靠连杆大端甩出并飞溅到气缸壁上润滑。多余的油靠活塞裙部刮油环刮回曲轴箱。（气缸油与曲轴箱油相同）——用于中小型筒形机。特点：润滑油量不可控，燃烧产物易混入滑油。2.气缸注油器润滑：靠专用注油器将气缸油经缸壁上注油孔（8－12个）喷注到缸壁上润滑。——用于十字头式柴油机。（部分筒形机也采用）特点：注油量可控，注出的滑油不回收。§5-2气缸润滑一、气缸润滑的工作条件二、气缸润滑的方式三、气缸注油润滑四、气缸磨合过程的润滑五、气缸注油设备六、气缸润滑的维护管理√三、气缸注油润滑1.气缸油的要求：1）润滑性（油性）2）较高粘度及粘度指数(粘度：100℃时14～20cSt；粘度指数75～95)3）较好的清净分散性4）中和性能（具有一定的碱值TBN40～100）5）抗氧化性6）其他（灰分少）气缸油的种类：1）SAE50——应用最广，根据燃油的含硫量，选适当碱值气缸油；2）SAE40，总碱值403）粘度等级>50，总碱值70、85、100，用于长冲程高负荷机；4）不含添加剂的无碱值基础油——用于磨合。三、气缸注油润滑3.气缸油、注油定时、注油率的选择1）气缸油的选择:根据燃油的含硫量，选适当碱值气缸油使用高硫分（S>2.5%）的燃油，气缸油的选BN应为65～70；使用（S<2.5%）的燃油，气缸油的选BN应为40；使用船用柴油MDO（MarineDieselOil）

，气缸油的选BN应为10～14。检验：碱性过高——过量的碱性添加剂形成大量灰白色沉淀物（钙含盐）；碱性过低——注油点之间缸套表面，形成漆状沉积物，铸铁缸套被腐蚀变暗（镀铬缸套出现白斑）。（刮下残油化验，有10％的BN碱性储备足够）2）气缸注油孔的数量与位置数量：8－10个，圆周方向均匀布置；位置：大型机，在缸套中上部；四冲程机，在中下部。3）注油定时：理论上：在活塞上行时注油点在第一、二道环之间注油。实际情况：短裙活塞在回转一周中，会注油2次（1活塞在上止点附近，活塞下边缘打开注油孔；2活塞在下止点附近，缸内在扫气）；长裙活塞只会注油一次（活塞在下止点附近，缸内在扫气时注油）。4）注油率的选择：（参见p186表5-6）检查标准：缸套内表面湿润、干净，首环半干半湿，其余环湿润，环在环槽内灵活，环外圆表面光亮、倒角存在，注油率便适中。3.气缸油、注油定时、注油率的选择§5-2气缸润滑一、气缸润滑的工作条件二、气缸润滑的方式三、气缸注油润滑四、气缸磨合过程的润滑五、气缸注油设备六、气缸润滑的维护管理√四、气缸磨合过程的润滑一）磨合的目的（何时需要磨合）：柴油机气缸、活塞、活塞环更换了新件，或经过翻新或修整，需要磨合。（柴油机必须经过良好的磨合，才能获得理想的气缸、活塞组工作状态，使油膜不受损伤,才能投入正常工作。新型柴油机由于pmax、pe提高，缸套和活塞环采用新材料、新工艺,再加上燃油的劣质化，因此拉缸现象明显增加。特别是在初期的磨合运转中，容易发生这种故障。）二）磨合所用的气缸油和燃油1）气缸油碱值过高（或燃油硫分过低），磨合所需的时间就会过长。碱值高，磨合进展缓慢，甚至是个漫长的过程。换句话说就是花很长时间都没有磨合好，没磨合好就加大柴油机负荷，很容易造成拉缸。2）气缸油碱值偏低（或燃油硫分偏高），磨合所需时间缩短，如继续磨合，时间过长，气缸内易发生过度污染，活塞环易于结胶、粘着。结论：磨合初期时，气缸油碱值应偏低，使中和作用不足，以加快磨合。磨合完成后及时换用碱值正常的气缸油，避免缸内发生过度污染。磨合采用的燃油就是正常运行时的燃油。如其硫分超过1％，是有利的，可使磨合时间缩短。（磨合时气缸油的碱值与燃油含硫量的配合很重要，它决定着磨合时间的长短。）三）磨合时间和负荷的分配1）低负荷下磨合，进展缓慢，磨合时间长。2）过早进行高负荷磨合，由于环与缸套配合不好，油膜难形成，密封性较差，环与缸套隙易窜气，缸套与活塞环易产生“微咬”。结论：初期磨合在低负荷下运转，随磨合进展，分阶段加大负荷，直至全功率工况下磨合。各阶段磨合时间的长短及各阶段应增加的负荷得取决于前述的气缸油的碱值和燃油含硫量。（为尽可能缩短短磨合时间，应很好地考虑各磨合阶段运转时间的长短和各阶段负荷的大小。）四）磨合时的气缸油注油量磨合时必须远大于正常