航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)滑油特性探討

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（中國(guó)民航飛行學(xué)院，四川廣漢618307）

航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)滑油特性探討

常虎山

（中國(guó)民航飛行學(xué)院，四川廣漢618307）

滑油是航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)不可缺的保護(hù)液、滑油的粘度、溫度和可溶特性會(huì)直接影響其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑、清潔、保護(hù)和密封與冷卻等各種不同功能。

發(fā)動(dòng)機(jī)；滑油；特性

航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)滑油必須具有某些特性，以使其能夠達(dá)到潤(rùn)滑、清潔、保護(hù)和密封與冷卻等各種不同的功能[1]。任一種滑油，合成類(lèi)滑油或礦物類(lèi)滑油，只有在其基本組份內(nèi)加入不同類(lèi)型添加劑，才能夠使其功能達(dá)到最佳化。

1 粘度特性

截止目前，粘度是航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)滑油最重要的一種性質(zhì)。粘度就是“稠度”或者阻止滑油流動(dòng)的能力。如蜂蜜就是是一種高粘度物質(zhì)，而水則是一種低粘度物質(zhì)。粘度會(huì)影響滑油耗油量、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速、磨損率和發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦力。航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)使用的滑油的粘度應(yīng)盡可能小以便在軸承、汽缸壁和氣門(mén)機(jī)構(gòu)處產(chǎn)生最小的摩擦阻力，從而得到最大的液壓潤(rùn)滑。并且能夠提供良好的冷起動(dòng)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(hù)應(yīng)以外界環(huán)境溫度作為一個(gè)主要的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選用不同等級(jí)（粘度）的滑油，這樣做可以延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。當(dāng)外界環(huán)境溫度為40度時(shí)，如果你使用50W滑油將縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。相對(duì)于單級(jí)滑油，多級(jí)滑油的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它屬于“四季滑油”。如果你的飛機(jī)從熱氣候環(huán)境飛入冷氣候環(huán)境中，或者你飛行的時(shí)間不夠多，以至于到冬天時(shí)，你的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)還仍然是夏季級(jí)別的滑油時(shí)，那么多級(jí)滑油是你最好的選擇。見(jiàn)表1.

圖1 多級(jí)滑油的粘度曲線(xiàn)

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。滑油的這種特性可以使其能夠停留在高負(fù)荷部件之間，并提供一層滑油保護(hù)膜。液體中包含有未填滿(mǎn)的晶格空位。壓力將壓縮這些空位，使分子很難進(jìn)入這些晶格空位中。這種阻止分子移動(dòng)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?yàn)樗梢苑乐節(jié)櫥捅粡母哓?fù)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(shù)來(lái)表示。例如，在300 000 psi時(shí)，潤(rùn)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(chǎn)生彈性變形。這種類(lèi)型的潤(rùn)滑被叫做“流體彈性動(dòng)力潤(rùn)滑”。

2 溫度特性

航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)滑油的溫度特性是指滑油粘度隨溫度變化的特性，這里沒(méi)有“理想溫度”粘度的滑油。滑油既要具有齒輪潤(rùn)滑劑的功能，又要具有軸頸潤(rùn)滑劑的功能。在高溫下，滑油必須能夠充滿(mǎn)活塞環(huán)周?chē)⒋_保其正常工作；在低溫下，滑油又必須能夠在附件機(jī)匣內(nèi)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(dāng)?shù)幕驼扯仁且粋€(gè)折衷產(chǎn)物。理論上，在低溫下，航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)滑油應(yīng)當(dāng)具有20 W滑油的粘度，而在高溫下應(yīng)當(dāng)具有50 W滑油的粘度。這些類(lèi)型的滑油被稱(chēng)為“多粘度”滑油。見(jiàn)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(dāng)溫度升高時(shí)，粘度變小，壓力降低，相對(duì)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(dá)到重油的粘度。那么經(jīng)過(guò)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(zhì)滑油中。例如，罐裝的10W-30發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油僅僅是一種7號(hào)重度滑油。這種增稠劑被稱(chēng)為VI（粘度指數(shù)）改進(jìn)劑。這種VI改進(jìn)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(nèi)，VI改進(jìn)劑的粘度變化很小，因此它能夠增大滑油的粘度指數(shù)，從而被命名為VI（粘度指數(shù)）改進(jìn)劑。

3 可溶特性

航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)滑油的可溶性給予聚合物一種非極性，它通過(guò)一種烴基支鏈來(lái)允許聚合物在其結(jié)構(gòu)中保留極性基團(tuán)。例如，滑油是憎水性的（非極性的），而水是親水性的（極性的）?；秃退遣荒芑旌系?。由于碳和氫同樣也是非極性的，因此很多有機(jī)分子都是非極性的。水分子是帶極性的。極性物質(zhì)之間會(huì)相互溶解，非極性物質(zhì)之間也會(huì)相互溶解。見(jiàn)圖3.

圖3 一種VI改進(jìn)劑分子結(jié)構(gòu)的表示方法

水是一種極性物質(zhì)，意味著它有一個(gè)高價(jià)負(fù)電荷。氧原子在它的外電子層有6個(gè)電子，氫原子有一個(gè)電子。由于電子帶有一個(gè)負(fù)電荷，氧比氫帶有更多的負(fù)電荷。當(dāng)兩個(gè)氫原子與一個(gè)氧原子結(jié)合時(shí)，有效效應(yīng)是產(chǎn)生一個(gè)更高的極性分子，在這個(gè)分子內(nèi)氧原子一側(cè)比氫原子一側(cè)擁有更大的負(fù)極性。氧原子保留有兩個(gè)無(wú)束縛的電子對(duì)（負(fù)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(lái)保持滑油的可溶解性。見(jiàn)圖4.

圖4 表示一個(gè)水分子

為了在VI分子中產(chǎn)生極性基團(tuán)，我們應(yīng)使分子響應(yīng)溫度變化。當(dāng)VI分子的溫度較低時(shí)，分子的能級(jí)也較低。這將使分子自動(dòng)纏繞在一起。當(dāng)溫度較低時(shí)，VI分子將被壓碎，從而使滑油很容易流到它的周?chē)员３只偷牡驼承?。?dāng)溫度升高時(shí)，分子的能級(jí)增大，極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)之間的相互距離也增大。結(jié)果分子膨脹并阻礙滑油通過(guò)分子周?chē)．?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)滑油變得越稀時(shí)，VI改進(jìn)劑將變得越粘稠。通過(guò)與一些功能性含氮基團(tuán)相結(jié)合（胺，吡咯烷酮），VI分子也呈現(xiàn)出分散劑的性質(zhì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)滑油的粘度特性、溫度特性和可溶特性進(jìn)行了探討，讀者會(huì)通過(guò)此文對(duì)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)滑油的主要特性有更全面、更深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)者在滑油的選擇上有指導(dǎo)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(hào)：1

1672-545X（2017）05-0263-02

2017-02-14

科研項(xiàng)目：中國(guó)民用航空飛行學(xué)院面上項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱(chēng)《萊康明HIO-360-G1A發(fā)動(dòng)機(jī)本體修理技術(shù)開(kāi)發(fā)研究》（項(xiàng)目編號(hào)：J2013-07）

常虎山（1973-），男，四川中江人，工程碩士，工程師，研究方向?yàn)楹娇栈钊l(fā)動(dòng)機(jī)維修。