发动机润滑油基础知识
一滴润滑油的神秘之处仍然保持着神秘，因为你不能看见它的内部分子结构。你可以看到润滑油，但是你看不到它的里面。然而就是润滑油内部的物质使得润滑油能够发挥它应有的作用。没有添加剂的润滑油是污秽的润滑剂，而含添加剂的润滑油是保持活力的液体，使得机器在各种各样的工作条件下，如天上的飞机、公路上的汽车和铁轨上的火车等都能很好的运行。
润滑油可能看起来都很相象，但是它们的成分并不相象，这就是为什么在消费者的脑袋里的那种神秘仍然保持着。润滑油“是”它所是的和“做”它所做的，没有用户可以理解 。它仅仅是一种可以使人信任的、躲在幕布后的、由人们将原油混合在一起制造出来的物质，然后在每一滴上都打上他们的商标。
发动机润滑油的主要功能
在我们开始讨论发动机油的功能以前，我们先来看看制造四冲程发动机的金属材料，然后我们再来讨论发动机油的基本功能。
大部分气缸外套都是黑色的铸铁或者用铸铁做气缸衬垫的铸铝件。气缸头也是铸铁或者铸铝。液体冷却通道分布于每个气缸，燃烧室的高热区域以及气缸头的排气孔周围的开孔 。活塞用铝合金制造，曲轴用铸铁或者铸钢制造。连杆也用铸铁制造，不过赛车用的连杆是用铝制造的。
活塞和活塞环总成沿着铁气缸体或铁气缸垫滑动，产生了占整个发动机产生的摩擦的70％左右的摩擦。其他的高摩擦区域集中于阀门传动部件。最少的摩擦产生于连杆和曲轴座 之间的轴承。当它形成润滑金属表面时，我们处理的是铁和铁以及铝和铁的润滑；铁的曲轴座和连杆轴承(锡和铅合金)之间的润滑除外。
与发动机油相关联的大部分问题存在于燃烧的副产品上。这些副产品通过活塞环的泄漏进入发动机的机油中，以及机油自身由于热和氧化的作用进行的分解。泄漏物是由氮氧化 物、各种形式的硫化物、没有燃烧的燃油、过氧化物、水、二氧化碳以及其他物质的混合物。这些化学物品通过活塞环，在阀门的引导下进入发动机。它们相互反应，亦和发动机 油发生反应，形成污染物，使得发动机油转化成使用过的曲轴箱油。
很重要的是要记住，未使用过的发动机油转化为使用过的曲轴箱油是很快的，润滑、冷却、密封和清洁的功能是由使用过的曲轴箱油来完成的。
曲轴箱油的四个基本功能是：润滑、冷却、密封和清洁。流体薄膜和边界润滑防止了摩擦和磨损。将近40％的发动机冷却是通过油路来完成的，热量被机油吸收，并通过油盘传 递给围绕在油盘的空气中去。活塞环和阀门的密封防止了泄漏，机油消耗和压力损失。保持发动机零部件的清洁可以通过清洁剂、分散剂和氧化抑制剂来得到。
润滑功能
润滑的定义是减少两个表面的摩擦阻力(其中至少一个表面在运动)以及保护两个表面不致过度磨损。为了控制摩擦、磨损和表面损伤，曲轴箱机油必须能够完成两种润滑：液体 薄膜润滑以及边界润滑，当液体薄膜不能使两个表面分开时，允许金属与金属间的接触。
当润滑油附着在发动机零部件表面时，液体薄膜润滑依赖于表面温度和机油的粘度。表面越热，机油的粘度就越低，机油薄膜厚度就越薄――就得面对更严重的金属－金属接触 的危险。
虽然低粘度机油相对于高粘度机油在减少摩擦方面具有更高的效率，但机油薄膜在增加的负载下越来越薄，将导致摩擦比更厚的机油薄膜下的摩擦大到10到100倍。特别薄的机 油薄膜将从液体薄膜润滑转化为边界润滑。
边界润滑发生于当液体薄膜不能使相接触的金属表面分开，以减少一个金属表面在另一个金属表面滑动时的摩擦和磨损。不像液体薄膜润滑依赖于机油的粘度，边界润滑依赖于 机油元素和被润滑的金属表面的化学反应。发动机油含有ZDDP(锌双基二磷酸盐)来实现边界润滑。ZDDP含有锌、磷酸盐、硫。这些元素和铁在300℉以上温度发生反应，产生磷酸铁 和硫化铁以及氧化锌层。这些元素都被用铁制造的发动机零部件表面所吸收，防止了在相对的表面上由于焊接形成的高污点(刻痕)和破裂成磨损微粒。
ZDDP边界润滑提供了良好的磨损保护，但是缺乏流体薄膜的减少摩擦的特性。为了ZDDP边界润滑减少摩擦，我们在ZDDP中加入磷酸酯和机油可溶的钼来形成摩擦减少化合物，称 为MPZ(钼-磷-锌)磁性摩擦减少添加剂。这种添加剂具有比ZDDP更有效的边界润滑，因而具有更好的磨损保护和减摩擦性能。
MPZ是一种边界润滑剂用以在高摩擦区域，如气缸、活塞环和阀门传动零部件中取代ZDDP。通过减少在这些边界表面的摩擦，MPZ增加来发动机的功率输出，通过传动系统，传递 到后轴和后车轮。
冷却功能
冷却可以通过两种方式来得到：第一，曲轴箱机油通过边界润滑减少摩擦，因此也减少了产生于发动机零部件上的摩擦热量。第二，通过将发动机零部件的热量传递到由机油泵 提供动力的在发动机里面循环流动的机油。这种发动机零部件的冷却方式依赖于曲轴箱机油的粘度。热量降低了机油的粘度，允许它在重力作用下流的更快，流回到曲轴箱。当到 达曲轴箱后，热量从机油处通过传递到油盘的底部和侧壁上，然后散发到油盘周围的空气中。
在干的机油箱润滑剂系统中，机油在机油冷却散热器中循环。从热的发动机零部件出来的热量传递给机油。当机油到达冷却器时，热量传递给通过机油冷却器的空气中。估计有 40％的发动机冷却是通过曲轴箱机油来完成的。
密封功能
一个最常被忽略的曲轴箱机油的功能是活塞环和阀门的密封。为了密封活塞环，机油薄膜需要一定的黏附力和结合力来防止泄漏，压力损失和机油进入燃烧室。基础油成分包括 粘度改良剂，用于提高曲轴箱机油对活塞环的密封性能。粘度改良剂是一种聚合体，当温度升高时，它们就膨胀。这增加了在所需的环和环槽间区域的机油粘度。这种分子膨胀发 生在其他高温区域，比如排气门和阀门导杆处。
当曲轴箱机油具有良好的密封性能时，它减少了机油损耗，防止压力损失，减少泄漏，防止了过多数量的燃烧气体和微粒进入曲轴箱。好的活塞环密封和清洁减少了进入曲轴箱 的沉积形成物的体积，也就是增加了曲轴箱机油的使用寿命。
清洁功能
曲轴箱机油的清洁能力依赖于机油的清洁剂，分散剂以及某种程度上的氧化抑制剂。清洁剂中和燃烧时的酸性副产品和燃油及机油中的氧化材料。清洁剂控制生锈，腐蚀和不溶 解微粒，这些都是加热时形成的发动机沉积物的组成物。分散剂用于悬浮树脂的，不溶于机油的微粒。这些微粒都是亚微米大小的固体和半固体，当它们悬浮于在发动机中循环的 机油中时，都是无害的。
悬浮微粒被分散剂分子所包围，防止它们被黏附和在增大。分散剂是无灰烬的，因此它们不会产生和增加沉积物。它们减少了机油中油泥的聚集，防止机油由于碳烟和树脂微粒 而变稠，保护发动机零部件不受研磨磨损。
氧化抑制剂使得机油薄膜暴露在高温下时不会分解成不溶碳渣微粒。清洁剂，分散剂和氧化抑制剂一起发挥作用，可以提供清洁功能，是保持发动机零部件机械清洁所必须的。 没有这些化学性能活跃的添加剂，活塞环将黏在活塞环槽中，导致不可控制的泄漏和由于压力损失而引起的燃油消耗。
润滑油中化学添加剂的作用
发动机油的添加剂可以分成两种完全不同的种类――化学性能活跃的和化学性能呈惰性的。化学性能活跃的添加剂是分散剂、清洁剂、防磨损剂、抗摩擦剂、极端压力剂、氧化 抑制剂、腐蚀和锈抑制剂。这些发动机机油添加剂能够与制造发动机零部件的金属发生化学反应。在设计和制定发动机机油时，添加剂能否相互适应并且是否适应基础油是很重要 的。
在合成物中每一种添加剂的比例和每一基础油的比例加起来是100％。任何其他物体加入到最终的发动机机油后超过了100％，如贩卖修理用零件的市场上的添加剂，机油处理剂 或发动机处理剂将稀释每一种添加剂在最开始机油里所占的比例。
下面是对每一添加剂的描述以及它们混合使用时是如何起作用的。
分散剂
分散剂是一种高分子极性化合物，基于氮或氧。它们使它们自己吸附在燃油燃烧后的氧化灰烬和原油的热分解物上。分散剂将氧化物的微粒悬浮在曲轴箱机油中，所以这些氧化 物不能沉淀出来，形成发动机中的油泥。
清洁剂
清洁剂是由有机酸和金属氢氧化物发生反应形成的金属磺酸盐。最常用的清洁剂时钙磺酸盐和镁磺酸盐。有时候它们混合使用。清洁剂的功能与分散剂在控制沉淀物上的功能很 相似，但是它们有不同的益处。清洁剂中和作为燃烧副产品的酸，它们控制锈和腐蚀。和分散剂一起使用时可以控制磨光和油泥。
防磨损添加剂
在发动机油中最常用的防磨损添加剂是ZDDP(锌双基二磷酸盐)，因为它的很多用处。它含有硫，磷酸和锌。这些元素可以被铁的表面化学吸收，形成硫化铁和磷酸铁以及氧化锌 。
ZDDP为气缸、活塞环和阀门传动零部件提供了边界润滑，如果没有这些添加剂的保护，它们将以很快的速度磨损掉。ZDDP同时也提供了机油氧化的保护，防止机油暴露在高温环 境下进行热降解。ZDDP也防止含铜的轴承和轴衬的腐蚀性磨损。
MPZ(钼-磷-锌)磁性磨擦减少添加剂是在ZDDP中加入磷酸酯和机油可溶的钼来形成的摩擦减少化合物。它比ZDDP具有更好的边界润滑性，因而具有更好的磨损保护和减摩擦性， 从而增加发动机马力和扭矩输出，大大提高了燃油的行驶里程数。
极端压力(E.P.)添加剂
E.P.添加剂很少使用在发动机油中，因为作用于发动机零部件上的极端压力不会在没有边界润滑的情况下存在，边界润滑可以通过ZDDP得到有效的控制。
惰性添加剂
惰性添加剂提供了对基础油的在物理性能上的改良。它们包括粘度改良剂、注入点镇静剂和泡沫抑制剂。最重要的惰性添加剂是粘度改良剂。石蜡共聚物(OCP)是一种象橡胶似 的材料，用乙烯和丙稀的混合物在钒作为催化剂下发生聚合反应而制成。当溶解在原油中时，它们减少了随温度改变而改变的粘度值。在低温时，聚合分子对基础油的黏度几乎没 有影响，但是在高温下，对粘度的作用却翻转过来，因为聚合分子在加热时也会膨胀，结果是导致了粘度的增加。
石蜡共聚物的另外一个用处就是增加了弹性，是因为内聚力的提高，使得油分子可以黏附在一起。这个特性在最终的发动机油中使得它可以改善活塞环和阀门的密封性能，对于 高压缩发动机是非常重要的。
注入点镇静剂
注入点是机油冷却到一个极端低的温度时还可以注入的最低温度。注入点同时指示了在精炼过程中的去蜡处理后机油中还有多少石蜡存在。
石蜡在低温下结晶析出。晶体的形状象针，这些针状晶体层层叠叠形成了一个格子式的结构，可以诱捕固体状的油，使它在低温下不能流动。
注入点镇静剂和石蜡晶体的改变剂一样工作，通过改变晶体的尺寸，使得晶体成为更小的颗粒。这种添加剂减小了横向晶体的成长，使得机油在低温下更易流动，发动机的冷启 动更容易，并且在低温下机油更容易抽吸。
泡沫抑制剂
曲轴箱机油被旋转的机油泵齿轮激活。这导致了空气泡的产生，并使得机油形成泡沫。在泄漏的汽油中的水蒸汽形成的湿气可能进入曲轴箱。热的机油和水的混合物将使得机油 变成泡沫。
低粘度机油形成的泡沫的气泡比较大，容易破裂。高粘度机油形成的泡沫是一些很小的气泡，很难破裂。分散剂和清洁剂的存在增加了曲轴箱机油形成泡沫的趋向。泡沫抑制剂 添加剂是硅树脂或者聚丙烯酸脂。这些添加剂在发动机油中只有有限的可溶解能力，因此在很低的处理水平上就被分散到机油中。
工业术语
基本原油(基础油)
从原油里精炼的润滑油，是一种没有任何添加剂的中性而明亮的原油。按它们的粘度被分成不同的等级。低和中等粘度的原油用于多级的发动机润滑油和传动液。高粘度的原油 和明亮的原油用于单级的发动机润滑油和齿轮油。
发动机油
发动机油(Engine oil)又称为曲轴箱油或者Motor oil。该润滑油在曲轴箱、往复式内燃机的油泵或者油盘中运动，来润滑所有的发动机部件。汽车用发动机上，机油不仅仅用 作润滑剂，同时也用来冷却高温的发动机部件、密封环和阀门，同时也用作发动机的清洁剂，来控制沉积物。发动机油的其他功能还有，防止灰尘，腐蚀和起泡沫。
发动机油在一个从发动机部件到机油过滤器上的孔和管构成的通道中循环。机油进行循环时，通过一个齿轮泵来保持一定的压力使得轴承和轴的连接处分开。粘度是发动机油的 最重要的特性。在单级的机油里面的添加剂的含量大约是重量10％到15％，多级的机油里面的添加剂的含量大约是重量的15％到20％。
齿轮油
高粘度的，寿命很长的润滑剂用于后轴和重载条件下的传动。拖拉机，农业机械，建筑物和开矿设备的最后的传动需要齿轮机油来润滑。直接的矿物油仍然用于螺旋斜面后轴和 某些传动系统，但是可供选择的齿轮机油是E.P.齿轮机油适用于硫酸钠齿轮，螺旋斜面齿轮和手工传动齿轮。
粘度
描述流体抵抗流动的能力。绝对粘度的公制单位是poise，定义为以一厘米每秒的速度将一个液体表面从平行的另一液体表面移动一平方厘米区域时所需的力，单位为“达因” 。
粘度－温度关系
一种液体的粘度是如何与温度产生相反的变化呢？当油的粘度在两个不同的温度时是已知时，两个变量之间存在着一个数学公式。ASTM提供了一个图表，用于指示在100℃以上 和在40℃以下时油的粘度。
如果在100℃和40℃两个已知的粘度处于ASTM表上，在通过这两点，画一直线，其他粘度－温度关系将根据这一曲线变化――所以100℃以上，40℃以下的温度都可以预测。
单一等级油
满足单一SAE粘度等级中粘度要求的发动机油。
多等级油
发动机油符合多于一个SAE粘度等级的标准，所以，相对于单一等级油来说，可以适用于一个更宽的温度范围。多等级油含有两个粘度等级。SAE 10W30是一个符合SAE 30 粘度 ，同时也适合在更低的温度下的SAE 10W粘度等级。
“W”是指冬天的等级－不是重量的意思。多等级油通常包含有粘度改良剂，以减少在高温下的粘度损失，并保证油不会由于太稀而流走。
边界润滑
当两个运动的表面被某个非流体薄膜分开时，这就是边界润滑。高极性的油气剂可以增加流体薄膜的薄膜张力，并提供更高持久性的磨损保护薄膜。当边界润滑可以形成足够的 温和的形式时，它要求一种好的抗磨损添加剂来保护气缸，活塞环和阀门系统部件。
在活塞环和小齿轮上经常处于重载状况下的边界润滑条件下，于是要求EP添加剂来保证滑行表面熔合在一起。
划伤
滑动金属表面在运动方向上形成的很长刮擦形式的标记。划伤是磨损的更高形态。
擦伤
发生在滑动金属表面不幸的标记，比划伤轻微。
孔壁磨光
活塞环在气缸壁往复式运动时，如果没有足够的磨损保护，则将导致发动机气缸壁表面特别光滑。这将使得压力减少，窜漏(指气缸和活塞之间运动时流体的渗漏)，燃油消耗加 大，降低了燃油经济性。
氧化稳定性
石油产品抗氧化的能力。根据ASTM试验方法，氧化稳定性可以通过在试验中产生的油泥或者橡胶的数量，或者消耗的氧气的量来标记。
发动机沉积物
没有燃烧的和部分燃烧的燃油(汽油或柴油)和曲轴箱机油热分解的产物一起，构成了发动机沉积物。清洁剂产生的灰烬，灰尘，金属磨损颗粒混入到碳渣和水中，形成了油泥。 当油泥并没有通过分散添加剂悬浮于润滑油中时，它就沉积到活塞的环，环槽，活塞裙，机油观察屏幕和机油通道中。
处于活塞环槽中的发动机沉积物导致压力损失，而附着于活塞头和气缸头上的沉积物将导致空气/燃油混合物的预点火。发动机沉积物在短途旅行，“停－开”式开动的重型车 ，高温操作，高负载(如拖动一个拖车)和在上述条件下通过一个超出范围的润滑油流出间隔时，会增加。
油泥
软的，黑色的残渣，由水和其他燃烧副产品(包括微粒产物，如碳烟，灰烬和灰尘)组成。油泥加速发动机零部件和插销油线、油泵观察屏幕和在发动机零部件上油路的磨损。软 泥可以通过分散剂添加剂来得到控制，添加剂可以使得软泥微粒很好的悬浮在油里面。
世界上有关润滑剂规范的组织
AGMA 美国齿轮制造商协会
API 美国石油学会
ASTM 美国试验材料协会
CMA 化学制品制造商协会
EPA 环境保护署
ILSAC 国际润滑剂标准化和推广委员会
ISO 国际标准化组织
JASO 日本汽车标准组织
NMMA 国家船舶制造商协会
STLE 摩擦学家和润滑剂工程师协会
SAE 汽车工程师协会
