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汽车用润滑油基础知识解读

汽车用润滑油基础知识

第一章概述

第二章汽车发动机油（汽油机油和柴油机油）

第一节发动机工作原理及润滑原理

第二节汽、柴油机油的规格分类

第三节汽、柴油机油的规格标准

第四节汽、柴油机油的评定台架

第五节汽、柴油机油的命名、组成与性能

第六节汽、柴油机油的合理选用

第七节汽、柴油机油的换油指标

第三章车辆齿轮油

第一节齿轮系统的润滑原理

第二节车辆齿轮油的分类

第三节车辆齿轮油的规格标准

第四节车辆齿轮油的评定台架与模拟试验

第五节车辆齿轮油的组成与性能

第六节车辆齿轮油的合理选用

第七节车辆齿轮油的应用

第四章汽车自动传动液

第一节自动变速器的结构及其工作原理

第

二节ATF的作用与基本性能。

第三节汽车自动传动液的分类

第四节汽车自动传液的规格标准

第五节汽车自动传液的性能评定

第六节汽车自动传动液的组成

第七节汽车自动传液的合理选用

第八节汽车自动传液的应用

第五章其它车用油品

第一节汽车制动液

第二节汽车防冻液

第三节汽车润滑脂

第四节汽车空调器油

第五节液压油

第一章概述

汽车一般需要使用八种润滑油。

其种类与作用如下：

1、发动机油（又称内燃机油）：

我们通常将发动机称为汽车的心脏，因此，发动机油是汽车润滑油（也是所有润滑油）中最重要的油品，销量占全部润滑油的45%-50%。

汽油车用汽油机油、柴油车用柴油机油，主要作用：

（1）润滑发动机曲轴、连杆、活塞环与缸套、凸轮与挺杆等摩擦部位。

（2）密封活塞环与缸套、活塞环与环槽之间的间隙。

（3）冷却和清洗发动机部件。

（4）减轻发动机部件的腐蚀和锈蚀。

2、车辆齿轮油：

用于汽车后桥。

我们知道，发动机传动轴是通过后桥驱动车轮转动的，这样汽车的载荷和行驶中的冲击负荷都由后桥承受。

齿轮油在齿轮传动装置中的主要作用是：

（1）减少摩擦。

（2）降低磨损。

（3）冷却零部件。

（4）缓冲冲力。

（5）防锈并清洗摩擦面的脏物。

3、汽车自动传动液：

用于汽车自动变速装置。

随着汽车工业的发展，配有手动变速装置的汽车已不多见。

多数汽车的变速装置均为“自动”，故需使用自动传动液。

其主要作用：

（1）动力传递。

（2）润滑、冷却。

（3）液压控制，保护传动装置。

（4）利于平滑变速。

4、汽车刹车油：

用于刹车系统。

当司机刹车时，其力量是通过主泵和刹车油传递到前、后分泵，促使刹车装置动作，其主要作用是传递动力。

5、汽车防冻液：

用于发动机冷却系统。

主要作用：

（1）传导热量。

（2）防止水箱锈蚀。

（3）抑制淤积物和沉淀的产生。

6、汽车润滑脂：

用于车体、底盘和轮胎轴承。

其主要作用是密封、防尘和渗透。

7、汽车空调器油：

用于空调压缩机。

随着汽车工业的发展，空调器已普及于汽车中。

制冷压缩机油通常又称为冷冻机油，汽车空调器油是其中的一种。

其主要作用为：

（1）润滑压缩机的摩擦面。

（2）传导热量（冷却、散热）。

（3）密封（防止制冷剂泄漏）。

8、液压油：

用于大型自卸载重车（其翻转系统采用液压控制，一般汽车不使用液压油）。

其主要作用：

（1）传递静压能。

（2）润滑传动部件。

（3）传导摩擦热（冷却、散热）。

第二章汽车发动机油（汽油机油和柴油机油）

公路行驶的汽车发动机主要燃用汽油和柴油两种燃料，所使用的润滑油分别为汽油机油和柴油机油两种。

以汽油为燃料的汽车发动机应该使用的润滑油称汽油机油。

以柴油为燃料的汽车发动机应该使用的润滑油称柴油机油。

即可用于汽油机也可用于柴油机润滑的内燃机油称通用油。

第一节发动机工作原理及润滑油润滑原理

1工作原理

内燃发动机的功能就是将燃料在气缸内燃烧所产生的热能转化为机械能，从而输出动力。

上述能量的转换是通过不断地反复进行“进气－压缩－作功－排气”四个连续过程实现的，每进行一次这样的连续过程就叫一个工作循环。

活塞在气缸内往复四个冲程完成一个工作循环的，称为四冲程发动机；往复二个冲程完成一个工作循环的，称为二冲程发动机。

2润滑原理

任何运动部件的工作表面即使经过极为精密的加工，仍不可避免地存在一定的粗糙度，在相对运动中就必然要产生摩擦而消耗一定的功率，同时引起发热和磨损。

为了减少上述磨损和功率消耗，在两个相对运动的部件表面之间加入一层润滑油使两者完全隔开，即处于完全的液体状态，以减少功率消耗和机械磨损。

清洁的润滑油经油泵升压后，通过润滑油管路源源不断地被送至发动机相对运动部件的工作表面，利用油楔作用形成一层薄的润滑油膜，从而实现以液体摩擦代替运动部件间的干摩擦，减少零件磨损和功率消耗。

第二节汽、柴油机油的规格分类

规格分类定量并精确地描述了各种性能的技术规范。

内燃机油（一般包括车用汽油机油、车用柴油机油、铁路机车油、船舶发动机油、二冲程发动机油及航空润滑油等六类）以油品粘度和使用性能为依据进行分类，即规格分类涵盖机油粘度级别和质量等级两方面。

1粘度分类

目前，国际上内燃机油粘度等级分类均执行美国汽车工程师协会SAEJ300标准，这种分类方法没有包括机油的其它特征，它只说明在一定条件下机油在高温和低温条件下的流动性能。

该标准于1962年正式提出，其后于1980年、1984年、1987年、1994年、1997年、2000年经过多次修定，每次变动均是针对使用中出现的问题提出解决的方法，将内容加以完善。

目前，最新的粘度等级分类标准为SAEJ300－2000。

（仅在美国等少数几个国家执行，其余多数国家目前仍执行SAEJ300－1997粘度分类标准），表4列出1997年版SAEJ300分类。

表4SAEJ300－1997粘度分类

SAE

粘度

等级

低温动力粘度

mPa.s

最大

边界泵送温度

（60000CP）℃

最高

运动粘度（100℃）

mm2/s

最小最大

高温高剪切粘度

（150℃,106s-1）mPa.s

最小

10W

15W

20W

25W

3250（-30℃）

3500（-25℃）

3500（-20℃）

3500（-15℃）

4500（-10℃）

6000（-5℃）

-40

-35

-30

-25

-20

-15

－

3.8-

4.1

5.6-

9.3-

5.69.3

9.312.5

12.516.3

16.321.9

21.926.1

－

2.6

2.9

2.9（0W-40,5W-40,10W-40级）

3.7（15W-40,20W-40,25W-40,40级）

3.7

试验

方法

ASTMD5293

ASTMD4684

ASTMD445

ASTMD4683

（ASTMD4741）

2000年，SAE对内燃机油粘度分类提出的新的修改建议为：

对标准中的低温粘度指标进行修改：

即每个级别测试温度降低5℃，同时将低温动力粘度最大值做了相应的修改，这样更能反映发动机冷启动的实际情况，见表5。

表5SAEJ300－2000粘度分类

SAE

粘度等级

低温动力粘度mPa.s

最大

边界泵送温度

（60000CP）℃最高

运动粘度（100℃）

mm2/s

最小最大

高温高剪切粘度

（150℃,106s-1）mPa.s

最小

10W

15W

20W

25W

6200（-35℃）

6600（-30℃）

7000（-25℃）

7000（-20℃）

9500（-15℃）

13000（-10℃）

-40

-35

-30

-25

-20

-15

－

3.8-

4.1

5.6-

9.3-

5.69.3

9.312.5

12.516.3

16.321.9

21.926.1

－

2.6

2.9

2.9（0W-40,5W-40,10W-40级）

3.7（15W-40,20W-40,25W-40,40级）

3.7

试验

方法

ASTMD5293

ASTMD4684

ASTMD445

ASTMD4683

（ASTMD4741）

表4、表5中规定出粘度等级分两个系列，即冬用油W（英文Winter－冬季首写字母）和夏用油（非W）系列。

各牌号中的数字（如5、10、15、30、40、50）是粘度分类时沿用的赛氏粘度的平均值，数字越大，表示该牌号油的100℃运动粘度越高，数字小表示低温性能好，而100℃运动粘度低。

从实际使用的需要出发，单一的冬用油如5W、10W、15W、20W等已很少生产，供应市场的主要粘度牌号为：

夏季：

30、40，冬季或冬夏通用：

5W/30、5W/40、10W/30、10W/40、15W/40。

冬夏通用油集冬用油与夏用油的性能特点于一身，称作多级油。

如10W/30油，其高温粘度满足SAE30规格，低温粘度、临界泵送温度可满足10W规格，其跨度越大，可使用的温度范围越宽。

多级油可在一定地区冬夏通用，一年四季都可使用而不必因季节而更换。

多级油除使用方便外，还具有良好的冷启动性能，在较低气温下可保证发动机顺利启动。

另外多级油粘温性能好，作为润滑介质，其内摩擦力较单级油小，可减少发动机的动力损耗，与使用单级油相比，一般可节省2.0%～3.0%的燃料。

我国内燃机油粘度标准执行GB/T14906－94见表6，其为参照

SAEJ300－87所制订。

至今，曾对标准中测试方法做了多次修改，以适应SAEJ300的新变化。

表6我国发动机油的粘度标准（GB/T14906－94）

粘度等级

低温动力粘度mPa.s

不大于

边界泵送温度℃

不高于

100℃运动粘度mm2/s

最小最大

10W

15W

20W

25W

3250（-30）

3500（-25）

3500（-20）

3500（-15）

4500（-10）

6000（-5）

－－

-35

-30

-25

-20

-15

-10

－

3.8－

4.1－

5.6－

9.3－

5.69.3

9.312.5

12.516.3

16.321.9

21.926.1

试验方法

GB/T6538

0W、20W、25WGB/T9171

5W、10W、15W

SH/T0562

GB/T265

2质量分类

质量分类依据机油的使用性能。

国际上广泛采用具有代表性的美国分类法。

美国API（美国石油学会）、ASTM（美国材料试验学会）和SAE（美国汽车工程师协会）共同对汽车发动机油的使用性能、质量等级制订了分类标准（SAEJ183）,将汽车发动机油分为两类：

汽油机油定为S系列，按产品性能分类为SA、SB、SC、SD、SE、SF、SG、SH、SJ、SL、SM等；柴油机油定为C系列，按产品性能分类为CA、CB、CC、CD、CE、CF、CF-4、CG-4、CH-4、CI-4等，产品档次依次提高。

我国相应的国家标准是依据API标准制订的，产品标准代号GB/T7631.3－95。

如下表7。

欧洲发动机结构及使用条件与美国不尽相同，因而欧洲共同体汽车制造商联合会（CCMC）制订了CCMC规格，1992年CCMC解体后，被欧洲汽车制造商协会（ACEA）代替，1995年12月ACEA频布了ACEA规格，该分类法是在API标准的基础上增加了欧洲发动机的特殊性能要求而形成的。

因此总体来看，欧洲汽车行驶速度高，机油箱小，比功率大，热负荷高，工作条件比美国汽车苛刻，因此，ACEA规格较API规格要求也更严格。

此外，国际上还有ILSAC（国际润滑剂标准及审查委员会）质量分类，是由美国汽车制造商协会（AAMA）和日本汽车制造商协会（JAMA）共同制订，将汽油机油规格定为GF-X系列，规格中除达到API的要求外，主要追加了节能要求。

总之，几种质量分类法基本相近又各有不同，国际上使用最多的是美国API质量分类标准。

我国内燃机油分类见表4，美国API内燃机油分类见表8，表9。

表7内燃机油分类（GB/T7631.3－95）

应用范围

品种代号

特性和使用场合

汽

油

机

油

（废除）

用于运行条件非常温和的老式发动机，该油品不含添加剂，对使用性能无特殊要求。

（废除）

用于缓和条件下的货车、客车或其它汽油机，也可用于要求使用APISB级的汽油机。

仅具有抗擦伤、抗氧化和抗轴承腐蚀性能。

用于货车、客车或其它汽油机以及要求使用APISC级油的汽油机。

可控制汽油机高低温沉积物及磨损、锈蚀和腐蚀。

用于货车、客车和某些轿车的汽油机以及要求使用APISD、SC级油的汽油机。

此种油品控制汽油机高、低温沉积物、磨损、锈蚀和腐蚀的性能优于SC，并可代替SC。

用于轿车和某些货车的汽油机以及要求使用APISE、SD级油的汽油机。

此种油品的抗氧性能及控制汽油机高温沉积物、锈蚀和腐蚀的性能优于SD或SC，并可代替SD或SC。

用于轿车和某些货车汽油机以及要求使用APISF、SE及SC级油的汽油机。

此种油品的抗氧化和抗磨损性能优于SE，还具有控制汽油机沉积、锈蚀和腐蚀的性能。

并可代SE、SD或SC。

用于轿车、货车和轻型卡车的汽油机以及要求使用APISG级油的汽油机。

SG质量还包括CC（或CD）的使用性能。

此种油品改进了SF级油，控制发动机沉积物、磨损和油的氧化性能，并具有抗锈蚀和腐蚀的性能，并可代替SF、SE。

用于轿车和轻型卡车的汽油机以及要求使用APISH级油的汽油机，SH质量在汽油机磨损、锈蚀、腐蚀及沉淀物的控制和油的氧化方面优于SG，并可代替SG。

柴

油

机

油

（废除）

用于使用优质燃料、在轻到中负荷下运行的柴油机以及要求使用APICA级油的发动机。

有时也用于运行条件温和的汽油机。

具有一定的高温清净性和抗氧抗腐性。

（废除）

用于燃料质量较低、在轻到中负荷下运行的柴油机以及要求使用APICB级油的发动机。

有时也用于运行条件温和的汽油机。

具有控制发动机高温沉积物和轴承腐蚀的性能。

用于在中及重负荷下运行的非增压、低增压或增压式柴油机，并包括一些重负荷汽油机。

对于柴油机具有控制高温沉积物和轴瓦腐蚀的性能，对于汽油机具有控制锈蚀、腐蚀和高温沉积物的性能，并可代替CA、CB级油。

用于需要高效控制磨损及沉积物或使用包括高硫燃料非增压、低增压及增压式柴油机以及国外要求使用APICD级油柴机。

具有控制轴承腐蚀和高温沉积物的性能，并可代替CC级油。

CD-Ⅱ

用于要求高效控制磨损和沉积物的重负荷二冲程柴油机以及要求使用APICD-Ⅱ级油的发动机，同时也满足CD级油性能要求。

用于在低速负荷和高速高负荷条件下运行的低增压和增压式重负荷柴油机有及要求使用APICE级油的发动机，同时也满足CD级油性能要求。

CF-4

用于高速四冲程柴油机以及要求使用APICF-4级油的柴油机。

在油耗和活塞沉积物控制方面性能优于CE并可代替CE，此种油品特别适用于高速公路行驶的重负荷卡车。

表8美国API汽油机油规格分类及台架试验

规格

GF-1

SJ/GF-2

SL/GF-3

SM/GF-4

提出年限

1964

1968

1972

1980

1988

1993

1995

1997

2004

发动机试验

L-38

MSIIA

MSIIIA

MSV

L-38

MSIIB

MSIIIB

MSVB

L-38

MSIIC

MSIIIC

MSVC

L-38

MSIID

MSIIID

MSVD

L-38

MSIID

MSIIIE

MSVE

L-38

MSIID

MSIIIE

MSVE

MSVI

L-38

MSIID

MSIIIE

MSVE

MSVI

L-38

MSIID

MSIIIE

MSVE

MSVIA

UL-38

MSIIIF

KA24E

MSVG

MSVIB

BRT

TEOST

UL-38

表9美国API柴油机油规格分类及台架试验

API

等级

颁布

时间

（年）

轴瓦

腐蚀

清净性

烟炱

磨损

油耗

清净性多缸二冲程

高温氧化

单缸.

多缸

粘度增长

缸套

阀系

高烟炱下

CD-2

CF-4

CF-2

CG-4

CH-4

CI-4

1970

1988

1990

1992

1994

1998

2002

L－38

1H2

1G2

1M-PC

1P及1K

1R及1N或

1R及1K

－

T－6

－

T－6

－

T－7

－

T－7

－

-时性

－

T－8

T-8E

－

T-9

T-10

－

GM6.2L

GM6.5L

M11·HST

M11－EGR

－

NTC400

－

NTC400

－

6V53T

－

6V92T

－

ⅢE

ⅢF

第三节汽、柴油机油的规格标准

产品的标准是约束产品质量的尺度。

依据美国API（SAEJ183）标准，我国制订了相应的国家标准，产品规格标准代号为GB11121（中国汽油机油及汽、柴油机通用油技术要求）和GB11122（中国柴油机油技术要求）。

我国润滑油产品的标准化工作远远滞后于产品的发展，目前汽油机油的标准仅规范了SC,SD,SE,SF四个质量等级不同粘度级别的油品之技术要求，柴油机油的标准仅制订了CC、CD两个级别。

第四节汽、柴油机油的评定台架

由于汽车发动机类型及工况比较复杂，实验室试验不能完全准确地摸拟出来，所以，一种品质优良的发动机油除要满足规定的理化指标外，还需要通过一系列相应的标准台架评定试验（或全尺寸发动机试验）来测试其实际使用性能，有一些油种的质量品质还需在实车行驶试验中加以验证。

汽、柴油机油的评定台架试验方法比较完善也很成熟，国际上普遍采用的是美国API（美国石油学会）台架评定技术，我国油品的发动机台架试验也参照或引进了该试验方法。

这些发动机台架试验能够准确反映油品的质量水平，一般评定费用都很高，操作条件复杂，不同类型、不同质量等级的发动机油、其发动机台架评定方法也不同。

第五节汽、柴油机油的命名、组成与性能

1命名

产品名称（即产品的牌号）表示式：

2组成

汽、柴油机油的组成均由基础油和不同功能的添加剂组成，机油的质量取决于基础油和各种添加剂的质量，同时还取决于各种功能剂之间的匹配是否合理。

由于汽、柴油机油各自的使用性能要求各有所侧重及各粘度等级的不同，所用基础油和各类添加剂的调配比例各异，亦即配方不同，因而使用中应正确选择。

汽、柴油机油的组成一般为：

基础油：

主要依油品粘度等级，选择天然原油、合成油或酯类，也可几者复配使用。

添加剂：

汽车发动机油常用功能添加剂一般有清净分散剂、抗氧抗腐剂、防锈剂、降凝剂、粘度指数改进剂、抗泡剂等几者依油种使用性能不同有不同复配比例。

3性能要求

（1）粘温性能

内燃机油的工作温度范围较宽，北方冬天机油温度可低到-30～-40℃，如果粘度过大难以启动。

发动机启动后，气缸各处温度又很高，在这样温度条件下，活塞上部的机油粘度不得小于2～3mm2/s，中下部不应小于4～5mm2/s。

因而要求随温度改变，机油粘度变化幅度不要太大，才能同时满足高、低温粘度要求。

润滑油粘度随温度的升高而减小或降低而增大。

而减小或增大的幅度则由机油粘温性能决定。

粘温性能好，这种变化的幅度小，而粘温性能差的，这种变化就大。

为了定量说明粘温性能好坏，采用了很多表示方法，如粘温系数、粘度比、粘度指数等。

国际上广泛采用了粘度指数来定量说明粘温性能。

我国亦采用粘度指数表示粘温性能。

粘度指数可根据油品的100℃和40℃的粘度计算或查石油产品粘度指数换算表（GB2641）得到。

内燃机油粘度指数要求不小于75。

（2）清净分散性能

清净分散性好的内燃机油能抑制氧化胶状物和积炭的生成，并能将其悬浮在油中，使其不易沉积在润滑机件上。

而且对沉积在机件上的沉积物能洗涤下来，悬浮在油中。

最后通过滤清器把它除掉，这样就减少了活塞上漆膜和积炭生成倾向。

清净分散剂是通过胶溶（Peptizing）作用、增溶作用（Solubilization）和酸中作用来抑制或减少各种内燃机油沉积物的。

（3）抗氧化性能

内燃机油在使用条件下，由于温度、空气以及金属的催化作用，油品往往容易氧化变质。

油品氧化后成酸性化合物，易腐蚀发动机机件。

氧化产物又将进一步氧化缩合生成大分子胶质和沥青物质，使油品粘度增大，影响正常使用。

在油品配方中使用二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）及其他抗氧剂来改善内燃机油的抗氧化性能。

（4）抗磨性能

内燃机油的抗磨性与油品的粘度、粘温性能、清净分散性以及抗腐蚀等性能有关。

影响抗磨性能的主要因素是在发动机工作条件下，润滑油在金属表面保持油膜强度，良好的润滑性能保证机件的可靠润滑，避免机件的磨损。

否则发动机负荷增大时，油膜被破坏，从而造成干摩擦表面的磨损和擦伤，甚至出现烧结。

（5）抗泡性能

机油具有阻止汽泡生成和使汽泡迅速破裂的能力。

发动机曲轴高速回转搅拌会使机油产生泡沫，泡沫造成机油溢流，供油系统气阻，以致供油不足、中断继而发生干摩擦烧坏轴承。

汽、柴油机油又有各自不同的特点，如下：

汽油机油：

汽油发动机一般作为小轿车和轻型车的动力，其运行状况即有开开停停的市内行驶也有城市之间高速公路上的高速行驶，因此机油除应具备好的高温氧化安定性和清净性外，还应具有优良的抑制生成和分散低温油泥的能力，及好的防锈、防腐蚀和抗磨能力。

柴油机油：

柴油机油是以柴油为燃料的压燃式发动机，一般长时间高速行驶的工况比较多，其热负荷通常都

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