常虎山

（中国民航飞行学院，四川广汉618307）

航空活塞发动机滑油特性探讨

常虎山

（中国民航飞行学院，四川广汉618307）

滑油是航空活塞发动机不可缺的保护液、滑油的粘度、温度和可溶特性会直接影响其对发动机的润滑、清洁、保护和密封与冷却等各种不同功能。

发动机；滑油；特性

航空活塞发动机滑油必须具有某些特性，以使其能够达到润滑、清洁、保护和密封与冷却等各种不同的功能[1]。任一种滑油，合成类滑油或矿物类滑油，只有在其基本组份内加入不同类型添加剂，才能够使其功能达到最佳化。

1 粘度特性

截止目前，粘度是航空活塞发动机滑油最重要的一种性质。粘度就是“稠度”或者阻止滑油流动的能力。如蜂蜜就是是一种高粘度物质，而水则是一种低粘度物质。粘度会影响滑油耗油量、发动机曲轴转速、磨损率和发动机摩擦力。航空活塞发动机使用的滑油的粘度应尽可能小以便在轴承、汽缸壁和气门机构处产生最小的摩擦阻力，从而得到最大的液压润滑。并且能够提供良好的冷起动性能[2]。

从图1中可以看出：在低温下，SAE 10W-50的粘度比SAE 10W的粘度小。而在高温下，SAE 10W-50的粘度又比SAE 50的粘度大。所以用户应以外界环境温度作为一个主要的标准来选用不同等级（粘度）的滑油，这样做可以延长发动机的使用寿命。当外界环境温度为40度时，如果你使用50W滑油将缩短发动机的使用寿命。相对于单级滑油，多级滑油的一个优势是它属于“四季滑油”。如果你的飞机从热气候环境飞入冷气候环境中，或者你飞行的时间不够多，以至于到冬天时，你的发动机内还仍然是夏季级别的滑油时，那么多级滑油是你最好的选择。见表1.

图1 多级滑油的粘度曲线

表1 滑油粘度与压力表

上图表明随着压力的增大，滑油的粘度将显著增大。滑油的这种特性可以使其能够停留在高负荷部件之间，并提供一层滑油保护膜。液体中包含有未填满的晶格空位。压力将压缩这些空位，使分子很难进入这些晶格空位中。这种阻止分子移动的阻力将使液体的粘度增大。在压力作用下粘度增大是很重要的，因为它可以防止润滑油被从高负荷的接触面之间挤出，例如齿轮轮齿之间。粘度随压力的增大可以用压力粘度系数来表示。例如，在300 000 psi时，润滑油拥有与尼龙相同的粘度。在这些压力条件下，滑油膜变得足够粘稠以致能使钢产生弹性变形。这种类型的润滑被叫做“流体弹性动力润滑”。

2 温度特性

航空活塞发动机滑油的温度特性是指滑油粘度随温度变化的特性，这里没有“理想温度”粘度的滑油。滑油既要具有齿轮润滑剂的功能，又要具有轴颈润滑剂的功能。在高温下，滑油必须能够充满活塞环周围并确保其正常工作；在低温下，滑油又必须能够在附件机匣内正常工作。低粘度滑油意味着较小的油膜厚度和较大的磨损，适当的滑油粘度是一个折衷产物。理论上，在低温下，航空活塞发动机滑油应当具有20 W滑油的粘度，而在高温下应当具有50 W滑油的粘度。这些类型的滑油被称为“多粘度”滑油。见图2.

图2 滑油压力与滑油温度

随着温度的变化，滑油将明显变稠或变稀。当温度升高时，粘度变小，压力降低，相对于轻油而言，重油的粘度下降更多。如果在轻油中加入增稠剂，可以使其达到重油的粘度。那么经过稠化的滑油，其粘度的温度敏感性比重油要差一些。为了得到滑油的多粘度特性，一种增稠剂被加入轻基质滑油中。例如，罐装的10W-30发动机润滑油仅仅是一种7号重度滑油。这种增稠剂被称为VI（粘度指数）改进剂。这种VI改进剂具有蜂蜜一样的粘度，除了在极高的温度下，它在其它任何温度下都能增大滑油的粘度。在给定的温度范围内，VI改进剂的粘度变化很小，因此它能够增大滑油的粘度指数，从而被命名为VI（粘度指数）改进剂。

3 可溶特性

航空活塞发动机滑油的可溶性给予聚合物一种非极性，它通过一种烃基支链来允许聚合物在其结构中保留极性基团。例如，滑油是憎水性的（非极性的），而水是亲水性的（极性的）。滑油和水是不能混合的。由于碳和氢同样也是非极性的，因此很多有机分子都是非极性的。水分子是带极性的。极性物质之间会相互溶解，非极性物质之间也会相互溶解。见图3.

图3 一种VI改进剂分子结构的表示方法

水是一种极性物质，意味着它有一个高价负电荷。氧原子在它的外电子层有6个电子，氢原子有一个电子。由于电子带有一个负电荷，氧比氢带有更多的负电荷。当两个氢原子与一个氧原子结合时，有效效应是产生一个更高的极性分子，在这个分子内氧原子一侧比氢原子一侧拥有更大的负极性。氧原子保留有两个无束缚的电子对（负电荷），这将用于与其它氢原子相互作用。正如水分子，我们想要VI分子带有极性并且相互作用。但是，在非极性滑油中，我们需要非极性支链来保持滑油的可溶解性。见图4.

图4 表示一个水分子

为了在VI分子中产生极性基团，我们应使分子响应温度变化。当VI分子的温度较低时，分子的能级也较低。这将使分子自动缠绕在一起。当温度较低时，VI分子将被压碎，从而使滑油很容易流到它的周围以保持滑油的低粘性。当温度升高时，分子的能级增大，极性基团和非极性基团之间的相互距离也增大。结果分子膨胀并阻碍滑油通过分子周围。当发动机滑油变得越稀时，VI改进剂将变得越粘稠。通过与一些功能性含氮基团相结合（胺，吡咯烷酮），VI分子也呈现出分散剂的性质。

4 结束语

本文对航空活塞发动机滑油的粘度特性、温度特性和可溶特性进行了探讨，读者会通过此文对航空活塞发动机滑油的主要特性有更全面、更深入的认识，对航空活塞发动机维护者在滑油的选择上有指导性意义。

[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">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0263-02

2017-02-14

科研项目：中国民用航空飞行学院面上项目，项目名称《莱康明HIO-360-G1A发动机本体修理技术开发研究》（项目编号：J2013-07）

常虎山（1973-），男，四川中江人，工程硕士，工程师，研究方向为航空活塞发动机维修。