机油的热性能对于维持汽车发动机的健康性能

前言

汽车机油的质量，在决定汽车发动机的效率、耐用性以及性能方面起着至关重要的作用。大多数发动机机油在内燃机中起到润滑和冷却的作用，因此热性能是机油质量的重要指标。在60°C的温度下，未使用机油的导热系数为0.145W/（m/K），所以发动机机油有足够的导热性，来传递汽车发动机排出的热量。导热性只是许多热特性中的一个因素，而这些热特性使发动机机油能够作为有效的发动机冷却液使用。发动机油还有防腐蚀、帮助清洁、增强密封、减少磨损以及冷却发动机其他运动部件的重要功能。

热性能

材料的热性能是指材料在遇到周围环境温度大幅度升高后对温度变化的反应。固体材料通常会以热量的形式吸收能量，其温度升高，体积变大。不同的材料会以不同的方式响应热量的应用。在高温环境中考虑材料的潜在用途时，需要考虑材料的一些关键热性能，包括热容、热膨胀、导热性和热阻。

图一：热量从较热的物体转移到较冷的物体，直至达到热平衡的过程图

发动机油的其他关键特性

除了导热性之外，发动机油的密度、粘度和比热容也会对其作为发动机冷却剂的有效性产生重大影响。材料的比热容反映了每克物质需要多少能量才能触发其温度升高1°C。这一特性解释了为什么油的加热速度比水快得多，因为油的热容量比水低，这意味着油升温所需热能小，升温快，可以更有效地吸热。大量的研究正试图提高发动机机油的比热容，使其更高效，寿命更长，以减少机油更换次数，为车主节省大量的时间和金钱。

图二：汽车发动机

随着发动机的温度升高，机油密度降低，而机油密度对发动机的性能有重要影响。发动机油的颜色可以作为机油变质的一个很好的指标，因为机油在内燃机过程中经历了由发动机排出的大量热量而经历燃烧。在此过程中，发动机释放的热量会对机油的其他特性（如粘度和密度）产生重大影响。

机油的导热性

导热性和粘度是发动机油的两个最重要的特性，因为它们对发动机的整体性能有重大影响。热导率描述了材料传递热量的能力。具有高导热性的材料，如铜或银，可以促进快速传热，而绝缘材料，如泡沫或棉花，从环境中吸收和传递热量的速度很慢。发动机机油将吸收接触表面的热量，并将其输送到另一个位置，例如可以安全分散的油桩。大多数机油的设计目的是在于帮助冷却活塞组件、缸盖和气门在内的发动机零件。通常，大多数配方油由矿物机油、半合成机油或全合成机油的基础材料以及各种添加剂组成。发动机油的质量取决于基础油以及添加剂的特性。根据不同的使用气候环境特点，发动机油有一系列SAE等级可供选择。热导率与发动机效率之间的关系密切相关，因为导热系数越高的发动机机油效率越高，摩擦损失越小。

图三：向汽车发动机添加机油

机油作为发动机润滑剂

发动机内摩擦力的增加，会对发动机的整体功能和健康状况产生重要影响。如果没有有效的发动机机油，大多数车辆会很快过热并遭受到严重损坏。机油是一种极为有效的润滑剂，帮助在移动的发动机零件之间提供流体屏障，减少摩擦和磨损。这种润滑过程是通过机油在运动部件的表面上留下一层薄膜油来完成的，使它们在运行过程中能够平稳滑动。机油在长时间后保持“粘滞”并继续涂覆设备的能力是冷启动期间发动机磨损的主要预防因素。其中，冷启动是指在极冷的温度下或在发动机长时间静止后，尝试启动发动机的行为。有大量研究表明，冷启动对发动机的损害巨大。

机油的次要性能

热性能通常用于表征发动机机油的有效性，同时机油的一些附属成分也可以帮助汽车发动机在平稳运行方面发挥重要作用，比如机油能够最大限度地减少发动机内部部件的腐蚀。尽管机油没有天然的抗腐蚀能力，但通过在机油中使用添加剂，机油能够在发动机的关键部件和腐蚀性材料之间形成一层保护屏障。机油还可以在活塞环和气缸界面等位置，起到动态密封的作用，以防止发动机燃烧室的燃烧气体漏出、污染油底壳中的发动机油，从而最大限度地提高车辆的动力。高性能的润滑油可以通过吸收和分散大面积接触的能量峰值，从而有效地缓冲机械冲击，以达到延长电机的运行寿命的作用。

尽管机油看起来比较脏，但它对固体、液体或气体有溶解能力，这让其拥有能够保持发动机整体清洁的重要性能。当然，它的溶解力也可能因清洁剂或分散剂的添加而改变。其中，清洁剂是指防止污染物粘附在活塞或活塞环等发动机高温部件上的添加物质；而分散剂是指帮助吸附机油的固体污染物，让其悬浮在油中，以确保参加润滑循环油的干净度的一种机油添加物。

机油的组成成分

发动机油由基础油和多种添加剂混合而成。正是在多种物质的协同条件下，才形成了可以放入发动机，并帮助发动机正常运作的最终成品。发动机机油的区别，主要是由基础油决定。而基础油可以由石油提炼而成，也可以通过化学合成材料组合而成的半合成或合成混合物。

石油是从原油中提炼出来的，含有硫、氮、氧等元素，以及镍和钒等无法在精炼过程中完全去除的金属成分。而这种精炼过程，旨在按重量区分油中存在的各种类型的分子，并留下大小相似但结构不同的分子。

合成发动机油是经过高度精炼和设计的，包含少且精的物质成分、具有非常特殊的分子结构，是一种用途非常广泛的纯净物质，旨在提供更好的减摩、优化燃油效率、提高油膜强度和极端温度下的高水平性能。锌、磷和硼等添加剂是发动机燃料的另一个组成部分，它有助于优化效率，确保发动机发挥最大的性能。在现在汽车发动机技术变得越来越专业和复杂的情况下，对于机油配方师来说，找到理想的添加剂、以及调整添加剂与基础油的比例平衡是一项非常具有挑战性的工作。

总结

发动机油的独特热性能和一些化学性能，可促进其在专用发动机设备中的应用。由于发动机油是不可压缩的，所以它是一种良好的热量和能量传递介质，可防止发动机过热而导致车辆损坏。现代发动机机油必须具备有多种功能，以满足不断增长的消费者需求。由于如今的发动机有越来越严苛的要求，不仅要求发动机马力大，还有体积小和减排的要求，所以，这些需求都要求发动机机油的生产公司继续研究测试找到基础油与添加剂的比例平衡，来最大限度地提高燃油效率，并提高发动机使用寿命。