对低温环境下乳化机油结冰情况的分析

对低温环境下乳化机油结冰情况的分析对低温环境下乳化机油结冰情况的分析对低温环境下乳化机油结冰情况的分析对低温环境下乳化机油结冰情况的分析 AnalyzeAnalyzeAnalyzeAnalyze aboutaboutaboutabout thethethethe frozenfrozenfrozenfrozen ofofofof emulsificatemulsificatemulsificatemulsificatedededed lubricatinglubricatinglubricatinglubricating oiloiloiloil inininin lowlowlowlow temperaturetemperaturetemperaturetemperature 黄翔黄翔黄翔黄翔 李建祥李建祥李建祥李建祥 [[[[摘要摘要摘要摘要]]]] 本文针对发动机润滑油路在冬季被结冰堵塞的问题，结合实验对乳化机油在低温环 境下的结冰情况进行了分析，并提出了减小结冰可能性的应对。 [Abstract][Abstract][Abstract][Abstract] This paper is aim at the problem of the engine’s lubricant loop frozen by ice,coalescented with some experiment,analyzed about the frozen situation of emulsificated lubricating oil in low temperature. And bring forward the measure to reduce the possibility of freeze. [[[[关键词关键词关键词关键词]]]] 机油 乳化 积水 结冰 [Keywords][Keywords][Keywords][Keywords] lubricating oil emulsification seeper freeze 1111 前言前言前言前言 摩托车机油均有较好的分散性能，机油中混入的水份会很快分散在机油中，在曲轴箱内 的运动零件旋转搅拌下逐渐形成乳浊液状。而温差大是曲轴箱内积水的主要原因之一。在严 寒的冬季，当发动机停止运行时，由于发动机的温度与环境温度相差较大，其排气管和曲轴 箱的温度下降较快，同时发动机内的空气在温度下降过程中骤然收缩。此时，排气管和曲轴 箱内形成一定的负压（即真空），在大气压力的作用下，空气中的水分被负压吸进曲轴箱内， 最终冷凝成水液。 本文针对发动机在北方部分地区使用时,冬季（环境温度-20℃~-30℃）曲轴箱内的机油 乳化及结冰,将油泵进油口堵塞,导致上摇臂组合烧蚀的问题，通过实验分析乳化后的机油在 低温环境下的物理性质。 2222 实验过程实验过程实验过程实验过程 2222．．．．1111 实验及目的实验方法及目的实验方法及目的实验方法及目的 在实验发动机机油中加入 500ml 水。发动机运转 20 分钟，使机油充分乳化。发动机挂车 进行 24小时冷冻实验，考察乳化机油的性质、结冰情况及结冰面高度等。 2 2222．．．．2222 -18-18-18-18℃℃℃℃冷冻冷冻冷冻冷冻24242424小时小时小时小时 经过 24 小时冷冻之后（-18℃），机油状态如图所示。 图 2.2.1 图 2.2.2 图 2.1.1：放油口打开之后乳化机油直接流出，没有水先流出。 图 2.1.2：曲轴箱内未见结冰迹象，进油口通畅。 图 2.1.3：乳化机油能顺利到达缸头，说明润滑油路未被结冰堵塞。 可以看出，经发动机曲轴箱内 的运动副高速搅拌过的乳化机油是 一种相当稳定的软膏状稠液，水份很 难析出。从流动性和粘稠度来看，乳 化机油仍然保持着油的性质。在低温 环境下虽然粘度增大，却并没有现 出结冰的迹象。 2222．．．．3333 -24-24-24-24℃℃℃℃冷冻冷冻冷冻冷冻 48484848小时小时小时小时 为了进一步考察乳化机油的结冰状况，调整实验环境，进行更长时间冷冻的同时，单独 冷冻两份机油样品。 1#样品为曲轴箱内的乳化机油，油与水的比例约 2：1。 2#样品为体积比 1：1手工混合的水和机油。 冷冻 48 小时后的机油状态如图 2.2.1、2.2.2 所示。 图 2.2.3 3 图 2.2.1：1#样品在现有实验条件能够实现的低温环境下仍无结冰迹象。且更多呈现出 机油的特征，即与水混合不搅匀的话仍会分层。 图 2.2.2：2#样品的结冰幅度接近 70%，基本以冰屑为主，无冰块。 1#样品中水的比重只有机油的一半。机油较好的分散性使水分子容易被油分子包围。由 于这层阻隔的存在，水分子之间无法形成大型的晶格，也就不可能结冰。 如果是相同比重的机油和水，由于油分子的体积比水分子的体积大，所以油分子的数量 要少得多。同样是因为机油较好的分散性，当水的比重增大到某个程度时，油分子被水分子 包围，乳化机油将更多地呈现出水的特征，冷冻后则会出现类似 2#样品的屑状结晶。 因此大致可以推断出低温环境下乳化机油的物理特性：乳化机油是一种稳定的混合物， 除了水和机油之外，还混合了少量曲轴箱内各种不同的氧化物和杂质。通常混合物所表现出 来的性质与组分的比重密切相关。当机油比重占多数时，被冻结的只可能是发动机停机后沉 降在乳化机油下层的冷凝水；随着水比重的增大，乳化机油开始不同程度地冻结为冰屑。 2222．．．．4444 积水量与积水量与积水量与积水量与结冰面高度结冰面高度结冰面高度结冰面高度 油泵进油口处于整个润滑油路的最低位置，如果进油口被冻结，整个润滑油路将陷入瘫 痪。因此有必要分析积水量与结冰面高度的关系。 图 2.3.1 图 2.3.2 4 清空发动机内的乳化机油后，加入 600ml 纯水进行 1小时冷冻，考察曲轴箱中结冰面的 位置。实验结果如图 2.4.1、2.4.2 所示。 从换档轴孔完全被冰封住 的位置对应来看，理论上曲轴箱 内的积水达到 300ml 左右时，进 油口就会被结冰封堵。但是实际 上，因为每次停机时产生的冷凝 水都会在下一次发动机起动后与 乳化机油充分混合。而冷凝水的 多少只于湿度、发动机内外温度 差有关系。因此发动机冷却时产生的积水不可能达到 300ml，所以进油口完全被冰冻结这种可 能性是不存在的。实际的结冰情况是，乳化机油中水的比重增大到某个程度时，产生的冰屑 将润滑油路堵塞，引起上摇臂组合烧蚀。 3333 应对措施应对措施应对措施应对措施 曲轴箱积水和机油乳化在冬季是一个常见的问题。润滑油有水时，不但会腐蚀发动机零 件，而且水和高于 100℃的金属零件接触时会形成蒸气降低润滑油膜的强度，并产生泡沫直至 乳化变质。所以应该适当缩短更换机油的周期（每 1000～1500 公里更换）。同时我们可以通 过以下措施来抑制冷凝水的积累。拔掉空气滤清器到曲轴箱的通气管，用东西塞住空气滤清 器上的小孔，以防进入杂质，把拔下的软管一头朝下，一头插在曲轴箱上。有载荷的情况下 高速行驶 10 公里，使机油的温度升高到 90 度左右，让曲轴箱内的水分蒸发。用这种方法基 本上可以控制住乳化机油中水的比重，减小结冰的可能性。 图 2.4.1 图 2.4.2