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清凈性與積炭、漆膜和油泥 在工作的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部，各處的溫度不一，通常按溫度的明顯差異可劃分為高溫區(qū)(燃燒室)、中溫區(qū)(連桿活塞組件)和低溫區(qū)(曲軸箱)三個(gè)部分，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料和潤滑油的未燃盡部分落在上述三個(gè)區(qū)域，因溫度的不同所生成的沉積物也各異，分別為：積炭、漆膜、油泥;潤滑油的清凈分散性優(yōu)劣主要體現(xiàn)在將這些不同形式和組成的沉積物以穩(wěn)定的形態(tài)分散于油中的程度上，亦即發(fā)動(dòng)機(jī)部件的清潔程度上。
積炭、漆膜和油泥，組成和性質(zhì)不同，對(duì)清凈分散添加劑的感受性能也不一樣。金屬清凈劑(磺酸鹽、烷基水楊酸鹽等)對(duì)積炭和漆膜作用效果好，但對(duì)低溫油泥效果差。無灰分散劑(丁二酰銨型、酚醛胺型)正相反，對(duì)低溫油泥油很好的分散作用，但高溫清凈性差。目前這兩種添加劑一般都復(fù)合使用，復(fù)合后有明顯的協(xié)合作用。
1.積炭
積炭有密實(shí)、疏松、柔軟等各種形態(tài)，其組成合性質(zhì)隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況、燃料、潤滑油性質(zhì)及隨空氣進(jìn)入燃燒室的雜質(zhì)而異。在同一燃燒室內(nèi)，不同零件上的積炭性質(zhì)和組成也不同。積炭主要包括：燃料和潤滑油燃燒生成的碳質(zhì)沉積物，燃料中的硫燃燒后與金屬生成的鹽類，潤滑油中金屬添加劑燃燒后形成的金屬氧化產(chǎn)物，空氣攜帶的灰、沙等硅化物，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件磨損下來的金屬屑及其化合物。
發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的溫度雖然高到足以使任何有機(jī)物燃燒完全，但由于燃燒過程是在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的，部分燃料及滲入燃燒室的潤滑油來不及與空氣充分混合燃燒，因而在燃燒室內(nèi)總免不了生成煙、炭粒及其他不完全燃燒產(chǎn)物。燃燒室內(nèi)各部的溫度是不相同的。除排氣門溫度超過500℃外，由于散熱作用，燃燒室壁和活塞頂部溫度大約在250~500℃之間。燃料及潤滑油落在這些零部件的表面，在金屬的催化作用下，產(chǎn)生深度的氧化及縮合，形成粘性的樹脂和漆膜。樹脂和漆膜能把落在它上面的煙灰、炭粒、金屬氧化物等固體雜質(zhì)粘附在金屬表面上。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，一方面漆膜不斷落上未燃燃料、潤滑油、煙灰、炭粒等等;另一方面，靠近金屬的樹脂、漆膜進(jìn)一步氧化縮聚變成叫做積炭的固體沉積物。如此往復(fù)，積炭層便逐漸增厚。但積炭的表面層增長到接近高溫區(qū)時(shí)，落在上面的有機(jī)物將被燒凈，這時(shí)積炭便停止增長而達(dá)到平衡狀態(tài)?？梢姡e炭的生成、增長只限于燃燒室面層的低溫區(qū)。
積炭增長到平衡厚度的時(shí)間，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和溫度狀況、潤滑油的質(zhì)量和耗量、燃料性質(zhì)及混合空氣的組成等。潤滑油耗量大、殘?zhí)恐蹈摺岚捕ㄐ圆畹?，達(dá)到平衡的時(shí)間就會(huì)短;發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常以富氣工作會(huì)形成較多的煙灰及炭粒，也將加速積炭的形成。
若發(fā)動(dòng)機(jī)工況穩(wěn)定，積炭層達(dá)到平衡厚度后便不再增加，若發(fā)動(dòng)機(jī)工況經(jīng)常改變，燃燒室的高溫區(qū)擴(kuò)大，或向燃燒室壁移動(dòng)，積炭層因表面燒掉而減少或因振動(dòng)及熱應(yīng)力作用而剝落。反之，若高溫區(qū)縮小或朝離開燃燒室的方向移動(dòng)，積炭層將繼續(xù)增加，以達(dá)到新的平衡厚度為止。所以，就一定的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，積炭的厚度主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的熱狀態(tài)。
積炭的導(dǎo)熱性很差，覆蓋在零部件表面會(huì)降低傳熱系數(shù)，阻礙熱散失，引起燃燒室溫度上升、火花塞或噴油嘴、排氣門、活塞及汽缸蓋等過熱。積炭增多后導(dǎo)致燃燒室容積減小，熱強(qiáng)度增大，使汽油機(jī)發(fā)生爆震。此外，燃燒室內(nèi)的熾熱積炭顆粒在鉛鹽的催化作用下可引起汽油機(jī)失控燃燒、出現(xiàn)早期點(diǎn)火、燃燒不穩(wěn)等現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)零部件急劇磨損或損傷。柴油機(jī)噴油嘴上的積炭妨礙燃料正常噴射霧化，使柴油機(jī)功率下降，排氣煙多。二沖程汽油機(jī)的積炭還會(huì)造成火花塞跨連，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。氣門座積炭會(huì)破壞氣門的密封性，致使氣門燒壞。若積炭落入曲軸箱內(nèi)，通過潤滑油的循環(huán)，還會(huì)引起活塞環(huán)卡死，氣缸、曲軸等的磨損甚至擦傷。
綜上所述，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)生成積炭是不可避免而又有害的?，F(xiàn)在還沒有好的清除零部件表面積炭的方法。一般采用手工清除。有的用金屬絲刷和刮刀清除，這種方法工效低且易損傷機(jī)件;有的先用三氯乙烯清洗發(fā)動(dòng)機(jī)及其他有積炭的零部件。三氯乙烯能溶解積炭中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等粘性物質(zhì)，使剩余的炭質(zhì)化合物和金屬氧化物等變得松脆而易于清除。
較小的零部件可以用化學(xué)洗滌液清除。把臟污的零部件放入80~95℃的洗滌液內(nèi)浸泡2~3h，再移到熱水中用刷子清除殘余的積炭。洗凈積炭后，最好用0.1%~0.3%珞酸鉀(或鈉)溶液清洗一遍，再用壓縮空氣吹干。
需要強(qiáng)調(diào)，由于苛性鈉(NaOH)對(duì)鋁有腐蝕，故含有苛性鈉的洗液絕不可用來清洗鋁質(zhì)機(jī)件。
2.漆膜
漆膜主要沉積在活塞環(huán)槽、裙部及連桿上。顏色有淡黃色、棕褐乃至深黑色?；钊共康钠崮ひ话泐伾^淺，平滑而光亮。活塞環(huán)槽的漆膜常常夾雜有積炭，顏色深而表面粗糙。漆膜與金屬表面結(jié)合得非常牢固，只有新生成的漆膜才能被苯、丙酮、氯仿等溶劑洗掉。
漆膜是潤滑油和燃料氧化縮聚的產(chǎn)物。潤滑油和燃料油的示蹤原子氚的柴油機(jī)試驗(yàn)證明，漆膜90%來自潤滑油，10%為燃料氧化及不完全燃料產(chǎn)物。結(jié)果如下：
部位 潤滑油產(chǎn)生沉淀，%
活塞冠部 88
頂環(huán)槽 94
第二環(huán)槽 93.5
第三環(huán)槽 92.8
第四環(huán)槽 91
研究表明，溫度在曲軸箱的80℃到環(huán)區(qū)的300℃之間的潤滑油的液相氧化是漆膜生成的主要原因。發(fā)動(dòng)機(jī)零部件表面的薄層潤滑油，在高溫、氧及金屬表面的催化作用下被氧化，生成復(fù)雜氧化物和不飽和化合物的混合物，如烯烴、醛、酮及醇類等。這些初級(jí)氧化產(chǎn)物進(jìn)一步反應(yīng)，生成以聚酯和聚醚為主的漆狀物。另一方面，曲軸箱內(nèi)潤滑油的氧化結(jié)果，使油中可溶性氧化物、固體氧化產(chǎn)物增多。這些物質(zhì)通過潤滑油循環(huán)而沉積在活塞環(huán)區(qū)，吸附燃?xì)庵械奶蓟铮M(jìn)一步氧化縮聚生成漆膜。燃?xì)庵辛虻难趸锖涂諝庵械难趸锒伎赡芘c潤滑油及燃料油中的氧化產(chǎn)物結(jié)合，加速漆膜和積炭的生成。
潤滑油和燃料油的質(zhì)量及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況，對(duì)漆膜的形成影響很大。
環(huán)烷基潤滑油基礎(chǔ)油比石蠟基潤滑油基礎(chǔ)油在活塞環(huán)槽區(qū)生成的沉積物多，且溫度越高差別越大。基礎(chǔ)油中加入清凈分散劑和抗氧抗腐劑可有效抑制漆膜的生成，提高活塞環(huán)區(qū)的清潔度。
汽油中的高沸點(diǎn)(沸點(diǎn)大于149℃)芳烴會(huì)增加活塞裙部漆膜的生成量。從燃燒室逸出的鉛化物可能沉積在環(huán)槽內(nèi)，增大沉積物量。
柴油在預(yù)燃時(shí)生成的復(fù)雜有機(jī)物，進(jìn)一步氧化縮聚生成膠質(zhì)，它們與潤滑油氧化產(chǎn)物結(jié)合在一起將增加漆膜生成的傾向。柴油中硫的影響不可忽視，硫含量增加，活塞環(huán)槽區(qū)漆膜增多。
漆膜的導(dǎo)熱性很差，粘附性很強(qiáng)。覆蓋在活塞表面的漆膜，會(huì)阻礙熱量的散失，過多時(shí)甚至導(dǎo)致活塞燒壞。沉積在活塞環(huán)槽內(nèi)的漆膜，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況影響最大。它阻礙活塞環(huán)的自由活動(dòng)，使活塞環(huán)的密封性能變壞。若沉積過多可造成粘環(huán)。粘環(huán)后，活塞環(huán)的密封作用變壞甚至喪失，大量機(jī)油上竄入燃燒室，燃燒室內(nèi)的燃?xì)庀侣┤肭S箱。由此而引起一系列嚴(yán)重的后果：燃燒氣體沿活塞環(huán)和氣缸套之間的間隙下竄，燒掉了氣缸壁上的潤滑油膜，活塞環(huán)和氣缸壁間發(fā)生“干磨”，使缸套和活塞環(huán)的磨損急劇增大，甚至嚴(yán)重擦傷。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，燃料和潤滑油消耗增大，排煙增多，機(jī)件表面迅速臟污。
漆膜粘附力很強(qiáng)不易清除，最好用前述清洗積炭的洗滌液加熱洗滌。
3.油泥
油泥主要沉積在曲軸箱油底殼和壁、機(jī)油泵集油器濾網(wǎng)、油道、時(shí)規(guī)齒輪蓋等處。顏色從灰到黑，稠度介于軟膏狀、半固體或固體之間。據(jù)研究，燃燒室的氣體通過活塞環(huán)和氣缸壁之間的間隙竄入曲軸箱是形成油泥的主要原因。竄氣主要發(fā)生在壓縮及燃燒過程。若將竄氣引出冷卻，會(huì)分成氣、液、固三相。氣相成分主要是空氣(氧、氮)，CO2、CO、烴類及硫、氮氧化物含量很少，對(duì)油泥生成無直接關(guān)系。液相中含有未燃燒燃料油、潤滑油、溶于油中的液相氧化產(chǎn)物、水及水溶性氧化物、鹵化物、氮和硫的氧化物等。固相中含有60%的有機(jī)物(含碳基和羥基的聚合物)，40%的無機(jī)物(添加劑和磨損零部件的金屬及金屬氧化物、灰塵等)。
竄氣進(jìn)入曲軸箱后，由于環(huán)境溫度較低，高沸點(diǎn)組分和水汽冷凝，并入曲軸箱內(nèi)的潤滑油混合。其中潤滑油和燃料油中的液相氧化產(chǎn)物(羥基及羰基化合物、羧酸及酯等)進(jìn)一步氧化縮聚，形成一種粘性物質(zhì)，此物質(zhì)能將固體物質(zhì)、燃料、水、炭黑、磨損金屬粒子以及曲軸箱中的潤滑油的氧化產(chǎn)物粘合在一起形成油泥。竄氣中極少量潤滑油和燃料油的液相氧化產(chǎn)物，對(duì)油泥的生成起著決定性作用。
油泥的主要成分是潤滑油和固體物質(zhì)，燃料油和水的含量很少。
一切使液體氧化產(chǎn)物、水分及雜質(zhì)增多的條件，都將促使油泥生成。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行溫度對(duì)油泥生成影響尤大。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行溫度過低，即交通擁擠城市中停停開開的小轎車或輕型汽油機(jī)火車以及高功率經(jīng)常短途行駛的汽車都容易生成油泥。
油泥沉積物的存在，導(dǎo)致油泵入口、輸油管路的堵塞，使?jié)櫥脱h(huán)系統(tǒng)供油量減少甚至中斷，從而引起運(yùn)動(dòng)部件的摩擦和磨損，嚴(yán)重時(shí)因“干磨”而導(dǎo)致擦傷、燒瓦甚至抱軸等嚴(yán)重事故的發(fā)生。
基礎(chǔ)油中加入金屬清凈劑，對(duì)低溫油泥的抑制和分散作用不大。加入無灰分散劑(丁二酰亞胺類、酚醛胺類)，可顯著抑制低溫油泥的生成，使油泥母體和油泥增溶于或以膠態(tài)分散于油中而不沉淀析出。基于此，一般的汽油機(jī)油中都要加入無灰分散劑。
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