機油在發動機內是怎樣流動的 ?機油在發動機中起什么作用(圖解)

02-20

大家都知道機油是用來潤滑發動機的,每隔一段時間就要給發動機換機油。但是你知道機油在發動機中是如何流動的嗎?機油是如何被送到各個摩擦表面的?今天我們就來詳細的說一說發動機潤滑系統是如何工作的,機油在發動機中循環流動的過程及路線是怎樣的。


首先來給大家說一說發動機為什么需要潤滑。

大家都知道發動機必須加機油,機油的主要作用就是潤滑,沒有機油發動機就會損壞,但是為什么會損壞,大家可能就語焉不詳了。汽車發動機是一個復雜的能量轉換機器,它可以將燃料的化學能轉化為機械能對外輸出。在能量轉化過程中,有大量的零部件以一定的軌跡運動,在運動過程中零部件以一定的力作用在另一個零部件上,并且有高速的相對運動,這就是所謂的摩擦副。在汽車發動機中有多達數十個摩擦副,各摩擦副之間的配合間隙也有所不同,從幾微米到零點幾毫米不等。

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任何零部件表面都不是絕對光滑的,都有一定程度的表面粗糙度,即使我們看起來光潔無比的零部件,在顯微鏡下觀察它的表面也是凸凹不平的。因此,在這些摩擦副的表面必然會發生摩擦和磨損。摩擦就會產生阻力,阻礙零部件的運動,消耗汽車的動力。實驗表明,發動機的摩擦阻力大約會消耗發動機25%的功率。

我們還可以更形象的來看看這個摩擦阻力的大?。何覀儼衍囃7旁谝粋€30%的坡路上,掛入一檔,松開剎車、手剎車和離合器,汽車可以穩定的停放在原地不動,這主要就是發動機內部摩擦阻力的作用。

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此外,摩擦副之間相對運動還會摩擦生熱,使零部件升溫,在沒有潤滑的情況下兩塊金屬高速摩擦,產生的熱量甚至可以將金屬熔化,使二者燒結在一起。所謂的發動機“拉缸”“化瓦”就是這種情況,摩擦副由于缺少潤滑散熱而燒結在一起了,屬于最嚴重的發動機機械故障了。


汽車發動機摩擦的類型可以分為滑動摩擦和滾動摩擦兩大類。

滾動摩擦阻力較小,所以汽車上盡可能的采用滾動摩擦,比如各種軸承就是典型的滾動摩擦;而滑動摩擦阻力相對比大,比如活塞環與氣缸壁之間、曲軸與氣缸體、連桿之間,都屬于滑動摩擦。此外,根據摩擦副之間的摩擦介質還可以分為干摩擦、邊界摩擦、混合摩擦和液體摩擦,在汽車上這幾種摩擦是同時存在的,在發動機中絕大多數部位都是液體摩擦,比如曲軸與氣缸體、連桿之間、凸輪軸與氣門之間,等等;而氣缸壁與活塞環之間是邊界摩擦。

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為了降低由于摩擦導致的發動機功率消耗和零部件磨損,必須對零件的摩擦表面進行潤滑,即在兩零件的工作表面之間加入一層潤滑油使其形成油膜,將零件完全隔開,處于完全的液體摩擦狀態。

在汽車發動機中,能完成這項工作的裝置就是潤滑系統,它可以在發動機工作時連續不斷地把數量足夠、溫度適當的潔凈機油輸送到傳動件的摩擦表面,并在摩擦表面之間形成油膜,實現液體摩擦,從而達到減小摩擦阻力、降低功率消耗、減輕機件磨損、提高發動機工作可靠性和耐久性的目的。

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發動機潤滑系統主要由機油、集濾器、機油泵、機油濾清器、機油冷卻器、機油管道、機油壓力傳感器、機油壓力表、機油壓力警報燈、機油溫度表、限壓閥、止回閥、旁通閥等組成。


其中機油是潤滑系統的工作介質,具有潤滑、清洗、冷卻、密封、防銹、緩沖減振等作用,同時還是液壓氣門挺桿、可變氣門正時機構、正時鏈條張緊器等裝置的工作介質,是發動機中最重要的液體,被稱為“發動機的血液”。關于它的知識點非常多,在之前的多篇文章中有非常詳細的論述,在此不再贅述。

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機油泵是潤滑系統中的動力裝置,潤滑系統的壓力就是由機油泵建立起來的,一般由曲軸正時齒輪驅動。它的作用是保證機油在潤滑系統內循環流動,并在發動機任何轉速下都能以足夠高的壓力向潤滑部位輸送足夠數量的機油。機油泵按結構形式可分為齒輪式和轉子式兩類,其中的齒輪式又分內接齒輪式和外接齒輪式。


齒輪式機油泵的優點是效率高、功率損失小、工作可靠,轉子式機油泵的優點是結構緊湊、供油量大、供油均勻、噪聲小、吸油真空度較高。一般在轎車使用的汽油發動機上使用轉子式機油泵,在卡車使用的柴油發動機上使用齒輪式機油泵。此外,由于發動機在各個不同的轉速下對潤滑的要求也不同,越來越多的發動機開始使用變排量機油泵,它可以在不同在轉速下輸出不同壓力、不同流量的機油,以滿足發動機在各個轉速下的潤滑需求。

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集濾器安裝在機油泵的前面,用來吸取油底殼中的機油,它是具有金屬濾網的過濾器,可以防止較大的機械雜質進入機油泵,事實上屬于機油過濾系統的一部分。它的結構非常簡單,就是由罩、濾網和吸油管組成。當發動機工作時,機油機油從罩與濾網間的狹縫被吸入,較大的雜質被過濾掉,干凈的機油被吸入機油泵。當濾網被堵塞時,由于機油泵吸油形成的真空,迫使濾網向上,使濾網的圓孔離開罩,此時機油便直接進入吸油管,以避免機油供應中斷。

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機油濾清器大家都很熟悉,俗稱“機油濾芯”,每次更換機油的時候都必須把它同時更換掉。機油濾清器安裝在機油泵之后、主油道之前,它的作用是過濾機油中的金屬磨屑、積碳、膠質等雜質,保待機油的清潔,使循環流動的機油在送往運動零件表面之前得到凈化處理,保證摩擦表面的良好潤滑,延長其使用壽命。

現在發動機上使用最廣泛的是紙質濾芯,它是由一種特制的微孔濾紙折疊而成的,可以過濾掉機油中直徑為0.05~0.1mm之間雜質。

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根據機油的濾清方式,潤滑系統可以分為兩類:全流式和分流式。

全流式機油濾清器串聯于機油泵和主油道之間,因此全部機油都經過它濾清,目前在轎車上普遍采用全流式機油濾清器,在卡車上應用得也日益廣泛;分流式是指有一部分機油從機油泵出來后進入了細濾器,經過更細致的過濾后回到油底殼,細濾器一般是離心式的,可以清除機油中直徑在0.001mm以上的細小雜質,它一般不需要更換,在保養時清理一下就可以了。這種分流式過濾 一般應用在大型柴油機上,不過為了保證機油的供給,一般只有10%的機油通過細濾器過濾,另外90%的機油都是通過粗濾器過濾的。此外為了保證主油道的壓力,當機油壓力過低時會關閉細濾器過濾通道。

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對于機油濾清器我想多說幾句。它是汽車上的消耗性材料,有些人對它不是很重視,經常是使用非常昂貴的機油,但是卻只使用廉價的機油濾芯。事實上它的作用是非常重要的,如果把機油比作發動機的血液的話,機油濾清器可以稱為“發動機之腎”,可見它的重要性。機油濾芯有一個非常重要的指標是容污量,它是指機油濾清器能夠過濾、容納機油中雜質的能力。它與機油濾清器中濾紙的用量有直接關系,一般濾清器越大,濾紙越多,容污量也就越大,可以使用的時間就越長。


此外,機油濾芯中還有兩個重要的閥——止回閥和旁通閥,可以防止機油回流和在機油濾芯堵塞時避免機油供應中斷。在很多假的機油濾芯中,這幾個部位都是不合格的,會影響機油的過濾效果和機油的供應,所以我們一定要選擇優質的正品機油濾清器。

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機油冷卻器一般應用在大負荷、高強化、高增壓的發動機上,普通的自然吸氣發動機較少使用,也叫做機油散熱器。

它的作用是把機油的熱量散發到周圍的空氣中,防止機油溫度過高。它串聯在潤滑油道中,一般分為風冷式和水冷式兩類,在民用車上水冷式應用較多。它是把機油冷卻器安裝在冷卻水道中,依靠冷卻液循環流動來給機油降溫,這種布置方式外形尺寸小,布置方便,且不會使機油冷卻過度,機油溫度穩定。由于機油的壓力高于冷卻液的壓力,所以如果在水中發現機油時,基本就可以判斷為機油冷卻器損壞了。

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機油壓力傳感器、機油溫度傳感器、機油壓力表、機油壓力警報燈、機油溫度表,這幾個裝置屬于潤滑系統的信號與警示裝置,可以將潤滑系統的工作狀態顯示在儀表盤上,提醒駕駛員注意。機油壓力傳感器一般有兩個,一個安裝在主油道上,監測潤滑系統的總壓力;另一個安裝在缸蓋上,監測氣缸蓋部位的機油壓力。一般主油道機油壓力低時,機油壓力警報燈會點亮并長鳴,而氣缸蓋部位機油壓力低時,機油壓力警報燈會閃爍并間歇鳴叫。而機油的溫度一般略高于水溫,在100~110°C之間,超過一定閾值時也會報警。不過在普通的家用車上一般是沒有機油溫度顯示的。

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接下來我們就來看看機油在發動機中是如何循環流動的。在此之前,我們首先來看看發動機的潤滑方式。由于發動機傳動件的工作條件不盡相同,因此,對負荷及相對運動速度不同的傳動件采用不同的潤滑方式,主要有壓力潤滑、飛濺潤滑和潤滑脂潤滑這三種。


壓力潤滑是指把機油以一定的壓力供入摩擦表面的潤滑方式,它一般用于主軸承、連桿軸承及凸輪軸承等負荷較大的摩擦表面的潤滑;飛濺潤滑是利用發動機工作時運動件濺潑起來的油滴或油霧潤滑摩擦表面的潤滑方式,該方式主要用來潤滑負荷較輕的氣缸壁面和配氣機構的凸輪、挺柱、氣門桿以及搖臂等零件的工作表面;潤滑脂潤滑是指通過潤滑脂嘴定期加注潤滑脂來潤滑零件的工作表面,如水泵及發電機軸承等,這種方式現在已經很少見了。

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現在我們來看看機油在發動機中的循環路線。發動機的機油儲存在油底殼中,當發動機開始運轉時,帶動機油泵轉動,由于機油泵具有自吸作用,可以把機油通過集濾器從油底殼中吸上來,并建立一定的壓力,送入機油濾清器。為了防止在冷車啟動、機油粘度過大、發動機高速運轉時機油壓力過高,在機油泵上通常安裝有限壓閥,當機油壓力超過一定值時(一般是0.8MPa),限壓閥打開,將多余的機油直接泄入到油底殼中。機油泵的流量一般在10~40升/分鐘之間,對于絕大多數的發動機來說,機油在30秒之內就可以在發動機中循環一次。

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具有一定壓力的機油從機油泵中出來后,如果是全流式濾清,機油會全部進入機油濾清器;如果是分流式濾清,會有10%左右的機油進入機油細濾器。為了保證主油道的機油壓力正常,防止在機油壓力過低的情況下機油被分流,在機油細濾器之前設置了一個進油限壓閥,只有在機油壓力超過0.1MPa的情況下,機油才能頂開限壓閥進入機油細濾器。具有一定壓力的機油進入機油細濾器后,會從兩個細小的噴嘴中噴出,由此產生的反向作用力推動細濾器高速旋轉(轉速可達10000轉/分鐘),帶動機油高速旋轉,產生的離心力將機油中的雜質拋向細濾器殼體內壁上并沉淀,過濾后的清潔機油從出油口直接流回油底殼。為了防止機油細濾器堵塞導致機油壓力異常,還設置了一個旁通閥,壓力超過0.6MPa時打開,機油直接從旁通閥流回油底殼。機油細濾器在工作時有一種輕微的“嗡嗡”聲,在發動機熄火后也會持續幾秒鐘,這也是判斷它是否正常工作的方法之一。

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對于大部分汽車發動機來說,都采用的是全流式濾清方式。

具有一定壓力的機油從機油泵中出來后,機油會全部進入機油濾清器,從濾芯的四周小孔進入,經過濾紙過濾后,雜質和膠質等留在濾紙表面,清潔的機油進入濾芯中間并從出油口流出,進入主油道。在機油濾清器中有兩個非常重要的閥:旁通閥和止回閥。當機油濾芯堵塞時,旁通閥打開,機油不經過濾紙過濾直接進入主油道;止回閥是防止機油在發動機熄火后流回油底殼,保證發動機在啟動后直接形成油壓,盡可能的減少發動機干摩擦的時間。這兩個閥的開啟壓力是經過精確計算的,如果使用劣質的機油濾清器,這兩個閥件質量不佳,再加上濾紙過濾效果差,會嚴重影響機油的過濾效果。

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如果設置有水冷式機油散熱器,機油從濾清器里出來后會直接進入機油散熱器,經過發動機冷卻液的冷卻后流入主油道。為了避免機油散熱器堵塞導致機油供應不足,同時避免過高的機油壓力損壞機油散熱器,在機油散熱器上設置有旁通閥,當機油壓力高于0.4MPa時,旁通閥打開,機油直接進入主油道。


進入主油道的機油,都具有一定的壓力,這就是所謂的“機油壓力”,一般在0.2~0.5Mpa之間,機油壓力傳感器就安裝在這里,將機油壓力值轉換成電信號傳輸到儀表盤上,供駕駛員參考。一般在卡車或工程機械上,都采用機油壓力表來顯示機油的壓力;而在乘用車上更多的采用機油壓力警告燈。如果發動機機油壓力過低,會造成潤滑不良,加劇零件的磨損;如果機油壓力過高,會導致發動機密封困難,油封漏油,機油消耗量增大等。

機油在發動機內是怎樣流動的 ?機油在發動機中起什么作用(圖解)

在主油道中,機油會根據發動機結構的不同,分別流向不同的方向,比如曲軸主軸承、連桿軸承、活塞機油噴嘴、凸輪軸、氣門搖臂、液壓氣門挺桿、正時齒輪、正時鏈條、增壓器、氣泵、噴油泵、可變氣門正時機構、正時鏈條張緊器等,下面分別來說說。

1、主油道→曲軸主軸承、連桿軸承:機油從主油道上的分支進入曲軸主軸承,一般曲軸有幾道支撐,就有幾個分支油道,比如四缸發動機一般有五個分支油道,六缸發動機一般有七個分支油道。在曲軸主軸承上有對應的孔,機油從這里進入到主軸承與曲軸之間,以潤滑摩擦副,多余的機油從主軸承與曲軸之間的縫隙流出,直接返回油底殼。還有一部分機油從曲軸主軸承通過曲軸內部的油道流入連桿軸承,以潤滑連桿軸承與連桿軸頸,多余的機油也是從二者之間的縫隙流出返回油底殼。對于下置式凸輪軸,還有一部分機油從曲軸主軸承流入到凸輪軸軸承,以潤滑凸輪軸與缸體之間的摩擦副,多余的機油從凸輪軸軸頸上的溢流孔流出,在重力作用下回到油底殼。這幾個部位都屬于壓力潤滑的范疇,發動機中大部分機油都應用在這些部位,當這幾個部位摩擦副間隙增大時,會導致機油泄漏量增大,發動機機油壓力降低,這種情況一般就需要大修了。

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2、主油道→活塞機油噴嘴:現在很多高強化的發動機燃燒室溫度較高,活塞的溫度也較高,因此需要專門的裝置給活塞冷卻,這個工作就由活塞機油噴嘴來完成。在每一個氣缸對應的主油道位置安裝一個機油噴嘴,當主油道壓力超過0.1MPa時,機油噴嘴上的閥門打開,一定壓力的機油直接噴向活塞底部,給活塞散熱降溫,濺落的機油一小部分用來潤滑活塞銷和氣缸壁,其余的落回油底殼。

3、主油道→頂置凸輪軸、氣門搖臂、氣門等:機油從主油道向上分出一個分支,直接到達氣缸蓋,然后進入凸輪軸軸頸與氣缸蓋之間、氣門搖臂與搖臂軸之間,壓力潤滑這些部位,多余的機油從這些摩擦副的縫隙流出,被高速旋轉的凸輪軸帶動四處飛濺,以潤滑氣門搖臂與氣門桿、氣門彈簧等,最后這些機油都從氣缸蓋上的油道流回油底殼。為了避免發動機熄火后機油回流,在油道口位置有一個止回閥,可以讓氣缸蓋部分保持一定的機油壓力。

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4、主油道→正時齒輪、正時鏈條、增壓器、氣泵、噴油泵等:這幾個部位都需要特殊的潤滑,所以一般都單獨設置專門的潤滑油道或機油噴嘴來導入機油,潤滑后的機油在重力作用下流回油底殼。這里特別重要的是增壓器潤滑,由于增壓器轉子轉速非常高、工作溫度非常高,所以需要的機油流量大、壓力足,相應的機油管路也比較粗。

5、主油道→液壓氣門挺桿、可變氣門正時機構、正時鏈條張緊器:這幾個裝置屬于發動機的液壓伺服機構,機油在其內部會維持一定的壓力,經常是封閉運行,與潤滑系統循環交流較少。在調節內部壓力時,多余的機油直接流出,順著固定的油道返回油底殼。

機油在發動機內是怎樣流動的 ?機油在發動機中起什么作用(圖解)

以上就是發動機潤滑系統主要零部件的結構、工作原理以及機油在潤滑系統中循環流動的路徑??梢钥闯?,幾乎所有部位的機油潤滑后都是直接流入油底殼的,然后重新被吸入機油泵參與下一次循環,一般機油在發動機中每半分鐘就會循環流動一次,應該說是非常高效的。

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