機油在發(fā)動機中是如何流動的？機油在發(fā)動機中起什么作用(圖表)

大家都知道機油是用來潤滑發(fā)動機的，每隔一段時間就要換一次機油。但是你知道機油是如何在發(fā)動機中流動的嗎？機油是如何輸送到所有摩擦表面的？今天我們就來詳細說說發(fā)動機潤滑系統(tǒng)是如何工作的，機油在發(fā)動機內(nèi)循環(huán)的過程和路線。首先，我來告訴你為什么發(fā)動機需要潤滑。大家都知道發(fā)動機一定要上油，油的主要作用是潤滑。沒有機油，發(fā)動機會損壞，但為什么會損壞可能不太清楚。汽車發(fā)動機是一種復雜的能量轉換機器，它將燃料的化學能轉換成機械能，并向外界輸出。在能量轉換過程中，大量部件按照一定的軌跡運動。在運動過程中，零件以一定的力作用于另一個零件，產(chǎn)生高速相對運動，稱為摩擦副。汽車發(fā)動機中有幾十個摩擦副，它們之間的配合間隙也各不相同，從幾微米到幾十毫米不等。任何零件的表面都不是絕對光滑的，而是具有一定程度的表面粗糙度。即使我們看起來像一個光滑的零件，在顯微鏡下觀察，它的表面也是不平整的。因此，這些摩擦副的表面不可避免地會發(fā)生摩擦和磨損。摩擦會產(chǎn)生阻力，阻礙零件運動，消耗車的動力。實驗表明，發(fā)動機的摩擦阻力約消耗發(fā)動機功率的25%。我們還可以更形象地看一下這個摩擦阻力的大小：我們把車停在30%的斜坡上，掛一檔，松開剎車、手剎、離合器，車就能穩(wěn)定地呆在原地，這主要是發(fā)動機的內(nèi)摩擦阻力。另外，摩擦副之間的相對運動通過摩擦產(chǎn)生熱量，使零件發(fā)熱。在沒有潤滑的情況下，兩種金屬會高速摩擦，產(chǎn)生的熱量甚至可以將金屬熔化燒結在一起。這就是所謂的發(fā)動機“拉缸”和“熔瓦”。由于缺乏潤滑和散熱，摩擦副燒結在一起，這是最嚴重的發(fā)動機機械故障。汽車發(fā)動機摩擦的種類可分為滑動摩擦和滾動摩擦。滾動摩擦阻力小，所以在汽車上盡量使用滾動摩擦，比如各種軸承，就是典型的滾動摩擦；而滑動摩擦阻力的相對比例較大，如活塞環(huán)與氣缸壁之間、曲軸與氣缸體之間、連桿之間等，屬于滑動摩擦。此外，根據(jù)摩擦副之間的摩擦介質(zhì)，可分為干摩擦、邊界摩擦、混合摩擦和液體摩擦。這幾種摩擦在汽車中同時存在，發(fā)動機的大部分零件都是液體摩擦，如曲軸和缸體、連桿、凸輪軸、氣門等。邊界摩擦在氣缸壁和活塞環(huán)之間。為了減少發(fā)動機功率消耗和摩擦引起的零件磨損，需要對零件的摩擦面進行潤滑，即在兩個零件的工作面之間加一層潤滑油，形成油膜，使零件完全分離，保持完全液體摩擦的狀態(tài)。在汽車發(fā)動機中，能完成這一任務的裝置就是潤滑系統(tǒng)，它能在發(fā)動機工作時，向傳動部件的摩擦面持續(xù)輸送足夠的、溫度適宜的清潔機油，并在摩擦面之間形成油膜，實現(xiàn)液體摩擦，從而達到降低摩擦阻力、降低功耗、減少零件磨損、提高發(fā)動機可靠性和耐久性的目的。發(fā)動機潤滑系統(tǒng)主要由機油、濾清器、機油泵、機油濾清器、機油冷卻器、機油管路、機油壓力傳感器、機油壓力表、機油壓力警示燈、機油溫度計、限壓閥、單向閥和旁通閥組成。其中，油是潤滑系統(tǒng)的工作介質(zhì)，具有潤滑、清洗、冷卻、密封、防銹、減震等作用。同時也是液壓閥挺柱、可變氣門正時機構和正時鏈條張緊器的工作介質(zhì)。它是發(fā)動機中最重要的液體，被稱為“發(fā)動機的血液”。

關于它的知識點有很多，之前的文章已經(jīng)詳細討論過了，這里就不贅述了。機油泵是潤滑系統(tǒng)中的動力裝置，潤滑系統(tǒng)的壓力由機油泵建立，一般由曲軸正時齒輪驅動。它的作用是保證油在潤滑系統(tǒng)中循環(huán)，并能在任何發(fā)動機轉速下以足夠高的壓力向潤滑部位輸送足夠的油。油泵按結構可分為齒輪式和轉子式，齒輪式又可分為內(nèi)齒輪式和外齒輪式。齒輪油泵具有效率高、功耗低、運行可靠等優(yōu)點，而轉子油泵具有結構緊湊、供油量大、供油均勻、噪音低、真空度高等優(yōu)點。通常，旋轉油泵用于汽車的汽油發(fā)動機，齒輪油泵用于卡車的柴油發(fā)動機。此外，由于發(fā)動機在不同轉速下的潤滑要求不同，越來越多的發(fā)動機開始使用變排量機油泵，可以在不同轉速下輸出不同壓力和流量的機油，滿足發(fā)動機在不同轉速下的潤滑要求。過濾器安裝在機油泵的前面，從油底殼中吸油。它是一個帶有金屬網(wǎng)的過濾器，可以防止大的機械雜質(zhì)進入油泵。事實上，它是機油濾清器系統(tǒng)的一部分。它的結構很簡單，由一個蓋子、一個過濾網(wǎng)和一個吸油管組成。發(fā)動機工作時，機油通過機蓋和濾網(wǎng)之間的縫隙吸入，較大的雜質(zhì)被過濾掉，干凈的機油被吸入機油泵。當濾網(wǎng)堵塞時，油泵吸油形成的真空迫使濾網(wǎng)向上，使濾網(wǎng)的圓孔離開蓋子。此時機油直接進入吸油管，避免供油中斷。機油濾清器大家都很熟悉，俗稱“機油濾芯”，每次換機油都要同時更換。機油濾清器安裝在機油泵的后面和主油道的前面。它的功能是過濾金屬屑、積碳、膠體和其他雜質(zhì)。在油中，保持備用油的清潔，使循環(huán)油在輸送到運動部件表面之前得到凈化，以保證摩擦面的良好潤滑，延長其使用壽命。目前，紙質(zhì)濾芯廣泛應用于發(fā)動機中，采用特殊微孔濾紙制成，可濾除機油中直徑為0.05~0.1mm的雜質(zhì)。根據(jù)濾油方式，潤滑系統(tǒng)可分為全流式和分流式兩大類。全流式機油濾清器串聯(lián)在機油泵和主油路之間，所以所有的機油都通過它過濾。目前，全流式機油濾清器廣泛應用于轎車和卡車。分流是指一部分機油從機油泵出來，進入細濾器，經(jīng)過更仔細的過濾，再回到油底殼。細濾器一般是離心式的，可以去除油中直徑大于0.001mm的細小雜質(zhì)。一般不需要更換，保養(yǎng)時清洗即可。這種分流過濾通常用于大型柴油發(fā)動機。但為了保證油的供應，只對10%的油進行精濾，另外90%的油進行粗濾。另外，為了保證主油路的壓力，機油壓力過低時會關閉精濾的過濾通道。關于機油濾清器，我想多說幾句。它是汽車中的消耗品。有些人不太重視。他們經(jīng)常使用非常昂貴的油，但只使用便宜的濾油器。其實它的作用很重要。如果把機油比作發(fā)動機的血液，機油濾清器堪稱“發(fā)動機之腎”，可見其重要性。機油濾清器的一個很重要的指標就是污染能力，污染能力是指機油濾清器過濾和包容機油中雜質(zhì)的能力。它與機油濾清器的濾紙消耗量直接相關。一般濾芯越大，濾紙越多，污染能力越大，能用的時間越長。此外，機油濾清器中還有兩個重要的閥門，——單向閥和旁通閥，可以防止機油回流，防止機油濾清器堵塞時供油中斷。

在很多假冒的機油機械濾清器中，這些零件都是不合格的，會影響機油的過濾效果和供油，所以一定要選擇優(yōu)質(zhì)的正品機油機械濾清器。機油冷卻器一般用于大負荷、高強化、高增壓的發(fā)動機，很少用于普通自然吸氣發(fā)動機，也叫機油散熱器。它的作用是將機油的熱量散發(fā)到周圍的空氣中，防止機油過熱。潤滑油路中串聯(lián)一般分為風冷與水冷，在水冷式汽車中應用廣泛。它在冷卻水道中安裝油冷卻器，通過冷卻液的循環(huán)流動來冷卻油。這種布置小巧方便，不會使機油過冷，油溫穩(wěn)定。因為機油的壓力高于冷卻液的壓力，如果在水中發(fā)現(xiàn)機油，基本可以判斷機油冷卻器損壞。機油壓力傳感器、機油溫度傳感器、機油壓力表、機油壓力警示燈和機油溫度計屬于潤滑系統(tǒng)的信號和報警裝置，可以在儀表板上顯示潤滑系統(tǒng)的工作狀態(tài)，提醒駕駛員注意。一般有兩個油壓傳感器，一個安裝在主油路中，監(jiān)測潤滑系統(tǒng)的總壓；另一個安裝在氣缸蓋上，用于監(jiān)控氣缸蓋上的機油壓力。一般來說，當主油路中的機油壓力低時，機油壓力警示燈會亮起并長時間鳴響，而當氣缸蓋中的機油壓力低時，機油壓力警示燈會間歇性閃爍并鳴響。一般油溫略高于水溫，在100-110之間，超過一定閾值也會報警。但在普通家用車中，一般沒有油溫顯示。接下來，我們來看看機油在發(fā)動機中是如何循環(huán)的。在此之前，我們先來看看發(fā)動機的潤滑方式。由于發(fā)動機傳動部件的工況不同，對于不同載荷和相對運動速度的傳動部件，采用不同的潤滑方式，主要有壓力潤滑、飛濺潤滑和脂潤滑。壓力潤滑是指在一定壓力下向摩擦表面供油的潤滑方式。一般用于主軸承、連桿軸承、凸輪軸承等重載摩擦面的潤滑。飛濺潤滑是發(fā)動機工作時，利用運動部件濺起的油滴或油霧來潤滑摩擦表面的一種潤滑方式。這種方法主要用于輕負荷的氣缸壁和配氣機構的凸輪、挺桿、氣門桿、搖臂的工作表面的潤滑。潤滑脂是指通過潤滑脂噴嘴定期加注潤滑脂來潤滑水泵、發(fā)電機軸承等部件的工作表面，現(xiàn)在已經(jīng)很少見了。現(xiàn)在我們來看看機油在發(fā)動機中的循環(huán)路線。機油儲存在油底殼中，當發(fā)動機開始運轉時，帶動機油泵轉動。因為機油泵具有自吸功能，可以通過濾清器把油底殼里的油吸出來，建立一定的壓力，送到機油濾清器。為了防止發(fā)動機冷啟動，機油粘度過高，高速運轉時機油壓力過高，通常在機油泵上安裝限壓閥。當機油壓力超過一定值(一般為0.8MPa)時，限壓閥打開，多余的機油直接排入油底殼。油泵的流速通常在10至40升/分鐘之間。對于大多數(shù)發(fā)動機，機油可以在30秒內(nèi)循環(huán)。一定壓力的機油從機油泵出來后，如果經(jīng)過充分過濾，機油會全部進入機油濾清器；如果是分流過濾，大約10%的機油會進入機油二次濾清器。為了保證主油路中的油壓正常，防止油壓過低時發(fā)生分流，在精濾機前設置了一個進油限壓閥。只有當油壓超過0.1MPa時，機油才能推動限壓閥進入機油細濾器。

具有一定壓力的機油進入細機油濾清器后，會從兩個微小的噴嘴噴出。產(chǎn)生的反向力推動細濾器高速旋轉(轉速可達10000轉/分)，帶動油液高速旋轉。產(chǎn)生的離心力將油中的雜質(zhì)甩到精濾殼內(nèi)壁上沉淀，過濾后的干凈油直接從出油口流回油底殼。為了防止二次濾油器堵塞造成油壓異常，還設置了旁通閥。當壓力超過0.6MPa時，旁通閥打開，機油直接從旁通閥流回油底殼。細機油濾清器工作時會有輕微的“嗡嗡”聲，發(fā)動機熄火后會持續(xù)幾秒鐘，這也是判斷其工作是否正常的方法之一。大多數(shù)汽車發(fā)動機使用全流式過濾。一定壓力的機油從機油泵出來后，會全部進入機油濾清器，從濾芯的周邊孔進入。經(jīng)過濾紙過濾后，雜質(zhì)和膠體會殘留在濾紙表面，干凈的油進入濾芯中間，從出油口流出，進入主油道。機油濾清器中有兩個非常重要的閥門：旁通閥和止回閥。當機油濾清器堵塞時，旁通閥打開，機油不經(jīng)濾紙過濾直接進入主油路；單向閥的作用是防止發(fā)動機熄火后機油回流到油底殼，保證發(fā)動機啟動后機油壓力直接形成，盡量減少發(fā)動機干摩擦時間。這兩個閥門的開啟壓力是精確計算的。如果使用劣質(zhì)機油濾清器，這兩個閥門質(zhì)量差，濾紙過濾效果差，會嚴重影響機油的過濾效果。如果安裝了水冷式機油散熱器，從濾清器出來的機油將直接進入機油散熱器，經(jīng)發(fā)動機冷卻液冷卻后流入主油路。為了避免機油散熱器堵塞造成的供油不足和機油壓力過大造成的機油散熱器損壞，在機油散熱器上設置了旁通閥。當油壓高于0.4MPa時，旁通閥打開，油直接進入主油路。進入主油路的油是有一定壓力的，也就是所謂的“油壓”。通常在0.2和0.5 MPa之間。這里安裝了一個機油壓力傳感器，將機油壓力值轉換成電信號，傳輸?shù)絻x表盤上，供駕駛員參考。一般在卡車或工程機械上，油壓表是用來顯示油壓的；另一方面，油壓警示燈在乘用車上的應用更加廣泛。如果油壓過低，會造成潤滑不良，加劇零件磨損；如果油壓過高，會導致發(fā)動機密封困難，油封泄漏，油耗增加。在主油路中，機油會根據(jù)發(fā)動機結構向不同方向流動，如曲軸主軸承、連桿軸承、活塞噴嘴、凸輪軸、氣門搖臂、液壓閥挺桿、正時齒輪、正時鏈條、增壓器、空氣泵、噴油泵、可變氣門正時機構、正時鏈條張緊器等。我們分開來說吧。1.主油路曲軸主軸承和連桿軸承：油從主油路的分支進入曲軸主軸承。通常，帶有幾個支架的曲軸有幾個分支油路。例如，四缸發(fā)動機通常有五個分支油路，六缸發(fā)動機通常有七個分支油路。曲軸的主軸承有一個相應的孔。從這里，油進入主軸承和曲軸之間，潤滑摩擦副。多余的機油從主軸承和曲軸之間的間隙流出，直接返回油底殼。一部分機油從曲軸主軸承通過曲軸內(nèi)部的油路流入連桿軸承，潤滑連桿軸承和連桿軸頸，多余的機油也從它們之間的間隙流出，回到油底殼。對于下凸輪軸，一些機油從曲軸主軸承流入凸輪軸軸承，以潤滑凸輪軸與氣缸體之間的摩擦副。多余的機油從凸輪軸軸頸上的溢流孔流出。

2.主油路活塞噴嘴：目前很多高強化發(fā)動機的燃燒室溫度高，所以活塞溫度也高。因此，需要一種特殊的裝置來冷卻活塞，這是通過活塞噴嘴來完成的。噴嘴安裝在與每個氣缸的主油道相對應的位置。當主油路壓力超過0.1MPa時，噴嘴上的閥門打開，一定壓力的油直接噴到活塞底部，冷卻活塞。溢出的機油中有一小部分用于潤滑活塞銷和氣缸壁，其余的則落回到油底殼中。3.主油路是頂置凸輪軸、氣門搖臂和氣門等。機油從主油道向上分支，直接到達氣缸蓋，然后進入凸輪軸軸頸和氣缸蓋之間，以及氣門搖臂和搖臂軸之間，在壓力下潤滑這些零件。多余的油從這些摩擦副之間的間隙流出，被高速旋轉的凸輪軸帶動四處飛濺，從而潤滑氣門搖臂、氣門桿、氣門彈簧等。最后，所有的油流過缸蓋的油道。為了避免發(fā)動機熄火后機油回流，機油口處有一個單向閥，可以保持氣缸蓋內(nèi)一定的機油壓力。4.主油路正時齒輪、正時鏈條、增壓器、氣泵、噴油泵等。這些部位需要特殊的潤滑，所以通常會單獨設置專門的潤滑油通道或油嘴來導入機油，潤滑后的機油在重力的作用下回流到油底殼。在這里，增壓器的潤滑尤為重要。因為增壓器的轉子轉速很高，工作溫度很高，需要的油流量大，壓力充足，對應的油管比較粗。5.主油液壓氣門挺桿、可變氣門正時機構、正時鏈條張緊器：這些裝置屬于發(fā)動機的液壓伺服機構，油液會在其中保持一定的壓力，經(jīng)常處于關閉狀態(tài)，與潤滑系統(tǒng)幾乎沒有循環(huán)和交流。調(diào)節(jié)內(nèi)壓時，多余的油直接流出，沿固定油道返回油底殼。以上是發(fā)動機潤滑系統(tǒng)主要部件的結構和工作原理以及油在潤滑系統(tǒng)中的循環(huán)路徑。可以看到，幾乎所有零件中的油在潤滑后直接流入油底殼，然后再次被吸到機油泵中，參與下一個循環(huán)。一般機油會在發(fā)動機內(nèi)循環(huán)半分鐘，應該說效率很高。