內(nèi)燃往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)簡析

王聲明 宗升云 伍良余 宗皓 鄧伊成 羅偉 劉國芬

摘要：潤滑系統(tǒng)是包含內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備的重要組成部分。內(nèi)燃往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)是通過在燃燒室燃燒燃料，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。通過發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的曲柄連桿機(jī)構(gòu)將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成圓周運(yùn)動(dòng)輸出。在此過程存在大量的機(jī)械運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)部件帶有大量的熱量，這就需要潤滑系統(tǒng)保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常的進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)?；诖耍菊撐闹饕懻摿藵櫥脑?、作用和方式，并且結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)講述潤滑系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的組成結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：原理、條件、作用、濕式油底殼內(nèi)燃機(jī)潤滑系統(tǒng)、干式油底殼內(nèi)燃機(jī)潤滑系統(tǒng)、系統(tǒng)組成

引言

1876年，德國人Nicolaus Auguet Ouo與Langen合作，制造出四沖程煤氣機(jī)，內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過一百多年的發(fā)展，到今天已經(jīng)取得了前所未有的進(jìn)步。由最簡單的自然吸氣，純機(jī)械控制發(fā)展到現(xiàn)在的渦輪增壓，電子電路控制。隨著科技的發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)在經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、可靠性等諸多方面取得了驚人的進(jìn)步，為人類做出了巨大的貢獻(xiàn)。

為了降低內(nèi)燃機(jī)的故障頻率，提高可靠性，減少維修周期，內(nèi)燃機(jī)維保行業(yè)的人員必須具備相關(guān)的職業(yè)技能，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的工作原理，結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)需要充分了解。本文主要講述的就是內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)重要組成部分潤滑系統(tǒng)。良好的潤滑不僅能提高零部件的使用壽命，也能降低單位功率的燃料消耗。

一. 概述

1.1、 潤滑原理

兩個(gè)運(yùn)動(dòng)零件的工作表面，從微觀角度看是粗糙不平的，如圖1-1，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中會(huì)摩擦發(fā)熱而消耗一定功率，同時(shí)引起磨損。

為了減少上述磨損和功率消耗，在兩個(gè)零件的工作表面加入一層潤滑油使其完全或部分隔開，兩表面的摩擦系數(shù)會(huì)減小，摩擦引起的功率消耗和磨損就大為減少。對(duì)于軸和其支座，兩配合表面還會(huì)由于二者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而形成油楔，從而進(jìn)一步減少摩擦阻力。

利用油楔作用形成潤滑油膜的原理如圖1-2所示。當(dāng)軸在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，在自重作用下與軸軸承最低處相接觸。由于軸與軸承接觸面較小，潤滑油被擠出。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，粘附在軸表面的潤滑油便隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。由于軸與軸承的間隙成楔形，運(yùn)動(dòng)的潤滑油會(huì)產(chǎn)生一定的壓力，在此壓力作用下，軸被推向一側(cè)。軸的轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間被帶動(dòng)的潤滑油也越多，壓力相應(yīng)地也越大，當(dāng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到一定時(shí)，軸便被油壓抬起。這樣，油膜將與軸承完全隔開，使它們之間變?yōu)橐后w摩擦，從而減少了軸的運(yùn)轉(zhuǎn)助力，減少了軸與軸承的磨損。

同理，作直線運(yùn)動(dòng)的零件，其前端有倒角時(shí)，潤滑油也可楔入摩擦表面而形成油膜。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)長期可靠地工作，發(fā)動(dòng)機(jī)的各運(yùn)動(dòng)表面都要得到適當(dāng)?shù)臐櫥?/p>

1.2、 保證發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑的條件

1. 有足夠的潤滑油量和合適的壓力

足夠的油量才能保證各個(gè)需要潤滑的表面有足夠的油來形成油膜，而合適的壓力才能保證潤滑油被可靠地送達(dá)各個(gè)摩擦表面。

2. 運(yùn)動(dòng)件表面之間有合適的間隙

當(dāng)有足夠的潤滑油后，還必須使用兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)件之間有一定的空隙，才能讓潤滑油進(jìn)入到兩個(gè)表面之間。當(dāng)兩個(gè)表面逐漸收斂時(shí)，潤滑油被擠壓到一個(gè)窄的空間而產(chǎn)生一個(gè)壓力，這個(gè)壓力將兩個(gè)表面強(qiáng)制分離，從而形成完成的油膜。

3. 足夠快的速度

如果軸的轉(zhuǎn)速不夠快，它將沒有足夠快速率來帶動(dòng)或泵壓足夠量的潤滑油進(jìn)入壓力楔，以補(bǔ)充從軸承兩端漏掉的潤滑油量，其結(jié)果是無法保證完整的油膜潤滑。

4. 潤滑油必須有恰當(dāng)?shù)酿ざ?/p>

在速度、負(fù)荷、油膜厚度都穩(wěn)定的情況下，潤滑油的黏度愈大，摩擦阻力愈大，摩擦系數(shù)愈大，機(jī)械摩擦損壞功率愈大。但是，黏度過小也不行，太小了油膜承載能力不夠，無法維持流體膜潤滑，則摩擦阻力更大。因此，選用的潤滑油黏度應(yīng)與轉(zhuǎn)速、負(fù)荷配合得當(dāng)，機(jī)械就能處于合適的流體摩擦范圍內(nèi)工作，摩擦系數(shù)低，機(jī)械磨損最小，所以控制潤滑油的黏度是十分重要的。

1.3、潤滑油的作用

潤滑油俗稱機(jī)油，其作用有以下幾個(gè)方面：

1、 潤滑

在各零件的摩擦表面形成潤滑油膜，減少零件的摩擦、磨損和功率消耗。

2、 清潔

在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)內(nèi)部會(huì)有雜質(zhì)產(chǎn)生，也會(huì)有外部雜質(zhì)侵入。如：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的金屬磨削，進(jìn)氣帶入的塵埃，燃燒時(shí)產(chǎn)生的固體雜質(zhì)等。這些雜質(zhì)中硬質(zhì)顆粒進(jìn)入的工作表面就會(huì)形成磨料，大大加劇零件的磨損。而潤滑系統(tǒng)通過潤滑油的流動(dòng)將這些磨料從零件表面沖洗下來并帶回油底殼。大的顆粒雜質(zhì)沉淀到油底殼底部，小的顆粒雜質(zhì)被潤滑油過濾器濾出，從而起到清潔的作用。

3、 冷卻

由于運(yùn)動(dòng)部件受到摩擦和高溫燃燒的影響，某些零件具有較高的溫度。而潤滑油流經(jīng)零件表面時(shí)可吸收其熱量，這部分熱量通過潤滑油冷卻器和油底殼散發(fā)到大氣。

4、 密封

例如發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壁和活塞、活塞環(huán)以及活塞環(huán)與活塞環(huán)槽之間都留有一定的間隙，并且這些零件本身也存在幾何偏差，這些零件表面上的油膜可以補(bǔ)償上述原因造成的表面配合的微觀不均勻性。由于油膜充滿在可能漏氣的間隙中，減少了氣體的泄漏，保證氣缸的應(yīng)有壓力，因而起到了密封作用。

5、 防腐防銹

由于潤滑油粘附在零件表面，避免了零件與水、空氣、燃?xì)獾闹苯咏佑|，起到了防止或減輕零件銹蝕和化學(xué)腐蝕的作用。

6、 降低噪音

零件工作表面之間的潤滑油膜能減輕金屬零件之間的撞擊噪音，此外液體潤滑油具有一定的吸振能力

7、 分散應(yīng)力

液體潤滑油能使局部受到的集中應(yīng)力分散，此外液體潤滑油增大了零件的實(shí)際承壓面積，因此起到了緩沖局部峰值壓力的作用。

二. 潤滑系的作用與組成

2.1、潤滑系的作用

潤滑系的作用就是連續(xù)不斷地將潤滑油以一定的壓力和流量輸送到各個(gè)需要潤滑的摩擦表面，維持潤滑油的正常工作溫度，并并保證潤滑油的循環(huán)。

2.2、潤滑方式

由于發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)副的工作條件不同，對(duì)潤滑強(qiáng)度的要求也不同。它取決于工作環(huán)境的好壞，承受載荷的大小和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的大小。發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的潤滑方式主要有：

1、壓力潤滑

對(duì)負(fù)荷大、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度高的摩擦慢，例如：主軸承、連桿軸承、凸輪軸軸承和氣門搖臂軸都采用潤滑強(qiáng)度較大的壓力潤滑。即利用潤滑油泵加壓，通過油道將潤滑油輸送到摩擦面。

2、飛濺潤滑

對(duì)外露表面、負(fù)荷較小的摩擦面，例如：凸輪與挺桿、活塞銷與銷座等，一般采用飛濺潤滑。即依靠主軸承與連桿軸承兩側(cè)漏甩出來的潤滑油和油霧來進(jìn)行潤滑。

3、噴油潤滑

某些零部件如活塞的熱負(fù)荷非常嚴(yán)重，某些品牌的發(fā)動(dòng)機(jī)部分型號(hào)，在缸體內(nèi)部活塞的下面缸體上裝了一個(gè)噴嘴，將潤滑油噴在活塞的底部來冷卻活塞。但一般低負(fù)荷的發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞與氣缸壁之間雖然工作條件較差，為了防止過量潤滑油進(jìn)入燃燒室而使發(fā)動(dòng)機(jī)工作惡化，都采用飛濺潤滑。事實(shí)上噴油潤滑與飛濺潤滑沒有本質(zhì)區(qū)別。

4、定期潤滑

定期定量加注潤滑脂。

2.3、潤滑系的組成與類型

發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑系統(tǒng)主要有潤滑油的貯存部件、泵送部件、濾清部件、冷卻部件、壓力溫度檢測(cè)等部件組成，對(duì)于不同系統(tǒng)稍有差別。現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)根據(jù)其潤滑油貯存的位置不同可分為濕式油底殼和干式油底殼兩大類。

1. 濕式油底殼柴油潤滑系統(tǒng)

圖2-1為濕式油底殼內(nèi)燃機(jī)潤滑系統(tǒng)，潤滑油直接貯存于曲軸箱下部，該結(jié)構(gòu)較為簡單，工作條件無特殊要求，現(xiàn)在多數(shù)發(fā)動(dòng)都采用的該結(jié)構(gòu)。

其主要組成及作用如下：

（1）油底殼。收集。貯存、冷卻及沉淀潤滑油。

（2）潤滑油泵。提高潤滑油壓力，向摩擦表面強(qiáng)制供油。

（3）集濾器、機(jī)油濾。過濾潤滑油中的雜質(zhì)、減輕零件的摩擦與磨損，防止油路堵塞。

（4）潤滑油冷卻器及恒溫閥。在內(nèi)燃機(jī)工作過程中，潤滑油將吸收摩擦產(chǎn)生的熱量以及燃燒傳導(dǎo)給零件的熱量，潤滑油溫度升高。潤滑油的溫度若過高，不僅會(huì)加速潤滑油的老化變質(zhì)、縮短潤滑油的使用期限。而且也使?jié)櫥宛ざ认陆担瑵櫥阅茏兂?，?dǎo)致零件磨損量增大。故在對(duì)潤滑油進(jìn)行冷卻。并聯(lián)在潤滑冷卻油路上安裝恒溫閥，控制潤滑油冷卻強(qiáng)度，使?jié)櫥偷臏囟缺３衷谧钸m宜的范

（5）限壓閥（調(diào)壓閥）。它位于潤滑油泵的出油道上，用來限制油路的最后壓力，防止?jié)櫥捅眠^載以及避免密封件損壞等。當(dāng)出油道潤滑壓力超過規(guī)定值時(shí)，限壓閥打開，讓一部分潤滑油回到油底殼

（6）安全閥（旁通閥）。安全閥通常與濾芯并聯(lián)，當(dāng)濾芯被污物堵塞時(shí)，潤滑油流過濾芯的阻力增大、流量減少，有可能造成摩擦表面得不到良好的潤滑。此時(shí)油道內(nèi)的油壓升高，安全閥打開，潤滑油直接流向主有道已保證潤滑。低溫啟動(dòng)時(shí)潤滑油黏度大，流動(dòng)阻力大，安全閥也會(huì)打開。

（7）溢流閥。它安裝在主油道上，用來保證主油道壓力不致過高。油壓超過正常值溢流閥開啟，一部分潤滑油回到油底殼。并不是所有發(fā)動(dòng)機(jī)都安裝溢流閥，部分發(fā)動(dòng)機(jī)用限壓閥兼做溢流閥。

（8）油壓表、油溫表?，F(xiàn)大部分發(fā)動(dòng)機(jī)都用傳感器來檢測(cè)潤滑油壓力和溫度。

（9）油管。油道。它們被用來輸送潤滑油。

2. 干式油底殼內(nèi)燃機(jī)潤滑油系統(tǒng)

圖2-2 干式油底殼內(nèi)燃機(jī)潤滑系統(tǒng)，干式油底殼殼潤滑油系統(tǒng)的特點(diǎn)：回到油底殼內(nèi)潤滑油不斷被一只或者兩只吸油泵抽出，并輸送到位于發(fā)動(dòng)機(jī)外邊的儲(chǔ)油箱中，然后由另一只油泵將潤滑油送到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的潤滑油系統(tǒng)中。

采用干式油底殼的目的如下：

（1）使發(fā)動(dòng)機(jī)適用于在縱向和橫向大傾斜度條件下工作，不致使供油間斷。

（2）使大量的潤滑油免除與曲軸箱中的高溫氣體接觸，可以有效減少潤滑油的氧化。

（3）油底殼容積可大大縮小，使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)高度降低，這對(duì)坦克和運(yùn)輸用發(fā)動(dòng)機(jī)和跑車等特別有利。

參考文獻(xiàn)

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