柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)剖析

楊建偉

(東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院，湖北襄陽(yáng)，441004)

0 引言

所謂發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)，就是在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體內(nèi)部，由機(jī)油泵提供壓力，將潤(rùn)滑油源源不斷地供給發(fā)動(dòng)機(jī)體各運(yùn)動(dòng)零件的摩擦表面，從而在零件表面形成一層潤(rùn)滑油膜，將零件金屬表面隔開，以減少零件的摩擦和磨損，其主要功能就是潤(rùn)滑。同時(shí)，高壓流動(dòng)的潤(rùn)滑油還能有效清除摩擦副表面的磨屑和其他有害雜質(zhì)，防止在零件之間形成磨料而加劇磨損；利用潤(rùn)滑油的流動(dòng)性，將發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦副所產(chǎn)生的熱量帶走，防止發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體內(nèi)部零件溫度過高而出現(xiàn)燒損。此外，因機(jī)油本身具有一定的黏性，可附著于運(yùn)動(dòng)零件的表面，填充在活塞和氣缸壁的間隙，還可幫助活塞環(huán)加強(qiáng)密封，減少漏氣；運(yùn)動(dòng)零件表面形成的油膜能有效吸收零件之間的沖擊并減小振動(dòng)，起到減振緩沖的作用。再則，零件表面形成油膜還有降低工作噪聲及防止零件表面生銹的作用。

圖1示出了潤(rùn)滑系統(tǒng)的主要功能?？梢?，潤(rùn)滑系統(tǒng)之于發(fā)動(dòng)機(jī)，相當(dāng)于血液系統(tǒng)之于人體一樣，有著十分重要的作用。如何正確認(rèn)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)并做好日常的使用保養(yǎng)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)及整車的經(jīng)濟(jì)性、使用壽命都有著至關(guān)重要的影響。本文主要以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為例，對(duì)其潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)剖析。

圖1 潤(rùn)滑系統(tǒng)的主要功能

1 潤(rùn)滑系潤(rùn)滑方式、結(jié)構(gòu)

1.1潤(rùn)滑系潤(rùn)滑方式

潤(rùn)滑系的潤(rùn)滑方式主要有壓力潤(rùn)滑、飛濺潤(rùn)滑、定期潤(rùn)滑及自潤(rùn)滑幾種。

(1)壓力潤(rùn)滑(圖2)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體內(nèi)部的機(jī)油泵，將潤(rùn)滑油提升至一定的壓力并源源不斷地輸送到運(yùn)動(dòng)零件的摩擦副、摩擦面之間，從而形成具有一定承壓能力的油膜將兩摩擦零件完全隔開，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的曲軸、連桿、凸輪軸軸承，搖臂等承受負(fù)載較大、運(yùn)動(dòng)速度較高的零部件。

圖2 壓力潤(rùn)滑示意圖

⑵飛濺潤(rùn)滑(圖3)是用發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)某些運(yùn)動(dòng)部件(一般主要是曲軸和凸輪軸)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)飛濺起的、或從連桿大頭上設(shè)計(jì)的油孔噴出的霧狀油滴，來潤(rùn)滑摩擦副表面的潤(rùn)滑方式。該潤(rùn)滑方式可有效使裸露在外承受載荷較輕的氣缸內(nèi)壁、運(yùn)動(dòng)速度較小的配氣機(jī)構(gòu)、挺柱等表面得到潤(rùn)滑。

圖3 飛濺潤(rùn)滑示意圖

⑶定期潤(rùn)滑也就是人工定時(shí)在相關(guān)潤(rùn)滑部位加注潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，亦稱脂潤(rùn)滑，主要針對(duì)機(jī)體上一些不太重要、較為分散的、以及不易實(shí)施壓力或飛濺潤(rùn)滑的部位，如發(fā)動(dòng)機(jī)水泵軸承、發(fā)電機(jī)軸承、冷卻風(fēng)扇軸承等。目前大多數(shù)柴油機(jī)機(jī)體采用脂潤(rùn)滑的部位相對(duì)較少。

⑷自潤(rùn)滑是近年來一種新興的潤(rùn)滑方式，即一種采用含有尼龍、二硫化鉬等耐磨材料的軸承來代替加注潤(rùn)滑脂的軸承，這種軸承使用維護(hù)便捷，不需定期加注潤(rùn)滑脂，故稱為自潤(rùn)滑。

根據(jù)機(jī)體運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)、零部件特征、功能等，柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)一般多采用壓力潤(rùn)滑與飛濺潤(rùn)滑相結(jié)合的方式。

1.2 潤(rùn)滑系結(jié)構(gòu)

柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)(圖4)零部件一般包含：油底殼(油池)，機(jī)油泵，壓力調(diào)節(jié)閥，機(jī)油濾清器，機(jī)油節(jié)溫器、機(jī)油冷卻器，機(jī)油壓力傳感器、溫度傳感器、機(jī)油壓力表、溫度表等。目前，大多柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)采用的是復(fù)合潤(rùn)滑方式，即曲軸連桿軸徑、凸輪軸軸徑、凸輪軸止推凸緣、正時(shí)齒輪等采用壓力潤(rùn)滑方式；活塞、活塞環(huán)、活塞銷、氣缸壁、氣門、挺桿、凸輪等采用飛濺潤(rùn)滑方式。

圖4 某柴油機(jī)潤(rùn)滑油路示意圖

按潤(rùn)滑系統(tǒng)各部件的功能可以將潤(rùn)滑系統(tǒng)分為潤(rùn)滑油存儲(chǔ)裝置、潤(rùn)滑油升壓裝置、潤(rùn)滑油冷卻裝置、安全和限壓裝置、潤(rùn)滑油濾清裝置以及潤(rùn)滑系檢視裝置。各裝置包含的相關(guān)部件如下：潤(rùn)滑油存儲(chǔ)裝置包含油底殼(機(jī)油盤、機(jī)油池)；潤(rùn)滑油增壓裝置包含機(jī)油泵、油管；潤(rùn)滑油冷卻裝置包含機(jī)油冷卻器；安全和限壓裝置包含壓力調(diào)節(jié)閥、旁通閥；潤(rùn)滑油濾清裝置包含集濾器、粗濾器、細(xì)濾器；潤(rùn)滑系檢視裝置包含油壓傳感器、油溫傳感器、機(jī)油標(biāo)尺。

作為潤(rùn)滑系的核心部件，機(jī)油泵將潤(rùn)滑系機(jī)油提升至足夠壓力，強(qiáng)制將機(jī)油輸送至各機(jī)件摩擦表面，保證發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)摩擦副能得到良好充分潤(rùn)滑。目前柴油機(jī)潤(rùn)滑系中廣泛采用的是齒輪式機(jī)油泵，該機(jī)油泵具有轉(zhuǎn)速高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。

柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)流程如圖5所示。由于發(fā)動(dòng)機(jī)在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，金屬磨屑、積炭或其他顆粒物等會(huì)跟隨潤(rùn)滑油被帶入潤(rùn)滑系統(tǒng)，同時(shí)燃燒室內(nèi)高溫高壓氣體對(duì)潤(rùn)滑油的氧化作用，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油變臟甚至變質(zhì)，這不僅會(huì)造成油道的堵塞，也會(huì)加速運(yùn)動(dòng)零件的磨損，從而直接造成潤(rùn)滑系統(tǒng)因供油壓力不足而加速機(jī)件的磨損和損毀。因此，為了保持機(jī)油的清潔度，延長(zhǎng)柴油機(jī)的使用壽命，一般柴油機(jī)使用多級(jí)濾清器，即集濾器、粗濾器和細(xì)濾器三級(jí)濾清方式。集濾器是裝在機(jī)油泵之前的吸油口端，多采用濾網(wǎng)式，其作用是防止較大的機(jī)械顆粒物進(jìn)入機(jī)油泵。機(jī)油粗濾器串聯(lián)于機(jī)油泵與主油道之間，屬于全流式濾清器，多用縫隙式濾清方法。機(jī)油細(xì)濾器主要濾去機(jī)油中及其細(xì)小雜質(zhì)，其缺點(diǎn)是流量小，阻力大，機(jī)油流量?jī)H占機(jī)油泵流量的12%左右，故多數(shù)細(xì)濾器安裝方法為分流式，即與主油道并聯(lián)。

圖5 柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)流程圖

2 潤(rùn)滑系常見故障模式

2.1機(jī)油壓力過低

柴油機(jī)機(jī)油壓力過低是指發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，機(jī)油壓力達(dá)不到規(guī)定最小壓力值，或者發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，機(jī)油壓力迅速下降至零，此時(shí)車輛儀表上機(jī)油壓力指示故障燈會(huì)點(diǎn)亮。柴油機(jī)尤其是渦輪增壓柴油機(jī)，對(duì)機(jī)油壓力控制較為嚴(yán)格，若機(jī)油壓力達(dá)不到規(guī)定值，則容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)燒瓦、拉缸等事故，因此當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力過低時(shí)，應(yīng)立即停止機(jī)體運(yùn)轉(zhuǎn)并進(jìn)行檢修。產(chǎn)生機(jī)油壓力過低的主要原因有以下幾個(gè)方面。

⑴機(jī)油泵故障：一般主要原因是機(jī)油泵磨損，導(dǎo)致間隙增大，泵油能力下降；機(jī)油泵限壓閥調(diào)整不當(dāng)，導(dǎo)致限制壓力過低，此時(shí)一般更換新的就油泵后故障即可排除。

⑵油道堵塞：如機(jī)油濾清器保養(yǎng)不及時(shí)產(chǎn)生堵塞等，此時(shí)需要疏通、清理油道。

⑶機(jī)油泄漏：如曲軸軸承間隙偏大，導(dǎo)致大量機(jī)油從間隙處泄漏；主油道存在泄漏等。

⑷機(jī)油黏度過?。喝绨l(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)存在滲漏，機(jī)油內(nèi)混

（責(zé)任編輯：王作函）

⑸機(jī)油質(zhì)量不佳：將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高后，機(jī)油黏度迅速下降，從而造成壓力過低。

⑹機(jī)油壓力傳感器或電路故障：機(jī)油壓力傳感器損壞時(shí)，會(huì)造成對(duì)機(jī)油壓力的誤判，這種情況要更傳感器或找專業(yè)人士進(jìn)行維修。

2.2機(jī)油消耗嚴(yán)重

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)機(jī)油消耗嚴(yán)重現(xiàn)象時(shí)，如果排除機(jī)體機(jī)油滲漏故障外，可能存在發(fā)動(dòng)機(jī)燒機(jī)油現(xiàn)象，此時(shí)，一般常會(huì)伴有發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管冒藍(lán)煙現(xiàn)象。此故障原因一般有以下幾個(gè)方面。

⑴油底殼內(nèi)油量過多：發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼內(nèi)加入過多的機(jī)油會(huì)導(dǎo)致曲軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生很大的阻力，同時(shí)連桿大端會(huì)帶動(dòng)大量的油飛濺到氣缸壁上，大量的油會(huì)沖進(jìn)燃燒室參與燃燒后才被活塞環(huán)刮掉，產(chǎn)生大量的藍(lán)煙和積碳加速零件的磨損；如果油太多，打開油塞，將油池機(jī)油排放到標(biāo)尺規(guī)定的液位。

⑵活塞環(huán)、油環(huán)密封失效：油環(huán)磨損或活塞環(huán)彈性差、斷裂，以及活塞環(huán)被積炭粘牢在環(huán)槽中等原因所引起的活塞環(huán)刮油效果大大降低，使氣缸壁上的機(jī)油竄至活塞頂部燃燒室內(nèi)，引起燒機(jī)油。

⑶氣缸套磨損嚴(yán)重：發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，過度磨損的活塞或氣缸套的配合間隙會(huì)增加很多，這樣，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，濺到氣缸壁上的機(jī)油會(huì)很容易竄入燃燒室參與燃燒。

2.3機(jī)油內(nèi)滲水

當(dāng)油底殼內(nèi)機(jī)油量出現(xiàn)增加時(shí)，很有可能是機(jī)油內(nèi)進(jìn)入了冷卻液。當(dāng)氣缸墊出現(xiàn)燒蝕、缸套穴蝕嚴(yán)重穿孔、缸套密封圈失效、機(jī)油散熱器損壞等故障時(shí)，冷卻液通過冷卻水道進(jìn)入潤(rùn)滑油道，從而滲入油底殼內(nèi)，造成機(jī)油量增加。此故障原因一般有如下幾個(gè)方面。

⑴缸套損壞：當(dāng)缸套出現(xiàn)裂紋或穴蝕穿孔后，這時(shí)候冷卻液就會(huì)通過裂紋或蝕孔直接滲入到油底殼內(nèi)。當(dāng)然，也可能是因?yàn)楦滋酌芊馊Τ霈F(xiàn)老化失效，這時(shí)需要排查并進(jìn)行更換。

⑵發(fā)動(dòng)機(jī)水堵漏水：如果發(fā)動(dòng)機(jī)水堵由于水垢的腐蝕造成密封失效，則會(huì)出現(xiàn)漏水的情況，這時(shí)候冷卻液會(huì)通過水道滲入油道，從而流入油底殼。

③機(jī)油散熱器損壞：當(dāng)機(jī)油散熱器管路出現(xiàn)破損，也會(huì)造成油道進(jìn)水的情況。

④氣缸墊損壞：如果氣缸墊發(fā)生損壞，高壓循環(huán)水便直接流進(jìn)機(jī)油油道，造成機(jī)油進(jìn)水。

總之，潤(rùn)滑系統(tǒng)的故障模式不盡相同，但一般能被駕駛?cè)藛T直接或間接辨識(shí)的有機(jī)油壓力表指示、機(jī)油故障報(bào)警燈等，當(dāng)壓力表壓力過低或機(jī)油故障燈點(diǎn)亮?xí)r，應(yīng)及時(shí)停止車輛運(yùn)行，并逐項(xiàng)進(jìn)行排查解除，否則將會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛更為嚴(yán)重的損害。

3 潤(rùn)滑系保養(yǎng)

潤(rùn)滑系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的使用尤其重要，其日常保養(yǎng)內(nèi)容主要有：通過機(jī)油標(biāo)尺的液位刻度檢查發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油液面的高度，發(fā)現(xiàn)高度不足時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充機(jī)油；嚴(yán)格按保養(yǎng)周期更換機(jī)油濾清器、機(jī)油等；一定要按車輛出廠要求，使用規(guī)定型號(hào)的潤(rùn)滑油；當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)油壓力過低、機(jī)油消耗嚴(yán)重、發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼內(nèi)機(jī)油量增加等現(xiàn)象時(shí)，首先要第一時(shí)間停止機(jī)體運(yùn)轉(zhuǎn)，再及時(shí)診斷，查明原因并及時(shí)排除。

3.1潤(rùn)滑油的選擇

柴油機(jī)潤(rùn)滑油的優(yōu)劣對(duì)潤(rùn)滑系能否正常工作影響很大，選用時(shí)盡量選擇大品牌質(zhì)量有保證的潤(rùn)滑油，使用劣質(zhì)潤(rùn)滑油會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)嚴(yán)重結(jié)膠，不僅失去潤(rùn)滑作用，反而加劇機(jī)體零件磨損。其次要注意的是潤(rùn)滑油的黏度和牌號(hào)，應(yīng)根據(jù)不同的氣候條件和使用條件進(jìn)行選擇。如在高溫季節(jié)或發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重磨損的狀況下，選用高黏度的潤(rùn)滑油則有利于形成油膜，減少發(fā)動(dòng)機(jī)磨損。具體可參照?qǐng)D6潤(rùn)滑油牌號(hào)與使用溫度對(duì)照表。

圖6 機(jī)油牌號(hào)與使用溫度對(duì)照表

3.2定期保養(yǎng)

發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油多久應(yīng)該換一次，不單只是潤(rùn)滑油品質(zhì)、機(jī)油濾清器好壞決定的，這還跟車輛使用環(huán)境、發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能、駕駛員駕駛習(xí)慣等諸多方面因素有關(guān)。因此最可靠的方法就是根據(jù)車輛使用手冊(cè)上面的建議時(shí)間或里程進(jìn)行更換，因?yàn)檫@個(gè)建議已經(jīng)是最保守的，只要在更換周期結(jié)束之時(shí)或之前更換潤(rùn)滑油就沒什么問題。

不過無論是保養(yǎng)手冊(cè)上的指引，還是車主自定的保養(yǎng)周期，都是指在“一般駕駛”情況下的更換周期。而像在長(zhǎng)期低速下的“耗損性駕駛”，惡劣的灰塵、砂石路段行駛，會(huì)有大量沙塵顆粒物的侵入，會(huì)加劇機(jī)油濾芯的堵塞以及潤(rùn)滑油的雜質(zhì)含量。在這種情況下，潤(rùn)滑油的更換里程就需要縮短，從而才能有效保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)于柴油機(jī)本體來說是一個(gè)十分重要的系統(tǒng)，在日常的車輛使用保養(yǎng)中一定要慎重對(duì)待，確保選擇正品及合適型號(hào)的潤(rùn)滑油，并定期進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)潤(rùn)滑系統(tǒng)故障模式時(shí)應(yīng)及時(shí)診斷排查，并及時(shí)排除，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，有效延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。