柴油机润滑系统剖析

2022-10-11杨建伟

商用汽车 2022年7期

杨建伟

(东风汽车股份有限公司商品研发院，湖北襄阳，441004)

0 引言

所谓发动机润滑系统，就是在发动机机体内部，由机油泵提供压力，将润滑油源源不断地供给发动机体各运动零件的摩擦表面，从而在零件表面形成一层润滑油膜，将零件金属表面隔开，以减少零件的摩擦和磨损，其主要功能就是润滑。同时，高压流动的润滑油还能有效清除摩擦副表面的磨屑和其他有害杂质，防止在零件之间形成磨料而加剧磨损；利用润滑油的流动性，将发动机内部摩擦副所产生的热量带走，防止发动机机体内部零件温度过高而出现烧损。此外，因机油本身具有一定的黏性，可附着于运动零件的表面，填充在活塞和气缸壁的间隙，还可帮助活塞环加强密封，减少漏气；运动零件表面形成的油膜能有效吸收零件之间的冲击并减小振动，起到减振缓冲的作用。再则，零件表面形成油膜还有降低工作噪声及防止零件表面生锈的作用。

图1示出了润滑系统的主要功能。可见，润滑系统之于发动机，相当于血液系统之于人体一样，有着十分重要的作用。如何正确认识发动机润滑系统并做好日常的使用保养，对于发动机及整车的经济性、使用寿命都有着至关重要的影响。本文主要以柴油发动机为例，对其润滑系统进行详细剖析。

图1 润滑系统的主要功能

1 润滑系润滑方式、结构

1.1润滑系润滑方式

润滑系的润滑方式主要有压力润滑、飞溅润滑、定期润滑及自润滑几种。

(1)压力润滑(图2)是利用发动机机体内部的机油泵，将润滑油提升至一定的压力并源源不断地输送到运动零件的摩擦副、摩擦面之间，从而形成具有一定承压能力的油膜将两摩擦零件完全隔开，实现润滑。例如，发动机内部的曲轴、连杆、凸轮轴轴承，摇臂等承受负载较大、运动速度较高的零部件。

图2 压力润滑示意图

⑵飞溅润滑(图3)是用发动机工作时某些运动部件(一般主要是曲轴和凸轮轴)高速旋转时飞溅起的、或从连杆大头上设计的油孔喷出的雾状油滴，来润滑摩擦副表面的润滑方式。该润滑方式可有效使裸露在外承受载荷较轻的气缸内壁、运动速度较小的配气机构、挺柱等表面得到润滑。

图3 飞溅润滑示意图

⑶定期润滑也就是人工定时在相关润滑部位加注润滑脂润滑，亦称脂润滑，主要针对机体上一些不太重要、较为分散的、以及不易实施压力或飞溅润滑的部位，如发动机水泵轴承、发电机轴承、冷却风扇轴承等。目前大多数柴油机机体采用脂润滑的部位相对较少。

⑷自润滑是近年来一种新兴的润滑方式，即一种采用含有尼龙、二硫化钼等耐磨材料的轴承来代替加注润滑脂的轴承，这种轴承使用维护便捷，不需定期加注润滑脂，故称为自润滑。

根据机体运动副结构、零部件特征、功能等，柴油机润滑系统一般多采用压力润滑与飞溅润滑相结合的方式。

1.2 润滑系结构

柴油机润滑系统(图4)零部件一般包含：油底壳(油池)，机油泵，压力调节阀，机油滤清器，机油节温器、机油冷却器，机油压力传感器、温度传感器、机油压力表、温度表等。目前，大多柴油机润滑系统采用的是复合润滑方式，即曲轴连杆轴径、凸轮轴轴径、凸轮轴止推凸缘、正时齿轮等采用压力润滑方式；活塞、活塞环、活塞销、气缸壁、气门、挺杆、凸轮等采用飞溅润滑方式。

图4 某柴油机润滑油路示意图

按润滑系统各部件的功能可以将润滑系统分为润滑油存储装置、润滑油升压装置、润滑油冷却装置、安全和限压装置、润滑油滤清装置以及润滑系检视装置。各装置包含的相关部件如下：润滑油存储装置包含油底壳(机油盘、机油池)；润滑油增压装置包含机油泵、油管；润滑油冷却装置包含机油冷却器；安全和限压装置包含压力调节阀、旁通阀；润滑油滤清装置包含集滤器、粗滤器、细滤器；润滑系检视装置包含油压传感器、油温传感器、机油标尺。

作为润滑系的核心部件，机油泵将润滑系机油提升至足够压力，强制将机油输送至各机件摩擦表面，保证发动机各运动摩擦副能得到良好充分润滑。目前柴油机润滑系中广泛采用的是齿轮式机油泵，该机油泵具有转速高、噪声低等优点。

柴油机润滑系统流程如图5所示。由于发动机在连续运转过程中，金属磨屑、积炭或其他颗粒物等会跟随润滑油被带入润滑系统，同时燃烧室内高温高压气体对润滑油的氧化作用，会导致润滑油变脏甚至变质，这不仅会造成油道的堵塞，也会加速运动零件的磨损，从而直接造成润滑系统因供油压力不足而加速机件的磨损和损毁。因此，为了保持机油的清洁度，延长柴油机的使用寿命，一般柴油机使用多级滤清器，即集滤器、粗滤器和细滤器三级滤清方式。集滤器是装在机油泵之前的吸油口端，多采用滤网式，其作用是防止较大的机械颗粒物进入机油泵。机油粗滤器串联于机油泵与主油道之间，属于全流式滤清器，多用缝隙式滤清方法。机油细滤器主要滤去机油中及其细小杂质，其缺点是流量小，阻力大，机油流量仅占机油泵流量的12%左右，故多数细滤器安装方法为分流式，即与主油道并联。

图5 柴油机润滑系统流程图

2 润滑系常见故障模式

2.1机油压力过低

柴油机机油压力过低是指发动机在运转过程中，机油压力达不到规定最小压力值，或者发动机启动后，机油压力迅速下降至零，此时车辆仪表上机油压力指示故障灯会点亮。柴油机尤其是涡轮增压柴油机，对机油压力控制较为严格，若机油压力达不到规定值，则容易造成发动机烧瓦、拉缸等事故，因此当发动机机油压力过低时，应立即停止机体运转并进行检修。产生机油压力过低的主要原因有以下几个方面。

⑴机油泵故障：一般主要原因是机油泵磨损，导致间隙增大，泵油能力下降；机油泵限压阀调整不当，导致限制压力过低，此时一般更换新的就油泵后故障即可排除。

⑵油道堵塞：如机油滤清器保养不及时产生堵塞等，此时需要疏通、清理油道。

⑶机油泄漏：如曲轴轴承间隙偏大，导致大量机油从间隙处泄漏；主油道存在泄漏等。

⑷机油黏度过小：如发动机冷却系统存在渗漏，机油内混

（责任编辑：王作函）

⑸机油质量不佳：将会导致发动机温度升高后，机油黏度迅速下降，从而造成压力过低。

⑹机油压力传感器或电路故障：机油压力传感器损坏时，会造成对机油压力的误判，这种情况要更传感器或找专业人士进行维修。

2.2机油消耗严重

当发动机出现机油消耗严重现象时，如果排除机体机油渗漏故障外，可能存在发动机烧机油现象，此时，一般常会伴有发动机排气管冒蓝烟现象。此故障原因一般有以下几个方面。

⑴油底壳内油量过多：发动机油底壳内加入过多的机油会导致曲轴在高速旋转时产生很大的阻力，同时连杆大端会带动大量的油飞溅到气缸壁上，大量的油会冲进燃烧室参与燃烧后才被活塞环刮掉，产生大量的蓝烟和积碳加速零件的磨损；如果油太多，打开油塞，将油池机油排放到标尺规定的液位。

⑵活塞环、油环密封失效：油环磨损或活塞环弹性差、断裂，以及活塞环被积炭粘牢在环槽中等原因所引起的活塞环刮油效果大大降低，使气缸壁上的机油窜至活塞顶部燃烧室内，引起烧机油。

⑶气缸套磨损严重：发动机工作时，过度磨损的活塞或气缸套的配合间隙会增加很多，这样，当发动机工作时，溅到气缸壁上的机油会很容易窜入燃烧室参与燃烧。

2.3机油内渗水

当油底壳内机油量出现增加时，很有可能是机油内进入了冷却液。当气缸垫出现烧蚀、缸套穴蚀严重穿孔、缸套密封圈失效、机油散热器损坏等故障时，冷却液通过冷却水道进入润滑油道，从而渗入油底壳内，造成机油量增加。此故障原因一般有如下几个方面。

⑴缸套损坏：当缸套出现裂纹或穴蚀穿孔后，这时候冷却液就会通过裂纹或蚀孔直接渗入到油底壳内。当然，也可能是因为缸套密封圈出现老化失效，这时需要排查并进行更换。

⑵发动机水堵漏水：如果发动机水堵由于水垢的腐蚀造成密封失效，则会出现漏水的情况，这时候冷却液会通过水道渗入油道，从而流入油底壳。

③机油散热器损坏：当机油散热器管路出现破损，也会造成油道进水的情况。

④气缸垫损坏：如果气缸垫发生损坏，高压循环水便直接流进机油油道，造成机油进水。

总之，润滑系统的故障模式不尽相同，但一般能被驾驶人员直接或间接辨识的有机油压力表指示、机油故障报警灯等，当压力表压力过低或机油故障灯点亮时，应及时停止车辆运行，并逐项进行排查解除，否则将会造成发动机或车辆更为严重的损害。

3 润滑系保养

润滑系统的维护保养对于发动机的使用尤其重要，其日常保养内容主要有：通过机油标尺的液位刻度检查发动机机油液面的高度，发现高度不足时，应及时补充机油；严格按保养周期更换机油滤清器、机油等；一定要按车辆出厂要求，使用规定型号的润滑油；当发现机油压力过低、机油消耗严重、发动机油底壳内机油量增加等现象时，首先要第一时间停止机体运转，再及时诊断，查明原因并及时排除。

3.1润滑油的选择

柴油机润滑油的优劣对润滑系能否正常工作影响很大，选用时尽量选择大品牌质量有保证的润滑油，使用劣质润滑油会使发动机在运行时严重结胶，不仅失去润滑作用，反而加剧机体零件磨损。其次要注意的是润滑油的黏度和牌号，应根据不同的气候条件和使用条件进行选择。如在高温季节或发动机严重磨损的状况下，选用高黏度的润滑油则有利于形成油膜，减少发动机磨损。具体可参照图6润滑油牌号与使用温度对照表。

图6 机油牌号与使用温度对照表

3.2定期保养

发动机润滑油多久应该换一次，不单只是润滑油品质、机油滤清器好坏决定的，这还跟车辆使用环境、发动机综合性能、驾驶员驾驶习惯等诸多方面因素有关。因此最可靠的方法就是根据车辆使用手册上面的建议时间或里程进行更换，因为这个建议已经是最保守的，只要在更换周期结束之时或之前更换润滑油就没什么问题。

不过无论是保养手册上的指引，还是车主自定的保养周期，都是指在“一般驾驶”情况下的更换周期。而像在长期低速下的“耗损性驾驶”，恶劣的灰尘、砂石路段行驶，会有大量沙尘颗粒物的侵入，会加剧机油滤芯的堵塞以及润滑油的杂质含量。在这种情况下，润滑油的更换里程就需要缩短，从而才能有效保证发动机的正常运行，延长发动机使用寿命。