润滑系统概述及组成分析

1.润滑系统的作用及组成

发动机工作时，传力零件的相对运动表面之间必然产生摩擦。金属表面之间的摩擦不仅会增大发动机内部的功率消耗，使零件工作表面迅速磨损，而且摩擦产生的大量热可能导致零件工作表面烧损，致使发动机无法运转。因此，为保证发动机正常工作，必须对相对运动表面润滑，也就是在摩擦表面上覆盖一层润滑油使金属表面间形成一层薄的油膜，以减小摩擦阻力，降低功率损耗，减轻机件磨损，延长发动机的使用寿命。

1）润滑系统的主要作用

（1）润滑作用。在相对运动零件表面之间形成一层油膜，减少摩擦和磨损。

（2）清洗作用。润滑油可带走零件表面的污物，清洁零件表面；机油在润滑系统内不断循环，清洗摩擦表面，带走磨屑和其他异物。

（3）冷却作用。在发动机工作时，润滑系统可以通过机油的循环流动从摩擦表面吸收和带走一定的热量，保持零件温度不致过高，以防摩擦表面过热而烧毁。

（4）密封作用。利用机油的黏性，附着于运动零件表面，形成油封，提高零件的密封效果。

（5）防锈蚀作用。机油能吸附在金属零件表面，防止水、空气和酸性气体与零件表面接触而发生氧化或腐蚀。

（6）液压作用。润滑油还可用作液压油，如液压挺柱起液压作用。

（7）减振缓冲作用。在运动零件表面形成油膜，吸收冲击并减小振动，起减振缓冲作用。

2）润滑系统的组成

如图5－1 所示，发动机润滑系统的组成大体相同，一般有以下几个基本装置：

图5－1　润滑系统的组成

（1）油底壳、机油泵、油管、油道、限压阀等。用于储存机油，建立足够的油压使之在发动机内循环流动，并限制油路中的最高压力。

（2）滤清装置。如集滤器、机油滤清器等，用来清除机油中的杂质，保证润滑油清洁和润滑可靠。

（3）冷却装置。如机油散热器、机油冷却器等，用来冷却机油，保持油温正常，润滑可靠。有些发动机没有专门的润滑油冷却装置，而是靠空气流过油底壳来冷却润滑油。

（4）仪表装置。如油温表、油压表等，用来检测润滑系统的工作情况。

2.润滑系统的润滑方式和机油滤清方式

1）润滑方式

发动机常见的润滑方式如下：

（1）压力润滑。利用机油泵，将具有一定压力的润滑油源源不断地送往摩擦表面。适用于工作载荷大、相对速度高的运动表面，如曲轴主轴承、连杆轴承、凸轮轴轴承等。

（2）飞溅润滑。利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或油雾来润滑摩擦表面。适用于载荷较小、相对速度较低的运动件表面，如活塞、气缸壁、凸轮、正时齿轮、摇臂、气门等。

（3）润滑脂润滑。在发动机辅助系统中，有些零件只需定期加注润滑脂进行润滑，例如水泵及发电机轴承等。

（4）自润滑。通过在承载基体中复合进具有低摩擦系数的固体润滑剂，减小摩擦表面间的摩擦力或其他形式的摩擦力。

2）滤清方式

在发动机润滑系统中，有全流式、分流式和并联式3 种机油滤清方式，如图5－2 所示。

（1）如图5－2（a）所示，在全流式方式中，机油滤清器与主油道串联，所有机油在进入发动机主油道前都必须通过机油滤清器。若机油滤清器堵塞，则机油顶开机油滤清器上的旁通阀直接进入主油道。现代轿车一般都采用这种过滤形式。

（2）如图5－2（b）所示，在分流式方式中，机油滤清器与主油道并联，只有一部分机油通过机油滤清器被滤清，而大部分机油被直接泵入发动机主油道。这种形式在以前的发动机上才采用。

（3）如图5－2（c）所示，在并联式方式中，有两个机油滤清器，其中粗滤器与主油道串联，细滤器与主油道并联。这种形式多用在大型柴油机当中。

图5－2　机油滤清方式

（a）全流式；（b）分流式；（c）并联式

3.润滑系统主要部件的结构及基本原理

1）机油泵

（1）机油泵的作用。机油泵的作用是保证机油在润滑系统内循环流动，并在发动机的任何转速下都能以足够高的压力向润滑部位输送足够数量的机油。

（2）机油泵的分类。机油泵可分为齿轮式、转子式和叶片式3 类，如图5－3 所示。齿轮式机油泵又分内啮合齿轮式和外啮合齿轮式两种。发动机采用的主要有外啮合齿轮式、转子式和叶片式。

图5－3　机油泵的分类

（a）外啮合齿轮式机油泵；（b）内啮合齿轮式机油泵；（c）转子式机油泵；（d）叶片式机油泵

2）机油泵的结构和工作原理

（1）外啮合齿轮式机油泵。机油泵壳体上加工有进油口和出油口。在机油泵壳体内装有一个主动齿轮和一个从动齿轮。齿轮和壳体内壁之间留有很小的间隙。其工作原理如图5－4 所示，当齿轮按图示方向旋转时，进油腔的容积由于轮齿向脱离啮合方向运动而增大，腔内产生一定的真空度，润滑油便从进油口被吸入并充满进油腔。旋转的齿轮将齿间的润滑油带到出油腔。由于轮齿进入啮合，出油腔容积减小，油压升高，润滑油经出油口被输送到发动机油道中。

图5－4　外啮合齿轮式机油泵的结构及工作原理

（a）结构；（b）工作原理

一般在泵盖上铣出一条泄压槽与出油腔相通，使轮齿啮合时挤出的润滑油通过泄压槽流向出油腔，以消除轮齿进入啮合时在齿轮间产生的很大推力。

（2）内啮合齿轮式机油泵。内啮合齿轮式机油泵也称为内接齿轮泵，其工作原理与外啮合齿轮式机油泵相同。内接齿轮泵的结构如图5－5 所示，其外齿轮是主动齿轮，套在曲轴前端，通过花键由曲轴直接驱动。内接齿轮是从动齿轮，装在机油泵体内，泵体固定在机体前端。

因为内接齿轮泵由曲轴直接驱动，无须中间传动机构，所以零件数量少，制造成本低，占用空间小，使用范围广。但是这种机油泵在内、外齿轮之间有一处无用的空间，使机油泵的泵油效率降低。另外，如果曲轴前端轴颈太粗，那么机油泵的外形尺寸也随之增大，发动机驱动机油泵的功率损失也相应有所增加，因此发动机现在已不采用，而是广泛采用自动变速器油泵。

（3）转子式机油泵。机油泵壳体内装有内转子和外转子。内转子通过花键固定在主动轴上，外转子外圆柱面与壳体配合，二者之间有一定的偏心距，外转子在内转子的带动下转动。壳体上设有进油口和出油口。在内、外转子的转动过程中，转子的每个齿的齿形齿廓线上总能相互成点接触。这样内、外转子间形成了多个封闭的工作腔。由于外转子总是慢于内转子，所以这些工作腔容积也在不断变化。每个工作腔在容积最小时与壳体上的进油孔相通，随着容积的增大，产生真空，润滑油便经进油孔吸入。转子继续旋转，当工作腔与出油孔相通时，容积逐渐减小，压力升高，润滑油被压出。

图5－6 所示为奥迪A1 1.4TFSI 发动机所采用的转子式机油泵结构。该泵是个定排量泵，就是说它输送出的机油量是固定不变的。机油压力通过机油泵内的一个弹簧加载的调节柱塞来调节。这个压力调节阀在油压为（4 ±0.5）bar^[1]时会自动打开，泄出的机油将流回油底壳。

图5－5　内接齿轮泵的结构及工作原理

图5－6　奥迪A1 1.4TFSI 发动机所采用的转子式机油泵的结构

由于转子式机油泵结构紧凑，体积小，质量轻，泵油量大，供油均匀度好，安装在曲轴箱外位置较高处时也能很好地供油，所以目前在轿车发动机中被广泛应用。

3）机油滤清器

机油滤清器按过滤能力一般可分为集滤器、粗滤器和细滤器3 种。

（1）集滤器。集滤器安装在机油泵前，用来防止粒度大的杂质进入机油泵。集滤器一般采用滤网式，有浮式和固定式两种结构形式。

①浮式集滤器。浮式集滤器由浮子、滤网、罩及焊在浮子上的吸油管所组成，如图5－7 所示。浮子是空心的，以便浮在油面上。固定管通往机油泵，安装后固定不动。吸油管活套在固定管中，使浮子能自由地随油面升降。

浮子下面装有由金属丝制成的滤网；滤网有弹性，中央有环口，平时依靠滤网本身的弹性，使环紧压在罩上；罩的边缘有缺口，与浮子装合后形成缝隙。

当机油泵工作时，机油从罩与浮子之间的狭缝被吸入，经过滤网滤去粗大的杂质后，通过油管进入机油泵；滤网堵塞时，滤网上方的真空度增大，克服滤网的弹力，滤网便上升而环口离开罩。此时机油不经滤网而直接从环口进入吸油管内，以保证机油的供给不中断。浮式集滤器能吸入油面上较清洁的机油，但油面上的泡沫易被吸入，使机油压力降低，润滑欠可靠。

②固定式集滤器。固定式集滤器安装在油面之下，如图5－8 所示。它的滤网相对油底壳位置不变，吸入中或中下层润滑油，吸入的机油清洁度稍逊于浮式集滤器，但可防止泡沫被吸入，润滑可靠，结构简单，故基本取代了浮式集滤器。

图5－7　浮式集滤器的结构及工作原理示意

图5－8　固定式集滤器的实物图及结构示意

（a）实物图；（b）结构示意

（2）粗滤器。

①粗滤器的作用。粗滤器属于全流式滤清器，串联于机油泵与主油道之间，它对机油的流动阻力较小，用以滤去机油中粒度较大（直径为0.05～0.1 mm）的杂质。

②粗滤器的分类。粗滤器根据滤清元件（滤芯）的不同，可以有各种不同的结构形式。汽车发动机常用的有金属片缝隙式和纸质式粗滤器。

a.金属片缝隙式粗滤器由于具有质量大、结构复杂、制造成本高等缺点已基本被淘汰，目前许多汽车发动机都采用纸质式粗滤器。

b.纸质式粗滤器由纸质滤芯、安全阀（或旁通阀）等组成，如图5－9 所示。纸质滤芯用于过滤润滑油中的杂质；安全阀则在纸质滤芯堵塞时打开，是为了不妨碍润滑油正常循环工作而设置的旁通阀。

图5－9　纸质式粗滤器的实物图及结构示意

（a）实物图；（b）结构示意

（3）细滤器。

①细滤器的作用。细滤器属于分流式滤清器，与主油道并联，对润滑油的流动阻力较大，用来滤除直径在0.001 mm 以上的细小杂质。将经粗滤器过滤的润滑油的一小部分引入细滤器，使此部分润滑油得到充分过滤。经过一段时间运转后，所有润滑油都将通过一次细滤器，以保证润滑油的清洁度。

②细滤器的分类。细滤器分为过滤式和离心式两种类型。现代发动机一般采用离心式细滤器。

a.离心式细滤器的结构。图5－10 所示为EQ6100－1 型发动机离心式细滤器的实物图及结构示意。

图5－10　EQ6100－1 型发动机离心式细滤器的实物图及结构示意

（a）实物图；（b）结构示意
1—壳体；2—锁片；3—转子轴；4—推力轴承；5—喷嘴；6—转子踢端套；7—滤清器盖；8—转子盖；9—支承垫圈；10—弹簧；11—压紧螺套；12—压紧螺母；13—衬套；14—转子体；15—挡板；16—螺塞；17—调整螺钉；18—旁通阀；19—进油限压阀；20—管接头A—滤清器进油口；B—出油口；C—进油口；D—通喷嘴油道；E—滤清器出油口

b.离心式细滤器的工作原理。滤清器壳体上固定着带中心孔的转子轴，转子体上压有3个衬套，并与转子体端套连成一体，套在转子轴上可自由转动。压紧螺母将转子盖与转子体紧固在一起。转子下面装有推力轴承，上面装有支承垫圈，并用弹簧压紧以限制转子轴的轴向窜动。转子下端装有两个径向水平安装的喷嘴。压紧螺套将滤清器盖固定在壳体上，使转子密封。

发动机工作时，从油泵来的机油进入滤清器进油口A。当机油压力低于0.1 MPa 时，进油限压阀不开启，机油则不进入滤清器而全部供入主油道，以保证发动机润滑可靠。当油压高于0.1 MPa 时，则进油限压阀被顶开，机油沿壳体中的转子轴内的中心油道，经出油口B进入转子内腔，然后经进油口C、通喷嘴油道D 从两喷嘴喷出。在机油喷射的反作用力的推动下，转子及转子内腔的机油高速旋转。在离心力的作用下，机油中的杂质被甩向转子壁并沉淀，清洁的机油经滤清器出油口E 流回油底壳。

在发动机工作中如果油温过高，可旋松调整螺钉，机油通过球阀，经管接头流向机油散热器。当油压高于0.4 MPa 时，旁通阀打开，机油流回油底壳。

4）机油散热装置

一些热负荷较大的发动机，如大功率柴油机等，除利用油底壳对机油进行散热外，还设有专门的机油散热装置。常见的机油散热装置主要有机油散热器和机油冷却器两种。

（1）机油散热器。机油散热器与冷却液散热器的结构基本相同，其布置在冷却液散热器前面，利用风扇的风力使机油冷却，如图5－11 所示。机油散热器油路与主油道并联，在气温低的季节或润滑油压力低时不使用机油散热器，故在机油散热器前面常串联有手动开关和限压阀。

由于机油散热器采用风冷式散热，无法控制其冷却强度，在发动机起动后暖机时间长，所以普通汽车一般不采用机油散热器，仅在赛车或少数涡轮增压发动机上采用。

（2）机油冷却器。机油冷却器利用发动机冷却液对机油进行冷却。机油冷却器油路与主油道串联，由于冷却液的温度能自动控制，所以润滑油温度也能得到一定的控制。

机油冷却器的结构如图5－12 所示，主要由芯子和壳体组成。芯子由铜制的圆形或椭圆形管与散热片组成，与两端的进、出水腔相通。冷却液在芯子管内流动，润滑油在管外流动。机油冷却器上装有旁通阀，当机油温度过低、黏度过大时，旁通阀打开，机油不经冷却而直接进入主油道。

5）限压阀和旁通阀

在润滑系统中都设有几个限压阀和旁通阀，以确保润滑系统正常工作，如图5－13所示。

图5－11　机油散热器

图5－12　机油冷却器的结构

图5－13　限压阀和旁通阀

（a）限压阀；（b）旁通阀

（1）限压阀。限压阀用来限制润滑系统中机油的最大压力。在发动机工作时，机油泵的泵油压力是随发动机转速增加而增高的，并且当润滑系统中油路堵塞、轴承间隙过小或使用的机油黏度过大时，也将使供油压力增高。当机油泵和主油道上机油压力超过预定的压力时，克服限压阀弹簧作用力，顶开阀门，一部分机油从侧面通道流入油底壳内，使油道内的油压下降至设定的正常值后，阀门关闭。

（2）旁通阀。旁通阀用来保证润滑系统内油路畅通。当机油滤清器堵塞时，机油通过并联在其上的旁通阀直接进入润滑系统的主油道，防止主油道断油。旁通阀与限压阀的结构基本相同，由于它们的安装位置、控制压力、溢流方向不同，通常旁通阀弹簧刚度比限压阀弹簧刚度小得多。

6）机油尺

机油尺用来检查油底壳内油量和油面高低，如图5－14（a）所示。它是一片金属杆，下端制成扁平形，并有刻线。机油油面必须处于油尺的上限和下限之间，如图5－14（b）所示，油面的最佳位置应在上限与下限中间点偏上为宜。

图5－14　机油尺示意