机油在发动机中是如何流动的？机油在发动机中起什么作用(图表)

大家都知道机油是用来润滑发动机的，每隔一段时间就要换一次机油。但是你知道机油是如何在发动机中流动的吗？机油是如何输送到所有摩擦表面的？今天我们就来详细说说发动机润滑系统是如何工作的，机油在发动机内循环的过程和路线。首先，我来告诉你为什么发动机需要润滑。大家都知道发动机一定要上油，油的主要作用是润滑。没有机油，发动机会损坏，但为什么会损坏可能不太清楚。汽车发动机是一种复杂的能量转换机器，它将燃料的化学能转换成机械能，并向外界输出。在能量转换过程中，大量部件按照一定的轨迹运动。在运动过程中，零件以一定的力作用于另一个零件，产生高速相对运动，称为摩擦副。汽车发动机中有几十个摩擦副，它们之间的配合间隙也各不相同，从几微米到几十毫米不等。任何零件的表面都不是绝对光滑的，而是具有一定程度的表面粗糙度。即使我们看起来像一个光滑的零件，在显微镜下观察，它的表面也是不平整的。因此，这些摩擦副的表面不可避免地会发生摩擦和磨损。摩擦会产生阻力，阻碍零件运动，消耗车的动力。实验表明，发动机的摩擦阻力约消耗发动机功率的25%。我们还可以更形象地看一下这个摩擦阻力的大小：我们把车停在30%的斜坡上，挂一档，松开刹车、手刹、离合器，车就能稳定地呆在原地，这主要是发动机的内摩擦阻力。另外，摩擦副之间的相对运动通过摩擦产生热量，使零件发热。在没有润滑的情况下，两种金属会高速摩擦，产生的热量甚至可以将金属熔化烧结在一起。这就是所谓的发动机“拉缸”和“熔瓦”。由于缺乏润滑和散热，摩擦副烧结在一起，这是最严重的发动机机械故障。汽车发动机摩擦的种类可分为滑动摩擦和滚动摩擦。滚动摩擦阻力小，所以在汽车上尽量使用滚动摩擦，比如各种轴承，就是典型的滚动摩擦；而滑动摩擦阻力的相对比例较大，如活塞环与气缸壁之间、曲轴与气缸体之间、连杆之间等，属于滑动摩擦。此外，根据摩擦副之间的摩擦介质，可分为干摩擦、边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦。这几种摩擦在汽车中同时存在，发动机的大部分零件都是液体摩擦，如曲轴和缸体、连杆、凸轮轴、气门等。边界摩擦在气缸壁和活塞环之间。为了减少发动机功率消耗和摩擦引起的零件磨损，需要对零件的摩擦面进行润滑，即在两个零件的工作面之间加一层润滑油，形成油膜，使零件完全分离，保持完全液体摩擦的状态。在汽车发动机中，能完成这一任务的装置就是润滑系统，它能在发动机工作时，向传动部件的摩擦面持续输送足够的、温度适宜的清洁机油，并在摩擦面之间形成油膜，实现液体摩擦，从而达到降低摩擦阻力、降低功耗、减少零件磨损、提高发动机可靠性和耐久性的目的。发动机润滑系统主要由机油、滤清器、机油泵、机油滤清器、机油冷却器、机油管路、机油压力传感器、机油压力表、机油压力警示灯、机油温度计、限压阀、单向阀和旁通阀组成。其中，油是润滑系统的工作介质，具有润滑、清洗、冷却、密封、防锈、减震等作用。同时也是液压阀挺柱、可变气门正时机构和正时链条张紧器的工作介质。它是发动机中最重要的液体，被称为“发动机的血液”。

关于它的知识点有很多，之前的文章已经详细讨论过了，这里就不赘述了。机油泵是润滑系统中的动力装置，润滑系统的压力由机油泵建立，一般由曲轴正时齿轮驱动。它的作用是保证油在润滑系统中循环，并能在任何发动机转速下以足够高的压力向润滑部位输送足够的油。油泵按结构可分为齿轮式和转子式，齿轮式又可分为内齿轮式和外齿轮式。齿轮油泵具有效率高、功耗低、运行可靠等优点，而转子油泵具有结构紧凑、供油量大、供油均匀、噪音低、真空度高等优点。通常，旋转油泵用于汽车的汽油发动机，齿轮油泵用于卡车的柴油发动机。此外，由于发动机在不同转速下的润滑要求不同，越来越多的发动机开始使用变排量机油泵，可以在不同转速下输出不同压力和流量的机油，满足发动机在不同转速下的润滑要求。过滤器安装在机油泵的前面，从油底壳中吸油。它是一个带有金属网的过滤器，可以防止大的机械杂质进入油泵。事实上，它是机油滤清器系统的一部分。它的结构很简单，由一个盖子、一个过滤网和一个吸油管组成。发动机工作时，机油通过机盖和滤网之间的缝隙吸入，较大的杂质被过滤掉，干净的机油被吸入机油泵。当滤网堵塞时，油泵吸油形成的真空迫使滤网向上，使滤网的圆孔离开盖子。此时机油直接进入吸油管，避免供油中断。机油滤清器大家都很熟悉，俗称“机油滤芯”，每次换机油都要同时更换。机油滤清器安装在机油泵的后面和主油道的前面。它的功能是过滤金属屑、积碳、胶体和其他杂质。在油中，保持备用油的清洁，使循环油在输送到运动部件表面之前得到净化，以保证摩擦面的良好润滑，延长其使用寿命。目前，纸质滤芯广泛应用于发动机中，采用特殊微孔滤纸制成，可滤除机油中直径为0.05~0.1mm的杂质。根据滤油方式，润滑系统可分为全流式和分流式两大类。全流式机油滤清器串联在机油泵和主油路之间，所以所有的机油都通过它过滤。目前，全流式机油滤清器广泛应用于轿车和卡车。分流是指一部分机油从机油泵出来，进入细滤器，经过更仔细的过滤，再回到油底壳。细滤器一般是离心式的，可以去除油中直径大于0.001mm的细小杂质。一般不需要更换，保养时清洗即可。这种分流过滤通常用于大型柴油发动机。但为了保证油的供应，只对10%的油进行精滤，另外90%的油进行粗滤。另外，为了保证主油路的压力，机油压力过低时会关闭精滤的过滤通道。关于机油滤清器，我想多说几句。它是汽车中的消耗品。有些人不太重视。他们经常使用非常昂贵的油，但只使用便宜的滤油器。其实它的作用很重要。如果把机油比作发动机的血液，机油滤清器堪称“发动机之肾”，可见其重要性。机油滤清器的一个很重要的指标就是污染能力，污染能力是指机油滤清器过滤和包容机油中杂质的能力。它与机油滤清器的滤纸消耗量直接相关。一般滤芯越大，滤纸越多，污染能力越大，能用的时间越长。此外，机油滤清器中还有两个重要的阀门，——单向阀和旁通阀，可以防止机油回流，防止机油滤清器堵塞时供油中断。

在很多假冒的机油机械滤清器中，这些零件都是不合格的，会影响机油的过滤效果和供油，所以一定要选择优质的正品机油机械滤清器。机油冷却器一般用于大负荷、高强化、高增压的发动机，很少用于普通自然吸气发动机，也叫机油散热器。它的作用是将机油的热量散发到周围的空气中，防止机油过热。润滑油路中串联一般分为风冷与水冷，在水冷式汽车中应用广泛。它在冷却水道中安装油冷却器，通过冷却液的循环流动来冷却油。这种布置小巧方便，不会使机油过冷，油温稳定。因为机油的压力高于冷却液的压力，如果在水中发现机油，基本可以判断机油冷却器损坏。机油压力传感器、机油温度传感器、机油压力表、机油压力警示灯和机油温度计属于润滑系统的信号和报警装置，可以在仪表板上显示润滑系统的工作状态，提醒驾驶员注意。一般有两个油压传感器，一个安装在主油路中，监测润滑系统的总压；另一个安装在气缸盖上，用于监控气缸盖上的机油压力。一般来说，当主油路中的机油压力低时，机油压力警示灯会亮起并长时间鸣响，而当气缸盖中的机油压力低时，机油压力警示灯会间歇性闪烁并鸣响。一般油温略高于水温，在100-110之间，超过一定阈值也会报警。但在普通家用车中，一般没有油温显示。接下来，我们来看看机油在发动机中是如何循环的。在此之前，我们先来看看发动机的润滑方式。由于发动机传动部件的工况不同，对于不同载荷和相对运动速度的传动部件，采用不同的润滑方式，主要有压力润滑、飞溅润滑和脂润滑。压力润滑是指在一定压力下向摩擦表面供油的润滑方式。一般用于主轴承、连杆轴承、凸轮轴承等重载摩擦面的润滑。飞溅润滑是发动机工作时，利用运动部件溅起的油滴或油雾来润滑摩擦表面的一种润滑方式。这种方法主要用于轻负荷的气缸壁和配气机构的凸轮、挺杆、气门杆、摇臂的工作表面的润滑。润滑脂是指通过润滑脂喷嘴定期加注润滑脂来润滑水泵、发电机轴承等部件的工作表面，现在已经很少见了。现在我们来看看机油在发动机中的循环路线。机油储存在油底壳中，当发动机开始运转时，带动机油泵转动。因为机油泵具有自吸功能，可以通过滤清器把油底壳里的油吸出来，建立一定的压力，送到机油滤清器。为了防止发动机冷启动，机油粘度过高，高速运转时机油压力过高，通常在机油泵上安装限压阀。当机油压力超过一定值(一般为0.8MPa)时，限压阀打开，多余的机油直接排入油底壳。油泵的流速通常在10至40升/分钟之间。对于大多数发动机，机油可以在30秒内循环。一定压力的机油从机油泵出来后，如果经过充分过滤，机油会全部进入机油滤清器；如果是分流过滤，大约10%的机油会进入机油二次滤清器。为了保证主油路中的油压正常，防止油压过低时发生分流，在精滤机前设置了一个进油限压阀。只有当油压超过0.1MPa时，机油才能推动限压阀进入机油细滤器。

具有一定压力的机油进入细机油滤清器后，会从两个微小的喷嘴喷出。产生的反向力推动细滤器高速旋转(转速可达10000转/分)，带动油液高速旋转。产生的离心力将油中的杂质甩到精滤壳内壁上沉淀，过滤后的干净油直接从出油口流回油底壳。为了防止二次滤油器堵塞造成油压异常，还设置了旁通阀。当压力超过0.6MPa时，旁通阀打开，机油直接从旁通阀流回油底壳。细机油滤清器工作时会有轻微的“嗡嗡”声，发动机熄火后会持续几秒钟，这也是判断其工作是否正常的方法之一。大多数汽车发动机使用全流式过滤。一定压力的机油从机油泵出来后，会全部进入机油滤清器，从滤芯的周边孔进入。经过滤纸过滤后，杂质和胶体会残留在滤纸表面，干净的油进入滤芯中间，从出油口流出，进入主油道。机油滤清器中有两个非常重要的阀门：旁通阀和止回阀。当机油滤清器堵塞时，旁通阀打开，机油不经滤纸过滤直接进入主油路；单向阀的作用是防止发动机熄火后机油回流到油底壳，保证发动机启动后机油压力直接形成，尽量减少发动机干摩擦时间。这两个阀门的开启压力是精确计算的。如果使用劣质机油滤清器，这两个阀门质量差，滤纸过滤效果差，会严重影响机油的过滤效果。如果安装了水冷式机油散热器，从滤清器出来的机油将直接进入机油散热器，经发动机冷却液冷却后流入主油路。为了避免机油散热器堵塞造成的供油不足和机油压力过大造成的机油散热器损坏，在机油散热器上设置了旁通阀。当油压高于0.4MPa时，旁通阀打开，油直接进入主油路。进入主油路的油是有一定压力的，也就是所谓的“油压”。通常在0.2和0.5 MPa之间。这里安装了一个机油压力传感器，将机油压力值转换成电信号，传输到仪表盘上，供驾驶员参考。一般在卡车或工程机械上，油压表是用来显示油压的；另一方面，油压警示灯在乘用车上的应用更加广泛。如果油压过低，会造成润滑不良，加剧零件磨损；如果油压过高，会导致发动机密封困难，油封泄漏，油耗增加。在主油路中，机油会根据发动机结构向不同方向流动，如曲轴主轴承、连杆轴承、活塞喷嘴、凸轮轴、气门摇臂、液压阀挺杆、正时齿轮、正时链条、增压器、空气泵、喷油泵、可变气门正时机构、正时链条张紧器等。我们分开来说吧。1.主油路曲轴主轴承和连杆轴承：油从主油路的分支进入曲轴主轴承。通常，带有几个支架的曲轴有几个分支油路。例如，四缸发动机通常有五个分支油路，六缸发动机通常有七个分支油路。曲轴的主轴承有一个相应的孔。从这里，油进入主轴承和曲轴之间，润滑摩擦副。多余的机油从主轴承和曲轴之间的间隙流出，直接返回油底壳。一部分机油从曲轴主轴承通过曲轴内部的油路流入连杆轴承，润滑连杆轴承和连杆轴颈，多余的机油也从它们之间的间隙流出，回到油底壳。对于下凸轮轴，一些机油从曲轴主轴承流入凸轮轴轴承，以润滑凸轮轴与气缸体之间的摩擦副。多余的机油从凸轮轴轴颈上的溢流孔流出。

2.主油路活塞喷嘴：目前很多高强化发动机的燃烧室温度高，所以活塞温度也高。因此，需要一种特殊的装置来冷却活塞，这是通过活塞喷嘴来完成的。喷嘴安装在与每个气缸的主油道相对应的位置。当主油路压力超过0.1MPa时，喷嘴上的阀门打开，一定压力的油直接喷到活塞底部，冷却活塞。溢出的机油中有一小部分用于润滑活塞销和气缸壁，其余的则落回到油底壳中。3.主油路是顶置凸轮轴、气门摇臂和气门等。机油从主油道向上分支，直接到达气缸盖，然后进入凸轮轴轴颈和气缸盖之间，以及气门摇臂和摇臂轴之间，在压力下润滑这些零件。多余的油从这些摩擦副之间的间隙流出，被高速旋转的凸轮轴带动四处飞溅，从而润滑气门摇臂、气门杆、气门弹簧等。最后，所有的油流过缸盖的油道。为了避免发动机熄火后机油回流，机油口处有一个单向阀，可以保持气缸盖内一定的机油压力。4.主油路正时齿轮、正时链条、增压器、气泵、喷油泵等。这些部位需要特殊的润滑，所以通常会单独设置专门的润滑油通道或油嘴来导入机油，润滑后的机油在重力的作用下回流到油底壳。在这里，增压器的润滑尤为重要。因为增压器的转子转速很高，工作温度很高，需要的油流量大，压力充足，对应的油管比较粗。5.主油液压气门挺杆、可变气门正时机构、正时链条张紧器：这些装置属于发动机的液压伺服机构，油液会在其中保持一定的压力，经常处于关闭状态，与润滑系统几乎没有循环和交流。调节内压时，多余的油直接流出，沿固定油道返回油底壳。以上是发动机润滑系统主要部件的结构和工作原理以及油在润滑系统中的循环路径。可以看到，几乎所有零件中的油在润滑后直接流入油底壳，然后再次被吸到机油泵中，参与下一个循环。一般机油会在发动机内循环半分钟，应该说效率很高。