润滑、冷却系统

1、润滑、冷却系统概述-基础原理培训汇总人：孟玲龙润滑系统简介 首先由我为大家简单介绍一下，发动机润滑系统。 发动机的润滑系统是为了确保发动机各摩擦副在各种工况下具有良好润滑，以减少零件的摩擦与磨损，保证发动机正常运转。同时还带走摩擦表面的热量、磨削，起冷却和清洗摩擦表面的作用。 从左图可以看出来，发动机的润滑油主要储存在油底壳中，机油流经集滤器、机油泵、精滤器后，油路分为分为两路，一路润滑、冷却曲轴连杆结构，一路润滑冷却凸轮机构。 接下来我就以下图的发动机，简单地介绍一下发动机的润滑系统，从下图我们可以看出，机油平时储存在油底壳，在发动机运转的过程中，带动机油泵工作，机油泵通过集滤器把机油吸入机

2、油，机油泵泵出后，先经过机油压力调节阀，然后在经过机油滤清器，最后分配给各个运动副；在设计发动机润滑系统的时候，必须要注意机油压力调节阀要设立在机油泵后面、机油泵滤器前面，防止机油泵流量过多或者机油压力过大，导致机油滤清器破损和不必要的功率损失。 我们要如何判断一个润滑系统是否满足我们的设计需要呢？ 这主要可以从三个方面考虑：一、机油储存量，一般发动机的储油量约为（0.070.16）*Pe 升，因此在设计油底壳的时候，就要考虑是否有足够的储油空间；二、主油道压力，决定了润滑系统的润滑减磨（在高速运动副中，快速形成油膜的能力）的能力，一般发动机（带轴瓦）主油道压力在5.56.0bar；三、机油流

3、量，要大于发动机散热所需要的流量，它决定了润滑系统的散热的能力。 接下来我们就略微详细的了解一下发动机润滑系统各个零部件的工作情况。我主要为大家介绍下面几个零部件： 1、润滑剂 2、润滑方式 3、滤清器 4、机油泵 5、泄压阀(限压阀)润滑剂 首先为大家讲解的就是润滑系统中必不可缺少的润滑剂。 润滑剂主要分为：1、液体润滑剂，如动植物油、矿物油等；2、润滑脂，如黄油等；3、固体润滑剂，如石墨、二硫化钼等；4、气体润滑剂：如空气、氮气等；然而汽车上面一般到时采用润滑油为主。润滑油重要的指标是粘度（一般都是指40下的粘度），粘度值越高，油越稠，反制越稀。 机油粘度值的大小不仅影响摩擦副的运动阻力，

4、而且对润滑油膜的形成及承载能力具有决定性的作用。机油粘度值与温度、压力有直接关系；温度升高，机油粘度下降；压力升高，机油粘度也升高。 通常用粘度分类法和质量分类法对发动机油进行分类，国际上广泛采用的SAE(美国汽车工程师学会)分类法和API(美国石油学会)分类法，分别是两种分类方法的典型代表。 按SAE法分类机油，冬季用油有6种，夏季用油有4种，冬夏通用油有16种。冬季用油牌号分别为：0W、5W、10W、15W、20W、25W，符号W代表冬季，W前的数字越小，其低温粘度越小，低温流动性越好，适用的最低气温越低；夏季用油牌号分别为：20、30、40、50，数字越大，其粘度越大，适用的最高气温越高

5、；冬夏通用油牌号分别为：5W20、5W/30、5W40、5W50、10W20、10W30、10W40等，代表冬用部分的数字越小，代表夏季部分的数字越大者粘度越高，适用的气温范围越大。 按照API质量分类法，发动机油分为汽油机油系列(即S系列)和柴油机油系统(即C系列)，每个系列的油品按英文字母顺序排列，分为若干级别。 然而我厂Rocam发动机使用的润滑油牌号为5W30，意思是低温-35，高温30正常使用。润滑方式飞溅式：体系中部分机械零件浸入油中，将油洒溅在自身部件上和/或其他机械部件上。润滑方式压力式：在发动机上增加机油泵，利用油泵的压力把机油强制地供给各润滑点。油浴式：把轴承部分浸入润滑油

6、中，通过轴承运转后将油带入到轴承其它部分的一种润 滑方式；油浴（浸油）一般适用于低速或中速场合，在低转速轴承上使用较为 普遍。油浴润滑时的搅拌损耗及温升，对于水平轴，轴承部分侵入润滑油中的 高度应有一定限制，一般将油面控制在轴承最下面滚动体的中心附近。滤清器为减小发动机中相对运动机件之间的摩擦阻力，减轻零件的磨损，机油被不断输送到各运动机件的摩擦表面，形成润滑油膜，进行润滑。然而机油中本身含有一定量的胶质、杂质、水分和添加剂。同时在发动机工作过程中，金属磨屑的带入、空气中杂物的进入、机油氧化物的产生，使得机油中的杂物逐渐增多。若机油不经过滤清，直接进入润滑油路，就会将机油中含有的杂物带入到运动

7、副的摩擦表面，加速零件的磨损，降低发动机的使用寿命。机油滤清器的作用是滤除机油中的杂物、胶质和水分，向各润滑部位输送清洁的机油。但是由于机油本身粘度大，机油中杂物含量较高，为提高滤清效率，机油滤清器一般有两级，分别为机油集滤器、机油粗滤器和机油细滤器。集滤器装在机油泵前油底壳中，一般采用金属滤网式。机油细滤器装在机油泵后和主油道串联，主要有微孔滤纸式和转子式两种。转子式机油细滤器采用离心式滤清，没有滤芯，有效地解决了机油的通过性和滤清效率之间的矛盾。滤清器 机油滤清器主要包括壳体、旁通阀、滤芯、回流抑制阀等几个部分组成。其中旁通阀是为了在滤清器滤前滤后的压力差达到一定界限时，开启旁通阀，是机油

8、不经过滤芯直接进入发动机，从而保护滤芯不被破坏。而回流抑制阀是为了控制发动机突然熄火时，机油倒流；同时也可以保持发动机油路中存在一定量的机油，在点火后，机油能快速地送到各个摩擦副。 滤清器我们简单地介绍到这里，下面我来为大家介绍一下，整个润滑系统的动力核心机油泵。 上文已经说道，粗滤器一般都是采用金属网过滤的方式，设计的过程中只要主要评估流通面积是否能满足机油流速的要求就可以，那么在这里就不给大家介绍了，下面我们主要说一下机油精滤器。 机油精滤器设计过程中，主要关注两个特性，一个是使用寿命特性（一般都是10000公里更换一次），一个是流量与阻力特性。使用寿命特性是指一个新的滤芯从开始使用到堵塞

9、，即滤前滤后的压力达到旁通阀开启压力的70%的累计时间；而流量与阻力特性是在额定的流量下滤清器前后产生的压差，也是压力损失值，它的数值越小表示滤清器通过性越好。因此我们在购买机油滤清的时候，一定特别注意机油滤清的额定流量是否满足我们的设计要求。一般机油滤清器的额定流量是发动机主油道的1.5倍左右。 机油泵 机油泵作用是将机油提高到一定压力后，强制地压送到发动机各零件的运动表面上。发动机工作时，曲轴直接或间接带动机油泵旋转，吸油腔内的机油便沿着齿间容积压入出油腔。因吸油腔内的机油被不断带走，故吸油腔内产生吸力，不断地将油底壳内的机油吸入吸油腔，并同时将一定压力的机油泵入润滑油路。目前发动机行业，

10、转子式机油泵为偏心啮合的内外转子，在啮合运动过程中形成多个独立的封闭空间。随着内外转子的啮合旋转，各封闭空间的容积发生变化，从而完成吸油和泵油作用。机油泵 对于一个机油泵而言，相对比较的重要结构就是内、外转子尺寸，因为它直接决定了机油泵的泵油能力；还有一个结构就是月牙槽尺寸，如果此处设计不好就会造成机油泵容积效率低，甚至泄压。 那么接下来我们先了解内、外转子。外转子齿形为二段齿形圆圆弧和一段小圆弧相切而成（或者由一段限制圆圆弧和二段齿形圆圆弧相交构成），如右上图所示。而内转子齿形为短副外摆线，下图为内转子齿形方程。内、外转子设计的在国内已经日益趋近于完善，我们在选型的时候可以优先选用JZS和J

11、BZ系列转子，依据JB/T6005。 一般内转子材料选择FTG60-20，材质密度6.5g/cm3，硬度为60-110HBS，压溃强度300MPa；内转子材料选择FTG60-15，材质密度6.2 g/cm3，硬度为70-120HBS，压溃强度350MPa。机油泵下图为内、外转子尺寸优先系列参数表。备注：适用于196KW以下的内燃机用机油泵粉末冶金转子：机油泵转速为10004000r/min、流量范围为0.5157L/min机油泵 下面我们来了解一下，月牙槽的结构；在设计月牙槽的时候一定要注意机油泵的旋转方向；如方向弄错了，机油泵将无法实现其拥有的功能。 左图中黑粗线条代表月牙槽的形状。其中半径

12、L所在圆应略大于外转子的齿形外切圆；其中半径2所在圆应略小于内转子的齿形内切圆；其中进油侧B01尺寸应略小一点，而出油测B01尺寸应略大一点，保证在运行过程中只有一个啮合点在密封区，避免出现困油现象；而A01 尺寸可以设计略微偏大一下；同时在设计过程中，一定要注意尽量加大吸油弧长，避免局部低压，产生空穴现象。 如果油道中发生了空穴现象,液体中的气泡随着液流运动到压力较高的区域时,气泡在较高压力作用下将迅速破裂,从而引起局部液压冲击,造成噪音和振动,另一方面,由于气泡破坏了液流的连续性,降低了油管的通油能力,造成流量和压力的波动,使液压元件承受冲击载荷,影响其使用寿命。同时气泡中的氧也会腐蚀金属

13、元件的表面,我们把这种因发生空穴现象而造成的腐蚀叫汽蚀。泄压阀 泄压阀一般分为两种，一种是弹簧式，一种是杠杆式。而目前发动机行业仍然是采用弹簧式泄压阀居多。弹簧式泄压阀如右图所示（此泄压阀结构是我厂Rocam发动机上面的），大家也可以从右图中看出此压阀只有一个弹簧、一个柱销和一个堵头组成；此种泄压阀机构简单，易维修，成本低；比较适合市场需求。 目前发动机上面的泄压阀安装类型基本上有两种，一种是集成在机油泵，一种是直接安装在机油泵后、机油滤清器前的主油道上。 下面我简单地说一下右图的泄压阀工作原理，机油沿着红色箭头的方向流入，随着机油压力的逐渐增大，开始压缩弹簧，柱销也随着机油缓缓上移；当机油压

14、力达到一定的程度后，注销的泄油孔移动到机油泵的泄油腔处，部分机油通过泄油腔流回油底壳或者机油泵进油腔，此时泄压阀开始泄压。 泄压阀在整个润滑系统起到安全阀的作用，保护整个油路，使整个油路不至于产生过大的油压，即可保护发动机零部件，又可以避免发动机功率的浪费。冷却系统简介 发动机运转时，与高温燃气相接触的零件受到强烈的加热，如果不加以适当的冷却，会使发动机过热，充气系数下降，燃烧不正常，机油变质或烧损，零件磨损加剧，导致发动机的动力性、经济型、可靠性、耐久性全面恶化。然而发动机的冷却系统就是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系统既要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷。分类冷却

15、分类风冷:风冷是把发动机中高温零件的热量通过散热片直接散入大气而进行冷却的装置。水冷:水冷是把这些热量先传给冷却液，然后再散入大气而进行冷却的装置。由于水冷，冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。组成 冷却系统主要有水箱、风扇、散热器、节温器、水泵、发动机内部水套等零部件组成，而在这里我主要为大家介绍一下水泵和节温器。水泵 水泵是输送液体或使液体增压的机械。水泵性能的技术参数有流量、扬程等；根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵等类型。 从左下

16、图中，我们可以看出，当水充满水泵时，水泵通过叶轮高速旋转，利用离心力把水甩出，而叶轮中间出现低压区，从外部吸水进入；通过此循环达到持续泵水的效果。流量：流量：水泵的流量，它是指水泵在单位时间内输送水的体积。用Q表示，单位是m3/H ，L/S。扬程：扬程：水泵的扬程是指水泵能够扬水的高度，通常用H表示，单位是m。离心泵的扬程以叶轮中心线为基准，分由两部分组成。从水泵叶轮中心线至水源水面的垂直高度，即水泵能把水吸上来的高度，叫做吸水扬程，简称吸程；从水泵叶轮中心线至出水池水面的垂直高度，即水泵能把水压上去的高度，叫做压水扬程，简称压程。即 水泵扬程= 吸水扬程 + 压水扬程。泵的扬程包括吸程在内，

17、近似为泵出口和入口压力差。扬程用H表示，单位为 米（m）。泵的压力用P表示，单位为Mpa（兆帕），H=P/。节温器节温器是控制冷却液流动路径的阀门；是一种自动调温装置，通常含有感温元件（例如石蜡），借用热胀冷缩来开启、关掉冷却液流动的路径（如图一所示）。节温器通过改变冷却液流动路径，自动调节冷却循环范围，从而调节冷却系统散热能力，保证发动机在适合的温度范围内工作。节温器必须保证良好的技术状态，否则会严重影响发动机的正常工作，如节温器开启过迟，就会引起发动机过热；主阀门开启过早，则使发动机预热时间延长，使发动机温度过低。接下来我们谈谈节温器的结构及工作原理，我们以蜡式节温器（市场常见结构）为例。节温器主要包括阀座、中心杆、主阀门、石蜡、旁通阀、通气孔等结构（如图二所示）。在常温的情况下，石蜡呈现固体状态，主阀门关闭，旁