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柴油发动机润滑系统的功能与润滑方式 |
摘要：柴油发动机润滑系统由机油泵、滤清器、压力表、温度表、冷却器、调压阀等组成。机油泵、油签壳、机油道和油管，用以储存机油，使机油在运动机件间强制循环；机油细滤器、粗滤、集滤器，用以清除机油中的各种杂质；机油压力表、机油温度表，用以显示润滑系统进工作状况；机油冷却器，用来冷却机油，防止机油温度过高，影响润滑效果；调压阀、压阀和旁通阀，用以调节和限制机油压力，保证柴油发电机组润滑系统安全可靠地工作。
一、润滑系统的功能
当一个固体表面在另一个固体表面上滑动或滚动时，其运动必然受到两表面间摩擦力的阻碍，同时产生热量。在无任何润滑条件下的摩擦（干摩擦）必然引起表面严重破坏和擦伤。在柴油机中，减少两相对运动表面之间干摩擦的主要方法是在两表面之间用一层完整油膜隔开，使两表面间的干摩擦变成液体分子间的液体摩擦。柴油机润滑系统的结构分布如图1所示。
在柴油机中润滑系统有以下作用：
1、润滑作用
在相互运动表面保持一层油膜以减小摩擦，减小摩擦功耗，提高机械效率；减小机件磨耗量，延长使用寿命，这是润滑系统的主要作用。
2、冷却作用
带走两运动表面因摩擦而产生的热量，保证工作表面的适宜温度。
3、清洁作用
清洗摩擦表面，带走磨损下来的金属细末及其它微粒，防止出现磨粒磨损。
4、密封作用
产生的油膜同时可起到密封作用，如活塞与缸套间的油膜除起到润滑作用外，还有助于密封燃烧室空间。
5、防腐作用
润滑油膜隔绝了空气及酸性物质与零件表面的直接接触，从而减免了它遭受氧化，腐蚀的程度。
6、消振隔声作用
形成的油膜可起到缓冲作用，避免两表面直接接触，减轻振动与噪音。
柴油发电机润滑系统的基本任务是将一定数量、清洁和温度适宜的润滑油送至各摩擦表面进行润滑。随着柴油发电机强化程度的提高，对润滑系统和润化滑油都提出了更高的要求。如图2所示，润滑系统将润滑油输送到润滑部位，润滑油像小球一样使运动机件与接触机件减少摩擦。
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图1 柴油发动机润滑系统部件分布图 |
图2 机油像许多小球轴承充满在轴与缸体之间形成滑动 |
二、柴油机润滑方式
柴油发电机工作时，由于各机件的工作条件不同，对润滑强度的要求也不同，因而润滑方式也就不同，常用的润滑方式有以下四种：
1、飞溅式
柴油发电机工作时，利用运动机件飞溅起来的机油颗粒或油雾来进行润滑的左式叫飞溅润滑。这种润滑方式是利用曲轴旋转时连杆大头的搅拌作用，将部分机油击打主数小的颗粒或油雾，分布到需要润滑运动机件的表面，如活塞、汽缸壁、凸轮轴、凸轮等。
2、压力式
压力式润滑方式是利用机油泵将机油以一定的压力强制输送到各运动机件的摩擦表面。这种润滑方式工作可靠，润滑强度可以调节，但结构比较复杂。用以润滑凸轮轴轴承、连杆轴承、主轴承、气门机构等。压力润滑的优点是能保证滑油连续循环供应，使摩擦件的工作安全可靠，并有强烈的清洗作用，可通过润滑系统的压力表和温度计掌握控制润滑情况，便于实现自动控制，可使用粘度较低的滑油，使用期长，耗量少。因此压力润滑在各类柴油机中得到最广泛的应用。
3、混合式
压力式和飞溅式并存的润滑方式叫混合式润滑方式。
4、高压注油润滑
通过专门的注油器建立2MPa左右的高压，定时、定量地将滑油经缸套上的注油孔供给气缸套与活塞之间进行润滑。这种润滑方法主要用于大型低速十字头式柴油机中缸套和活塞的润滑。
三、润滑系统的影响因素
润滑系统的污染物包括灰尘和杂质颗粒、碳、水、燃油、机油氧化物和酸性物积聚。因此，需要过滤润滑油并定期更换润滑油。造成污染的原因如下：
1、杂质进入
空气中的尖埃和杂质可以从外界通过各种途径进入发动机内部，如空气滤清器损坏不及时修复时。
2、窜气的影响
许多炭和炭黑的颗粒在燃烧过程中未被完全燃烧，窜入曲轴箱，污染润滑油。
当曲轴和轴承之间发生移动时，内层的机油彼此靠着滑动，从而减小摩擦，但燃油和炭烟通过活塞环，进入曲轴箱，如图3所示，这个过程又称为窜气。此外，如果炭和灰粒保留在机油中，则发动机的寿命可能会急剧下降。所以，必须将机油过滤以清除这些颗粒。
3、水进入机油的影响
由于冷却系统的泄漏或水蒸气会导致水污染润油。水蒸气是燃烧的副产品。窜气过程强迫水蒸气进入曲轴箱。当水蒸气进入曲轴箱时，它将冷却并凝结成液体。水蒸气还可以通过各种途径进入曲轴箱。例如，空气中水分，当外界空气流过曲轴箱时，空气中的水分冷凝成液体，使曲轴箱内的水与机油混合产生油泥和酸性物的问题。当机油与水及其他污染物混合而变稠时，油泥便产生了。
4、燃油进入机油的影响
当未燃烧或部分燃烧的燃油进入曲轴箱时，会严重地影响机油的性能。燃油系统的工作不正常（浓混合气），包括喷油器和压力调节器不正常工作、燃烧不足、正时错误或活塞和活塞环磨损过量都会导致燃油进入曲轴箱。在柴油发动机中，喷油故障和发动机部件磨损会产生同样的情况。所以发动机都存在燃油稀释曲轴箱机油，概率可以达到50％。燃油的存在如当燃油含量：汽油超过5％、柴油超过7％时，会导致发动机快速磨损和机油品质恶化。5％的燃油污染会改变机油的质量，会使机油变稀，很少能粘到移动部件上，这种改变降低了机油的润滑能力。当有1％～3％的燃油用稀释机油时，机油的SAE黏度在30左右。但是，当向机油中添加更多的燃油，稀释百分之在10％左右时，SAE黏度降至8～10。黏度降低使机油更稀，润滑、冷却、清洁和密封的能力降低。
5、机油氧化现象
发动机内的机油氧化发生在正常工作过程中。机油氧化定义为碳氢化合物及其他燃烧产物与氧气的化合。这是燃烧的正常过程或副产品，结果是在曲轴箱内产生了酸。这个过程使机油有很高的酸性。机油氧化由于发动机中使用的某些类型的金属而被增强了。事实上，某种金属担当了催化剂，一种加速该过程的媒介物，促进了进一步的氧化，从而向机油中增加了更多的腐蚀性的酸。机油温度的升高和曲轴箱中水的增多也增强了机油的氧化。一旦机油氧化过程开始，由于它是自加速的，所以情况会逐渐地变得更糟。
6、点蚀（穴蚀）的影响
某些有机酸有很高的腐蚀性。其他的有机酸在发动机曲轴箱内形成胶和漆状物。如果没有定期地更换机油，有机酸将侵蚀某些轴承金属。机油中的酸在金属表面上造成点蚀，最终导致部件故障。如图4所示，点蚀经常发生在曲轴轴颈上。如果出现这种情况，曲轴和连杆轴承之间的摩擦力将增加。额外的摩擦经常会导致轴承过早地磨损。
当机油中有酸时，点蚀经常发生在发动机处于存放状态。因此，一个好的办法就是：对于将要存放的任何发动机，一定要更换发动机中的机油。更换机油后，酸被清除，不会再发生点蚀了。酸还与残余的机油发生反应，形成软块，这些软块称为油泥。油泥沉积在油道、油底壳、滤清器和油冷却器中，造成发动机故障。大量的氧化产物在活塞、气门、气门杆和发动机其他部件上形成硬漆。油泥、酸和漆膜明显地降低发动机寿命，因此，尽可能多地减少氧化是非常重要的。
机油必须能够减少发动机内部的污染物和冷却、润滑及密封相关部件，使发动机连续运行。
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图3 发动机窜气易形成污染 |
图4 进入机油中的酸引起腐蚀和点蚀 |
四、机油基本要求
1、黏度要适当
黏度表示机油的“稠稀”程度，它是机油最主要的性质。机油黏度大，承载能力强，易于保持液体润滑工作状况。但黏度过大，会使摩擦阻力增加，造成柴油发电机有效功率下降，低温时起动困难；黏度过小，机油容易从运动机件的间隙中流失，油膜不易保持，润滑性能变差，从而加剧机件的磨损。机油的黏度受温度的影响，温度升高时，黏度下降；温度降低时，黏度增大。机油的黏度随温度的变化越小越好。反映机油黏度随温度变化的性质，常用运动黏度比表示。运动黏度比小，表示机油黏度随温度的变化小，柴油发电机正常工作时，温度的变化对机油黏度的影响不大。在实际工作中，有时采用加入添加剂的方法来减小机油的运动黏度比。
2、凝固点要低
机油冷却到完全丧失流动性时的温度叫凝固点。凝固点高的机油容易失去流动性，机油达到凝固时，润滑系统就不能正常工作。因此，要求机油的凝固点要低，特别是严寒地区，凝固点一般要求在-30℃～0℃。
3、适当的闪点
机油加热到某一温度时，一部分会挥发变成油蒸汽，油蒸汽与周围空气混合形成一种混合物，当遇到明火时会立刻发出闪光，这个发生闪光时的温度叫做闪点。闪点是用来评价机油的易燃性和挥发性的指标。闪点越低，机油的挥发性越强，会增加使用消耗。柴油机用机油的闪点一般在185℃～215℃左右。
4、对机件无腐蚀作用
机油对金属应无腐蚀作用。机油对金属的腐蚀主要是油中含有酸碱类化学杂质而引起的。特别是含酸物质越多，酸值越大，对机件表面的腐蚀作用越厉害。因此，除了不允许在机油中含有水溶性酸和碱外，还要求酸值越小越好。
5、无起泡性
机油受剧烈的搅拌侵入空气，而发生泡沫时，会阻碍机油泵的泵油作用，造成机件润滑表面断油，使局部零件过度磨损。
总结：
由于柴油机使用的润滑油种类繁多，操作人员应能正确地选择滑油，并管好用好滑油。总之，润滑系统是柴油发电机组中不可或缺的重要系统，其组成部分和工作原理相互配合，为柴油发电机组提供了减少摩擦、冷却和清洗等功能，以确保柴油发电机组的正常运行和延长使用寿命。
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