柴油机涡轮增压器的常见故障及预防 柴油机增压是在不增加柴油机排量和转速的情况下，提高动力、改善经济性、降低排气污染的行之有效的手段，也是目前柴油机的发展趋势。废气涡轮增压器是增压发动机的关键部件。它实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它由涡轮机、中间体、压气机三部分组成。涡轮机与发动机的排气管相接，压气机与发动机的进气管相接，中间体与发动机的润滑系统相接。其工作原理为：发动机排出的废气经过涡轮驱动转子的转动，从而带动同轴的压气机叶轮高速旋转(30000120000r/min)，新鲜空气在压气机叶轮离心力的作用下，被压缩到147392kPa后进入发动机气缸，由于空气密度增大，使每个工作循环进入气缸的新鲜空气量增加，从而可以向气缸内喷入更多的柴油提高柴油机的功率，燃烧也获得改善(见图1)。可增加发动机功率输出20%40%，降低燃油消耗8%左右，排气烟度降低20%50%，废气中的有害有毒气体含量如CO、SO2等也大幅度减少。另外在气缸总排量不变的前提下增加了功率的输出，可节约金属材料，降低制造成本，因此涡轮增压器是集节能、环保、节材为一体的高技术产品，目前在柴油机上被广泛采用。由于增压器的技术状况直接影响发动机的动力性、经济性、可靠性及尾气排放，因此，正确使用增压器，保持增压器良好的工作状况，预防其早期损坏和及时准确地排除故障在柴油机使用中非常重要。1涡轮增压器的结构增压器的结构常用的废气涡轮增压器分为普通涡轮增压器和旁通式涡轮增压器两种，旁通式涡轮增压器比较常用。废气涡轮增压器是由废气驱动的涡轮和径流式压气机组成的，它们分别被安装在轴的两头并有各自的铸造壳体。轴本身被安装在中间壳中并由中间壳来支撑。中间壳的两侧分别同压气机壳和涡轮壳相连接，典型的涡轮增压器转速可以在1105r/min以上(见图2)。 1.1涡轮机：由涡轮、涡轮壳组成。它是驱动压气机叶轮装置的原动机，废气进入涡轮，并推动涡轮，由涡轮轴输出带动压气机叶轮高速旋转。1.2压气机：主要由压气机叶轮、压气机壳等组成。叶轮转动就开始吸入空气，随着叶片转动来压缩空气，进入进气管道。1.3转子总成：涡轮增压器的转子总成由涡轮与轴总成、止推轴承、止推环、密封环支承、压气机叶轮、锁紧螺母组成。它是涡轮增压器中有动平衡要求的部件。1.4轴承机构：涡轮增压器转子轴上装有浮动轴承，它的内孔与轴、外圆与中间体内孔具有规定的间隙，浮动轴承承受转子的径向载荷。中间体上装有止推轴承，它承载转子的轴向载荷。1.5密封装置：在转子轴和密封环支承的密封环槽上装有密封环，它起油封和气封的双重作用。1.6中间体：中间壳是涡轮增压器的支承机构，用螺栓分别把扩压器后板和涡轮壳固定在中间体上，转子的径向载荷和轴向载荷分别经浮动轴承和止推轴承最终传递给中间体。中间体又是涡轮增压器的润滑冷却装置，它的进油孔连接发动机润滑系主油道。润滑油除了对浮动轴承、止推轴承进行润滑外，也将被废气传递过来的热量带走，保证涡轮增压器可靠地运转。1.7旁通阀：旁通阀由旁通膜盒、联动杆、旁通阀阀门等组成。从膜盒到涡轮机壳体上的旁通阀用连动杆连接，螺旋弹簧压住放气阀使其关闭，进气管内的增压压力作用到放气膜片上。旁通阀是通过压气机出气口的压力来控制涡轮进气口处气阀的开启，当进气管内的增压压力达到最大安全极限时，增压压力推压放气膜片并打开放气阀，使部分废气不经过涡轮机叶轮从旁路泄掉，从而限制了涡轮增压器轴的转速及增压压力。它的目的是为了限制发动机在大负荷状态下的增压器转速，同时它可以降低全负荷以及最高转速状态下的发动机爆发压力。带旁通阀的增压器可提高低速性能，阀门关闭可以提高瞬态响应。2增压器的常见故障、损坏原因及预防措施涡轮增压器是一种在高温环境中超高速旋转的机械，其工作转速可达30000120000r/min，如此高速旋转的机械往往会因安装使用不当而造成损坏，使用户蒙受一定的经济损失。目前所使用的增压器无论是国产的，还是进口的，使用寿命往往都达不到预期的使用年限，其原因90%以上是因安装使用不当。下面简述增压器在使用中常见的一些故障、原因及预防措施。2.1涡轮增压器两端漏油增压器两端或某一端漏油，是使用中最常见的故障之一。从理论上讲，以正常压力进入中间体的机油，在通过轴承工作面后，油压已变为零，只是靠重力自然向下流回发动机的油底壳。而且在正常工作状态下增压器两端叶轮的轮背处都有一定的气体压力，因此机油是不会从低压力区向高压力区流动的。且密封环的还起着封气封油的作用。虽然如此，如果使用不当，下列情况仍可造成增压器的两端漏油。2.1.1发动机长期怠速运转发动机长时间怠速运转，增压器涡轮及叶轮的轮背处会产生一定的负压，而导致中间体内的机油向外泄漏，因此应避免发动机长时间怠速运转。2.1.2回油不畅在使用中如果机油的回油管路发生变形或阻塞，会使机油回油不畅，中间体内机油压力过高，压缩机油沿着转子轴向两端流动挤出密封环造成漏油。因此要经常检查回油管路是否畅通，保证机油能够正常地流回油底壳。2.1.3发动机曲轴箱压力过高曲轴箱废气压力超过规定值，会使增压器回油管路内压力升高，回油不畅而造成密封环漏油。应经常检查曲轴箱的通风状态，以及下排气管路是否畅通。2.1.4空气滤清器阻塞或进气不畅发动机长期使用后，空气滤清器滤芯会因积尘过多而造成阻塞，或进气胶管过软吸瘪造成进气不畅等，从而导致压气机进气负压太高，叶轮的轮背处会出现因负压太高造成的密封环漏油，因此要定期检查保养空气滤清器及进气胶管，使滤芯不阻塞，胶管通畅，保持正常的供气状态。2.1.5密封环磨损或失效长期不更换机油，使机油中的杂质太多起研磨料的作用，致使密封环加剧磨损、变薄，逐步失去封气、封油作用而导致漏油。2.2浮动轴承的磨损浮动轴承磨损是造成增压器漏油最常见的故障之一。发生此类故障后，轴承与轴之间间隙过大，油膜失稳，承载能力下降，转子轴系振动加剧，破坏了动平衡。过大的旋转半径使两端密封破坏，严重时可能使整台增压器损坏。出现这种故障主要有以下原因。2.2.1未按说明书使用增压器机油发动机增压后其热负荷和机械负荷大幅度增加，工作温度非常高，从而使机油的温度升高，粘度下降，承载能力下降，而增压器的转速高出发动机的转速近40倍，增压器轴承处的温度远远高于发动机曲轴处的温度。因此必须按说明书的指示正确使用增压器机油。2.2.2机油清洁度太差如前所述，机油中含有太多的杂质会加速轴承和轴的磨损，在维修中经常发现发动机油底壳中机油变黑、变稀，甚至成黑泥状，这样的机油如继续使用毫无疑问会使轴承在短时间内因磨损报废。2.2.3缺油干磨增压器的机油来自发动机机油泵，若机油阀企业泵工作不正常，造成供油不足或油压过低，以及进油管路变形、阻塞，出现裂纹等现象导致机油供应量不足，均能使增压器轴承和轴因润滑不良而损坏。在维修中经常发现有的轴承及轴有明显的干摩擦痕迹，严重时会见到烧成蓝色的现象。所以应经常检查进油管路，出现问题及时排除。增压器机油进口压力应大于0.2MPa才能保证机油的供油量及轴承等旋转件的正常润滑。此外在检查增压器转子时，若轴向间隙过大，则表明止推轴承磨损过大，若径向间隙过大，则说明浮动轴承磨损过大。2.3涡轮或压气机叶轮损坏2.3.1发动机排气管中进入金属物增压器在正常高速运转中，若发动机排气管排出螺母、螺钉之类的金属物，必然造成涡轮叶片的损坏，严重时还能将涡轮壳击坏，同样压气机叶轮片碰到这种情况也会损坏，如果叶轮片损坏了，那么转子的动平衡立即被破坏，增压器转子轴系振动加剧，增压器就不能继续使用了。在使用中如听到异响应立即停车检查，以防止掉下的压气机叶片碎块进入发动机的气缸中，造成严重事故。2.3.2未按要求使用空气滤清器或进气管道密封不严在沙漠地区或作业环境恶劣的地区使用增压发动机，细沙尘经空气滤清器或管路中的缝隙进入增压器，能导致增压器叶轮进气口处的叶片均匀磨损，使增压器的增压效果降低，严重时能破坏转子的平衡，因此应经常对进气管路及空滤器进行检查和保养，及时更换滤芯，紧固管道接口，以减少此类故障的发生。2.3.3未及时清除油泥增压器长期使用后，空气中的粉尘会与油雾结成油泥，逐渐聚集在增压器壳进口的通道上，使叶轮与壳体无间隙，或叶片与增压器壳接触而产生摩擦，引起增压器转子轴系的振动，加剧轴系的磨损，故应经常检查及时清除油泥。2.3.4排气温度过高由于增压器发动机燃油系统发生故障，如供油延迟，供油量过大或排气门漏气等现象，都能导致排气温度过高，进而使涡轮进口处的叶片烧损变形。排气温度过高还能使涡轮端密封处机油炭化，以及涡轮端轴承处局部过热，造成密封和轴承过早失效。3增压器的正确使用由于增压器安装在发动机的排气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增压器在工作时转子的转速非常高，可达到每分钟十几万转，如此高的转速和温度使得常见的滚针或滚珠轴承无法正常工作，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，由机油来进行润滑、冷却。所以针对这种结构原理，在使用这种发动机时应注意一些问题：1)停机时间过长或在冬季，以及更换增压器时，均须预先润滑增压器。2)发动机启动后应怠速运转35min，使润滑油达到一定的工作温度和压力，以免突然增加负荷时因轴承无油而加速磨损，甚至卡死。3)车辆停车时不要立即熄火，应怠速运转35min，以使增压器转子的温度和转速逐渐下降。立即熄火会使机油丧失压力，转子靠惯性转动且得不到润滑而损坏。4)经常检查机油油量，避免因缺少机油而导致轴承失效及转动件卡死。5)定期更换机油及机滤，因全浮动轴承对润滑油的要求很高，应使用厂家规定牌号机油。6)定期清洗更换空气滤芯，空滤过脏会造成进气阻力增加，使发动机功率下降。7)经常检查进气系统的密闭性，漏气会使灰尘吸入增压器及发动机，损坏增压器和发动机。8)旁通阀执行器总成压力设定和校验是在专门设定/检验机构上进行的，客户和其他人员不能随意变动。9)由于涡轮增压器转子轴承精密度很高，维修及安装时的工作环境要求很严格，所以增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修。总之，只有熟悉柴油机废气涡轮增压器的作用及工作原理，并对它进行正确的使用和维护，及时发现并排除使用中的常见故障，才能避免其早期磨损，以发挥它的良好使用性能；用户一定要严格地按照使用说明书的要求进行正确操作，尽可能地发挥润滑油的三大作用(润滑、去污、冷却)，尽量避免出现人为的、不必要的故障而使增压器损坏与报废，从而保证增压器应有的使用寿命。