1、浅谈废气涡轮增压器的正确使用及故障诊断摘 要：随着社会的发展，国家对柴油机尾气排放要求是越来越严格，先后出台了相关法规，同时用户对提高柴油机的功率、经济性以及降低使用成本越来越严，为了满足这些要求，柴油机加装废气涡轮增压器，是提高柴油机功率的有效办法之一，因此废气涡轮增压器在柴油机上得到越来越广泛的应用。废气涡轮增压器是一个独立的运动件，它是通过柴油机排出来的废气冲刷着涡轮从而驱动同轴另一端的压气机叶轮高速旋转，迫使进入柴油机气缸内的新鲜空气提高压力，通过压缩从而加大空气密度，达到增加进气量，使柴油机更好更充分地燃烧，以达到提高功率，降低油耗，降低排放的作用。近年来，一些重型载货柴油车上普遍使
2、用了涡轮增压器，但在使用中常发生废气涡轮增压器早期损坏的故障，分析其原因，主要是对增压器的使用，维护不当造成的。现对影响增压器的使用寿命因素，故障和诊断加以分析，并说明使用中的注意事项，意在减少增压器的故障，延长其使用寿命，降低维护费用。关键词：废气涡轮；增压器；故障诊断Abstract: With the development of society, the state diesel emission requirements more stringent, has introduced regulations, while power users to improve the diese
3、l engine, economy and reduce the use of more stringent cost, to meet these requirements, retrofitting diesel engine exhaust gas turbocharger, diesel power is an effective way to improve one, the exhaust gas turbochargers in diesel engines are more widely used. Exhaust gas turbocharger is an independ
4、ent moving parts, it is discharged from diesel engine exhaust through a turbine to drive washing the other side of the compressor impeller coaxial high-speed rotation, forced into the fresh air within the engine cylinder pressure increased by compression to increase the air density, to increase the
5、gas flow, to make better and more fully combustion engine to achieve the increased power, lower fuel consumption, lower emissions role. In recent years, a number of heavy cargo vehicles generally use diesel turbocharger, but often occur in the use of early damage of turbocharger failure, analyze the
6、 causes, mainly for the use of turbochargers, caused by improper maintenance. Is on factors affecting the life of the turbocharger, failure and diagnostics to analyze and explain the use of precautions, intended to reduce the turbocharger failure, prolong life, reduce maintenance costs. Keywords: ga
7、s turbine; turbocharger; fault diagnosis序言： 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
8、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。1 废气涡轮增压器的基本知识及工作原理 涡轮增压器是用来提高发动机功率和减少排放的重要部件。涡轮增压器本身不是一种动力源，它利用发动机排气中的剩余能量来工作，其作用是向发动机提供更多的压缩空气。它利用发动机排出的废气能量，驱动涡轮高速旋转，带动与涡轮
9、同轴的压气机叶轮高速旋转，压力机将空气压缩进入发动机气缸，增加了发动机的充气量，可供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率，降低了燃油的消耗，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中有害物质的排放，还可降低噪音。 柴油机经过增压以后性能发生了变化，它使柴油机的功率大大得到提高，增压后发动机的功率可提高 20%40%左右，以 WD615 机为例，使发动机的机械效率提高，增压后发动机的辅助系统消耗的功增加很少，虽然因为爆发压力大，各摩擦表面上的摩擦损失有所增加，但发动机功率增加较多，机械效率提高了近 8%左右。燃油消耗降低，增压后进气压力增高，燃烧条件改善，机械效率提高，油耗降低，发动机单位功率质
10、量大大降低，但发动机经增压后也带来了新的问题，如：使发动机的机械负荷增加，发动机的热负荷增加等等。 2 影响增压器使用寿命的因素 使用中我们发现，增压器的损坏和磨损总是在柴油机及其附近出现故障之后发生，柴油机的许多不正常工况都会引起增压器的损坏。增压器出现故障，40%是由于润滑不良造成的，40%是由于外界杂物通过增压器所造成的， 20%是其它原因引起的。 2.1 润滑油。润滑油用来润滑冷却增压器，但当增压器正常工作时，其转轴转速高达每分钟几万转到十几万转，润滑油被打成泡沫状，其冷却和润滑性能下降，因此润滑系统必须保证能提供充足的润滑油。若当 600左右的高温废气通过涡轮室时，轴承座得不到足够的
11、润滑和冷却，润滑油将在其环形油道壁上结焦，逐渐堵塞油道。 润滑油如果不清洁，也会很快损坏增压器内部零件。如含有灰尘、泥状沉淀物和金属微粒的润滑油会迅速破坏各零件的配合间隙，刮伤和磨损轴承表面。这些都将会引起涡轮轴转动阻力增大和失掉平衡，使轴的转速下降，导致柴油机的功率损失增大，且转动不平衡将很快导致增压器零件的损坏。 如果润滑油的质量等级老化，油中的各种添加剂不能满足增压柴油机大负荷工作的润滑要求，润滑油将会加速氧化变质，也会加剧柴油机和增压器零件的磨损。 柴油机的起动、熄火的操作方法不正确也将严重影响增压器的寿命。如果柴油机起动后，就立即将转速升得很高，润滑油不能及时到达增压器轴承而加速磨损
12、。柴油机熄火后，若不首先使增压器冷却降温，而且突然熄火，停止向增压器供给机油，会导致增压器内部零件过热，轴承油道中的机油炭化阻塞油道，将有轴承被咬死的危险。 密封环泄露引起的涡轮后部积炭，将使旋转零件转动发涩，而损失功率。旋转零件的不平衡是引起密封环泄露的一个重要原因。曲轴通气孔或增压器回油管堵塞或阻力过大，也能引起密封环泄露。2.2 进气系统。增压器工作的好坏也依赖于进气系统，只有供给充足、干净的空气才能保证增压器长期无故障工作，使寿命延长。所以应定期检查所有进气管接头和软管的密封性，防止漏气。如果压气机到柴油机进气管漏气，充气量减少，将导致柴油机冒黑烟。当有较大颗粒的灰尘或沙子进入压气机会
13、立刻损坏增压器。较小的颗粒也会使工作轮叶片弯曲或被割削，并使其失去平衡，引起轴承和密封环的磨损加剧。不平衡的旋转件与轴承发生碰撞时，使轴承上的油道逐渐缩小，导致润滑不良。随着轴承的磨损，配合间隙增大，使压气机或涡轮机的工作轮叶片打击壳体，这种故障的信号是噪音比平常增大很多。 进气系统的进气阻力应很小，如果空气滤清器堵塞，进气阻力增大，充气量减少，增大功率损失，同时，压气机一侧的密封环将会由于压力差太大而泄露，引起润滑油消耗量过大，这种故障的标志是在压气机工作轮叶片后面出现一层暗色的润滑油膜。 2.3 排放的废气。废气中很小的颗粒进入涡轮机，与颗粒进入压气机后果一样，将导致增压器的损坏。 柴油机
14、燃油供油量过大，进气阻力大，会使燃烧室内可燃混合气过浓而引起废气过热，造成涡轮机壳体和油道过热，废气从排气管到涡轮室的通道泄露会降低涡轮机涡轮的转速，增加冒烟，也会使涡轮机壳体过热。这些都会导致涡轮室内积炭及涡轮叶片的腐蚀。 润滑油压力过高，润滑油将通过密封环渗入涡轮机也会造成涡轮室积炭。 3 废气涡轮增压器使用注意事项 废气涡轮增压器经常处于高温下工作，进入废气涡轮端的温度在 600左右。增压器转子以每分钟几万转到十几万转的高速旋转，为了保证增压器的正常工作，使用中应注意以下几点： （1）使用正确牌号的润滑油，并定期更换。对涡轮增压柴油机至少应使用 CD 级增压机油。 （2）发动机发动以后，
15、特别是在冬季，发动机点火后，应怠速运转几分钟，千万不能轰油门，以防止损坏增压器油封。 （3）熄火前，发动机也应怠速运转几分钟，让发动机、增压器转子的转速降下来以后再熄火，以防止猛轰油门，增压器转速很高，突然熄火，机油泵不打油，增压器转子仍在高速惯性运转，干磨损坏轴承。 （4）由于经常处于高温下运转，到增压器的润滑油管线由于高温，内部机油容易有部分的结焦，这样会造成增压器轴承的润滑不足而损坏。 （5）检修发动机时，应注意千万不能让杂物进入增压器，以防损坏转子。 （6）WD615 机经增压后，空气进入中冷器，有几道橡胶管连线，要求在出车前、修车中检查其连接情况，防止松动、脱落，以免造成增压器失效和
16、空气短路进缸。 （7）禁止柴油机长时间急速运转（一般不超过 5min）因怠速时机油油压较低，不利于增压器的润滑，容易使轴承过早磨损。 4 废气涡轮增压器常见的故障及排除 增压器出现故障，不要匆忙的更换增压器，应该寻找和判断故障原因和部位，并尽可能地加以排除。这样可以避免换上增压器后同样的故障重复出现。4.1 压气机喘振。如果增压器在工作过程中向气缸内输送空气量不足，空气压力将产生极大的波动，在压气机端发出异响，如气喘的响声，这就是喘振。由于喘振，发动机工作不平稳，功率下降，排气冒黑烟。 产生喘振的原因是进气系统堵塞，如空气滤清器滤芯严重阻塞，进气管内油污太多阻塞。增压器的喷嘴环流通道发生变形也
17、会造成喘振。最好是每次二级保养更换空气滤芯，车运行十万公里左右，清洗进气通道。 4.2 增压器在运转中发出杂音，发出金属的撞击，摩擦声、或者产生振动，是增压器转子和涡壳之间发生了变化，应拆卸转子检修、调整。 4.3 增压器在运转中出现了强烈的震动。这是由于转子组不平衡，轴承损坏造成的，应更换轴承及进行转子组的动平衡校验。 4.4 增压压力下降。该故障的主要原因是进气道堵塞，并进入中冷器的进气道连接软管松脱，破裂造成。 4.5 增压器突然停止运行，发动机功率下降。这是增压器轴承损坏，转子组烧死所致。应更换轴承，如损坏严重应更换增压器总成。油封漏油也应及时检修更换。5 废气涡轮增压器维护保养注意事
18、项5.1 柴油机起动后或停机前必须怠速运行 35 分钟，因为开机时增压器轴承油压未建立就加速运行，此时机油温度低，流动性差，机油压力低，轴承表面的油膜没有形成，容易损坏轴承。如果柴油机高速运行时突然停机，机油泵停止工作，机油压力降为 0，增压器内腔的机油也停止流动，但增压器在转轴的惯性作用下仍在高速旋转，容易因失油而产生干摩擦，增压器转轴摩擦出来的高温无法散走，容易使轴承积炭烧结严重者会造成轴承烧死。5.2 柴油机怠速运行时间尽量不要超过 20 分钟，因为怠速时，增压器叶轮室压力很低，增压器内腔机油压力高，机油容易渗漏入叶轮室。5.3 安装增压器或更换机油或长时间停用的增压器在使用前先用机油灌
19、满增压器内腔，转动转子轴几下，使机油充满轴承系统各部位。5.4 保证增压柴油机足够干净的空气，就必须确保空气滤清器过滤有效，气管路不堵塞，气流顺畅，如果空气滤清器堵塞 、气管路堵塞，增压柴油机会因进气量不足而功率下降并冒较大的黑烟、加速性能差，爬坡无力的现象，增压器压气机室由于压力差太大不会形成负压（当进气压力4kPa） ，会导致机油泄漏，机油消耗量增加，使压气机叶轮背面出现油迹，应认真按使用说明书保养空气滤清器。一般情况下空气滤清器滤芯在使用 3 天就要用4kg 以上压缩空气吹一次，一万公里或一个月就要更换滤芯，以确保进气畅通及进气质量。5.5 正确使用增压柴油机的机油。增压器工作的环境非常
20、恶劣，正常的情况下，它的工作转速高达 10 多万转/分钟，且工作温度在 550 度左右，它对润滑轴承的机油品质要求很高且很严格，既要保证机油在高温情况下粘度不变，流动性能好，又要保证机油压力足够，所以用户必须严格使用说明书使用机油，如玉柴生产的 800#以上机油，在特特殊情况下，也可以使用其实牌号机油，但一定要 CD 级以上的机油。结束语：用户在使用增压器柴油机时，平时要多对柴油机的运转情况进行观察，发现问题及隐患时要及时处理，以确保增压器的安全使用，以保证柴油机的正常工作。同时因每种柴油机所使用的增压器是经过配置来确保柴油机的工作特性的，所以不同型号的增压器是不能互换的，否则将严重影响柴油机
21、的功率、油耗、扭矩、和排放等，甚至会影响整台柴油机工作寿命。因此只有在柴油机都处于正常的情况下，才能创造出良好的经济效益 1 肖永清. 废气涡轮增压器的维护与常见故障J. 商用汽车, 2002, (10) . 2 张虹,马朝臣. 车用涡轮增压器可展直纹面叶片设计方法研究J. 内燃机学报, 2005, (01) . 3 焦高荣,王斌. 柴油机涡轮增压器的结构和原理J. 内燃机, 2007, (03) . 4 赵俊生,马朝臣,胡辽平. 车用涡轮增压器涡轮叶轮减重结构优化 J. 内燃机工程, 2008, (01) . 5 魏名山,何永玲,马朝臣. 可调二级增压系统涡轮级热力学分析J. 内燃机工程,
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