1 涡轮增压器的结构原理及技术特点
1.1 结构
涡轮增压器实际上是一种利用发动机发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵,从结构上主要分为涡轮、压气机和中间体三个部分;涡轮部分由涡轮和涡轮壳组成,废气进入涡轮室推动涡轮高速转动。压气机部分由叶轮和压气机壳组成,由于叶轮与涡轮同轴连接,叶轮随涡轮转动压缩空气进入进气管道。中间体是承载涡轮增压器的机构,也是提供润滑冷却的装置,其内部由密封环、油封、只推片等构成一个密封体统,其作用是防止空气或废气窜入中间体,防止中间体润滑油进入压气壳和涡轮壳。涡轮增压器的涡轮壳进口与发动机机排气管连接,涡轮壳出口则接在排气总管上;而压气机进口与空气滤清器连接,压气机出口则接在柴油机进气歧管上,二者由中间体同轴联接。
1.2 原理
当发动机运转时,气缸排出的废气在惯性冲力作用下推动增压器涡轮转动,由于涡轮与压气机叶轮同轴相连,涡轮带动叶轮转动,通过叶轮的高速转动,将空气滤清器送来的空气压缩至常规大气压的2～3倍,使进入气缸的空气量加倍增加,燃料得到更多更充分的燃烧,从而提高发动机功率,减少有害排放。
1.3 技术特点
由于发动机排放的废气惯性冲力很大,通常情况下,压气轮和涡轮在工作中的转速可达到10多万转/min,而且工作温度也可达到500℃～700℃。为保证在高转速情况下转子的有效工作,现时涡轮增压器多采用浮动轴承系统。利用从柴油发动机主油道流出带有压力的润滑油,经进油孔进入增压器的油道,浮动轴承在润滑油的压力和转子轴的旋转作用下,在它的内外表面形成了承载油膜,使转子轴以及轴承座在非接触状态下工作,而且由于浮动轴承的转动,降低了轴、浮动轴承、轴承座之间的相对转速,这样既保证了在高转速下的正常工作,又延长了使用寿命。还有,为防止高温损坏增压器的其它零件,润滑油还向增压器的涡轮端提供有效冷却,带走大量的热能,最后润滑油由冷却部位和润滑部位流出并从回油孔返回发动机曲轴箱。另外,为防止柴油发动机全负荷运转时增压压力过高,使柴油发动机汽缸爆发压力超过限值,影响发动机、增压器的可靠性,因此,目前涡轮增压器普遍都带有旁通阀,它是当增压器压力超过设定值时,通过压气集储器推动调节杆打开旁通阀门将部分压力废气放掉,以控制涡轮转速,从而控制增压压力,保证柴油发动机正常运转。
2 涡轮增压器的常见故障及原因分析
2.1 增压器在运转中振动并发出异响故障分析
产生原因一是有杂物经破损的管道进入增压器碰刷叶轮引起;二是增压器涡轮或叶轮因损坏变形后碰撞壳体所致;三是浮动轴承或转子轴磨损严重,动平衡失调,引致增压器振动及异响。一般出现此故障时,可打开压气壳的进气端,检查叶轮是否与壳体相擦,叶轮是否损坏、转动是否灵活。
2.2 压气机喘振故障分析
主要是进气系统堵塞,如空气滤清器堵塞和进气管道变形等,使涡轮增压器压缩的空气量不足,增压后的空气压力产生较大的下降和波动,造成压气机喘振,应重点检查进气系统。
2.3 增压压力下降故障分析
一般情况下,柴油发动机在额定转速时,增压器转子的转速高达7～10万转/min钟,使增压压力达到额定值。当增压压力降低时,柴油发动机进气量减少,功率下降,油耗增加,因此,发现增压压力降低10%时,要及时检查,如空气滤芯堵塞、轴承磨损、涡轮或泵轮叶片变形,或损坏、进气道胶管破裂或松脱等都会使转子转速下降,增压压力也随之下降。
2.4 涡轮端或压气轮端漏油故障分析
废气涡轮增压器采用发动机提供的润滑油提供内部的润滑及冷却,为不使机油泄漏,在浮动轴承两端设置有密封环。当转子轴磨损或轴承径向间隙(1)过大时,该密封环将失去密封作用,使涡轮端或压气轮端漏油。压气轮端漏油严重时,进气通道、中冷器、进气支管内存有大量机油,引起机油消耗增加、烧机油、冒蓝烟等故障;而涡轮端漏油严重时,使排气管、消声器存有大量油污,增大排气阻力,使动力下降。严重时,使用排气制动柴油发动机会出现向外喷机油的现象。
2.5 转子轴与轴承烧伤或损坏故障分析
此故障原因一是机油质量差或油量不足,二是由于操作不当引起,如柴油发动机突然熄火,此刻机油泵立即停止工作,机油停止循环,而增压器的转子因惯性仍然继续高速旋转,此刻转子轴与轴承处于半干摩擦甚至干摩擦状态,残留在机油管的机油温度升高,油膜变薄、烧焦,使轴承和转子轴过快磨损。又如刚启动发动机后立即满负荷运行,发动机润滑油还没循环到增压器润滑,增压器已经高速运转,转子轴与轴承处于干摩擦状态,造成转子轴与轴承损坏。由于涡轮增压器属于发动机的一个部件,出现故障时应结合发动机进行诊断和排除,如检查发动机有否损坏,润滑油供应是否正常等,结合上述故障分析才能彻底排除故障。
3 使用涡轮增压器的注意事项
3.1 定期清洗更换空气滤芯
空气滤芯脏污会形成进气阻力,使进气量减少,发动机功率下降。
3.2 定期更换机油及机油滤清器
由于增压器采用浮动轴承对润滑油要求较高,应使用符合厂家规定或CD级以上润滑油,以及更换符合厂家规定的机油滤清器,切勿使用伪劣产品
3.3发动机启动后必须怠速运行3 m i n～5min,因为开机时增压器轴承未形成一定油压就加速运行,容易损坏增压器轴承。
3.4停机前必须怠速运行3min～5min,如果发动机高速运行时突然停机,机油停止流动,而转子因惯性仍然继续高速旋转,形成干摩擦,容易造成损坏,而且转子总成的高温无法散离,容易使轴承积炭烧结
3.5柴油机怠速运行时间尽量不要超过2 0 m i n,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
3.6 应经常检查发动机机油油量,避免因缺少机油造成事故
3.7 应经常检查进气管道的密封性,因进气管道漏气使杂物进入,会造成增压器和发动机损坏
3.8 应经常检查增压器端有否漏油
4 结语
综上所述,造成涡轮增压器故障主要原因是润滑问题、进气密封问题和使用保养不当,因此,用户在使用带涡轮增压器柴油车时,应遵守厂家的技术要求,经常检查增压器运转情况,如发现故障要及时处理,确保增压器安全使用。只有涡轮增压器处于正常的工作状况,发动机的动力性和燃油经济性才得到有效提高,用户才能得到最大的经济效益。
摘要：本文通过介绍柴油车涡轮增压器的结构原理,分析涡轮增压器的常见故障和原因,提出正确使用涡轮增压器的注意事项,帮助用户更好地了解和使用涡轮增压器,减少故障发生,提高经济效益。
关键词：涡轮增压器,结构,原理,故障分析
参考文献
[1] 袁玉和.车辆用涡轮增压器[M].北京:国防工业出版社,1990.
[2] 朱大鑫.涡轮增压与涡轮增压器[M].北京:机械工业出版社,1992.