渦輪增壓器發動機進排氣系統故障診斷與保養

張赤軍,劉二豐

(秦港股份有限公司流機分公司機械三隊,河北 秦皇島 066002)

帶渦輪增壓器發動機進排氣系統比自然吸氣式的發動機多了個廢氣渦輪增壓.它利用排出廢氣的能量驅動渦輪高速旋轉,帶動與渦輪同軸的壓氣機葉輪高速旋轉,從而使空氣壓縮后才進柴油機氣缸,增加了柴油機進氣量,可供更多的燃油完全燃燒,進一步提高柴油機的功率.該種發動機進排氣系統出現故障時往往車輛行走緩慢,尤其是在爬坡過程中發動機噪音明顯增大,排煙量大大增加,行走無力,大大降低了車輛的工作性.當出現該現象時,往往與渦輪增壓器有關聯.

1 廢氣渦輪增壓器工作原理

廢氣渦輪增壓器的工作原理見圖1[1].渦輪增壓器渦輪3直接與排氣管1相連接,在排氣的同時通過轉子軸5帶動壓氣機葉輪8高速旋轉,從而將空氣吸入壓氣機殼9,壓氣機葉輪8將空氣速度和壓力增加,并進入擴壓器7,再通過斷面由小到大的環形壓氣機殼9使空氣壓力進一步升高,使得更多的空氣進入汽缸,以和較多的燃油混合燃燒,保證發動機的大功率.

2 故障發生的起因分析

2.1 進氣沖程中的阻力問題

送入汽缸的空氣必須保持清潔,這是保持發動機良好性能所必需的.因為吸入灰塵和污垢后會損壞發動機汽缸,并且導致渦輪增壓器以及氣門桿和氣門導管的磨損和損壞,從而影響發動機的效率,累積的碎屑還可能傷及渦輪增壓器的葉片,最終導致渦輪增壓器報廢.

圖1 廢氣渦輪增壓器工作原理示意圖

進氣通道中的阻力會導致煙量過大和功率降低[2].所以判斷故障的第一步是正確保養空氣濾清器.這樣才能及時有效地過濾進氣中的臟物.隨著濾清器的變臟,進氣阻力將增加,因此一定要正確保養好空氣濾清器.在發動機額定功率和轉速下,空氣阻力達到極限時應當更換空氣濾清器.對于渦輪增壓式發動機應在渦輪增壓器前測量阻力,一般的工程機械的空氣阻力都應當在4 kPa以下.當超出這個范圍時,就應當更換空氣濾清器.

2.2 進氣排氣泄漏

由于松動的管接頭、跨接管或者進氣歧管開裂而使得壓縮空氣泄漏,導致帶有渦輪增壓器的發動機排氣煙量過多和功率下降,同時伴隨著噪聲.對裂紋和松動接頭除了目測外,也可以用肥皂水涂在可能泄漏的部位,如各種接頭和密封表面上,以便檢查泄漏.

2.3 渦輪增壓器故障

1)渦輪增壓器功能失調.渦輪增壓器內部零部件出現故障會降低其效率,也會引起過量排煙并降低輸出功率.軸承故障會造成磨損而降低轉子總成轉速,另外,損壞的軸承也會使轉子總成葉片摩擦外殼,降低轉子總成的轉速.增壓器廢氣穩壓功能故障或者廢氣穩壓調整錯誤,會造成增壓壓力過高或過低.過高會導致發動機損壞,過低則造成排氣過多和輸出功率下降.

2)機油消耗和泄漏.機油用來潤滑和冷卻渦輪增壓器軸承.機油通過發動機操作壓力經供油管道送到渦輪增壓器,并通過連接到渦輪增壓器底部的回油管流回油底殼.渦輪增壓器轉子兩端都使用了密封環,該密封環可能在非正常使用條件下泄漏.此外,如果進氣和排氣阻力過高會造成壓氣機和渦輪殼之間形成負壓,機油也會從密封處泄漏.

檢查機油是否從密封處泄漏應當拆下排氣管和空氣跨接管,并檢查渦輪機殼和跨接管中是否存有機油.

3)渦輪增壓器噪聲.渦輪增壓器高速運轉,會發出“變調”聲音.這種噪聲會根據發動機轉速和負荷略有不同,這種噪音由于轉子總成切割空氣造成的.因此,發動機轉速越高聲音越大.在拆卸渦輪增壓器前,檢查噪聲故障是否由進排氣活塞泄漏引起.松開渦輪增壓器安裝支架,檢查排氣歧管密封墊是否泄漏以及排氣觀眾是否有裂縫.如果發動機低速運轉時,噪聲降低或者出現咔噠聲,這可能表示系統中有碎屑或者轉子總成觸到殼體上.

密封裝置失效,特別是壓氣機端O形密封圈失去應有的封油作用,直接導致向壓氣機殼內泄漏潤滑油而損壞,同時,機油泄漏到渦殼內形成積炭,影響轉子正常運轉.

另外,活塞環斷裂或磨損造成燃氣下竄到曲軸箱,曲軸箱通風管阻塞也會使油底殼的壓力增高,兩端流動,最終造成漏油[3].

3 進排氣系統的保養

3.1 空氣濾清器的保養與維護[4-5]

要保證進排氣系統的正常運行首先要保證該系統的密封性,并且按規定定期清洗和更換空氣濾清器.

現代汽車多采用紙質空氣濾清器,該種濾清器效率高,透過率低,能有效延長發動機使用壽命.空氣濾清器一般包含內芯和外芯兩層.空氣濾清器在車輛運行5000 km左右要除塵一次.工程機械空氣濾清器要150個工作臺時左右除塵一次外芯.當內芯有較為明顯的塵土和雜質時要連同內芯一同更換.

3.2 渦輪增壓器的保養

1)渦輪增壓器的保養對進排氣系統尤為重要.要選用合適得發動機油,機油必須具備防高溫、防腐蝕和抗氧化的功能.工程機械一般均采用 15W-40,CF-4級別以上的潤滑油.按臺時或者里程數定期更換潤滑油.

2)定期檢查渦輪增壓器殼體的固定螺絲、支架螺栓、連接管路是否緊固可靠,有無脫落和裂痕,如有異常立刻解決.

3)每次啟動發動機應當怠速運轉1～2 min,使潤滑油達到一定的溫度和壓力,才能更好的避免軸承無油狀態導致的加速磨損.完工后不要突然停機要怠速空轉1～2 min再停機.

4 結束語

綜上所述乃筆者多年對發動機進排氣系統維修經歷總結出來的判斷分析和總結.對車輛發動機進排氣系統的維修和保養有一定的借鑒作用.日常生活和工作中,要合理操作,正確保養機械設備,準確判斷、及時維修,控制故障的擴大,提高維修效率,節約維修資金.

[1]宋 森,宋璟楊.初級汽車修理工自學讀本(第四版)[M].北京:金盾出版社,1995:486-498.

[2]孫麗慧.發動機進氣系統控制技術[J].工程機械與維修,2010(9):178-179.

[3]劉慶軒.汽車修理基本技術指南(第二版)[M].北京:金盾出版社,1998:189-214.

[4]陳家瑞.汽車構造[M].北京:人民交通出版社,1993:56-185.

[5]魏琬華,胡興烈.汽車柴油機結構原理與維修[M].北京:國防工業出版社,1998:156-165.