淺析渦輪增壓燒機(jī)油故障

齊 偉

（蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215000）

1 故障描述

渦輪增壓器故障導(dǎo)致機(jī)油缺少。

2 問題分析

2.1 渦輪增壓損耗機(jī)油通常有以下幾個(gè)癥狀（圖1）

行駛2000-3000公里左右能明顯感覺到機(jī)油在缺少，冷卻液無缺少；

節(jié)氣門與中冷器的軟管及壓氣機(jī)端管路內(nèi)有較多機(jī)油；

三元催化拆卸后廢氣渦輪端有明顯膠質(zhì)積碳，急加油門排氣管可能有藍(lán)煙。

圖1 增壓器損耗機(jī)油癥狀

2.2 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)易燒機(jī)油原因

渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)指的是配備渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就會(huì)壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率了。渦輪增壓器在汽車中的連接方式如圖 2，渦輪增壓裝置主要是由渦輪室和增壓器組成。首先是渦輪室的進(jìn)氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管相連，排氣口則接在排氣管上。然后增壓器的進(jìn)氣口與空氣濾清器管道相連，排氣口接在進(jìn)氣歧管上，最后渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內(nèi)，二者同軸剛性聯(lián)接。

圖2 渦輪增壓器在汽車中的連接方式

使用渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體溫度以及燃燒室的壓力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這就影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，目前，汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體材料主要有兩種，一種是鑄鐵，一種為鋁合金。無論使用何種材料，都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。比如，鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)雖然膨脹率較小，但重量較重，導(dǎo)熱散熱性要比鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)差。而鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)雖然重量輕，導(dǎo)熱散熱性好，但膨脹系數(shù)要比鑄鐵材料高。尤其現(xiàn)在不少發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了鋁合金缸體和其他部件，這就要求設(shè)計(jì)和制造過程中為各部件之間預(yù)留出一些縫隙，例如活塞和氣缸之間，以免高溫膨脹后導(dǎo)致縫隙過小。這種做法帶來的弊端就是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在水溫以及發(fā)動(dòng)機(jī)溫度都還比較低的情況下，會(huì)有一少部分的機(jī)油通過這些縫隙流進(jìn)燃燒室，也就是造成了燒機(jī)油的情況。使用相同粘度機(jī)油的情況下，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)有更多的機(jī)油油氣竄進(jìn)燃燒室。

此外，增壓器的設(shè)計(jì)方面的原因也會(huì)導(dǎo)致漏油。圖3中左邊箭頭代表壓縮機(jī)葉輪后壓力的方向，右邊的箭頭表示機(jī)油泄漏的途徑。這個(gè)箭頭來自于渦輪增壓器中間體的進(jìn)油口，機(jī)油就是從這里送進(jìn)增壓器中間體然后潤滑軸承和冷卻增壓器的。因?yàn)樵鰤浩鬓D(zhuǎn)速非常高，所以軸與機(jī)體之間的密封不能使用接觸密封。一般增壓器都是使用了壓力密封。在兩個(gè)箭頭的相交的地方你可以看到下面有兩個(gè)棕黃色的點(diǎn)，那兩個(gè)點(diǎn)就是用來密封的“活塞環(huán)”。環(huán)外側(cè)漲緊在中間體的“insert”上，insert本身是靜止的；環(huán)內(nèi)側(cè)那個(gè)藍(lán)色的部件叫“flinger sleeve”，這個(gè)零件本身是隨葉輪和軸一起旋轉(zhuǎn)的。那么渦輪增壓器的密封就是靠壓縮機(jī)葉輪背后的壓力來“頂住”活塞環(huán)后面機(jī)油的壓力。一旦頂不住，那就漏油，當(dāng)然漏油量不是很大，但是長時(shí)間漏，積少成多，量還是很驚人的。同理，渦輪端也會(huì)有同樣的漏油情況。下圖中的結(jié)構(gòu)對(duì)漏油而言還算比較可靠的設(shè)計(jì)，因?yàn)槟憧梢钥吹竭@里有兩道活塞環(huán)。一般增壓器由于尺寸和設(shè)計(jì)（轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)等）的限制，只有一道活塞環(huán)，漏油的可能性更高。

圖3 渦輪增壓器葉輪端剖面示意圖

一旦葉輪背后的壓力小于機(jī)油壓力，就有漏油的風(fēng)險(xiǎn)。那么什么時(shí)候會(huì)產(chǎn)生上述風(fēng)險(xiǎn)呢：

1）高速低負(fù)荷：比如下坡，在檔位上，松開油門，發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖，此時(shí)葉輪背后是負(fù)壓，而油泵流量壓力是跟發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的，此時(shí)高油壓會(huì)導(dǎo)致漏油風(fēng)險(xiǎn)。

2）長時(shí)間怠速：增壓發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，超過20 min將可能造成渦輪增壓器漏油。這是因?yàn)樵鰤浩魅~輪軸承部位的溫度很高，廢氣端近千度，機(jī)油密封不是有橡膠油封，而是用的有彈性的開口金屬環(huán)。在非怠速狀態(tài)下，進(jìn)氣管里是正壓力，可阻止機(jī)油在密封環(huán)的開口處和軸向部位往外滲漏，但在怠速狀態(tài)下，進(jìn)氣管里是負(fù)壓力，這樣時(shí)間久了就會(huì)把機(jī)油從密封環(huán)的開口處和軸向部位吸出來，進(jìn)到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒掉，輕則機(jī)油損耗過快，重則使渦輪增壓器損壞。

此外油氣分離器的工藝問題也會(huì)導(dǎo)致燒機(jī)油。

發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮沖程和做功沖程時(shí)，缸內(nèi)的氣壓值會(huì)急劇上升，這個(gè)時(shí)候，氣體就會(huì)因?yàn)閴毫^大而往氣壓低的地方竄，會(huì)竄到哪里去呢？這兩個(gè)沖程時(shí)，氣門是關(guān)閉的，那只能經(jīng)過活塞環(huán)的間隙竄入曲軸箱。為了平衡壓力，同時(shí)延長機(jī)油使用時(shí)間（曲軸箱里面溫度太高機(jī)油容易老化），另外還有提升排放方面的考慮，曲軸箱通風(fēng)設(shè)備就把曲軸箱內(nèi)的混合氣引入到燃燒室。但是通風(fēng)的同時(shí)，很多機(jī)油蒸汽就和混合氣混合一起。但機(jī)油不能進(jìn)入燃燒室啊，所以得把它與混合氣分開，所以在曲軸通風(fēng)裝置末端加了個(gè)油氣分離器。理論上來說，油氣分離之后，機(jī)油回流到缸蓋的油路，最后回歸油底殼，而混合氣送入燃燒室，繼續(xù)燃燒做功。但可惜的是，現(xiàn)今的工藝，油氣分離器不可能把機(jī)油完全分離出來，部分機(jī)油蒸汽就跟著混合氣進(jìn)了燃燒室一起燒掉了，而渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)油氣分離器的材質(zhì)、設(shè)計(jì)要求更高，這樣相對(duì)來說渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)就更容易燒機(jī)油了。

3 預(yù)防措施

要想讓帶有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能地不燒機(jī)油，不妨要做到以下幾點(diǎn)：

3.1 保持渦輪增壓器的清潔

首先要保證發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油濾清器的清潔，防止灰塵等雜質(zhì)進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的增壓器葉輪，灰塵顆?？赡軙?huì)打壞增壓器葉片，造成轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、軸套和密封件磨損加劇。

3.2 使用高品質(zhì)的全合成或半合成機(jī)油和更細(xì)密空氣濾芯

高品質(zhì)的機(jī)油不僅有更好的潤滑作用，更重要的作用就是清潔和保護(hù)功能。由于渦輪增壓器的葉輪軸軸承是靠機(jī)油來潤滑和散熱的，潤滑油的品質(zhì)是提高增壓器使用壽命的關(guān)鍵。一般維修站都用廠家提供的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)專用機(jī)油，如在非維修站換油的話，機(jī)油等級(jí)不能低于5W-30。更換機(jī)油時(shí)必須更換優(yōu)質(zhì)的機(jī)油濾芯和空濾器，機(jī)油濾清器最好用全流式紙質(zhì)濾芯，濾紙網(wǎng)孔不能大于30微米。在兩次保養(yǎng)之間，如果環(huán)境灰塵較多，建議中間清潔一次空氣濾芯。

3.3 車輛啟動(dòng)后避免發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)

發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪增壓器都需要機(jī)油來保護(hù)，冷車啟動(dòng)后機(jī)油潤滑不佳，如果讓發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓器都高速運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)造成比較大的磨損。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后不要立即加負(fù)荷使發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3-5 min ，以保證增壓器能良好潤滑。因?yàn)橥７艜r(shí)機(jī)油由于重力的作用會(huì)慢慢下沉，使增壓器的軸承油膜稀薄，讓機(jī)油的工作狀態(tài)恢復(fù)正常后再加大油門。這一點(diǎn)尤其在冬天更要注意。

3.4 定期檢查渦輪增壓器的密封環(huán)

在進(jìn)行車輛保養(yǎng)時(shí)，一定不要忽略檢查渦輪增壓器。包括檢查渦輪增壓器的密封環(huán)的密封性、潤滑油管和接頭處是否滲油、渦輪增壓器有沒有異響和不正常的震動(dòng)等。渦輪增壓器比較昂貴，出現(xiàn)隱患之后會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障，不要疏忽檢查造成丟西瓜撿芝麻。

4 維修建議

在維修發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油缺少問題時(shí)按以下步驟逐步進(jìn)行檢查：

（1）檢查機(jī)油尺狀態(tài)，了解機(jī)油缺少情況及冷卻液是否有變化；

（2）拆卸火花塞檢查火花塞及各缸內(nèi)積碳情況是否個(gè)別缸有異常；

（3）對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)缸分別進(jìn)行缸壓測量；

（4）如果發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓異常，仔細(xì)檢查油底殼內(nèi)放出的機(jī)油情況，看機(jī)油內(nèi)是否有金屬異物；

（5）如果發(fā)動(dòng)機(jī)無異常，再拆卸與增壓器壓氣機(jī)端連接的管路來檢查增壓器轉(zhuǎn)子軸向是否有竄動(dòng)，竄動(dòng)間隙且不能大于0.3mm。