柴油机.废气涡轮增压器

樊文博++李伟

[摘  要]对功率和动力性要求甚高的重型汽车发动机，在设计上追求的是尽可能地提高柴油机单位体积和质量所发生的功率和动力性。目前通过安装废气涡轮增压器来实现。

[关键词]单缸工作容积  燃烧压力  涡轮增压器  燃料消耗率

中图分类号：TK428 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0369-01

在柴油机单缸工作容积不变的情况下，气缸中能良好地进行燃烧的燃油越多，则其发出的动力就越大。但自然吸气的柴油机，由于受进入气缸中空气量的限制，虽然通过各种途径可适当提高其功率，但潜力仍不大。

如若通过提高发动机每分钟转速来提高发动机功率，则会出现随活塞平均速度的提高而充气效率将明显地下降，且随着活塞平均速度和最大燃烧压力的增高，发动机的平均有效背压（机械阻力）也会升高，机械效率降低，从而使发动机功率提高的潜力发挥也受到限制。

如果能增加每一循环进入气缸的空气量，并相应增加喷油量，就可以大幅度地提高发动机的功率，所以，如何增加进气充气量呢？一般来说，是在发动机上要设置增压器。柴油机增压后不仅动力性指标有显著地提高，而且燃料消耗率也有所降低。

目前车用四行程柴油机的增压多采用废气涡轮增压器。其目的是通过废气涡轮驱动压气机进行增压，尽可能地利用废气能量。从而减少了有效功率的损失。柴油机燃烧终了从排气中带走的能量相当于燃油所发生能量的35%～40%。如果使这种排气在涡轮中进一步膨胀并加以利用，约是燃料发出能量的10%可用以驱动涡轮带动压气机实现柴油机增压。

1、废气涡轮增压器的主要故障

废气涡轮增压器在使用过程中，会由于各种因素影响而出现异常现象。这些异常现象的出现必然使发动机性能恶化。但发动机性能发生变化，不见得原因来自增压器，所以一旦发动机性能变化，首先应判断产生的原因是来自发动机本身还是增压器。

无论故障出自哪方面，都必须及早查明原因，采取必要的措施，以免造成重大机械事故。现将其主要故障分析如下：

1.1 柴油机进气压力降低

在发动机工作正常的情况下，柴油机进气压力降低的主要原因有：

（1）压气机进气滤清器堵或沾污 叶轮与叶片扩压器沾污。尤其对小型增压器来说影响最大，必须定期保养，彻底清洗，加强滤清。

（2）增压器内存有较多积炭 使旋转阻力增加，进气压力下降，有时会停止转动。应保证发动机良好的燃烧，减少积炭产生。

（3）柴油机进气管漏气或各接头漏气，造成增压压力下降。

（4）柴油机漏气 气缸磨损严重，窜气量大，因此减少进入涡轮废气量，而使增压压力下降。

（5）中冷器沾污，增加气体流动阻力 使柴油机进气压力下降。以上措施是通过测量中冷器前后的压力差来判定，当压力差超过200毫米汞柱时，就必须拆下来进行清洗。

（6）涡轮排气背压高 排气不畅通（排气管变形，大箱斗排烟道堵塞等），排气涡轮转速升不高，因而增压压力降低。

（7）增压器与中冷器连接胶套开或增压器轴承损坏而造成压力突然下降 发动机冒黑烟，必须停车进行检查处理。

1.2 柴油机进气压力上升

一般来说，进气压力上升的可能性较小，下述原因大多数不是增压器本身所造成的。

（1）排气门关闭不严或吃一洞而造成漏气。

（2）由于发动机喷油正时不当或其它原因造成的补燃期过长 使涡轮热能增加，转速上升，进气压力提高。

（3）燃油系调整不当 柴油机超负荷工作，也会使涡轮增压器超速，引起进气压力上升。

1.3 涡轮增压器产生异常振动

有时涡轮增压器会产生振动现象，其根本原因是由于转子不平衡引起的。不平衡量若超过一定值，还会使轴承上产生过大的交变载荷，缩短其使用寿命。在运转中发生异常振动的原因有：

（1）涡轮动叶片损坏往往由于振动使其产生反复弯曲应力 从而造成疲劳破坏，损坏部位往往在叶根处。

当一片叶片损坏后，将产生很大不平衡量，使增压器产生异常振动。另外，若混入夹杂物，使叶片发生弯曲，断裂，由此产生应力集中，也会发展到疲劳断裂。

急救措施是：将与断裂叶片相对称的那一个叶片切去，暂时获得新的平衡，这样可以继续低速运转。

（2）转子轮上附有部分积炭，引起转子不平衡。

（3）支承零件，如轴承等损坏。

1.4 涡轮增压器发生连续不正常噪音

连续不断发生不正常噪音，大多数是由于转子与壳体相碰撞而造成的。由于各部装配间隙较小，如果安装调整不当或由于轴承磨损而产生碰撞，对此必须拆检和排除。

2、涡轮增压器的使用与维修

2.1 废气涡轮增压器的使用注意事项

废气涡轮增压器的工作特点是在高温和高转速条件下工作。为保证其正常工作，使用时必须注意以下事项：

（1）新启用的或刚维修好的增压器 在使用前先加注润滑油，用手拨转转子，检查有无呆滞现象和不正常声音。

（2）必须保证压气机进气洁净 为此必须加强对空气滤清器的清洗。要保证柴油机正常燃烧，不得让异物进入压气机和涡轮中去。否则，会因异物进入而发生故障。

（3）必须保证涡轮增压器可靠地润滑 润滑油要洁净，油压要正常，油温不过高或不过低。 若不能保证这些条件，轴承磨损加剧很快损坏。

（4）严格控制涡轮进气温度 为此必须按规定调整柴油机燃油系，不得任意改变供油量。

（5）经常听检增压器运转情况 杜绝柴油机大油门运转过程中突然停机，应怠速运转3～5分钟后停机。起动时应保证增压器得到良好的润滑。

（6）各连接管应装配正确 拆检时不得任意变动，并应切实保证连接处可靠地密封。按技术保养规定要求，定期进行拆检和清洗。

2.2 废气涡轮增压器的维修

在发现涡轮增压器出现前述故障时，须拆检的应进行及时拆检，根据损坏情况，进行修理或更换新件，重新装配。既便涡轮增压器是正常运行，在使用2000～2500小时也应进行不解体而在发动机上进行转子轴轴向窜量和径向间隙检测。首先，将进、排气管从增压器上拆下，用千分表触头顶在转子轴上，然后前后推动叶轮。测出其轴向窜动量，该值一般为0.1.～0.30mm，径向间隙是用塞尺检测，径向间隙一般为0.08～0.20mm。若测定值超过上述范围，则应将涡轮增压器从柴油机拆下来，进行维修，或更换新涡轮增压器。

在拆装涡轮增压器前必须掌握所拆增压器的构造，所以应尽量使用专用工具，不得乱敲乱打，凡经整体平衡过的件，拆散时应做记号，以免装配时破坏其平衡性，拆散的零件应妥善存放，以免丢失。

在正常维修中，易损件多为油封坏，密封垫片、止推轴承和浮动轴承等。装配时要保证各部正确的配合间隙，绝不允许漏件或缺件。装配后应检查轴向窜动量，径向间隙等，并用转动转子轴是否运转灵活。有条件的情况下，应对修复的增压器进行性能试验，或装在柴油机上进行试验（检查压气机出口压力，中冷器前后压力差等），这样既可保证修配质量，又能作到心中有数，避免返工。

参考文献

[1] 黄声显，吴克棋.《重型汽车构造与维修》.

[2] 《重庆康明斯K38/K50系列柴油机维修手册》.