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涡轮增压柴油机发动机的故障分析、正确使用与维护
发表时间:2018-12-2 13:32:55

  涡轮增压又称为废气涡轮增压,是利用排气管排出的废气推动涡轮,再由涡轮带动压气机,来提高发动机进气压力,增加汽缸的充气量。同排量的柴油机,有了涡轮增压,可提高功率30%~100%,即使功率提高不明显,低速转矩也会变得非常理想。在节能和环保方面也具有明显优势,现代发动机涡轮增压已成为一种标准配置。大功率车辆柴油机涡轮增压器,往往由于使用、维护保养不正确,经常造成涡轮增压器异常磨损而报废,以致屡换屡坏。

  一、增压器常见故障分析

  1.增压器压力降低。主要原因有:压气机滤清器过脏;中冷器、叶轮、叶片扩压器有污垢;增压器涡轮内有较多积碳,使旋转阻力增加;排气管堵塞、变形等引起转子转速升不高。如果增压器出口压力突然下降,一般是由于轴承损坏所致,应立即更换轴承。

  2.增压器和压气机密封装置靠近叶轮边处漏油。主要原因:回油管堵塞,管接头密封垫内孔小于回油管内径,造成润滑油回油不畅;曲轴箱油面高于标准面,回油困难;曲轴箱通风阻塞或汽缸密封不良,燃气进入,使曲轴箱内压力升高;密封圈安装不正确、压气机端0形密封圈损坏或老化失去密封作用;涡轮增压器润滑油进口压力过高(正常压力为0.25~0.4MPa),若压力>0.6MPa时,在排气口可见到从增压器涡轮端泄漏的机油。

  3.润滑油变质或被严重污染。现象为涡轮前端轴颈处的回油孔堵塞、漏油;涡轮前端轴承和轴颈磨损。主要原因是:柴油机经常在过热或低温、低速大负荷状态下工作;汽缸、活塞和活塞环过度磨损,造成大量废气、炭粒窜人曲轴箱;润滑油更换不及时;更换涡轮增压器或检修柴油机后,机油滤清器滤芯安装不当或堵塞;冷却水或柴油进入润滑系统。

  4.叶轮、叶片异常损坏或破裂。主要原因是外部异物进入进、排气系统。一般是空气滤清器滤芯或空气滤清器与增压器之间连接管破损;进、排气系统连接部位松动;进、排气歧管衬垫烧蚀或固定螺栓松动;涡轮增压器进气法兰紧固螺栓松动或衬垫破损。

  5.增压器过热和排气温度过高。情况严重时可引燃增压器内的润滑油,造成轴承咬死、密封圈烧损等。主要原因:柴油机配气相位不正确;机油窜入燃烧室,在涡轮增压器内缓燃;柴油有杂质、喷油质量差或有滴油现象;燃油喷射过量(高压油泵调整不良,出油阀关闭不严)或喷油嘴雾化不良,都会使滞燃期延长;空气滤清器滤芯堵塞,进、排气歧管或垫片漏气,使进气不足;喷油正时不对,点火过迟;缸套、活塞环磨损或断裂、汽缸垫漏气、气门不严造成汽缸压力不足;水温过高,机油冷却器堵塞或机油压力不足。

  6.机油消耗量过大的4种表象

  (1)排气烟色正常动力也不下降。这种情况一般是机油渗漏造成。应先检查柴油机润滑系外部油管(包括增压器进、回油管)是否漏油。如不漏油,则拆检增压器的废气排出口,如有机油痕迹,应更换靠近涡轮一端的密封环。

  (2)排气冒蓝烟但动力未下降。这是机油从增压器和柴油机进气管进入了燃烧室燃烧造成的。可能是增压器回油管不畅通,机油在转子总成的中间支承处积留过多后,沿转子轴流入叶轮;也可能是靠叶轮一端的密封环或甩油环损坏后,机油进入叶轮室,随增压后的空气一同经进气管进入燃烧室二次燃烧。可打开压气机出气口或柴油机进气直管(橡胶软管),看管口、管壁是否粘附有机油。如有机油,应检查机油回油管是否畅通。如不畅通,则故障由中间支承处积油过多引起,应将回油管疏通后装复;如畅通,则故障由叶轮一端的密封环或甩油环损坏所造成。

  (3)排气管冒蓝烟或黑烟且动力下降。原因一是活塞组与汽缸之间的间隙过大,机油窜人燃烧室燃烧;二是增压器吸入空气过程中,空气流遇到较大阻力,压气机进气口处的压力太低,机油经压气机,随压缩空气一起进入燃烧室内燃烧。同时由于进入燃烧室的空气量不足,燃烧不完全而产生排气管冒黑烟现象。可检查进气管,如管口和管壁有机油,则空滤有堵塞现象,否则存在气流在进气管或其它处受阻问题。

  (4)增压器有金属摩擦声。涡轮转子总成的径向和轴向摆差太大,涡轮和叶轮的叶片与涡轮壳和叶轮壳产生摩擦,出现金属摩擦声。增压器正常工作时,由于涡轮转子的高速旋转,也会产生旋转声音,进、排气接口若连接不好会产生漏气的声音,实践中要注意区别判断。

  7.压气机喘振及增压器异常振动。压气机工作不稳定,增压器异常振动,柴油机转速下降,进气管中还可能发出“轰隆、轰隆”的响声。主要原因:柴油机负荷发生变化,如紧急熄火或突然卸载(急收油门);大气温度变化引起喘振,一般夏季对增压器进行了配合试验,冬季有可能发生喘振,这是因为气温变化使工作点变化所致;压气机通道脏污,特别是叶片扩压器脏污,气体通道阻力增大;涡轮叶片损坏或转子积炭,引起转子不平衡。

  8.增压器轴承烧损。主要原因:油量过少;柴油机工作温度过高或过低;机油滤清器部分堵塞或各管口接头渗漏;选用的润滑油粘度过高或过低;冷启动时,大油门至高速状态下工作等,以致润滑油供油压力低、流量不足或供油滞后。

  9.进气压力过高。主要原因:排气阀漏气;柴油机配气相位不正确,使驱动涡轮的热能增加,转速上升,进气压力提高。

  10.机油滤清器堵塞或失效。主要原因:外部杂物或泥沙进人润滑系统;滤清器旁通阀被异物卡住呈开启状态;滤清器滤芯破损;气温过低,机油冻结。

  11.增压器工作时发出高频嘶叫声。主要原因:转子与壳体装配间隙较小,转子游动量过大与壳体发生碰撞而产生嘶叫;压气机壳(铸铝)和涡轮壳体(铸铁)的螺栓或型卡箍的螺母拧紧力不足,使叶轮与壳体刮擦,叶轮损坏,叶片变形;压气机出口与进气歧管或中冷器的连接管不对中,涡轮机进口与排气歧管不对中,增压器两端壳体与中间壳体不对中,都会引起增压器壳体变形,甚至破裂。

  12.润滑油回油温度超过105℃。主要原因:涡轮端的油、气密封件损坏,高温燃气进入油腔;轴承损坏。

  二、柴油机正确使用与维护

  1.正确启动和停车。柴油机启动后,涡轮增压器开始运转,但涡轮增压器轴承和轴颈之间建立油膜需要一定时间,只有在增压器零件温度达到正常值(60℃以上)以后,才能达到最佳润滑状态。特别是柴油机刚开始工作时,增压器内部缺油,长时间停运和换油作业后的柴油机,供油时间则更长。此时柴油机若转速急速升高或突然加载运转,在润滑不良的状况下使涡轮增压器高速运转,就会造成轴承烧结。所以柴油机启动后,应在低速工况下运转5min,中速下空转暖车,待水温和机油温度正常后,再提速加载。严禁启动后立即进人高速或猛轰油门运转。

  停车时,应使柴油机在低速工况下运转3~5min,以使增压器轴承、轴颈和密封圈处得到冷却。严禁在高温、高速、大负荷工况下频繁停机,否则会导致轴承咬死、油封烧损等事故。

  2.停驶和长期封存车辆的保养。车辆在停驶和封存前应对机油、空气、燃油滤清器及增压器等机件进行清洗;停驶和封存过程中,应定期转动增压器内的叶轮,以防因长期停放造成转子轴变形;并做好各连接管口的密封工作,以防空气和污物侵入。启封前,应拆下增压器进油管接头,向增压器内注入适量干净、无污染且与下曲轴箱内质量、粘度等级相同的润滑油,空转曲轴数圈并保证增压器内轴承得到可靠润滑后,方可启动柴油机。

  3.正确保养增压器。拆卸增压器时,要保持各部位清洁,各管接头一定要用清洁的布堵塞好,防止杂物掉进增压器内。维修时应注意不要碰撞叶轮,如果需要更换叶轮,应做动平衡试验。润滑油管线在运行一段时间后要进行清洗。出车前、收车后,应检查气道各管的连接情况,防止松动、脱落而造成增压器失效。

  4.使用标准润滑油。一般新机或大修后技术状态良好的柴油机,应优先选用粘度较低的多级润滑油。反之,粘度可适当提高一些。在使用过程中,不同质量、粘度等级及不同类型的润滑油禁止掺兑使用。若润滑油已污染或变质,应及时更换。

  5.避免柴油机无负荷运转。长时间在低温状态下低速运转,会造成燃料燃烧不完全,没有燃烧的燃油和进入燃烧室的润滑油在高温作用下,形成淡黄色或棕黑色的粘稠物,随同废气进人涡轮增压器,沉积在叶轮、轴承、轴颈和壳体内壁等处。低速运转时间过长,排气侧正压力过低,涡轮端密封环两侧气压不平衡,机油会渗人涡轮壳。如果泄漏很轻微,会烧尽不致形成故障,但会污染涡轮叶片。因此,涡轮增压器怠速下运转不要超过20min。低速空转期间,应间断地把油门拉到中速,给增压器加上负载。长时间高速空转,进气侧负压过低,压气机叶轮端密封两侧的气压不平衡,机油也会渗人压气机壳。因此,高速空转不要超过20min。


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