涡轮增压器发动机进排气系统故障诊断与保养

张赤军,刘二丰

(秦港股份有限公司流机分公司机械三队,河北 秦皇岛 066002)

带涡轮增压器发动机进排气系统比自然吸气式的发动机多了个废气涡轮增压.它利用排出废气的能量驱动涡轮高速旋转,带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转,从而使空气压缩后才进柴油机气缸,增加了柴油机进气量,可供更多的燃油完全燃烧,进一步提高柴油机的功率.该种发动机进排气系统出现故障时往往车辆行走缓慢,尤其是在爬坡过程中发动机噪音明显增大,排烟量大大增加,行走无力,大大降低了车辆的工作性.当出现该现象时,往往与涡轮增压器有关联.

1 废气涡轮增压器工作原理

废气涡轮增压器的工作原理见图1[1].涡轮增压器涡轮3直接与排气管1相连接,在排气的同时通过转子轴5带动压气机叶轮8高速旋转,从而将空气吸入压气机壳9,压气机叶轮8将空气速度和压力增加,并进入扩压器7,再通过断面由小到大的环形压气机壳9使空气压力进一步升高,使得更多的空气进入汽缸,以和较多的燃油混合燃烧,保证发动机的大功率.

2 故障发生的起因分析

2.1 进气冲程中的阻力问题

送入汽缸的空气必须保持清洁,这是保持发动机良好性能所必需的.因为吸入灰尘和污垢后会损坏发动机汽缸,并且导致涡轮增压器以及气门杆和气门导管的磨损和损坏,从而影响发动机的效率,累积的碎屑还可能伤及涡轮增压器的叶片,最终导致涡轮增压器报废.

图1 废气涡轮增压器工作原理示意图

进气通道中的阻力会导致烟量过大和功率降低[2].所以判断故障的第一步是正确保养空气滤清器.这样才能及时有效地过滤进气中的脏物.随着滤清器的变脏,进气阻力将增加,因此一定要正确保养好空气滤清器.在发动机额定功率和转速下,空气阻力达到极限时应当更换空气滤清器.对于涡轮增压式发动机应在涡轮增压器前测量阻力,一般的工程机械的空气阻力都应当在4 kPa以下.当超出这个范围时,就应当更换空气滤清器.

2.2 进气排气泄漏

由于松动的管接头、跨接管或者进气歧管开裂而使得压缩空气泄漏,导致带有涡轮增压器的发动机排气烟量过多和功率下降,同时伴随着噪声.对裂纹和松动接头除了目测外,也可以用肥皂水涂在可能泄漏的部位,如各种接头和密封表面上,以便检查泄漏.

2.3 涡轮增压器故障

1)涡轮增压器功能失调.涡轮增压器内部零部件出现故障会降低其效率,也会引起过量排烟并降低输出功率.轴承故障会造成磨损而降低转子总成转速,另外,损坏的轴承也会使转子总成叶片摩擦外壳,降低转子总成的转速.增压器废气稳压功能故障或者废气稳压调整错误,会造成增压压力过高或过低.过高会导致发动机损坏,过低则造成排气过多和输出功率下降.

2)机油消耗和泄漏.机油用来润滑和冷却涡轮增压器轴承.机油通过发动机操作压力经供油管道送到涡轮增压器,并通过连接到涡轮增压器底部的回油管流回油底壳.涡轮增压器转子两端都使用了密封环,该密封环可能在非正常使用条件下泄漏.此外,如果进气和排气阻力过高会造成压气机和涡轮壳之间形成负压,机油也会从密封处泄漏.

检查机油是否从密封处泄漏应当拆下排气管和空气跨接管,并检查涡轮机壳和跨接管中是否存有机油.

3)涡轮增压器噪声.涡轮增压器高速运转,会发出“变调”声音.这种噪声会根据发动机转速和负荷略有不同,这种噪音由于转子总成切割空气造成的.因此,发动机转速越高声音越大.在拆卸涡轮增压器前,检查噪声故障是否由进排气活塞泄漏引起.松开涡轮增压器安装支架,检查排气歧管密封垫是否泄漏以及排气观众是否有裂缝.如果发动机低速运转时,噪声降低或者出现咔哒声,这可能表示系统中有碎屑或者转子总成触到壳体上.

密封装置失效,特别是压气机端O形密封圈失去应有的封油作用,直接导致向压气机壳内泄漏润滑油而损坏,同时,机油泄漏到涡壳内形成积炭,影响转子正常运转.

另外,活塞环断裂或磨损造成燃气下窜到曲轴箱,曲轴箱通风管阻塞也会使油底壳的压力增高,两端流动,最终造成漏油[3].

3 进排气系统的保养

3.1 空气滤清器的保养与维护[4-5]

要保证进排气系统的正常运行首先要保证该系统的密封性,并且按规定定期清洗和更换空气滤清器.

现代汽车多采用纸质空气滤清器,该种滤清器效率高,透过率低,能有效延长发动机使用寿命.空气滤清器一般包含内芯和外芯两层.空气滤清器在车辆运行5000 km左右要除尘一次.工程机械空气滤清器要150个工作台时左右除尘一次外芯.当内芯有较为明显的尘土和杂质时要连同内芯一同更换.

3.2 涡轮增压器的保养

1)涡轮增压器的保养对进排气系统尤为重要.要选用合适得发动机油,机油必须具备防高温、防腐蚀和抗氧化的功能.工程机械一般均采用 15W-40,CF-4级别以上的润滑油.按台时或者里程数定期更换润滑油.

2)定期检查涡轮增压器壳体的固定螺丝、支架螺栓、连接管路是否紧固可靠,有无脱落和裂痕,如有异常立刻解决.

3)每次启动发动机应当怠速运转1～2 min,使润滑油达到一定的温度和压力,才能更好的避免轴承无油状态导致的加速磨损.完工后不要突然停机要怠速空转1～2 min再停机.

4 结束语

综上所述乃笔者多年对发动机进排气系统维修经历总结出来的判断分析和总结.对车辆发动机进排气系统的维修和保养有一定的借鉴作用.日常生活和工作中,要合理操作,正确保养机械设备,准确判断、及时维修,控制故障的扩大,提高维修效率,节约维修资金.

[1]宋 森,宋璟杨.初级汽车修理工自学读本(第四版)[M].北京:金盾出版社,1995:486-498.

[2]孙丽慧.发动机进气系统控制技术[J].工程机械与维修,2010(9):178-179.

[3]刘庆轩.汽车修理基本技术指南(第二版)[M].北京:金盾出版社,1998:189-214.

[4]陈家瑞.汽车构造[M].北京:人民交通出版社,1993:56-185.

[5]魏琬华,胡兴烈.汽车柴油机结构原理与维修[M].北京:国防工业出版社,1998:156-165.