内燃机车涡轮增压器喘振原因分析及预防

王 盛

（呼和浩特铁路局大板机务段锡林浩特检修车间，内蒙古锡林浩特 026000）

0 引言

随着涡轮器技术的不断发展，其在内燃机领域中的应用越来越多，能够有效提升内燃机的输出功率和扭矩，不仅可以节约多燃料的使用，还可以有效降低对燃油的使用。但是在内燃机检修竣工后或机车在运用中，涡轮增压器会经常出现喘振现象、成为顽疾，长期如此很容易导致各种故障的产生。当涡轮增压器发生喘振现象时，应该首先怀疑是否为其自身问题。因为如果不是涡轮增压器本身的问题而盲目维修的话，不仅不能解决问题，还容易导致其他故障发生。涡轮增压器喘振的类型比较多，应该根据不同的喘振形式进行分别处理[1]。下面就东风4D型内燃机的涡轮增压器喘振现象进行分析。

1 产生喘振的原因分析

（1）通常情况下，增压器喘振现象比较复杂，但多数是由于进气量大于排气量造成的。如果进入压气机的气流和压气机的叶片产生的冲角达到17°时，进气流和叶片之间容易产生较为严重的气流—叶片分离现象，使一定量的空气始终滞留在压气机的叶片之间，这时就会造成气流涡流产生，经常会听到刺耳的响声，还容易造成增压器进气道振动的现象。在运转过程中，增压器的转子还容易出现高频的轴向窜动，造成内燃机工作状态不稳定，容易引起各种故障。

（2）如果涡轮增压器的喘振裕度过小，就是通常所说的涡轮增压器的效率值过高，会导致其在实际工作过程中和喘振线过于接近，这也容易导致喘振现象的出现。

（3）由于对涡轮增压器的保养工作不当，造成涡轮增压器的叶片在实际工作过程中出现损坏严重现象，会直接造成涡轮增压器的压比、流量比发生改变。这是一种非常严重的故障，如果不及时处理，很容易造成整个涡轮增压器的损害。

（4）如果内燃机的工作工况不好，或者对内燃机的保养不当，造成内燃机的燃烧效率较低，这会直接导致涡轮增压器喷嘴环阻塞现象的发生，容易在喷嘴环附近出现积碳现象，让燃气流经缩小了的喷嘴环流通截时流速增加，容易导致转子转速的异常上升，让压气机的进气流量异常增加，严重时会造成进气不畅现象的出现，让部分空气堵在压气机入口，而产生气流扰动现象，非常容易造成涡轮增压器高转速现象的出现，容易造成其偏离内燃机的运行曲线[2]。

（5）如果内燃机在实际工作过程中，各油缸的供油刻线太过不均，这会对气缸的爆发压力产生非常大的影响，容易造成个别气缸压力过大现象的产生，这非常容易造成涡轮器运转的超速。因此，为了有效避免该情况的发生，在内燃机气缸的工艺加工阶段就应该对各缸高压油泵的供油齿刻线的一致性有严格的要求。

（6）内燃机在实际工作过程中产生排气故障。如果内燃机在工作过程中，出现过载或者载荷波动加大的情况，就容易对内燃机的燃烧状态造成非常大的影响，排气的温度也会上升，排气量会增加很大，容易造成涡轮转子转速的异常升高，压气机的排气量也会大于进气量，非常容易导致喘振现象的发生[3]。

（7）联合调节器在实际工作中，如果出现转速失控的现象，就会对柴油机的输出功率造成非常大的影响，容易造成输出功率的异常波动，涡轮增压器的转子由于很难同步适应，容易引起喘振现象的出现。联合调节器的降速针阀，在工作过程中如果开度过大，也会引发涡轮增压器喘振现象的出现，还会出现内燃机降速减载现象过快的现象，进而导致增压器转子转速下降情况的出现。

（8）空气滤清器出现故障。在涡轮增压器实际工作过程中，对空气的清洁度有较高要求。空气滤清器太脏或者进气道发生变形的情况，就会直接造成空气在进入压气机的过程中受到较大的阻力，非常容易造成进入到内燃机气缸中的新鲜空气不足的现象，直接导致内燃机燃烧效率的降低，废气量的排出量有效增加，且废气在排出的过程中，其排出量会出现波动，非常容易导致增压器喘振情况的出现。

（9）中冷器的故障。如果中冷器中的冷水水温过高，或者由于其他外部原因造成其难以达到冷却质量，会直接造成经过增压器后的空气由于中冷器故障导致空气密度明显不足的现象，然而内燃机的工作往往需要大量的空气量，这会直接导致柴油机燃烧质量下降，排气温度异常升高，涡轮器增压器转子的转速也会上升很快，进气量维持在一个比较高的水平，这也会造成增压器的喘振。

（10）内燃机气门出现故障。如果内燃机的气门在实际工作中，出现打不开或者关闭不严的情况，就会造成燃烧室对增压后的空气需要量减少，对内燃机的燃烧质量有直接的影响，排气温度会异常升高，容易造成大量能量的浪费，废气的量的增加会直接造成涡轮转子转速的上升，容易引起喘振现象[4]。

（11）喷油器的故障。如果内燃机喷油器出现了故障，就会直接导致对燃油的雾化效果变差，降低内燃机的燃烧效率，容易引发排气温度的上升，进而造成增压器喘振现象的出现。

2 喘振现象的分类

在内燃机实际工作过程中，其增压器喘振现象可以分为2类：一类是有节奏的低频沉闷声音，该喘振现象发生时，可以明显看到空气滤清器与增压器连接的帆布罩有规律地膨胀、收缩，这经常是由于内燃机的进排气系统出现故障造成的；另一种是涡轮增压器工作过程中出现的有节奏的刺耳啸叫声，在内燃机中低转速区间容易产生，一旦内燃机进行到了高转速运行区间，这种现象就会即刻消失。

在低速运转过程中，如果内燃机发出沉闷的敲鼓声且2台增压器连接的空气滤清器帆布出现击鼓向外膨胀的现象，并且随着转速的增加该现象有所增加，这多数是由于排气门故障造成的，如摇臂球头脱落、摇臂折断等。此时应及时停机，对各缸的缸头盖进行全面检查，尤其要注意检查气门间隙是否过大。

在加载情况下，如果内燃机出现单台增压器喘振的现象，应该首先检查内燃机各缸高压油泵的供油刻线是否差别过大。检查柴油机时，应重点检查各缸的供油刻线，可以手动对某一缸的供油齿轮进行验证。如果此时喘振现象消失，对供油刻线重新进行调整即可。如果各气缸的供油刻线不一致，就非常容易导致个别气缸的爆发压力偏高，最终导致脉冲增压器涡轮的转速异常升高，在气缸获得新鲜空气过程中出现气阻现象。经过验证，如果可以排除气缸刻线不均现象，就应该检查内燃机的中冷器和增压器的扩压器：检查中冷器是否出现了阻塞，涡轮增压器的叶片是否出现了缺损。

在加载工作状态下，内燃机在800 r/min的转速下如果出现2台增压器同时喘振的现象，这主要是由于柴油机在加载工况下与增压器的运行曲线出现偏离情况造成的。这就是说，随着内燃机转速的上升，其在单位时间内需要新鲜空气量会不断增加，如果内燃机的电功率可以保持平稳增加，涡轮增压器会随着排气量的增加而转速上升，这时的压力和流量会稳步增加。如果内燃机在800 r/min工况下，其电功率高于正常值，则柴油机在特定转速下单位时间内的气缸容积并没有得到有效增加，就会造成气阻现象。对于这种故障的维修，只需要调整电功率点即可。

如果是外部原因造成的内燃机转速波动过大，所引起的喘振现象往往是暂时的，不需要专门进行处理。如果是外部原因长期发生，就应该及时检查外部因素并排除，否则涡轮增压器长期工作在喘振状态下，对内燃机的工作非常不利，容易导致故障的发生。

在内燃机运行过程中，应该定期检查空气滤清器是否出现了污染堵塞现象，并及时按照相关操作规程进行清洗，一旦空气阻力增加到2.45 kPa，应该及时更换空气滤清器。如果内燃机工作的外部情况比较恶劣、空气质量很差，更应该定期对空气滤清器进行清理。

在中冷器实际工作中，应该严格对中冷器的冷却水温度进行控制，对焊堵冷却水管过多的冷却单节应该及时进行更换，防止因中冷器冷却效率的下降而导致增压器喘振现象的出现。

为了避免进、排气门打开或者关闭不严情况的出现，应该检查及时内燃机该位置，在进行辅助维修过程中，应该及时更换喷油器，保持喷油器雾化质量的良好。

在内燃机实际工作过程中，如果内燃机的燃烧效率不高，就很容易造成积碳现象。积碳不仅会对发动机的零部件造成伤害，进入到涡轮增压器中还容易造成涡轮增压器零部件的损伤，从而引起喘振现象的出现。因此，做好内燃机的除积碳工作非常重要。一种比较好的方法是让内燃机工作在大负载工作状态，这样气缸的压力会增加，积碳随着气流很容易被排出内燃机，避免在内燃机中积累。燃油品质也会直接影响积碳现象，应尽量使用高品质燃油。现在发明了一些高科技燃油添加剂，它们和燃油共同使用可以有效清除积碳。

定期对涡轮增压器的结构进行检查。在检查过程中，应该对涡轮增压器的零件进行检查，检查各个零件是否出现了损伤，检查涡轮叶片是否完整，如果涡轮叶片损坏则应及时更换。还应检查涡轮增压器的轴承转动部分，查看轴承的转动是否灵活，检查轴承的轴向和径向间隙是否合格，出现问题的应该及时解决。

因为手柄操作过快造成的增压器短时间喘振现象，一般情况下是不需要处理的。为了有效防止降速和减载过快造成的增压器喘振现象，应该严格要求操作人员按照操作过程操作机车，避免快速操作手柄，还应该调整降速针阀和减速针阀的开度，将其调整到合适的位置，防止其开度过大而造成增压器喘振现象。在机车操作过程中，应该尽量缓慢操作，这样会让增压器的气流平稳变化，有利于避免喘振现象，提高涡轮增压器的实际使用寿命。

3 结语

随着涡轮增压器技术的日渐成熟，其在内燃机上的使用越来越多。在使用过程中，涡轮增压器经常会出现喘振的现象，应该引起足够的重视，认真分析喘振出现的原因，及时采取合理、针对性措施，最大限度避免喘振带来的危害。