渦輪增壓器常見故障分析及排除方法
渦輪增壓器利用發(fā)動機排出的廢氣能量,驅動渦輪高速旋轉,帶動與渦輪同軸的壓氣機葉輪高速旋轉,壓氣機將空氣壓入發(fā)動機的汽缸,增加了發(fā)動機的充氣量,可供更多的燃油完全燃燒,從而提高發(fā)動機功率,降低燃油消耗。由于燃燒條件的改善,減少了廢氣中有害物質的排放,還可以降低噪聲。
1.壓氣機喘振
渦輪增壓器工作時,當壓氣機空氣流量減少到一定程度,壓氣機的氣流會出現(xiàn)強烈的振蕩,引起葉片振動,并出現(xiàn)喘息的噪聲,進氣壓力明顯下降,此現(xiàn)象稱為壓氣機喘振,其原因如下:
(1)柴油機進氣管內壓力脈沖波動。柴油機進氣管內壓力波動對產生喘振有較大的影響,特別是6-8缸的柴油機,其壓力波動較大。柴油機進氣管壓力脈沖的頻率愈低,振幅愈大,愈容易發(fā)生喘振。排除方法有:在壓氣機進口處加裝空氣穩(wěn)壓箱,減少壓力脈動;適當加大進氣管容積,使脈動振幅減小;V型8缸柴油機可把左右進氣管用較粗管子連通。
(2)某缸不著火燃燒。當兩組增壓器(假定各接三個缸)公用一根進氣管時,如果其中一組有一缸熄火,則這一組的增壓器將發(fā)生喘振。這是因為一缸熄火后,廢氣能量減小,渦輪轉速降低,而進氣管的壓力因另一組增壓器仍在正常運轉,此時壓氣機因吸收渦輪功率不足而引起喘振。
(3)運行負荷變化。如換擋需要迅速抬起油門,此時增壓器的轉子因慣性仍以較高的速度轉動,壓氣機泵出的氣體無路可走,進氣阻力大而發(fā)生喘振。排除方法是,加裝進氣卸壓閥,既可防止喘振,又可改善增壓器的使用壽命。
(4)渦輪增壓器通道中有積垢。壓氣機空氣通道或渦輪機燃氣通道內嚴重積垢,使通道阻力增加,會引起壓氣機喘振。應定期拆洗增壓器。
2.增壓器壓力下降
當增壓器壓力降低時,柴油機的充氣量減少,功率下降,耗油量增加,排氣溫度升高。因此,發(fā)現(xiàn)壓力降低10%時,應停機檢查。
(1)空氣濾清器濾芯粘滿塵土而阻塞,使進氣阻力增加,壓氣機吸氣損失增大,導致壓力下降,此時應清潔或更換空氣濾芯。
(2)壓氣機通道沾污。由于空氣濾清器除塵效果欠佳,灰塵和機油等粘附在增壓器的葉輪和擴壓器的通道上,使氣流阻力增加,壓氣機效率及增壓壓力下降。為防止這種現(xiàn)象,除保持或提高空氣濾清器的濾清效果外,還要定期拆洗壓氣機。
(3)渦輪機積炭。由于柴油機燃燒不良以及渦輪增壓器密封裝置失效而漏油,在渦輪機的葉片上,轉軸與密封環(huán)之間形成積炭,使轉子旋轉阻力增加,轉速下降,柴油機啟動困難和加速不良。排除方法是防止燒機油,定期拆洗渦輪機。
(4)增壓器壓氣機的氣封損壞或柴油機氣缸密封性能下降,其結果是,一方面燃氣泄漏使渦輪轉速下降,另一方面進氣泄漏使壓氣機流量減小,兩者均能導致增壓壓力的降低。排除方法是,更換壓氣機氣封和對柴油機進行三級保養(yǎng),恢復氣缸密封性能。
(5)增壓壓力調節(jié)閥中調節(jié)彈簧因溫度過高而失效,放氣閥因積炭而封閉不嚴等原因使調節(jié)閥失靈,在較低的增壓壓力值時就放掉了較多的燃氣,致使增壓壓力降低。此時應對增壓壓力調節(jié)閥進行檢修。
(6)渦輪機排氣不暢,排氣阻力增大,燃氣在渦輪中的膨脹受到一定的抑制,致使渦輪功率降低,增壓器轉速下降、壓力降低,其原因是,排氣管變形或排氣消聲器阻塞等。
(7)噴嘴環(huán)因長期處于高溫下工作,葉片變形,使噴嘴環(huán)截面積加大,轉子的轉速和增壓壓力下降。
(8)增壓器與柴油機連接處漏氣。
(9)由于增壓器的軸承磨損,轉子葉輪碰擦殼體,或有雜物阻滯,使增壓壓力隨轉子速度的下降而降低。
3.增壓壓力上升
(1)由于燃料供給系故障,如噴油過遲,著火滯后期過長等造成嚴重的后燃,使廢氣能量增加,增壓壓力隨渦輪轉速升高而上升。這將引起排氣溫度過高,甚至排氣管和渦輪殼發(fā)紅,轉子容易超速,對渦輪機工作極為不利。應及時予以排除。
(2)排氣門漏氣或配氣相失準,使渦輪轉速和增壓壓力上升。此時應檢修排氣門,重新調整配氣相。
(3)增壓壓力調節(jié)閥失靈,不能把過剩的廢氣旁通,致使增壓壓力上升,應檢修壓力調節(jié)閥。
(4)噴嘴環(huán)因變形或積炭,其通過截面積減小,使增壓壓力上升。積炭較多時應予以清除。
4. 渦輪增壓器有異常響聲
增壓器葉輪損壞或轉子葉輪與殼體的間隙過小,軸承與止推片磨損嚴重,轉子游動量過大造成葉輪外緣與殼體碰擦,或軸承、密封環(huán)等運動件的干摩擦都會引起異常聲響。葉片變形或轉軸偏磨等原因造成轉子平衡破壞,特別是壓氣機因異物進入或嚴重碰擦殼體而產生卷邊變形,破壞了正常的通道,在高速氣流的摩擦作用下會發(fā)出高頻嘶叫聲。此時,應拆檢增壓器的葉片。
5.泄漏
(1)壓縮空氣和燃氣的泄漏會使增壓柴油機的功率降低,應及時檢查各連接管路的密封狀況,并使之恢復正常。
(2)增壓器潤滑油路泄漏,主要是回油管路阻塞,使回油不暢,密封裝置失效,向壓氣機殼內泄漏潤滑油。此時,柴油機和渦輪增壓器將因嚴重缺少潤滑油而損壞。應及時修理。
6.超溫
渦輪增壓器超溫包括進氣口的燃氣溫度、潤滑油回油溫度和冷卻水溫度過高等。
(1)燃氣溫度過高。它會引起渦輪葉片損壞和渦殼、噴嘴環(huán)等零件的燒蝕。其原因有:噴油霧化不良,可燃混合氣過稀,噴油提前角太小,著火滯后期過長等所引起的燃燒過程的延長(后燃現(xiàn)象嚴重);排氣閥失靈;排氣背壓太高;增壓壓力下降,進入燃燒室的充氣量減少;潤滑油泄漏等。
(2)潤滑油回油溫度過高。潤滑回油溫度一般應低于90-120℃(因機而異),溫度過高的原因有:潤滑油量減少,油壓太低(<200Kpa);潤滑系中有漏油現(xiàn)象,使軸承潤滑油量減少;回油管路阻塞,使回油不暢通;潤滑油散熱不良,渦輪端密封裝置失效,高溫燃氣進入潤滑油腔,渦輪增壓器溫度過高等。
(3)冷卻水溫度過高。正常水溫應在90℃以下。散熱裝置的散熱效果下降,或增壓器水腔因水垢阻塞等均會造成冷卻水溫度過高。
7.渦輪增壓器轉速降低
(1)轉子與靜止件之間有積炭等污物,使旋轉阻力增加。
(2)噴嘴環(huán)由于超溫變形,使噴嘴出口面積增大,轉子轉速降低。噴嘴葉片變形嚴重時與渦輪葉片相碰或咬死,將導致轉子停止轉動。
(3)軸承損壞使轉軸卡住。
(4)柴油機排氣系統(tǒng)漏氣,進入渦輪機的氣體減少。
8.壓氣機殼、渦輪機殼的氣窗向外噴機油
(1)渦輪增壓器如果是內部供油,應查看油池液面是否下降。若油面并未下降,則說明柴油機氣缸內上竄的潤滑油隨排氣進入渦輪機,冷凝后變成油霧從氣窗噴出。如果油池液面下降,則說明油封損壞。
(2)渦輪增壓器如果是外部供油,應檢查油封是否完好。若完好則是柴油機氣缸竄油所致。
9.主要故障現(xiàn)象、原因及排除方法見表1。
表1 渦輪增壓器主要故障、排除一覽表