一、系统结构
废气涡轮增压系统如图 1 所示,利用发动机排出的具有一定能量的废气进入涡轮并膨胀作功,废气涡轮的全部功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机工作叶轮,在压气机中将新鲜空气压缩后再送入气缸。废气涡轮与压气机通常装成一体,称为废气涡轮增压器。其结构简单,工作可靠。一般自吸式发动机,合理加装废气涡轮增压系统后,功率可提高 30%~50%,降低比油耗 5%左右,有利于改善整机动力性能、经济性能及排放品质,因而得到广泛应用。
二、使用要点分析
1. 正确冷车起动方法增压发动机起动时,特别是在冬季低温环境下,涡轮增压器应在 800~1000 r/min 怠速状况下运转 3~5 min,以便在增压器涡轮转子高速运转之前充分润滑其轴承。因增压器的润滑油来自发动机的机油泵,发动机起动后,增压器和机油泵便同时工作,但是由于增压器与机油泵之间的供油管路较长,且大部分增压器的安装位置高于发动机,润滑油供应必然会产生一定的滞后现象。怠速运转时,增压器承载负荷较小,对油压和油量影响不大,如果发动机起动后便立即高速全负荷投入工作,增压器势必会因长时间润滑不良而过早损坏。
2. 高速运转时切勿立即熄火增压发动机停机前,特别是长时间高速运转后,必须怠速运转 3~5min 方可停机,因为突然停机,机油泵停止工作,不再向增压器供给润滑油,而增压器的转子转速相当高,在惯性作用下仍然要自转一段时间才能停止,此时增压器会出现短时间无润滑油状态,容易使转子轴系异常磨损而损坏。同时由于涡轮增压器热负荷高,加上排气管中高温排气传导给轴系和涡轮,立即停车会使转子轴系形成较大的温度梯度,在没有润滑油循环润滑的情况下,容易使转子轴过热产生膨胀而与轴承相互咬死。
3. 避免长时间怠速运转
涡轮增压器转子以超过 10 万 r/min(最高可达 20 万 r/min)的高转速旋转,若发动机长时间怠速运转:一是极有可能造成润滑油压力因管路较长而使转子及其浮动轴承润滑条件变差,导致增压器转子及浮动轴承润滑不充分而早期磨损或损坏;二是因为发动机长时间怠速运转而导致增压器转子轴的转速过低,以及涡轮和压气机中气体压力过低时,少量润滑油有可能通过密封件渗漏到涡轮和压气机中,使涡轮和压气机叶轮粘附润滑油而影响增压器的工作效率。在实际使用过程中,必须严格按照使用规范要求正确操作,充分利用润滑油的润滑、冷却等功能,保证增压器在正常的使用周期内最佳地发挥作用。
三、常见故障分析
1. 增压器异响
利用发动机停机后的瞬间监听增压器(发动机工作时因其他噪音较大而不易听到,停机后瞬间增压器在惯性的作用下仍在运转),如叶轮与壳体间有“嚓嚓”的碰擦声,应立即停止工作。否则,会加剧增压器的磨损,恶化发动机的技术状况,甚至造成增压器报废。其形成原因及排除方法如下:
(1)因增压器积碳过多使涡轮、压气机转子的动平衡被破坏,可拆下压气机壳和涡轮壳,用塑料刮刀或鬃毛刷清除积碳。
(2)因浮动轴承磨损过甚所致,应更换轴承。
(3)因碰撞使涡轮壳变形,应视情况予以修复或更换。
2. 增压器转速下降
增压器转速下降使发动机的进气量减少,发动机功率下降,造成排气冒黑烟,燃烧室积碳增多等不良后果。增压器叶轮与壳体之间摩擦,增压器内积碳过多使其重量增加,且叶轮的动平衡被破坏,柴油机排气支管至增压器间的管路漏气及空滤器、进气管路、压气机出口通道太脏等,均会导致增压器转速下降,应视具体情况予以排除。