F413風冷發(fā)動機渦輪增壓器使用與維護

王 璞，姬慧勇，馮國勇

解放軍理工大學工程兵工程學院，江蘇 南京 210007

1 渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)原理

廢氣渦輪增壓器是增壓發(fā)動機的關(guān)鍵部件。實際上是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量。它由渦輪機、中間體和壓氣機三大部分組成。渦輪機與發(fā)動機的排氣管相接，中間體與潤滑系統(tǒng)相接，壓氣機與進氣管相接[1]。

其工作原理為：發(fā)動機排出的廢氣通過絕熱膨脹做功，驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，從而帶動同軸的壓氣機葉輪高速轉(zhuǎn)動(轉(zhuǎn)速30000轉(zhuǎn)/min ～120000轉(zhuǎn)/min)。新鮮空氣在壓氣機葉輪離心力的作用下，以146～392KPa的壓力進入氣缸，由于空氣密度增大，進入氣缸的空氣量也增大，從而噴入更多的燃油以提高功率，同時改善燃燒。能有效提高發(fā)動機功率20%～50%，降低油耗8%左右，廢氣中的有害氣體也大幅減少[2]。

2 正確使用

由于增壓器安裝于發(fā)動機的排氣一側(cè)，工作溫度很高，進入渦輪的廢氣溫度常在600℃以上，并且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高，因此采用浮動軸承。針對這種結(jié)構(gòu)原理，在使用中應(yīng)當注意以下幾個問題：

1）停機時間過長，或者在冬季以及更換增壓器時，必須預先潤滑增壓器。在安裝使用增壓器之前，用手撥動葉片，確保葉片沒有卡滯。

2）發(fā)動機啟動后應(yīng)怠速運轉(zhuǎn)3～5min。使?jié)櫥瓦_到一定的壓力，并能對轉(zhuǎn)子充分潤滑，以避免增壓器轉(zhuǎn)速突然增加，軸承缺乏潤滑而加速磨損，甚至出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，造成增壓器的損壞[3]。

3）車輛停車時候不要立即熄火。應(yīng)怠速運轉(zhuǎn)3～5min，使增壓器的轉(zhuǎn)子的溫度和轉(zhuǎn)速能緩慢下降，突然熄火會造成機油壓力驟降，但增壓器轉(zhuǎn)子軸在慣性的作用下仍在高速轉(zhuǎn)動，容易因缺油而引起轉(zhuǎn)軸與軸承咬死。

4）定期清洗更換空氣濾芯，空氣濾芯過臟會增大進氣阻力，使發(fā)動機功率下降，油耗增加；并且空濾過臟會使進入燃燒室的氣體含有灰塵，對活塞環(huán)、氣缸，以及氣門等處產(chǎn)生磨損。

5）按規(guī)定加注機油。增壓器普遍采用全浮動軸承，對機油的要求很高，應(yīng)按規(guī)定加注，并適當減少換油間隔路程。一般要求使用CD級15W/40或CD級20W/40(夏季)、CD級20W/30(冬季)柴油機油。機油必須保持清潔，嚴防泥砂和殘雜物摻入。

6）經(jīng)常檢查進氣系統(tǒng)的氣密性，避免因為漏氣吸入灰塵或者雜物，導致發(fā)動機損壞。渦輪處的氣密性不好也會使增壓效率下降。

7）渦輪增壓器由于工作原理以及結(jié)構(gòu)特點，都有一定的使用壽命，通常為5～8萬km。應(yīng)注意檢查增壓器的狀態(tài)并及時更換，避免增壓器帶病作業(yè)，是發(fā)動機的效率降低，甚至可能損壞發(fā)動機。

3 主要故障

廢氣渦輪增壓器主要故障現(xiàn)象有壓力機喘振、振動強烈并且伴有異響、增壓壓力下降、渦輪或泵輪端漏油、增壓器過熱等。由于風冷發(fā)動機工作環(huán)境比較差，往往造成渦輪增壓器故障率大于一般的水冷增壓發(fā)動機。

基層裝配8缸增壓風冷發(fā)動機的裝備有兩種，某型輪式裝甲車以及履帶式輸送車。作者對268臺此類裝備發(fā)動機渦輪增壓器故障進行統(tǒng)計，并分析故障原因，發(fā)現(xiàn)浮動軸承損壞、渦輪或壓氣機葉片損壞是導致增壓器故障最主要的2個因素。

3.1 浮動軸承損壞

這是增壓器最常見的故障之一，發(fā)生此類故障后，軸承與軸的間隙過大，油膜失穩(wěn)，承載能力下降，轉(zhuǎn)子軸系振動加劇，破壞了動平衡。在發(fā)生此類故障時，一般會伴隨出現(xiàn)噪音增大、振動強烈的現(xiàn)象。過大的旋轉(zhuǎn)半徑使兩端的油封損壞，嚴重時會損壞整臺增壓器。

1）未按照說明書使用機油

增壓發(fā)動機的熱負荷以及機械負荷都高于自然吸氣的發(fā)動機。尤其是風冷發(fā)動機，高溫使機油的粘度下降，承載能力減弱，而且增壓器的轉(zhuǎn)速極高（F413系列為60000～90000轉(zhuǎn)/min），增壓器軸承部位的油溫遠遠高于曲軸處的油溫。因此必須按照說明使用機油。

2）機油清潔度太差

機油的主要作用是潤滑、降溫、清洗。往往機油中含有大量金屬屑，并且由于高溫，一部分機油膠化，這些雜質(zhì)會加快軸承的磨損，或者堵塞潤滑油道，造成軸承潤滑不良。

3）缺油干磨

增壓器的機油來自于機油泵，如果機油泵不工作或壓力不足，以及機油管路中的問題，都可能導致供油量下降，軸承不能得到充分潤滑和降溫，嚴重時轉(zhuǎn)子會看到燒成藍色的現(xiàn)象。增壓器機油的壓力差應(yīng)大于0.2MPa，才能保證轉(zhuǎn)子的充分潤滑[4]。

3.2 渦輪或壓氣機葉輪損壞

1）發(fā)動機排氣管中進入雜物

增壓器在正常的高速運轉(zhuǎn)中，若發(fā)動機排氣管中出現(xiàn)異物，必然會造成渦輪葉片的損壞，甚至擊壞殼體，轉(zhuǎn)子的動平衡受到破壞，轉(zhuǎn)子軸系的振動加劇，造成增壓器損壞。同時，由于風冷發(fā)動機燃油燃燒不充分，在排放氣體中有大量的顆粒物，在高速運動中，高溫氣體和顆粒對渦輪葉片產(chǎn)生打磨，久而久之，也會引起葉片損壞。

2）未按照要求使用空濾或者進氣道密封不嚴

在風沙較大的地區(qū)使用增壓發(fā)動機，沙塵經(jīng)過空濾的縫隙進入增壓器，能導致葉輪進氣口出的葉片均勻磨損，使增壓效果降低，甚至破壞轉(zhuǎn)自平衡，因此應(yīng)當經(jīng)常對進氣管道及空濾進行檢查保養(yǎng)，避免發(fā)生此類故障[5]。

3）未及時清除油泥

增壓器長期使用后，空氣中的粉塵會和油霧結(jié)成油泥，聚集在增壓器殼進口的通道上，使葉輪和殼體產(chǎn)生弄擦，引起增壓器轉(zhuǎn)子軸系的振動。

4）排氣溫度過高

當供油系統(tǒng)產(chǎn)生故障，發(fā)生供油延遲、供油量過大或者排氣門漏氣等現(xiàn)象，都可能導致排氣溫度過高，造成進口處的葉片燒損變形，高溫還能使渦輪端密封處的機油炭化，以及局部過熱，造成油封和軸承失效。

4 結(jié)論

渦輪增壓器是增壓發(fā)動機的關(guān)鍵部件。因此，在裝備日常使用中，重視渦輪增壓器的正確使用和保養(yǎng)，才能保證裝備的良好性能和狀態(tài)，保持戰(zhàn)斗力，同時對降低使用成本、減少能源消耗和保護環(huán)境都有重要的意義[6]。

[1]曹孝謹.渦輪增壓器與柴油機的匹配[M].北京:國防工業(yè)出版社,1984.

[2]于世元.渦輪增壓器原理、結(jié)構(gòu)和使用[M].北京:國防工業(yè)出版社,1985.

[3]甘茂治,等.軍用裝備維修工程學[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.

[4]董大為.渦輪增壓器的故障分析與合理使用[J].建筑機械化,2004(7):43-52.

[5]丁能勝,范鵬,等.康明斯柴油機渦輪增壓器的使用與維護[J].軍用汽車管理,2008,(2):42-43.

[6]于啟洋,張琳,等.渦輪增壓器的使用與維護[J].河北水利水電技術(shù),2004(4):39-40.