渦輪增壓器潤(rùn)滑油泄漏分析

【摘 要】潤(rùn)滑油泄漏嚴(yán)重地影響了渦輪增壓器的工作可靠性，本文主要結(jié)合渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理，及其軸承，潤(rùn)滑系統(tǒng)和密封結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與作用對(duì)潤(rùn)滑油泄露的原因進(jìn)行理論分析和總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】渦輪增壓器，潤(rùn)滑油，泄漏，密封

在汽車(chē)行業(yè)要求節(jié)能減排的今天，渦輪增壓器因在提高汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性和排放性方面優(yōu)勢(shì)突出而得到越來(lái)越多的汽車(chē)企業(yè)的重視。但是渦輪增壓器軸承組件潤(rùn)滑油的嚴(yán)重泄漏一直以來(lái)是影響增壓器可靠性的主要問(wèn)題，其誘發(fā)的故障在增壓器發(fā)動(dòng)機(jī)總故障中所占的比例高達(dá)25%，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和行車(chē)安全。因此，渦輪增壓器潤(rùn)滑油泄漏問(wèn)題必須受到重視。

1.渦輪增壓器的工作原理及潤(rùn)滑與密封結(jié)構(gòu)

1.1 渦輪增壓器的軸承及潤(rùn)滑系統(tǒng)

渦輪增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣歧管上，處在高溫，高壓和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的工作狀況下，且長(zhǎng)期被高溫燃?xì)飧g，同時(shí)工作要求又比較苛刻，因此目前絕大多數(shù)小型渦輪增壓器均采用機(jī)油潤(rùn)滑的全浮動(dòng)軸承。浮動(dòng)軸承與轉(zhuǎn)子軸頸和中間殼軸承座之間均留有一定間隙，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子軸和浮動(dòng)軸承全部浮在潤(rùn)滑油中。

采用壓力潤(rùn)滑的方式，潤(rùn)滑系統(tǒng)可以把具有一

定壓力的潤(rùn)滑油從柴油機(jī)主油道引出，通過(guò)細(xì)濾器濾清后，沿徑向軸承圓周上的徑向油孔進(jìn)入軸承間隙，再沿軸承的兩側(cè)排出，致使軸承排油端的端面上承受一定的機(jī)油壓力形成的軸向力，完成潤(rùn)滑和冷卻軸承作用后，依靠本身重量從增壓器回油口流出，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼。

1.2渦輪增壓器的密封裝置結(jié)構(gòu)與作用

渦輪增壓器的密封結(jié)構(gòu)起到封氣、封油的作用，即防止軸承的潤(rùn)滑油進(jìn)入增壓器的通流部分，并阻止壓氣機(jī)的空氣和渦輪端的燃?xì)膺M(jìn)入增壓器的滑油腔的作用，是保證渦輪增壓器正常工作的重要環(huán)節(jié)。

渦輪增壓器的密封方式分為接觸式密封和非接觸式密封。常見(jiàn)的密封環(huán)式接觸密封是在轉(zhuǎn)子軸兩端安裝了密封環(huán)和密封套，工作時(shí)密封環(huán)在兩端壓力差作用下緊靠在密封環(huán)槽的一個(gè)端面上，從而起到端面密封的作用。

2.渦輪增壓器潤(rùn)滑油泄漏原因分析

2.1從渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)分析

a.增壓器主軸和壓氣機(jī)葉輪的聯(lián)結(jié)是采用徑向圓柱面動(dòng)配合定位，銷(xiāo)鍵聯(lián)接傳遞扭矩，軸向用密封環(huán)的厚度作定位調(diào)整，降低了相關(guān)零件軸向尺寸的精度要求，但對(duì)這些零件端面與軸線(xiàn)的垂直度要求很高，否則螺母壓緊在與軸線(xiàn)不垂直的端面上就會(huì)造成軸的彎曲，使轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞。加之高轉(zhuǎn)速下的離心力使壓氣機(jī)葉輪內(nèi)孔發(fā)生塑性變形，失去原有的設(shè)計(jì)配合精度，也會(huì)造成轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡不穩(wěn)定，以至造成油封處的油膜難以穩(wěn)定形成，造成封油效果差。

b.由于懸臂較短，渦輪式輪盤(pán)離軸承較近，使回油腔容積較小，易發(fā)生回油不暢，油封負(fù)擔(dān)過(guò)重，容易發(fā)生漏油。

c.由于增壓器軸承的封油作用是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下建立起來(lái)的（壓力空氣密封和反螺紋密封），轉(zhuǎn)速越高，封油效果越好， 轉(zhuǎn)速越低，封油效果越差。而轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的封油效果已完全失效。

2.2從使用操作分析

a.密封環(huán)安裝錯(cuò)誤。在壓氣機(jī)端和渦輪端槽中安裝有2個(gè)密封環(huán)，若裝配增壓器時(shí)沒(méi)有使相鄰兩環(huán)開(kāi)口互相錯(cuò)開(kāi)180°，容易造成漏油。

b.啟動(dòng)前潤(rùn)滑。有些使用場(chǎng)合要求在起動(dòng)主機(jī)前進(jìn)行潤(rùn)滑，而由于主機(jī)起動(dòng)過(guò)晚導(dǎo)致漏油。

c.停機(jī)時(shí)潤(rùn)滑。當(dāng)柴油機(jī)在正常油、水溫度下，以最低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)5min以上停機(jī)時(shí)（噴油泵齒桿回零起），轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間應(yīng)少于30s。而在實(shí)際測(cè)試中，停機(jī)后增壓器轉(zhuǎn)子惰轉(zhuǎn)時(shí)間不但長(zhǎng)短不一，而且有相當(dāng)部分超過(guò)30s，這又無(wú)意中增加了增壓器轉(zhuǎn)子在靜止?fàn)顟B(tài)下受壓力油的作用時(shí)間，也增加了潤(rùn)滑油的泄漏。

d.潤(rùn)滑油進(jìn)口壓力過(guò)高。增壓器潤(rùn)滑油進(jìn)口壓力正常時(shí)為235～392kPa，當(dāng)油壓高于588kPa時(shí)，潤(rùn)滑油便會(huì)由渦輪端密封裝置處泄漏。

e.潤(rùn)滑油進(jìn)口壓力過(guò)低。增壓器機(jī)油進(jìn)口壓力應(yīng)大于0.2MPa才能保證機(jī)油的供油量及軸承等旋轉(zhuǎn)件的正常潤(rùn)滑。當(dāng)機(jī)油壓力過(guò)低或機(jī)油嚴(yán)重不足時(shí)，增壓器不能在穩(wěn)定的潤(rùn)滑條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，以致增壓器損壞，產(chǎn)生漏油。

f.柴油機(jī)使用不當(dāng)。在柴油機(jī)正常工作時(shí)，增壓器的轉(zhuǎn)速、溫度極高，因此增壓器對(duì)于潤(rùn)滑的要求很高。如果對(duì)柴油機(jī)的使用方法不正確，則中間殼、增壓器軸和浮動(dòng)軸承間會(huì)出現(xiàn)半干摩擦或干摩擦，摩擦產(chǎn)生高溫，使中間殼、增壓器軸和浮動(dòng)軸承燒損，并使增壓器兩端的密封環(huán)損壞，從而產(chǎn)生增壓器漏油。

h.潤(rùn)滑油失效。失效潤(rùn)滑油中雜質(zhì)太多，直徑大于0.02mm的外來(lái)顆?？呻S潤(rùn)滑油流入軸承與軸的油膜中及密封環(huán)處，會(huì)堵塞推力軸承上的油孔。雜質(zhì)的研磨作用，嚴(yán)重磨損密封環(huán)和推力軸承，刮傷浮動(dòng)軸承和中間殼，加速零件磨損失效，從而導(dǎo)致增壓器早期損壞，并使密封環(huán)逐步失去封氣封油作用而導(dǎo)致漏油，嚴(yán)重時(shí)還可能造成增壓器軸斷裂。

2.3從渦輪增壓器的損傷分析

a.密封環(huán)磨損。增壓器密封環(huán)依靠彈力固定在密封環(huán)外殼上，當(dāng)失去彈力或彈力減小、增壓器傳動(dòng)軸來(lái)回竄動(dòng)時(shí)，使渦輪轉(zhuǎn)軸徑向間隙超標(biāo)或使密封套松動(dòng)，引起密封環(huán)與環(huán)槽嚴(yán)重磨損，密封環(huán)與傳動(dòng)軸上環(huán)槽間的間隙遭到破環(huán)，同時(shí)使環(huán)兩端面摩擦損壞，甚至造成密封環(huán)折斷，造成密封不良。

b.回油不暢。中間體軸承腔內(nèi)油面會(huì)因回油不暢升高而導(dǎo)致泄漏[1]。

c.壓力平衡被破壞而導(dǎo)致漏油?？諝鉃V清器堵塞、壓氣機(jī)或中冷器積污、壓氣機(jī)進(jìn)口因掉入異物堵塞等，都會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)進(jìn)氣負(fù)壓太高，在壓氣機(jī)輪背處出現(xiàn)負(fù)壓，使壓力平衡受到破壞，造成漏潤(rùn)滑油。

3.總結(jié)

渦輪增壓器潤(rùn)滑油的泄露嚴(yán)重影響了增壓器的可靠性與發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，引起潤(rùn)滑油泄露的原因是多方面的，包括工作特性，結(jié)構(gòu)，安裝，操作及構(gòu)件損傷等。但是目前渦輪增壓器行業(yè)內(nèi)，仍沒(méi)有行之有效的，廣泛適用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范，評(píng)定可靠性的高低。若業(yè)內(nèi)能早日達(dá)成共識(shí)，必將促進(jìn)我國(guó)渦輪增壓器行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏名山，馬朝臣，黃若.車(chē)用渦輪增壓器密封結(jié)構(gòu)的檢測(cè).車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī).2004.（4）：50～51