淺析不良用車習(xí)慣對(duì)渦輪增壓器的影響

陶德志

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淺析不良用車習(xí)慣對(duì)渦輪增壓器的影響

陶德志

（廣西玉柴機(jī)器專賣發(fā)展有限公司，廣西 玉林 537001）

二十一世紀(jì)初葉，我國柴油機(jī)產(chǎn)業(yè)迎來了技術(shù)革新的新時(shí)代，車用柴油機(jī)率先采用了渦輪增壓技術(shù)，由于其出色的綜合性能和較低的控制成本，渦輪增壓器已全面應(yīng)用到車用、非道路、船電設(shè)備等各種用途的柴油機(jī)之中。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，增壓器渦軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘10萬轉(zhuǎn)以上，渦輪端溫度也會(huì)超過500℃，在如此惡劣的環(huán)境下，要想增壓器長(zhǎng)期保持良好的工作狀態(tài)，具備正確的使用方法和良好的養(yǎng)護(hù)習(xí)慣顯得十分重要。

柴油機(jī)；渦輪增壓器；不良習(xí)慣；分析

前言

正確的使用與科學(xué)的養(yǎng)護(hù)可保障渦輪增壓器更為持久的正常工作，也是保證發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能得到有效發(fā)揮的關(guān)鍵。不良的用車習(xí)慣不僅會(huì)縮短增壓器的使用壽命，還會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降、排放惡化，燃油、機(jī)油消耗量增加，使用成本顯著提高，甚至?xí)斐蓴U(kuò)大性故障引起大修提前。

通過對(duì)售后數(shù)據(jù)與故障件的分析，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)部分的增壓器故障并非自身質(zhì)量問題所致，很大因素與司機(jī)的用車習(xí)慣密切相關(guān)，而不良的用車習(xí)慣不僅會(huì)損壞增壓器，還會(huì)造成短期內(nèi)同類故障重復(fù)發(fā)生。為幫助車友更多地了解增壓器，減少因不良用車習(xí)慣造成增壓器的損壞，本文將結(jié)合相關(guān)機(jī)理及有關(guān)故障件的特征進(jìn)行分析。

1 不按時(shí)更換機(jī)油與機(jī)濾

隨著柴油機(jī)及專用潤滑油綜合性能的提升，發(fā)動(dòng)機(jī)的換油周期普遍在20000公里之上，部分發(fā)動(dòng)機(jī)甚至達(dá)到6萬或8萬公里的換油周期，不同階段不同機(jī)型的發(fā)動(dòng)機(jī)，換油周期需根據(jù)選定的機(jī)油和機(jī)油濾清器決定，具體可參考使用說明。

潤滑油使用一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生變質(zhì)，從而失去它的主要性能和功效。這主要有兩個(gè)方面的原因：一是油液中積累了大量的污染物；二是油品本身的化學(xué)變質(zhì)，即基礎(chǔ)油的氧化和添加劑的降解。初期，可通過安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的機(jī)油濾清器來濾除循環(huán)機(jī)油中的雜質(zhì)，但是隨著車輛行駛里程的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油濾清器的納污能力會(huì)達(dá)到極限堵死濾網(wǎng)（已達(dá)到更換期），從而失去過濾能力，此時(shí)帶有雜質(zhì)的機(jī)油從旁通閥（一種防止機(jī)油濾清器被雜質(zhì)堵死造成缺油的保護(hù)裝置）進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)各油道，從而加劇機(jī)械部件的磨損。由于增壓器轉(zhuǎn)速較高，內(nèi)部需要潤滑、冷卻的運(yùn)動(dòng)件對(duì)機(jī)油的品質(zhì)要求極高，未經(jīng)過濾帶有雜質(zhì)的潤滑油極易導(dǎo)致增壓器在短期內(nèi)損壞，這與增壓器的結(jié)構(gòu)與工作特性密切相關(guān)。

圖1 增壓器潤滑油路示意圖

圖2 增壓器構(gòu)造與組成

增壓器在渦輪轉(zhuǎn)軸與軸承體之間安裝有全浮式軸承（后稱浮動(dòng)軸承），工作時(shí)，在浮動(dòng)軸承外圓與軸承體內(nèi)孔、浮動(dòng)軸承內(nèi)孔與轉(zhuǎn)軸之間時(shí)刻填充有高壓油膜，使浮動(dòng)軸承、轉(zhuǎn)軸、軸承體相互不接觸，降低彼此相對(duì)轉(zhuǎn)速以減少摩擦阻力，達(dá)到減緩浮動(dòng)軸承異常磨損的目的；止推軸承與止推套之間也有高壓的油膜，同樣是起到減緩磨損的目的。

增壓器轉(zhuǎn)子的徑向間隙接近0.1mm，軸向間隙不足0.05mm，一旦機(jī)油變質(zhì)嚴(yán)重，且機(jī)濾失效而未及時(shí)更換，大量的雜質(zhì)極易填充浮動(dòng)軸承與止推軸承之間的微小間隙，在轉(zhuǎn)軸的高速拖動(dòng)下摩擦加劇，發(fā)熱量劇增，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)致使增壓器轉(zhuǎn)軸松況，并產(chǎn)生前后竄動(dòng)、上下擺動(dòng)的特征。由于增壓器兩端采用密封環(huán)與密封套進(jìn)行機(jī)械密封，密封部件與轉(zhuǎn)軸之間也存在微小的間隙，一旦竄動(dòng)量、擺動(dòng)量超出極限，轉(zhuǎn)軸就會(huì)與密封部件接觸，直接導(dǎo)致密封環(huán)、密封套磨損而漏油。

圖3 雜質(zhì)造成軸承磨損

圖4 密封環(huán)部位油泥嚴(yán)重

之前，很多車主對(duì)于為什么要按時(shí)更換機(jī)油、機(jī)濾不是很了解，有些車主為了省錢會(huì)采取延遲更換（保養(yǎng)）或只更換機(jī)油、機(jī)濾中的一項(xiàng)，結(jié)果因小失大造成了更大的損失。

圖5 密封件磨損導(dǎo)致增壓器竄油

2 不按時(shí)保養(yǎng)空氣濾芯，不及時(shí)更換空濾

空氣濾清器的主要作用是為發(fā)動(dòng)機(jī)提供清潔的空氣，以防發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)機(jī)械部件在工作中吸入含有雜質(zhì)顆粒物的空氣而加劇磨損的幾率，增壓器亦在保護(hù)范圍之列。按照空濾的保養(yǎng)要求，每使用50-200h或阻力報(bào)警器出現(xiàn)報(bào)警時(shí)需對(duì)主濾芯進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，保養(yǎng)達(dá)到5次或發(fā)現(xiàn)安全濾芯被污染，要及時(shí)更換空濾組件，否則，會(huì)對(duì)增壓器造成嚴(yán)重?fù)p害。及時(shí)、正確、規(guī)范的保養(yǎng)空濾需注意以下事項(xiàng)：（1）輕敲濾芯端蓋使積塵振落；（2）用壓力不大于0.5MPa的干燥壓縮空氣自內(nèi)部向外吹凈濾芯；（3）禁止用油或水清洗濾芯；（4）安全濾芯出現(xiàn)變形或污染需及時(shí)更換空濾組件。

圖6 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為確保增壓器在正常工作中不發(fā)生滲油故障，除機(jī)械密封外，其獨(dú)到之處在于動(dòng)態(tài)氣壓密封技術(shù)的成功運(yùn)用。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，只要保障增壓器兩端殼體內(nèi)建立起來的壓力大于軸承體回油腔中的壓力（P1>P2），增壓器就能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)氣壓密封，確保增壓器在工作時(shí)不漏油。

圖7 增壓器氣壓密封原理圖

第一，進(jìn)氣阻力偏大會(huì)導(dǎo)致增壓器竄油。當(dāng)空濾達(dá)到保養(yǎng)周期后，空濾表面會(huì)吸附大量的灰塵，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣阻力會(huì)明顯增大，增壓器壓氣機(jī)端的壓力會(huì)變得較低，回油腔中的油壓P2會(huì)大過壓氣機(jī)進(jìn)氣端的壓力P1，此時(shí)機(jī)油會(huì)通過密封套、密封環(huán)間的微小間隙開始持續(xù)性的滲油，也就是日常說說的假性漏油。如未及時(shí)排除，竄油量就會(huì)越來越多，直接造成發(fā)動(dòng)機(jī)燒機(jī)油故障。

圖8 壓氣機(jī)出氣口及壓氣機(jī)殼上附著了大量油污

第二，吸入灰塵等顆粒物導(dǎo)致增壓器損壞。一旦空濾表面積塵過多還繼續(xù)使用，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管路就會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于負(fù)壓的狀態(tài)，濾紙因承受較大的壓力而撕裂，大量顆粒物將穿過空濾進(jìn)入增壓器壓氣機(jī)氣道，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪與撞擊的顆粒之間產(chǎn)生很大的作用力，在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)造成增壓器葉片損壞，致使動(dòng)平衡失效，進(jìn)一步加速軸承的磨損及葉片與殼體的刮擦，此時(shí)兩端還會(huì)出現(xiàn)竄油的現(xiàn)象。

圖9 被顆粒物損壞的壓氣機(jī)葉輪

3 缺乏警覺意識(shí)，未能及時(shí)修復(fù)增壓管路漏氣故障

受增壓器獨(dú)特結(jié)構(gòu)的影響，該部件采用了機(jī)械與氣壓雙重密封的方式，只要增壓器兩端殼體內(nèi)建立起來的壓力大于軸承體回油腔中的壓力，增壓器就不會(huì)發(fā)生漏油。如果abc段或ef段管路出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象而沒及時(shí)修復(fù)，氣壓密封的環(huán)境就被破壞，增壓器對(duì)應(yīng)的端面就會(huì)出現(xiàn)竄油現(xiàn)象。若abc段漏氣，會(huì)引起壓氣機(jī)端漏油；若ef段漏氣，會(huì)引起渦輪端漏油。該類故障均屬于增壓器假性漏油，此類故障雖然不會(huì)傷及增壓器，但竄入的機(jī)油進(jìn)入燃燒室或排氣管后，會(huì)造成燒機(jī)油或排氣管放炮等不良影響，不僅加大了機(jī)油的消耗，也對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全工作帶來了隱患。

圖10 增壓管路示意圖

氣壓密封管路出現(xiàn)漏氣時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能和爬坡能力會(huì)明顯變差，并伴隨有氣流的異響聲，重載時(shí)尤為突出。車主在日常用車過程中因提高警覺，一旦出現(xiàn)相關(guān)現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)就近維修，避免造成擴(kuò)大性故障。

4 不注意觀察儀表，機(jī)油壓力異常仍繼續(xù)行車

部分新手司機(jī)由于駕駛技術(shù)和駕駛經(jīng)驗(yàn)不純熟，時(shí)常會(huì)犯一些駕駛中的錯(cuò)誤，其中行車時(shí)不觀察儀表是最為典型的問題之一。儀表盤上的機(jī)油壓力指示裝置是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力瞬時(shí)信息的晴雨表，是引導(dǎo)司機(jī)及時(shí)做出正確反應(yīng)的指示標(biāo)。機(jī)油壓力異常是發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障之一，不及時(shí)處理會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)造成嚴(yán)重的危害。壓力過高會(huì)誘發(fā)燒機(jī)油故障，壓力過低會(huì)造成缺油拉缸，且兩種情況都會(huì)造成增壓器在短期內(nèi)損壞，及時(shí)關(guān)注整車儀表的動(dòng)態(tài)警示標(biāo)識(shí)，對(duì)安全用車起到?jīng)Q定性作用。

機(jī)油壓力偏低，代表機(jī)油已經(jīng)變質(zhì)或機(jī)油供油量不足，造成增壓器損壞較好理解，為何壓力偏高也會(huì)增壓器損壞呢？

圖11 增壓器回油不暢示意圖

若機(jī)油壓力偏高，增壓器回油腔油壓就會(huì)大于兩端殼體內(nèi)的氣壓，勢(shì)必造成增壓器竄油，并引發(fā)燒機(jī)油故障。機(jī)油壓力偏高，增壓器的回油速度就會(huì)大幅減慢，甚至不回油，此時(shí)潤滑油不能在增壓器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻，輸送到油腔內(nèi)的機(jī)油在轉(zhuǎn)軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)中迅速升溫，并結(jié)焦變質(zhì)，在缺乏潤滑、冷卻的環(huán)境下加劇損壞。

圖12 機(jī)油在高溫下變質(zhì)結(jié)焦

5 連續(xù)怠速運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)

車輛使用過程中，發(fā)現(xiàn)少數(shù)司機(jī)誤認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)可以節(jié)省油料，減少磨損，降低運(yùn)營成本，實(shí)則不然。

發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，燃油供油量較少，燃燒產(chǎn)生的熱量隨之減少，冷卻水溫度較低，機(jī)油粘稠度相對(duì)較高，加之該環(huán)境下機(jī)油壓力低、流動(dòng)性差，不利于增壓器在高溫、高速下的冷卻與潤壞，加速了內(nèi)部件的磨損，會(huì)造成增壓器加速損壞。

根據(jù)柴油增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的使用要求，車輛連續(xù)怠速時(shí)間不宜超過20分鐘。

6 冷車啟動(dòng)后未經(jīng)怠速熱車直接加油起步

當(dāng)增壓柴油機(jī)起動(dòng)后，不能馬上加大負(fù)荷，提高轉(zhuǎn)速，需怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3min-5min，其目的是：

①冷車啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫較低，機(jī)油粘稠度大、流動(dòng)性差，潤滑油到達(dá)各運(yùn)動(dòng)副所需的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，而增壓器位于發(fā)動(dòng)機(jī)頂部，需潤滑部位距機(jī)油泵較遠(yuǎn)，若啟動(dòng)后馬上提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速數(shù)十倍高于發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓器在短時(shí)間內(nèi)難以形成足夠厚度的油膜，極易使渦輪轉(zhuǎn)軸與浮動(dòng)軸承在缺油環(huán)境下高速運(yùn)轉(zhuǎn)而損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致渦輪轉(zhuǎn)軸在過熱、曠動(dòng)下產(chǎn)生應(yīng)力集中而折斷。

②通過怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3min-5min，可仔細(xì)觀察有關(guān)參數(shù)是否正常。比如：機(jī)油壓力是否正常，水溫、轉(zhuǎn)速儀表是否正常，發(fā)動(dòng)機(jī)工作聲響是否正常，通過對(duì)相關(guān)參數(shù)的觀察，有利于保障車輛的安全運(yùn)行。

一旦不按規(guī)范操作，將會(huì)給增壓器甚至發(fā)動(dòng)機(jī)造成難以預(yù)測(cè)的損害。

7 高速或大負(fù)荷下直接熄火

高速或大負(fù)荷運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)，停機(jī)前應(yīng)怠速運(yùn)行3~5分鐘方可停機(jī)，其目的是：

發(fā)動(dòng)機(jī)在高速或大負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，增壓器轉(zhuǎn)軸速度極高，一旦突然停機(jī)，在慣性作用下會(huì)繼續(xù)保持運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間方會(huì)停止，而此時(shí)機(jī)油泵不再供油，殘存在增壓器油道內(nèi)的少量機(jī)油在缺乏循環(huán)冷卻的環(huán)境下焦化變質(zhì)，并附著在軸承與轉(zhuǎn)軸之間，大大加快了增壓器的磨損。

因此，高速或大負(fù)荷下直接熄火，加速→熄火→空擋滑行等操作對(duì)增壓器及發(fā)動(dòng)機(jī)都非常有害！

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[2] 劉永長(zhǎng).內(nèi)燃機(jī)原理[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2001.

[3] 胡國啟.玉柴國3柴油機(jī)維修手冊(cè)[M].玉林:廣西玉柴機(jī)器股份有限公司,2010.

Analysis of the Influence of Bad Car Usage on Turbocharger

Tao Dezhi

( Guangxi Yuchai Machinery Monopoly Development Co., Ltd., Guangxi Yulin 537001 )

At the beginning of the 21st century, China’s diesel engine industry has ushered in a new era of technological innovation. Vehicle diesel engines have taken the lead in adopting turbocharger technology. Due to its excellent overall performance and lower control costs, turbochargers have been fully applied. It is used in diesel engines for various applications such as vehicles, non-roads, and ship electric equipment. When the engine is working, the supercharger vortex shaft rotates at a speed of more than 100,000 revolutions per minute, and the turbine end temperature also exceeds 500°C. In such a harsh environment, it is necessary for the supercharger to maintain a good working condition for a long period of time. Use methods and good maintenance habits are very important.

Diesel engine; turbocharger; bad habits; analysis

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1671-7988(2018)18-274-04

U471

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CLC NO.: U471

陶德志，男，湖北黃岡人，本科，助理工程師，技術(shù)培訓(xùn)主管，就職于廣西玉柴機(jī)器專賣發(fā)展有限公司。主要負(fù)責(zé)公司內(nèi)部及各級(jí)經(jīng)銷服務(wù)商的配件技術(shù)運(yùn)用與售后服務(wù)方面的培訓(xùn)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.096