國(guó)六柴油機(jī)增壓器效率下降過多問題研究

祝先標(biāo) 柴洪磊 孫澤

摘 要：渦輪增壓器是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵部件，其工作效率高低直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。國(guó)六柴油機(jī)產(chǎn)品在開發(fā)過程中，發(fā)生增壓器效率下降問題，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能不足。經(jīng)調(diào)查增壓器、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)油等多方面因素，確認(rèn)機(jī)油抗氧化性能不足是導(dǎo)致此問題的主要原因。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);增壓器;效率;機(jī)油

中圖分類號(hào)：U672 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

增壓器作為一種高效、節(jié)能、科技含量高的環(huán)保型產(chǎn)品，具有改善汽車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放污染、提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和重量比、提高發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性、降低燃油消耗和發(fā)動(dòng)機(jī)噪音等優(yōu)點(diǎn)。隨著排放法規(guī)的不斷升級(jí)，增壓器已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車和工程機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)配置。

1 增壓器工作原理

增壓器主要由渦輪機(jī)和壓氣機(jī)構(gòu)成，其原理是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣進(jìn)入渦輪并膨脹做功，廢氣渦輪驅(qū)動(dòng)與渦輪機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)工作葉輪，在壓氣機(jī)中將新鮮空氣壓縮后在送入氣缸。當(dāng)壓氣機(jī)壓殼與葉輪發(fā)生卡滯時(shí)會(huì)影響增壓器工作效率。

2 故障描述

某型國(guó)六柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在項(xiàng)目開發(fā)階段進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)考核時(shí)，試驗(yàn)進(jìn)行至200 h時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能出現(xiàn)大幅下降，同時(shí)伴隨出現(xiàn)增壓壓力減小，進(jìn)氣量由630 L/min下降至605 L/min，性能下降幅度已超出可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)。增壓器增壓壓力降低，造成增壓器工作效率和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量下降，從而引起發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性降低。具體信息見表1所示。

由上表可以看出，隨著增壓器性能的下降，增壓壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量出現(xiàn)不同程度的下降，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性下降超過3%，且隨著可靠性時(shí)間的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降程度和由此產(chǎn)生的后果不可預(yù)測(cè)。

隨著國(guó)六排放法規(guī)逐步實(shí)施，國(guó)六項(xiàng)目的開發(fā)周期一直是各大主機(jī)廠關(guān)心的問題。所以，亟待解決增壓器效率下降過多問題，以保證國(guó)六產(chǎn)品盡快開發(fā)完成，搶占市場(chǎng)先機(jī)。

3 原因分析

發(fā)生動(dòng)力下降故障后，對(duì)故障增壓器進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)增壓器壓氣機(jī)殼體內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)焦積碳，導(dǎo)致壓氣機(jī)葉片與積碳干涉，造成旋轉(zhuǎn)阻尼增大，進(jìn)一步影響增壓器效率。增壓器壓殼結(jié)焦位置具體見圖1所示。

通過對(duì)故障的FTA分析，如圖2，通過發(fā)動(dòng)機(jī)自身性能表現(xiàn)，可以排除發(fā)動(dòng)機(jī)的原因，原因調(diào)查主要從增壓器本體故障和機(jī)油因素兩方面進(jìn)行。

為了調(diào)查分析增壓器結(jié)焦的具體原因，排除增壓器自身的問題，更換不同平臺(tái)的其他機(jī)型，使用同一試驗(yàn)工況并保持試驗(yàn)邊界條件一致，進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，其他機(jī)型也出現(xiàn)類似故障現(xiàn)象，對(duì)試驗(yàn)后增壓器進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)增壓器壓氣機(jī)內(nèi)部也出現(xiàn)類似結(jié)焦積碳，影響增壓器效率，如圖3所示。

結(jié)合故障調(diào)查結(jié)果和增壓器工作原理，產(chǎn)生此問題原因主要包括增壓器本體故障、發(fā)動(dòng)機(jī)呼吸系統(tǒng)故障和機(jī)油性能不足。經(jīng)確認(rèn)增壓器密封環(huán)、軸承等部件無(wú)異常磨損，密封正常;發(fā)動(dòng)機(jī)活塞漏氣量、竄油量滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，且一致性良好，因此工作重點(diǎn)放在排查機(jī)油因素。

使用競(jìng)品機(jī)油進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，更換全新增壓器，試驗(yàn)運(yùn)行200 h，發(fā)動(dòng)機(jī)性能與增壓器效率均無(wú)異常變化，可以滿足使用要求。如果機(jī)油抗氧化性能不足，會(huì)促進(jìn)機(jī)油產(chǎn)品結(jié)焦?？寡趸瘎┘觿┝亢腿惢A(chǔ)油添加比例是影響機(jī)油抗氧化性能重要因素。進(jìn)行開發(fā)機(jī)油與競(jìng)品機(jī)油抗氧化性能對(duì)比試驗(yàn)，確認(rèn)抗氧化性能差異，分別進(jìn)行旋轉(zhuǎn)氧彈和氧化誘導(dǎo)期試驗(yàn)，結(jié)果顯示開發(fā)機(jī)油抗氧化性能低于競(jìng)品機(jī)油。通過與機(jī)油廠家一起調(diào)查分析，確認(rèn)競(jìng)品機(jī)油抗氧劑和三類基礎(chǔ)油添加比例相對(duì)較高。兩項(xiàng)參數(shù)均是影響機(jī)油抗氧化性能的重要因素。

4 整改驗(yàn)證

4.1 對(duì)策實(shí)施

參照競(jìng)品機(jī)油，提升開發(fā)機(jī)油中抗氧劑及三類基礎(chǔ)油添加比例，并進(jìn)行潤(rùn)滑旋轉(zhuǎn)氧彈和氧化誘導(dǎo)期試驗(yàn)，確認(rèn)其抗氧化性能，結(jié)果如圖5所示，達(dá)到競(jìng)品機(jī)油水平。

4.2 效果檢查

使用優(yōu)化后機(jī)油樣品，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能及增壓器效率。試驗(yàn)采用了前期發(fā)生故障的樣機(jī)和試驗(yàn)工況，更換全新增壓器，試驗(yàn)共運(yùn)行200 h，與原發(fā)生故障時(shí)間保持一致。經(jīng)驗(yàn)證增壓器效率（增壓壓力）下降幅度1.6%，額定點(diǎn)功率下降0.4%，進(jìn)氣量下降0.5%，增壓器壓氣機(jī)葉輪無(wú)卡滯，增壓器結(jié)焦?fàn)顟B(tài)見圖6所示，發(fā)動(dòng)機(jī)及增壓器性能數(shù)據(jù)見表2所示。

4.3 措施鞏固

要求機(jī)油廠家按測(cè)試油調(diào)配機(jī)油，并提供檢測(cè)報(bào)告和紅外光譜曲線，固化機(jī)油的配方。在鞏固期間內(nèi)，監(jiān)控臺(tái)架試驗(yàn)及行車試驗(yàn)狀態(tài)，反饋增壓器狀態(tài)無(wú)異常。

同時(shí)將開發(fā)驗(yàn)證結(jié)果應(yīng)用推廣其他柴油機(jī)平臺(tái)，經(jīng)全速全負(fù)荷試驗(yàn)和模擬道路等試驗(yàn)確認(rèn)，增壓器效率（增壓壓力）無(wú)下降，額定點(diǎn)功率、進(jìn)氣量下降幅度無(wú)異常，增壓器壓氣機(jī)葉輪無(wú)卡滯。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)問題驗(yàn)證調(diào)查，發(fā)現(xiàn)引起增壓器效率下降根本原因是機(jī)油抗氧化性能不足，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)呼吸系統(tǒng)攜帶機(jī)油在增壓器壓殼處凝結(jié)氧化，產(chǎn)生結(jié)焦積碳，進(jìn)而影響增壓器葉輪正常轉(zhuǎn)動(dòng)。

通過此次問題調(diào)查及研究，可以確認(rèn)機(jī)油對(duì)增壓器正常工作是有影響的。針對(duì)量產(chǎn)售后市場(chǎng)機(jī)油使用需要進(jìn)行專項(xiàng)定義，包括機(jī)油質(zhì)量等級(jí)、抗氧化性能，不能讓客戶盲目選擇，避免出現(xiàn)增壓器效率下降，影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。從而提高產(chǎn)品可靠性和競(jìng)爭(zhēng)力。

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