渦輪增壓器與柴油機(jī)故障診斷

1、2021/8/61渦輪增壓器與柴油機(jī)故障診斷渦輪增壓器與柴油機(jī)故障診斷一、增壓器在柴油機(jī)上的必要性；一、增壓器在柴油機(jī)上的必要性；二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理；二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理；三、三、4類故障與廢氣渦輪增壓器的關(guān)系分析類故障與廢氣渦輪增壓器的關(guān)系分析 ；四、結(jié)束語四、結(jié)束語。2021/8/62一、渦輪增壓器在柴油機(jī)上的必要性一、渦輪增壓器在柴油機(jī)上的必要性11、提柴油機(jī)功率輸出的途徑：A、加大氣缸總排量，改變其結(jié)構(gòu)主參數(shù)？B、增加轉(zhuǎn)速；但惡化工作過程；C、提高平均有效壓力；2、影響平均有效壓力因素：A、進(jìn)氣密度、充量系數(shù)、熱效率、機(jī)械效率等B、其中提高進(jìn)氣密度最有效，根據(jù)物理

2、可知：增加進(jìn)氣壓力就提高了密度。2021/8/63一、一、渦輪增壓器在柴油機(jī)上的必要性渦輪增壓器在柴油機(jī)上的必要性3、工程結(jié)論： A、在一定轉(zhuǎn)速下，提高進(jìn)氣壓力，增大氣缸空氣量，并相應(yīng)增加噴油量，可在基本結(jié)構(gòu)變動不大的情況下，增大柴油機(jī)的扭矩和功率；B、且由于混合氣密度加大，燃燒改善，可減小排氣污染和降低油耗率（一般油耗可降低310）；C、對于在高原地區(qū)使用的柴油機(jī)安裝增壓器的意義更為重要-恢復(fù)功率，減小油耗；D、因此，柴油機(jī)增壓是個發(fā)展方向，已為大功率柴油機(jī)廣泛采用。2021/8/64二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理11、工作原理2021/8/65二、渦輪增壓器的

3、結(jié)構(gòu)與工作原理二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理2 作用是將空氣高于大氣壓壓力壓入氣缸； 多用廢氣渦輪增壓器，目的是盡可能地利用排氣管廢氣的能量； 排氣中帶走的能量占燃油所發(fā)出能量的？； 廢氣渦輪增壓器一般由渦輪、中間殼和壓氣機(jī)三部分組成。2021/8/66二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理3 廢氣經(jīng)排氣管1進(jìn)入渦輪殼4里的噴嘴環(huán)2時，過流面積逐漸收縮，廢氣壓力和溫度下降，速度提高，使它的動能增加； 高速廢氣流，按一定的方向沖擊渦輪3，使渦輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)。沖擊過渦輪的廢氣最后經(jīng)消聲器排入大氣； 渦輪3和離心式壓氣機(jī)葉輪8固裝在同一轉(zhuǎn)子軸5上，所以兩者同速旋轉(zhuǎn)； 高速旋轉(zhuǎn)的壓氣

4、機(jī)葉輪8把空氣甩向葉輪的外沿，使其速度和壓力增加，并進(jìn)入擴(kuò)壓器7； 擴(kuò)壓器進(jìn)口小出口大，可降速升壓，環(huán)形壓氣機(jī)殼9斷面由小到大可使空氣流的壓力繼續(xù)提高； 最后，柴油機(jī)進(jìn)氣管10內(nèi)的空氣以140500kPa的壓力進(jìn)人氣缸，從而提高柴油機(jī)缸內(nèi)空氣密度 。2021/8/67二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理42、結(jié)構(gòu)分析2021/8/68二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理5 由渦輪殼4、中間殼14、壓氣機(jī)殼9，轉(zhuǎn)子體及浮動軸承16等主要零件組成； 壓氣機(jī)葉輪11和渦輪2支承在浮動軸承16上作高速旋轉(zhuǎn)； 渦輪用高強(qiáng)度、耐熱、耐腐蝕性能好的合金鋼精密鑄

5、造而成，焊在轉(zhuǎn)子軸上或與軸靠錐面配合用螺母固定在軸上； 壓氣機(jī)葉輪有的為鋁合金鑄件，靠錐面配合用螺母固定在轉(zhuǎn)子軸上；2021/8/69二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理6 轉(zhuǎn)子體轉(zhuǎn)速往往在每分鐘4萬轉(zhuǎn)以上； 浮動軸承16與轉(zhuǎn)子軸10和中間殼14之間都有合適間隙，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸高速旋轉(zhuǎn)時，具有250500kPa壓力的潤滑油充滿這兩個間隙，使浮動軸承在內(nèi)外兩層油膜中隨轉(zhuǎn)子軸同時旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)子軸低得多，從而使軸承對軸承孔和轉(zhuǎn)子軸的相對線速度大大下降，從而滿足超高速工況下的工作要求。這就是著名的浮動軸承的工作原理，修理的困難性也因此面產(chǎn)生；2021/8/610二、渦輪增壓器的

6、結(jié)構(gòu)與工作原理二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理7 增壓器所需要的潤滑油來自發(fā)動機(jī)主油道，從浮動軸承噴出來的機(jī)油回曲軸箱，形成一條不斷的循環(huán)潤滑油路； 為防增壓器竄氣和提高軸承壽命，設(shè)“O”形橡膠密封圈6和密封環(huán)12及密封環(huán)3，共4個； 為防止?jié)櫥瓦M(jìn)入壓氣機(jī)，設(shè)擋油密封套8， 隔熱板1減少高溫廢氣對潤滑油的不利影響； 冷卻多用自然空氣冷卻，亦有的在中間殼制有夾層，通過管道和發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)相連。2021/8/611三、三、4類故障與渦輪增壓器的關(guān)系分析類故障與渦輪增壓器的關(guān)系分析4類典型故障：類典型故障： 1、柴油機(jī)曲軸箱竄氣故障不是其四配套的專利； 2、渦輪增壓器故障可導(dǎo)致柴油機(jī)機(jī)油消耗量增加

7、； 3、診斷柴油機(jī)冷卻液中有機(jī)油故障時應(yīng)高度關(guān)注水冷渦輪增器； 4、柴油機(jī)機(jī)功率下降且冒黑煙故障與其渦輪增壓器相關(guān)。2021/8/6121案例 某ZL50裝載機(jī)用柴油機(jī)工作時曲軸箱竄氣，輕負(fù)荷低轉(zhuǎn)速時現(xiàn)象不明顯，重負(fù)荷高轉(zhuǎn)速時竄氣嚴(yán)重，且機(jī)溫偏高。 2021/8/6132案例 一臺日本小松挖掘機(jī)的柴油機(jī)只用了一年多時間機(jī)油消耗量就迅速增加，且排氣管有明顯藍(lán)煙冒出，常規(guī)檢查？沒有查出原因。 2021/8/6142案例解說一臺日本小松挖掘機(jī)的柴油機(jī)只用了一年多時間機(jī)油消耗量就迅速增加，且排氣管有明顯藍(lán)煙冒出，常規(guī)檢查沒有查出原因。后來雖然懷凝到增壓器，但介于增壓器修復(fù)的難度較大不敢將之拆檢；由于原

8、裝渦輪增壓器價格昂貴，故障原因又沒有完全確定，工地又急需此挖掘機(jī)工作，只好讓它帶病工作了一段時間，大約不出半月，柴油機(jī)機(jī)油消耗量大增，發(fā)動機(jī)功率明顯下降，黑煙隨之而來，再也不敢讓挖掘機(jī)繼續(xù)工作。為了確診故障原因，不得不從另外工地上的同類型挖機(jī)上拆一個渦輪增壓器做故障排除試驗(yàn)，更換增壓器后，故障基本消失，只是略有黑煙。后拆檢病態(tài)故障渦輪增壓器，發(fā)現(xiàn)其壓氣機(jī)葉輪和中間殼之間的“O”形橡膠密封圈6和密封環(huán)12都已嚴(yán)重?fù)p壞（見圖二），從而使渦輪增壓器中間殼14（見圖二）中的機(jī)油經(jīng)壓氣機(jī)葉輪室被吸入氣缸，使排氣管冒藍(lán)煙。由于故障初期渦輪增壓器中間殼與葉輪室間的幾處密封的損壞不一定同時發(fā)生、且損壞程度輕微

9、，故僅有藍(lán)煙出現(xiàn)，但隨著上述密封件損壞程度的增加，壓氣葉輪的工作效率下降，因而在每一次做功中缸內(nèi)的空氣量減少，機(jī)油量增加，而柴油量不變，所以最后柴油機(jī)功率越來越低，黑、藍(lán)煙越來越多，氣缸內(nèi)和噴油嘴上積碳積淀量越來越多，對燃燒構(gòu)成惡性循環(huán)，以致更換了增壓器后仍有少量黑煙冒出，不得不打開缸蓋清冼積碳，加大了維修工作量。2021/8/6153案例分析 現(xiàn)在的渦輪增壓器多為風(fēng)冷，但也有用水冷的，即在中間殼14上制有夾層，通過管道和發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)相連。由于中間殼近鄰高溫渦輪室，因此其冷卻夾層的冷熱變形較大，容易開裂，從而造成機(jī)油和冷卻水相通。此故障的最大特點(diǎn)是水箱中有機(jī)油而機(jī)油中無水，因?yàn)椴裼蜋C(jī)工作時

10、機(jī)油壓力較冷卻液壓力大，機(jī)油可借裂縫進(jìn)入水道，最后在水箱中浮上一層機(jī)油，當(dāng)柴油機(jī)不工作時，由于增壓器的位置高于水箱或基本等高，因此冷卻液無法進(jìn)入柴油機(jī)油底殼，而其它原因引起的類似故障多為機(jī)油中有水，水中有機(jī)油，或者排氣管冒藍(lán)煙或白煙。我們根據(jù)這一特點(diǎn)曾很準(zhǔn)確、而迅速地判斷了幾次渦輪增壓器故障。2021/8/6164案例 柴油機(jī)在額定工況下突然功率偏低且冒黑煙但氣缸壓縮壓力正常的故障案例. 2021/8/617A、第一次處理時，總認(rèn)為是空氣濾清器和柴油供給系的故障，免不了先更換空濾器和柴油濾芯，然后分別調(diào)校噴油嘴和柴油高壓油泵，卻解決不了問題。B、后來在診斷過程中我們發(fā)現(xiàn)該柴油機(jī)除上述故障外還有

11、機(jī)油壓力偏低（機(jī)油壓力在0.150.18MPa間）現(xiàn)象，經(jīng)檢查得知機(jī)油壓力偏低是由于其機(jī)油濾清器上的調(diào)壓閥故障所致，將壓力調(diào)到0.3MPa并更換不清潔的機(jī)油濾芯后故障現(xiàn)象消失。C、究其原因，我們認(rèn)為是由于機(jī)油壓力偏低，導(dǎo)致了渦輪增壓器浮動軸承16性能下降，從而使渦增壓器增壓功能降低，氣缸內(nèi)空氣密度比正常工況下低，即空燃比較小，最后導(dǎo)致了上述故障現(xiàn)象的發(fā)生。按照上面的推理，在柴油機(jī)的其它工況也應(yīng)該有同樣的故障現(xiàn)象發(fā)生，在后來的幾次故障處理中我們驗(yàn)證了這一結(jié)論。D、即在解決問題之先，我們對其它工況也做了運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，由于隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的降低其機(jī)油壓力也會下低，更加不利于增壓器浮動軸承的工作，因此在其它工況下上述故障現(xiàn)象有增無減。E、需要說明的是，后來的幾次類似故障不是突然發(fā)生的而是慢慢形成的，因此我們只更換了機(jī)油濾芯就解決了問題。2021/8/618四、結(jié)束語四、結(jié)束語 1、因渦輪增壓器的正常工作依賴柴油機(jī)的潤滑系和冷卻系（對水冷而言），故在診斷此二系統(tǒng)的故障成因時應(yīng)考慮渦