周華衛(wèi)

（海警第六支隊(duì)，山東 煙臺264119）

多年來，為了提高發(fā)動機(jī)的技術(shù)性能，業(yè)界在各方面不斷創(chuàng)新，取得了重大技術(shù)突破。在眾多的技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中，增壓技術(shù)的推廣和應(yīng)用無疑是發(fā)動機(jī)甚至是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史上的一個飛躍。然而，增壓裝置在發(fā)動機(jī)的日常應(yīng)用當(dāng)中故障率較高，需要注意觀察溫度、壓力等數(shù)據(jù)變化，精心維護(hù)保養(yǎng)。筆者結(jié)合多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，闡述心得，供大家參考。

1 增壓裝置的基本原理和分類

眾所周知，發(fā)動機(jī)是靠燃油在氣缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生熱能推動活塞往復(fù)運(yùn)動，再通過連桿帶動曲軸轉(zhuǎn)動來產(chǎn)生功率的。燃油在氣缸中燃燒需要空氣，吸入氣缸的空氣量就直接限制了燃油的燃燒率，進(jìn)而影響發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的功率。因此，想方設(shè)法增加燃燒室的進(jìn)氣量，使更多的燃油能在燃燒室內(nèi)燃燒，就成為增加發(fā)動機(jī)輸出功率的一項(xiàng)重要措施。在此理論基礎(chǔ)上，增壓裝置就應(yīng)運(yùn)而生。從目前的技術(shù)條件來看，增壓裝置是發(fā)動機(jī)在盡可能少增加質(zhì)量的情況下增加輸出功率最有效的機(jī)械裝置。

1.1 發(fā)動機(jī)增壓裝置的概念

發(fā)動機(jī)增壓裝置簡單來說其實(shí)就是一種附屬在發(fā)動機(jī)機(jī)體上的空氣壓縮機(jī)，將壓縮空氣輸送到燃燒室內(nèi)，來增加發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，從而增加發(fā)動機(jī)的功率。與此同時，由于燃油的燃燒效率得到了提高，發(fā)動機(jī)更加省油，廢氣排放量進(jìn)一步降低。

1.2 發(fā)動機(jī)增壓裝置的種類

機(jī)械增壓：機(jī)械增壓裝置的動力來源是發(fā)動機(jī)的輸出功率。通過傳動齒輪使發(fā)動機(jī)曲軸帶動增壓器的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而將空氣壓縮，使其進(jìn)入氣道。其優(yōu)點(diǎn)是，因增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子與發(fā)動機(jī)的曲軸相連，所以它們的轉(zhuǎn)速一致或者成比例關(guān)系，因此不會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，增壓器與發(fā)動機(jī)的匹配非常流暢，而且結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。缺點(diǎn)是由于需要發(fā)動機(jī)的曲軸帶動增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)，因此需要消耗發(fā)動機(jī)的部分功率。另外，隨著壓縮空氣壓力的提高，對柴油機(jī)功率的消耗量也隨之提高，增壓效果并不明顯。因此只有對壓縮空氣壓力要求不高的發(fā)動機(jī)才會選擇機(jī)械增壓方式。

廢氣渦輪增壓：目前市面上的發(fā)動機(jī)普遍采用廢氣渦輪增壓方式。廢氣渦輪增壓器不與發(fā)動機(jī)的功率輸出端相關(guān)聯(lián)，因此不會消耗發(fā)動機(jī)的功率。它的原理是，發(fā)動機(jī)排出的廢氣具有相當(dāng)大的推力，充分利用這部分推力來推動增壓器渦輪室內(nèi)的渦輪，與渦輪同軸的葉輪將由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣壓縮送入氣缸。由于廢氣排出速度與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速成正比例關(guān)系，渦輪和同軸的葉輪也就與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比例關(guān)系。當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸，空氣的壓力和密度增大，燃油的燃燒率也就隨之增大，也就能充分燃燒更多的燃料，提供更大的功率。廢氣渦輪增壓器主要由兩個主要部分組成：一個是渦輪機(jī)，另一個是壓氣機(jī)。廢氣通過渦輪機(jī)的噴嘴環(huán)吹向渦輪，推動渦輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動同軸的壓氣機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)增壓。廢氣渦輪增壓技術(shù)需要注意的問題是增壓器與發(fā)動機(jī)的排氣管相連，由于發(fā)動機(jī)排氣溫度較高，所以壓縮空氣和增壓器的工作溫度都很高。一般都會設(shè)置冷卻裝置來降低增壓空氣溫度。降低增壓空氣溫度可達(dá)到以下兩個目的：①提高進(jìn)入氣缸的空氣量。原因是根據(jù)空氣的特性，溫度較低時，空氣密度較大。②降低整個機(jī)體的溫度。

氣波增壓：氣波增壓器主要是由燃?xì)舛ㄗ印⒖諝舛ㄗ雍吞厥鈾C(jī)構(gòu)形狀的轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子通過皮帶與柴油機(jī)曲軸相連，需要消耗部分發(fā)動機(jī)功率，并且受到安裝位置的限制。氣波增壓氣主要是利用發(fā)動機(jī)燃?xì)獾哪芰吭谵D(zhuǎn)子形成的狹長氣道內(nèi)將空氣壓縮，完成增壓。這種系統(tǒng)增壓性能好、加速性好但是整個裝置比較笨重，發(fā)出的噪聲比較大，因此實(shí)際采用的比較少。

復(fù)合增壓：將廢氣渦輪增壓和機(jī)械增壓兩種技術(shù)組合使用的增壓裝置。大功率發(fā)動機(jī)上多采用這種增壓裝置。由于復(fù)合增壓裝置的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，維修保養(yǎng)的費(fèi)用較大，目前采用這種增壓方式還沒有得到廣泛使用。

2 廢氣渦輪增壓器常見故障及其原因

由于廢氣渦輪增壓器使用的較為普遍，所以著重介紹這種增壓器的常見故障及處理方法。

2.1 喘振

增壓器工作時，當(dāng)空氣流量由于各種原因減小到一定程度，在壓氣機(jī)葉片通道和擴(kuò)壓氣葉片通道中，氣流都可能會產(chǎn)生附面層分離，從而出現(xiàn)氣流壓力不穩(wěn)定的現(xiàn)象，使增壓器發(fā)出嘶鳴聲和劇烈震動。此現(xiàn)象稱為增壓器喘振，這種現(xiàn)象對增壓器損傷很大。

引起喘振的主要原因如下：①空氣通道臟堵。包括壓氣機(jī)葉輪和擴(kuò)壓器葉片，噴嘴環(huán)和渦輪葉輪等在內(nèi)的任何一個地方出現(xiàn)臟堵，都會使空氣流量減少，引起增壓器喘振。處理措施是經(jīng)常檢查清洗關(guān)鍵部位。②發(fā)動機(jī)急加速急減速。當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速急劇變化時，由于增壓器的渦輪是由廢氣提供動力，所以轉(zhuǎn)速變化會相對發(fā)動機(jī)滯后，從而引起增壓器喘振的發(fā)生。應(yīng)在發(fā)動機(jī)的工作過程中盡量避免急加速急減速的操作。③各缸負(fù)荷不均。個別氣缸發(fā)生故障或者調(diào)整不當(dāng)，會使各個氣缸的排出廢氣量不均衡，造成廢氣渦輪所得排氣能量不均，使增壓器內(nèi)氣流波動產(chǎn)生喘振。

2.2 壓力下降

引起壓力下降的原因有：①空氣濾清器濾芯粘滿塵土而阻塞，進(jìn)氣不暢，導(dǎo)致壓力下降，此時應(yīng)清潔或更換空氣濾芯。②空氣通道臟污。油污灰塵粘附在增壓器的葉輪和擴(kuò)壓器的通道上，就會氣流不暢，造成增壓器壓力下降。為避免這種現(xiàn)象，就要定期拆洗增壓器。③渦輪積碳。燃油燃燒不充分、渦輪軸漏油等原因會造成渦輪積碳，運(yùn)轉(zhuǎn)不良。排除方法是防止燒機(jī)油，定期拆洗渦輪機(jī)。④增壓器密封不好。廢氣或者空氣泄漏，都會導(dǎo)致增壓壓力的降低。排除方法是更換密封件。⑤調(diào)節(jié)閥失靈。壓力調(diào)節(jié)閥故障會使增壓壓力值較低時就放掉了較多的廢氣，致使增壓壓力降低。此時應(yīng)檢修調(diào)節(jié)閥。

2.3 壓力上升

引起壓力上升的原因有：①排氣溫度過高。如果噴油系統(tǒng)故障發(fā)生噴油滯后、著火滯后期過長等現(xiàn)象，會使排氣溫度過高，造成渦輪轉(zhuǎn)子超速，增壓器壓力過高。應(yīng)及時對噴油系統(tǒng)予以檢修。②氣門漏氣或者配氣機(jī)構(gòu)故障，也會使排氣溫度過高，造成增壓壓力上升。此時應(yīng)檢修氣門和配氣機(jī)構(gòu)。③增壓壓力調(diào)節(jié)閥故障，無法使多余的廢氣旁通，造成增壓壓力上升，此時應(yīng)檢修或更換壓力調(diào)節(jié)閥。④噴嘴環(huán)故障、變形或者積碳臟堵，使增壓壓力上升。此時應(yīng)檢修或更換噴嘴環(huán)。

2.4 異響

增壓器在工作過程中聲音不正常，除了喘振，可能還由不正常的摩擦所致。基本上是葉輪與殼體、軸承與止推片、軸承與密封環(huán)等之間的摩擦。原因可能是葉片變形、有異物進(jìn)入、轉(zhuǎn)子平衡被破壞等。平時在使用過程中應(yīng)多注意聽增壓器的工作聲音，一旦感覺不正常，應(yīng)及時檢修，防止出現(xiàn)更大的故障。

3 發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)的發(fā)展趨勢

增壓器現(xiàn)在已經(jīng)成為發(fā)動機(jī)的一個重要部件，從當(dāng)前國內(nèi)外發(fā)動機(jī)的發(fā)展趨勢看，節(jié)能減排、高壓縮比、新型材料、可靠性好已經(jīng)成為成為增壓器在今后的發(fā)展方向。

混流渦輪是提高增壓器效率的一個重大技術(shù)突破，因?yàn)榛炝鳒u輪能在相同輪徑的情況下，比徑流渦輪流通能力大大提升?，F(xiàn)在已經(jīng)有多家增壓器公司已經(jīng)采用了混流渦輪來提高增壓器性能。

可變噴嘴截面增壓器也是一個發(fā)展趨勢。可變噴嘴截面增壓器與電控技術(shù)結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機(jī)與增壓器在各種工況下的最佳匹配。

對增壓器軸承的研究將是未來的一大課題。從統(tǒng)計來看，渦輪增壓器軸承發(fā)生故障的概率極大，提高軸承的使用壽命，主要從軸承的材料和冷卻方式入手。

陶瓷渦輪增壓器在今后將得到廣泛應(yīng)用。因陶瓷材料耐熱性能好、質(zhì)量輕，所以非常適合運(yùn)用在小型渦輪增壓器上，特別是汽油機(jī)發(fā)動機(jī)上。但是陶瓷也存在著耐沖擊性差、加工困難等缺點(diǎn)，從這方面來看，氮化硅陶瓷材料性能最好。