F413风冷发动机涡轮增压器使用与维护

王 璞，姬慧勇，冯国勇

解放军理工大学工程兵工程学院，江苏 南京 210007

1 涡轮增压器的结构原理

废气涡轮增压器是增压发动机的关键部件。实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它由涡轮机、中间体和压气机三大部分组成。涡轮机与发动机的排气管相接，中间体与润滑系统相接，压气机与进气管相接[1]。

其工作原理为：发动机排出的废气通过绝热膨胀做功，驱动涡轮转子高速旋转，从而带动同轴的压气机叶轮高速转动(转速30000转/min ～120000转/min)。新鲜空气在压气机叶轮离心力的作用下，以146～392KPa的压力进入气缸，由于空气密度增大，进入气缸的空气量也增大，从而喷入更多的燃油以提高功率，同时改善燃烧。能有效提高发动机功率20%～50%，降低油耗8%左右，废气中的有害气体也大幅减少[2]。

2 正确使用

由于增压器安装于发动机的排气一侧，工作温度很高，进入涡轮的废气温度常在600℃以上，并且转子的转速非常高，因此采用浮动轴承。针对这种结构原理，在使用中应当注意以下几个问题：

1）停机时间过长，或者在冬季以及更换增压器时，必须预先润滑增压器。在安装使用增压器之前，用手拨动叶片，确保叶片没有卡滞。

2）发动机启动后应怠速运转3～5min。使润滑油达到一定的压力，并能对转子充分润滑，以避免增压器转速突然增加，轴承缺乏润滑而加速磨损，甚至出现卡死现象，造成增压器的损坏[3]。

3）车辆停车时候不要立即熄火。应怠速运转3～5min，使增压器的转子的温度和转速能缓慢下降，突然熄火会造成机油压力骤降，但增压器转子轴在惯性的作用下仍在高速转动，容易因缺油而引起转轴与轴承咬死。

4）定期清洗更换空气滤芯，空气滤芯过脏会增大进气阻力，使发动机功率下降，油耗增加；并且空滤过脏会使进入燃烧室的气体含有灰尘，对活塞环、气缸，以及气门等处产生磨损。

5）按规定加注机油。增压器普遍采用全浮动轴承，对机油的要求很高，应按规定加注，并适当减少换油间隔路程。一般要求使用CD级15W/40或CD级20W/40(夏季)、CD级20W/30(冬季)柴油机油。机油必须保持清洁，严防泥砂和残杂物掺入。

6）经常检查进气系统的气密性，避免因为漏气吸入灰尘或者杂物，导致发动机损坏。涡轮处的气密性不好也会使增压效率下降。

7）涡轮增压器由于工作原理以及结构特点，都有一定的使用寿命，通常为5～8万km。应注意检查增压器的状态并及时更换，避免增压器带病作业，是发动机的效率降低，甚至可能损坏发动机。

3 主要故障

废气涡轮增压器主要故障现象有压力机喘振、振动强烈并且伴有异响、增压压力下降、涡轮或泵轮端漏油、增压器过热等。由于风冷发动机工作环境比较差，往往造成涡轮增压器故障率大于一般的水冷增压发动机。

基层装配8缸增压风冷发动机的装备有两种，某型轮式装甲车以及履带式输送车。作者对268台此类装备发动机涡轮增压器故障进行统计，并分析故障原因，发现浮动轴承损坏、涡轮或压气机叶片损坏是导致增压器故障最主要的2个因素。

3.1 浮动轴承损坏

这是增压器最常见的故障之一，发生此类故障后，轴承与轴的间隙过大，油膜失稳，承载能力下降，转子轴系振动加剧，破坏了动平衡。在发生此类故障时，一般会伴随出现噪音增大、振动强烈的现象。过大的旋转半径使两端的油封损坏，严重时会损坏整台增压器。

1）未按照说明书使用机油

增压发动机的热负荷以及机械负荷都高于自然吸气的发动机。尤其是风冷发动机，高温使机油的粘度下降，承载能力减弱，而且增压器的转速极高（F413系列为60000～90000转/min），增压器轴承部位的油温远远高于曲轴处的油温。因此必须按照说明使用机油。

2）机油清洁度太差

机油的主要作用是润滑、降温、清洗。往往机油中含有大量金属屑，并且由于高温，一部分机油胶化，这些杂质会加快轴承的磨损，或者堵塞润滑油道，造成轴承润滑不良。

3）缺油干磨

增压器的机油来自于机油泵，如果机油泵不工作或压力不足，以及机油管路中的问题，都可能导致供油量下降，轴承不能得到充分润滑和降温，严重时转子会看到烧成蓝色的现象。增压器机油的压力差应大于0.2MPa，才能保证转子的充分润滑[4]。

3.2 涡轮或压气机叶轮损坏

1）发动机排气管中进入杂物

增压器在正常的高速运转中，若发动机排气管中出现异物，必然会造成涡轮叶片的损坏，甚至击坏壳体，转子的动平衡受到破坏，转子轴系的振动加剧，造成增压器损坏。同时，由于风冷发动机燃油燃烧不充分，在排放气体中有大量的颗粒物，在高速运动中，高温气体和颗粒对涡轮叶片产生打磨，久而久之，也会引起叶片损坏。

2）未按照要求使用空滤或者进气道密封不严

在风沙较大的地区使用增压发动机，沙尘经过空滤的缝隙进入增压器，能导致叶轮进气口出的叶片均匀磨损，使增压效果降低，甚至破坏转自平衡，因此应当经常对进气管道及空滤进行检查保养，避免发生此类故障[5]。

3）未及时清除油泥

增压器长期使用后，空气中的粉尘会和油雾结成油泥，聚集在增压器壳进口的通道上，使叶轮和壳体产生弄擦，引起增压器转子轴系的振动。

4）排气温度过高

当供油系统产生故障，发生供油延迟、供油量过大或者排气门漏气等现象，都可能导致排气温度过高，造成进口处的叶片烧损变形，高温还能使涡轮端密封处的机油炭化，以及局部过热，造成油封和轴承失效。

4 结论

涡轮增压器是增压发动机的关键部件。因此，在装备日常使用中，重视涡轮增压器的正确使用和保养，才能保证装备的良好性能和状态，保持战斗力，同时对降低使用成本、减少能源消耗和保护环境都有重要的意义[6]。

[1]曹孝谨.涡轮增压器与柴油机的匹配[M].北京:国防工业出版社,1984.

[2]于世元.涡轮增压器原理、结构和使用[M].北京:国防工业出版社,1985.

[3]甘茂治,等.军用装备维修工程学[M].北京:国防工业出版社,2005.

[4]董大为.涡轮增压器的故障分析与合理使用[J].建筑机械化,2004(7):43-52.

[5]丁能胜,范鹏,等.康明斯柴油机涡轮增压器的使用与维护[J].军用汽车管理,2008,(2):42-43.

[6]于启洋,张琳,等.涡轮增压器的使用与维护[J].河北水利水电技术,2004(4):39-40.