今日提高车用增压柴油机的产品可靠性

提高车用增压柴油机的产品可靠性

摘要 从完善强度设计和正确使用方面论述如何提高车用增压柴油机的产品可靠性。

关键词： 车用增压柴油机 故障 可靠性

众所周知，扩缸和增压是提高现有车用柴油机功率常用的两种方法，而且目前更多采用的是增压方式。车用柴油机增压后，虽然还存在着低速扭矩特性差和加速响应滞后的缺点，但在转速、排量和外形不变的情况下，功率大幅度提高，经济性、排放和噪声得到改善，单位功率质量下降；并可通过增压度的变化，扩大柴油机的产品系列。

在激烈的市场竞争中，各柴油机生产厂家都想立足于现有装备，嫁接新技术，将原来的自然吸气式柴油机改为增压柴油机，提高其有效功率。但这样做带来的主要问题是柴油机的故障频率明显增高。究其原因，一是柴油机由自然吸气式改为增压机型，机械负荷和热负荷增加，原有机型的结构强度未经重新设计，产品可靠性较低；二是驾驶人员对增压机型不很熟悉，操作不当，引起故障增多。

1 设计不完善是造成零部件异常损坏的主要原因

柴油机增压后，提高了充气密度，增加了每个工作循环进气量及每个工作循环的供油量，柴油机气缸的工作环境与原来非增压的有很大的区别。由于气缸平均压力升高，喷油压力上升，喷油延迟、滞燃期和燃烧持续期明显缩短，燃烧放热率在高速区呈单峰曲线。水温和油温升高，润滑条件恶化，轴承单位面积承压增高，使柴油机的主要运动件机械负荷和热负荷(平均值)增加，零件的刚度与强度下降。构成气缸工作容积的零件受热增加，受力变形加剧，这些都是车用增压柴油机故障率上升的客观原因。如何进一步完善设计，满足增压柴油机的强度要求而又尽可能少改动现有柴油机结构及零部件的尺寸应从两个方面去考虑。

1.1 尽量借鉴和采用国外增压内燃机发展航天器事业仍然任重道远方面的先进技术，进一步增强柴油机主要零部件的刚度和强度。较好的方法是加大曲轴曲拐直径；取消连杆杆身油孔，改为小头开设自落式油孔结构，加大连杆轴瓦及连杆小头衬套的承压面积；活塞环槽镶嵌高镍耐磨合金铸铁镶圈，销孔座镶嵌钢骨架，顶部及燃烧室采用阳极氧化处理，燃烧室镶耐热合金或陶瓷，裙部喷涂石墨层，改善活塞的初磨合；活塞环应镀铬和磷化处理；气缸套可以采用含硼耐磨铸铁，工作内表面采用平台深沟纹及激光表面淬火技术；气缸垫缸孔护圈可采用增加密封环钢性骨架，中间采用双面冲刺钢板骨架，两侧面应用膨胀石墨作填充材料或石棉板涂刮防粘材料；气门头部可采用耐高温材料如4Cr10Si2Mo或N与气门杆堆焊而成；加大水泵流量，采用不等距叶片温控自动离合器风扇；加大机油泵流量，应用冷却喷嘴结构直接冷却活塞；增设机油冷却器，保证水温和油温不超限值；改善油泵与油嘴结构，调整喷油压力及供油角度等等。

1.2 进一步完善系统设计，进行增压系统与柴油机本体的匹配试验，选择合适的涡轮A/R比率，确保足够的加压和气流，满足低速运转的柴油机的需要。改用带有旁通阀装置的增压器。根据增压器自身的特点，结合柴油机在汽车上的布置，改进进、排气管路结构。采用球墨铸铁排气管，增压器与排气管刚性连接和支撑，进、排气管可应用硬模或压铸工艺，以提高管路的气密性。改变润滑油管路与增压器的连接方式，采用锥形(或球形)密封环带。

2 使用和保养不当是柴油机增压系统故障频繁的重要原因

由于在原有柴油机上增加了增压系统，而增压器转子的工作转速极高(最高转速≥120 000 r/min)，转动惯性较大；空气进气口无任何保护装置；布置于发动机的上部，润滑油路较长，转子轴承的海量内容冷却及润滑条件不好；排气温度高，工作环境恶劣；一般与所配柴油机共用一个机油泵。这样的特点，对使用环境及使用者的素质要求较高，对工作环境的恶化非常敏感，如使用和保养不当，增压器极易发生故障和损坏。增压系统故障的主要表现形式为：

. 增压器轴承异常磨损，烧死；

. 功率下降，油耗增高，冒黑烟，冒蓝烟，噪声异常，增压器喘振；

. 增压器润滑系统漏油；

. 增压器叶片扭曲、断裂以及异常磨损。

增压器轴瓦异常磨损、烧死和润滑系统漏油一般是因为润滑油不洁净，外来杂物进入润滑系统；或由于使用者不了解车用增压柴油机增压器的结构及原理，为了省油，在平坦道路上习惯“加速—熄火—空挡滑行”或在下长坡时采用“熄火—空挡滑行—点刹”的方式行驶，有时甚至在发动机大负荷、高转速情况下突然熄火。这样的后果在于机油泵已经停止工作，但增压器转子仍高速旋转，高速旋转的转子轴承由于得不到润滑油的充分润滑和冷却，会因温度过高干磨而烧死。

对于排烟异常、功率下降、油耗增高以及噪声异常等故障，排除了柴油机本身的原因(如活塞、活塞环和气门磨损，机体和缸盖漏水，烧机油等)之后，就应该分析为增压系统的原因。通常是增压器润滑油泄漏，润滑油流入气缸燃烧，或进排气管路和空气滤清器堵塞，造成进气量不足，燃料无法充分燃烧而导致上述故障的。此时测力计没接触上压板

对于叶片扭曲，异常磨损以及断裂则主要是由于空气滤清器破损，泥砂和异物被吸入进气管路与叶片发生碰撞而造水泥试样的保存成的。

为了尽量减少增压系统出现上述故障，应遵守以下的使用方法：

. 新启用的增压器，应检查转子有无呆以测定在选定的负荷滞现象和不正常的声音，在工作过程中若发出尖锐的声音，应立即停机检查；工作过程中要经常检查增压器有无振动现象；

. 必须保证增压器进气清洁；

. 必须保证增压器轴承的可靠润滑；

. 必须保证增压器的冷却条件；

. 熄火前应怠速运转2 min～3 min；

. 维修时应正确装配，不得随意改动结构；

. 工作过程中要经常听检增压器的运转情况，对增压系统所有管路和空气滤清器要定期保养；严禁“加速—熄火—空挡滑行”和“熄火—空挡首先把表笔插入最大量程处滑行—点刹”的驾驶方式；定期更换润滑油，保持润滑系统清洁。