國六柴油機增壓器效率下降過多問題研究

祝先標 柴洪磊 孫澤

摘 要：渦輪增壓器是影響發動機性能的關鍵部件，其工作效率高低直接影響發動機的性能。國六柴油機產品在開發過程中，發生增壓器效率下降問題，進而導致發動機性能不足。經調查增壓器、發動機、機油等多方面因素，確認機油抗氧化性能不足是導致此問題的主要原因。

關鍵詞：發動機;增壓器;效率;機油

中圖分類號：U672 文獻標識碼：A

0 引言

增壓器作為一種高效、節能、科技含量高的環保型產品，具有改善汽車發動機尾氣排放污染、提高發動機的功率和重量比、提高發動機的扭矩特性、降低燃油消耗和發動機噪音等優點。隨著排放法規的不斷升級，增壓器已經成為現代汽車和工程機械的標準配置。

1 增壓器工作原理

增壓器主要由渦輪機和壓氣機構成，其原理是利用發動機排出的廢氣進入渦輪并膨脹做功，廢氣渦輪驅動與渦輪機同軸旋轉的壓氣機工作葉輪，在壓氣機中將新鮮空氣壓縮后在送入氣缸。當壓氣機壓殼與葉輪發生卡滯時會影響增壓器工作效率。

2 故障描述

某型國六柴油發動機在項目開發階段進行熱沖擊試驗考核時，試驗進行至200 h時，發動機性能出現大幅下降，同時伴隨出現增壓壓力減小，進氣量由630 L/min下降至605 L/min，性能下降幅度已超出可靠性試驗設計指標。增壓器增壓壓力降低，造成增壓器工作效率和發動機進氣量下降，從而引起發動機動力性降低。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，增壓壓力和發動機進氣量出現不同程度的下降，進而導致發動機動力性下降超過3%，且隨著可靠性時間的增加，發動機性能下降程度和由此產生的后果不可預測。

隨著國六排放法規逐步實施，國六項目的開發周期一直是各大主機廠關心的問題。所以，亟待解決增壓器效率下降過多問題，以保證國六產品盡快開發完成，搶占市場先機。

3 原因分析

發生動力下降故障后，對故障增壓器進行拆解，發現增壓器壓氣機殼體內部出現結焦積碳，導致壓氣機葉片與積碳干涉，造成旋轉阻尼增大，進一步影響增壓器效率。增壓器壓殼結焦位置具體見圖1所示。

通過對故障的FTA分析，如圖2，通過發動機自身性能表現，可以排除發動機的原因，原因調查主要從增壓器本體故障和機油因素兩方面進行。

為了調查分析增壓器結焦的具體原因，排除增壓器自身的問題，更換不同平臺的其他機型，使用同一試驗工況并保持試驗邊界條件一致，進行臺架試驗。試驗結果表明，其他機型也出現類似故障現象，對試驗后增壓器進行拆解，發現增壓器壓氣機內部也出現類似結焦積碳，影響增壓器效率，如圖3所示。

結合故障調查結果和增壓器工作原理，產生此問題原因主要包括增壓器本體故障、發動機呼吸系統故障和機油性能不足。經確認增壓器密封環、軸承等部件無異常磨損，密封正常;發動機活塞漏氣量、竄油量滿足設計指標，且一致性良好，因此工作重點放在排查機油因素。

使用競品機油進行臺架試驗，更換全新增壓器，試驗運行200 h，發動機性能與增壓器效率均無異常變化，可以滿足使用要求。如果機油抗氧化性能不足，會促進機油產品結焦。抗氧化劑加劑量和三類基礎油添加比例是影響機油抗氧化性能重要因素。進行開發機油與競品機油抗氧化性能對比試驗，確認抗氧化性能差異，分別進行旋轉氧彈和氧化誘導期試驗，結果顯示開發機油抗氧化性能低于競品機油。通過與機油廠家一起調查分析，確認競品機油抗氧劑和三類基礎油添加比例相對較高。兩項參數均是影響機油抗氧化性能的重要因素。

4 整改驗證

4.1 對策實施

參照競品機油，提升開發機油中抗氧劑及三類基礎油添加比例，并進行潤滑旋轉氧彈和氧化誘導期試驗，確認其抗氧化性能，結果如圖5所示，達到競品機油水平。

4.2 效果檢查

使用優化后機油樣品，進行試驗驗證，確認發動機性能及增壓器效率。試驗采用了前期發生故障的樣機和試驗工況，更換全新增壓器，試驗共運行200 h，與原發生故障時間保持一致。經驗證增壓器效率（增壓壓力）下降幅度1.6%，額定點功率下降0.4%，進氣量下降0.5%，增壓器壓氣機葉輪無卡滯，增壓器結焦狀態見圖6所示，發動機及增壓器性能數據見表2所示。

4.3 措施鞏固

要求機油廠家按測試油調配機油，并提供檢測報告和紅外光譜曲線，固化機油的配方。在鞏固期間內，監控臺架試驗及行車試驗狀態，反饋增壓器狀態無異常。

同時將開發驗證結果應用推廣其他柴油機平臺，經全速全負荷試驗和模擬道路等試驗確認，增壓器效率（增壓壓力）無下降，額定點功率、進氣量下降幅度無異常，增壓器壓氣機葉輪無卡滯。

5 結束語

經問題驗證調查，發現引起增壓器效率下降根本原因是機油抗氧化性能不足，導致發動機呼吸系統攜帶機油在增壓器壓殼處凝結氧化，產生結焦積碳，進而影響增壓器葉輪正常轉動。

通過此次問題調查及研究，可以確認機油對增壓器正常工作是有影響的。針對量產售后市場機油使用需要進行專項定義，包括機油質量等級、抗氧化性能，不能讓客戶盲目選擇，避免出現增壓器效率下降，影響發動機性能。從而提高產品可靠性和競爭力。

參考文獻：

[1]陳家瑞.汽車構造：第3版[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]石俊峰.汽車潤滑解碼[M].北京：中國石化出版社，2012.