對發動機增壓裝置的思考

周華衛

（海警第六支隊，山東 煙臺264119）

多年來，為了提高發動機的技術性能，業界在各方面不斷創新，取得了重大技術突破。在眾多的技術應用當中，增壓技術的推廣和應用無疑是發動機甚至是內燃機發展史上的一個飛躍。然而，增壓裝置在發動機的日常應用當中故障率較高，需要注意觀察溫度、壓力等數據變化，精心維護保養。筆者結合多年實際工作經驗，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，發動機是靠燃油在氣缸內燃燒，產生熱能推動活塞往復運動，再通過連桿帶動曲軸轉動來產生功率的。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，進而影響發動機產生的功率。因此，想方設法增加燃燒室的進氣量，使更多的燃油能在燃燒室內燃燒，就成為增加發動機輸出功率的一項重要措施。在此理論基礎上，增壓裝置就應運而生。從目前的技術條件來看，增壓裝置是發動機在盡可能少增加質量的情況下增加輸出功率最有效的機械裝置。

1.1 發動機增壓裝置的概念

發動機增壓裝置簡單來說其實就是一種附屬在發動機機體上的空氣壓縮機，將壓縮空氣輸送到燃燒室內，來增加發動機的進氣量，從而增加發動機的功率。與此同時，由于燃油的燃燒效率得到了提高，發動機更加省油，廢氣排放量進一步降低。

1.2 發動機增壓裝置的種類

機械增壓：機械增壓裝置的動力來源是發動機的輸出功率。通過傳動齒輪使發動機曲軸帶動增壓器的轉子旋轉，從而將空氣壓縮，使其進入氣道。其優點是，因增壓器的渦輪轉子與發動機的曲軸相連，所以它們的轉速一致或者成比例關系，因此不會出現滯后現象，增壓器與發動機的匹配非常流暢，而且結構簡單，工作可靠。缺點是由于需要發動機的曲軸帶動增壓器運轉，因此需要消耗發動機的部分功率。另外，隨著壓縮空氣壓力的提高，對柴油機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動機才會選擇機械增壓方式。

廢氣渦輪增壓：目前市面上的發動機普遍采用廢氣渦輪增壓方式。廢氣渦輪增壓器不與發動機的功率輸出端相關聯，因此不會消耗發動機的功率。它的原理是，發動機排出的廢氣具有相當大的推力，充分利用這部分推力來推動增壓器渦輪室內的渦輪，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動機轉速成正比例關系，渦輪和同軸的葉輪也就與發動機的轉速成正比例關系。當發動機的轉速上升，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，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，另一個是壓氣機。廢氣通過渦輪機的噴嘴環吹向渦輪，推動渦輪旋轉，從而帶動同軸的壓氣機葉輪旋轉，實現增壓。廢氣渦輪增壓技術需要注意的問題是增壓器與發動機的排氣管相連，由于發動機排氣溫度較高，所以壓縮空氣和增壓器的工作溫度都很高。一般都會設置冷卻裝置來降低增壓空氣溫度。降低增壓空氣溫度可達到以下兩個目的：①提高進入氣缸的空氣量。原因是根據空氣的特性，溫度較低時，空氣密度較大。②降低整個機體的溫度。

氣波增壓：氣波增壓器主要是由燃氣定子、空氣定子和特殊機構形狀的轉子組成，轉子通過皮帶與柴油機曲軸相連，需要消耗部分發動機功率，并且受到安裝位置的限制。氣波增壓氣主要是利用發動機燃氣的能量在轉子形成的狹長氣道內將空氣壓縮，完成增壓。這種系統增壓性能好、加速性好但是整個裝置比較笨重，發出的噪聲比較大，因此實際采用的比較少。

復合增壓：將廢氣渦輪增壓和機械增壓兩種技術組合使用的增壓裝置。大功率發動機上多采用這種增壓裝置。由于復合增壓裝置的結構過于復雜，維修保養的費用較大，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，當空氣流量由于各種原因減小到一定程度，在壓氣機葉片通道和擴壓氣葉片通道中，氣流都可能會產生附面層分離，從而出現氣流壓力不穩定的現象，使增壓器發出嘶鳴聲和劇烈震動。此現象稱為增壓器喘振，這種現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。包括壓氣機葉輪和擴壓器葉片，噴嘴環和渦輪葉輪等在內的任何一個地方出現臟堵，都會使空氣流量減少，引起增壓器喘振。處理措施是經常檢查清洗關鍵部位。②發動機急加速急減速。當發動機的轉速急劇變化時，由于增壓器的渦輪是由廢氣提供動力，所以轉速變化會相對發動機滯后，從而引起增壓器喘振的發生。應在發動機的工作過程中盡量避免急加速急減速的操作。③各缸負荷不均。個別氣缸發生故障或者調整不當，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，使增壓器內氣流波動產生喘振。

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，進氣不暢，導致壓力下降，此時應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，運轉不良。排除方法是防止燒機油，定期拆洗渦輪機。④增壓器密封不好。廢氣或者空氣泄漏，都會導致增壓壓力的降低。排除方法是更換密封件。⑤調節閥失靈。壓力調節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。此時應檢修調節閥。

2.3 壓力上升

引起壓力上升的原因有：①排氣溫度過高。如果噴油系統故障發生噴油滯后、著火滯后期過長等現象，會使排氣溫度過高，造成渦輪轉子超速，增壓器壓力過高。應及時對噴油系統予以檢修。②氣門漏氣或者配氣機構故障，也會使排氣溫度過高，造成增壓壓力上升。此時應檢修氣門和配氣機構。③增壓壓力調節閥故障，無法使多余的廢氣旁通，造成增壓壓力上升，此時應檢修或更換壓力調節閥。④噴嘴環故障、變形或者積碳臟堵，使增壓壓力上升。此時應檢修或更換噴嘴環。

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?；旧鲜侨~輪與殼體、軸承與止推片、軸承與密封環等之間的摩擦。原因可能是葉片變形、有異物進入、轉子平衡被破壞等。平時在使用過程中應多注意聽增壓器的工作聲音，一旦感覺不正常，應及時檢修，防止出現更大的故障。

3 發動機增壓技術的發展趨勢

增壓器現在已經成為發動機的一個重要部件，從當前國內外發動機的發展趨勢看，節能減排、高壓縮比、新型材料、可靠性好已經成為成為增壓器在今后的發展方向。

混流渦輪是提高增壓器效率的一個重大技術突破，因為混流渦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在已經有多家增壓器公司已經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展趨勢?？勺儑娮旖孛嬖鰤浩髋c電控技術結合，能夠實現發動機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。從統計來看，渦輪增壓器軸承發生故障的概率極大，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用。因陶瓷材料耐熱性能好、質量輕，所以非常適合運用在小型渦輪增壓器上，特別是汽油機發動機上。但是陶瓷也存在著耐沖擊性差、加工困難等缺點，從這方面來看，氮化硅陶瓷材料性能最好。