【船机帮】工程机械柴油机四类故障与其涡轮增压器的关系

导读

在对柴油机进行故障诊断时发现，有四类故障常常是和其匹配的废气涡轮增压器所致，但往往难于做出准确判断，工作经验不足的同志更难想到涡轮增压器，结果使简单问题复杂化，误工、误时、增加维修成本。

这四类故障是：

柴油机曲轴箱窜气；

柴油机机油消耗量增加；

柴油机冷却液中有机油；

柴油机功率下降且冒黑烟。

下面根据笔者诊断柴油机故障的经验对这一问题作一探讨。

一

故障案例分析

1.柴油机曲轴箱窜气

如果柴油机曲轴箱窜气，通常首先想到的就 是其四配套是否有问题。

许多情况下的确是由其四配套发生故障所致，但下面的案例却并非如此。 

某ZL50装载机用柴油机工作时曲轴箱窜气， 轻负荷低转速时现象不明显，重负荷高转速时窜气严重，且机温偏高。

诊断时先对发动机的冷却系统和供油正时进行了检查，未见异常。

接着测试了缸压，也基本正常。

再接着检查了柴油高压油泵的循环供油量和喷油嘴，没有发现问题。

在没有其它办法的情况下局部拆检了柴油机，发现其“四配套”间隙尚在允许范围内。

图  废气涡轮增压器

后来对涡轮增压器进行了试探性拆检，发现其叶轮径向间隙较大（见上图：压气机叶轮 11与转子轴10本为锥面配合传力，用螺母紧固后不允许叶轮与转子轴有相对运动，但由于紧固螺母的松动使得轴与叶轮在较大力矩作用时可以做一定的相对运动），本体陈旧，因此更换了该涡轮增压器，结果故障现 象消失。

之后，为了找出详细的故障原因，将涡轮增压器进行了分解，发现除了叶轮径向间隙过 大外，涡轮室端转子轴与中间壳体之间的密封环3严重老化。

由于叶轮与转子轴的径向间隙过大，从而使得叶轮在高速重载工况下的转速滞后于涡 轮，达不到原设计要求，使柴油机的进气量相对减少，而柴油高压油泵的循环供油量并未减少，从而造成缸内混合气过浓，后燃期延长，加之柴油机长期处于高速重载工况，散热条件差，故机温居高不下。

另一方面，由于涡轮增压器浮动轴承的密封环3老化破损，使涡轮腔与机油道微通，从而使排气管的废气窜入涡轮增压器中间壳 14，并随回油管进入曲轴箱内，从而有窜气现象的发生。

2.柴油机机油消耗量增加

柴油机机油消耗量增加通常是由它的四配套 间隙过大或损坏、气缸垫损坏、曲轴油封破损等原因所致，但也曾遇到几次由涡轮增压器所致的故障。

如某日本小松挖掘机的柴油机只用了一年多机油消耗量就迅速增加，且排气管有明显蓝烟冒出，常规检查没有查出原因。

后来虽然怀疑到增压器，但鉴于增压器修复的难度较大不敢将之拆检；

由于原装涡轮增压器价格昂贵，故障原因没 有完全确定，工地又急需此挖掘机工作，只好让它带病工作了一段时间。

不出半月，柴油机机油消耗量大增，发动机功率明显下降，黑烟随之而来，即停止作业。

为了确诊故障原因，从同类型挖掘机上拆一个涡轮增压器做故障排除试验。

更换增压器后，故障基本消失，只是略有黑烟。

后拆检故障涡轮增压器，发现其压气机叶轮和中间壳之间的“O”形橡胶密封圈6和密封环12都已严重损坏，从而使涡轮增压器中间壳 14中的机油经压气机叶轮室被吸入气缸，使排气管冒蓝烟。 

由于故障初期涡轮增压器中间壳与叶轮室间的几处密封的损坏不一定同时发生，且损坏程度轻微，故仅有蓝烟出现，但随着上述密封件损坏程度的加剧，压气叶轮的工作效率下降，因而在每一次做功时缸内空气量减少，机油量增加，而柴油量不变，导致柴油机功率下降，黑、蓝烟增大，气缸内和喷油嘴上积炭严重，对燃烧构成恶性循环，以致更换了增压器后仍有少量黑烟冒出，不得不 打开缸盖清冼积炭，加大了维修工作量。

3.柴油机冷却液中有机油

现在的涡轮增压器多为风冷，但也有用水冷的 （现实为冷却防冻液，全文同），即在中间壳14上制有夹层，通过管道和发动机的冷却系统相连。 

由于中间壳近邻高温涡轮室，因此其冷却夹层的冷热变形较大，容易开裂，从而造成机油和冷却水相通。

此故障的最大特点是水箱中有机油而机油中无水，因为柴油机工作时机油压力较冷却液 压力大，机油可借裂缝进入水道，最后在水箱中浮有一层机油。

当柴油机不工作时，由于增压器的位置高于水箱或基本等高，因此冷却液无法进入柴油机油底壳。

而其它原因引起的类似故障多为机油中有水，水中有机油；或者排气管冒蓝烟或白烟。

根据这一特点曾很准确、而迅速地判断了几次涡轮增压器故障。

4.柴油机功率下降且冒黑烟

曾经遇到过几台柴油机在额定工况下突然功率偏低且冒黑烟，但气缸压缩压力正常的故障案例。 

第一次处理时，认为是空气滤清器和柴油供给系的故障，先更换空滤器和柴油滤芯，然后分别调校喷油嘴和柴油高压油泵，却解决不了问题。

后来在诊断过程中发现：

该柴油机除上述故障外还有机油压力偏低（在 0.15%0.18MPa 间）现象，经检查得知机油压力偏低是由于其机油滤清器上的调压阀故障所致，将压力调到0.3MPa，并更换不清洁的机油滤芯后故障现象消失。

究其原因，认为是由于机油压力偏低导致了涡轮增压器浮动轴承16性能下降，从而使涡轮增压器增压功能降低，气缸内空气密度比正常工况下低，即空燃比较小，最后导致了上述故障现象的发生。

按照上面的推理，在柴油机的其它工况也应该有同样的故障现象发生，在后来的几次故障处理中验证了这一结论。

即在解决问题之前，对其它工况也做了运行试验，由于随着柴油机转速的降低其机油压力也会降低，更加不利于增压器浮动轴承的工作，因此在其它工况下上述故障现象有增无减。 

需要说明的是，后来的几次类似故障不是突然发生的而是慢慢形成的，因此只更换了机油滤芯就解决了问题。

由此可见，柴油机机油压力对其涡轮增压器的性能影响较大，可直接影响发动机的性能。

二

结论

1）因涡轮增压器的正常工作依赖柴油机的润滑系和冷却系，故在诊断此二系统的故障成因时应考虑涡轮增压器。 

2）涡轮增压器是柴油机供给系的一个重要部套，与功率非常相关，因此，在进行有关柴油机功率的故障诊断时，必须考虑，特别是遇到疑难故障时。

3）由于涡轮增压器的修复困难，建议采用排除法进行故障诊断，用换修法进行维修。

4）一旦确诊是涡轮增压器故障导致柴油机不能正常工作，必须立即维修，拖延时间必定成倍加大维修工作量，得不偿失。

本文原创作者系：

湖南交通职业技术学院   王定祥  

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