专业性
责任心
高效率
科学性
全面性
一、发动机行业在中国汽车工业中的作用
车用发动机是现代汽车动力系统的核心构成部分,在众多的世界著名汽车公司中,车用发动机也是其技术体系中的核心组成部分。现代汽车的发展趋势要求具有优良的安全性、智能性、经济性和环保性能。而发动机往往直接关系到车型的更新换代,与现代汽车的发展趋势相关。
车用发动机事实上已成为现代电子控制技术应用的重要领域,成为带动上下游相关行业发展的重要动力。车用发动机不仅对汽车工业自身发展具有本质的推动作用,而且直接关系到国家能源结构变革,与国家的能源安全和环境保护休戚相关。我国汽车工业正在探索的“跨越式发展模式”,其车用动力系统的创新、向氢能社会转变的战略选择中,车用发动机也担任着举足轻重的角色。非石油基车用燃料发动机、氢燃料电池发动机正在改变着世界汽车工业的未来格局,也将改变我国汽车工业的今后发展方向。
二、中国车用发动机行业发展状况
我国车用发动机行业随着汽车行业的迅猛发展,特别在上世纪80—90年代,呈现出高速增长趋势。国外先进车型陆续引进、各汽车公司的产销量不断增加、新产品开发以及引进车型国产化,促进了国内车用发动机在数量上及技术水平上相应提高。进入本世纪以来,国内车用发动机行业随着我国引进车型的不断增加而呈现活跃的态势。可以说,最新引进的国外车型及其匹配的发动机在数量上、技术水平上都有了很大提高。
1985—2002年我国车用发动机产量增长了3.7倍,平均每年递增9.5%,其中车用柴油机产量增幅远高于车用汽油机增幅。1985—2002年车用柴油机产量增长了13.2倍,平均每年递增16.9%;车用汽油机产量增长了2.4倍,平均每年递增7.5%。迄今我国已有一定生产规模的汽车发动机企业,大多数企业的产品都是引进技术产品,具有较高的技术含量。
目前,我国轿车汽油发动机生产主要有3种方式。第一种是由轿车整车公司自制,或者由整车公司相关发动机厂制造;第二种主要由国内非合资企业或合资企业的专业汽油机厂采用单独生产、独立开发或合作开发,或许可证生产的方式;第三种则属于直接采用进口发动机装配整车的方式。国内汽油机行业基本上可以分为轿车发动机、微型汽车发动机和轻型汽车发动机3大类。
2003年的汽油发动机企业共有29家,其中产量超过5万台的共有13家,产量超过10万台的企业只有8家。从生产集中度比较,这8家企业2003年共生产汽油机218.36万台,占汽油发动机行业总产量的78.78%。
对于整车厂而言,车用发动机可能是自制件或外购件。对照国际汽车工业发展情况,整车公司的自制率一般保持在适当水平,关键总成部件和发动机,均属于自制件,如上海大众汽车、上海通用汽车和东风汽车公司发动机都为自制件。而我国有不少汽车厂由于技术水平和许多相关原因,车用发动机作为外购件。沈阳航天新光集团有限公司、沈阳航天三菱汽车发动机制造公司、绵阳新晨动力机械有限公司都为我国轻型车企业提供汽油机。
随着不断引进国外新产品和新技术,我国车用发动机行业的整体技术水平在较短的时间内实现“跨越式”升级,但无庸讳言,如果我们不能尽快在吸收国外先进技术的基础上完成自主品牌的创新,那么,失去自主知识产权的生产经营,最终只能导致国内企业成为跨国公司的生产基地,而发动机高新技术的国际竞争将愈演愈烈,我国车用发动机行业对国外产品技术的依存度不断增加,不掌握核心技术的企业将最终被淘汰出局。这是我国汽车工业面临的又一重要课题。
改革开放以来,我国通过整车合资,技术引进和合作等多种方式,在引进世界整车产品和技术的同时,也包括引进了一批汽车汽油机和柴油机产品和生产技术。随着引进产品的国产化及引进技术的消化吸收,我国发动机产品技术有了很大提高。发动机无故障时间加长,发动机升功率提高,发动机燃油经济性提高,而排放污染物不断降低。国外许多先进技术在国产发动机上得到应用(例如多气门、废气涡轮增压、汽油机电控喷射系统、柴油高压喷射、废气再循环、可变气门升程与正时系统、三效催化转化器、采用双顶置凸轮轴结构等)。国外先进机型的引进和消化吸收,大大缩短了我国车用发动机在技术水平上与国外的差距。我国还以技术引进及合资方式引进了一大批发动机零部件生产技术和产品,为我国车用发动机发展提供了强大支持。
1、较先进机型逐步取代旧机型
在上世纪80年代,我国自行研制的492Q汽油机是我国当时轻型车主力机型,当时年产量几十万台,现在大多为新机型所替代。
2、广泛应用现代发动机技术
汽油机多气门技术、可变气门升程和正时系统、双顶置凸轮轴、可变进气管长度技术、三效催化转化装置、废气再循环技术获得了广泛应用。柴油机涡轮增压、中冷技术、汽油机增压技术已在国内有关机型上获得应用。
特别要提出的是,多气门机型升功率高、效率高、油耗低、性能好,目前国内已在不少机型上应用。可变气门升程和正时技术已在国内机型上出现。
3、汽油机电喷技术广泛应用
目前我国轻微型车、轿车用汽油机都应用了电喷和三效催化转换器,排放达到欧I或欧Ⅱ标准,有的引进车型达到欧Ⅲ排放限值标准。联合汽车电子有限公司等合资生产的发动机管理系统(EMS),包括电喷装置,除满足国内大部分需求外,还少量出口。目前国内已有若干家企业生产三效催化转化装置。
三、中国车用发动机行业发展前景展望
我国车用发动机行业在改革开放以来的20多年中,已经不断充实壮大,有力地支持我国汽车工业的发展。但是,我国车用发动机核心技术,特别是乘用车的发动机技术主要是通过合资、技术引进建立的,缺乏自主开发的机型和品牌,而且随着我国即将颁布《乘用车燃料消耗量限值》标准,第一阶段限值将从2005年7月1日开始实施(新车型);另外,2004年7月1日起我国全面实施欧Ⅱ排放标准,2005年北京、上海等城市将提前实施欧Ⅲ排放标准。预计在全国全面实施将在2007—2008年左右。因此,新一轮的技术引进或继续技术引进势在必行。而在发动机高新技术的竞争中,预计对汽车整车公司、对汽车发动机企业会产生强大冲击,优胜劣汰的竞争法则起着重要作用。
尽管混合动力汽车和氢能源汽车的研发和实用化也在加速发展中,但在未来的数十年中,至少在2020年前,石油能源仍然是车用发动机的主要燃料来源,其中汽油、柴油仍将是我国乃至世界汽车的主要燃料。燃油汽车的技术发展不仅没有减速,而是继续向前发展。我国的燃油汽车和新动力汽车将继续不断跟踪世界发展的步伐,根据我国汽车产业政策,按照国家发布的排放标准和燃油耗标准的进程,实施新一轮开发和生产。
1、加大力度提高车用燃油品质
目前我国的燃油品质尚不能满足汽车排放实施欧Ⅲ标准的需要。根据欧盟规定,满足欧Ⅲ排放标准的汽油,含硫量应低于0.015%,烯烃含量低于18%;而我国1999年12月公布的无铅汽油标准规定的含硫量不大于0.08%,烯烃含量不大于35%。相应的欧盟柴油标准规定的含硫量不大于0.035%,多环芳烃不大于11%;而我国目前还没有专门的车用轻柴油标准,市售的车用柴油的含硫量一般在0.2%-0.3%。因此,提高燃油品质是一项十分紧迫的任务。
2、加速开发清洁高效率的车用柴油机
由于柴油机具有高燃烧效率的优点,它的燃料消耗和对二氧化碳的排放量比同等功率的汽油机减少30%以上。国外随着柴油机直接喷射技术和高压共轨燃油系统以及废气净化的后处理技术的飞跃进步,车用柴油机得到广泛应用。例如缺少石油资源的欧洲,据统计柴油汽车已占商用车的90%,占乘用车的32%以上,其排放水平达到相应欧洲标准(欧Ⅱ、欧Ⅲ),并且将开发出满足欧Ⅳ、欧V的柴油轿车。
3、发展压缩天然气汽车(CNGV)
我国天然气资源比较丰富。据全国油气资源评价,我国气层资源蕴藏量为38万亿m3,已探明的地质储量为1.52万亿m3。2000年的产量达到262亿m3。我国西气东输工程计划到2005年将覆盖2600个城市,将为大量推广使用压缩天然气汽车提供资源条件。北京、上海都已确定将达到欧Ⅱ、欧Ⅲ排放标准的天然气汽车作为今后公交车的主要车型,估计还有一些有资源条件的城市也会陆续采用天然气汽车。因此,天然气汽车在我国有着巨大的发展空间,应该引起我国汽车界的高度重视。在目前的基础上,进一步开发和应用新一代压缩天然气发动机。
4、开发二甲醚(DME)发动机
二甲醚(DME)是可以从煤、天然气中制取,无毒性,常温下为气态,在5个大气压下即可液化。DME的十六烷值大于55,适合于压燃式发动机。
在国际上二甲醚汽车开发以国际能源开发署(IEA)为中心大力推进。早在1999年丹麦就进行二甲醚大客车的车队试验,在日本对二甲醚发动机研究也日趋活跃,并开发出样车进行实车试验。我国对二甲醚发动机的研究也在进行中。
国内外研究结果表明,将DME作为柴油机燃料,在保持原机效率的同时,碳烟、氮氧化合物和微粒都有大幅度降低。我国几所高等院校开展二甲醚发动机研究已有数年。“十五”期间,期望将这些研究成果与汽车公司或发动机制造企业结合,进一步探索二甲醚作为汽车燃料的技术经济可行的方案,拓宽我国煤基汽车燃料与天然气燃料的研究和应用领域。
5、加速开发混合动力和燃料电池发动机
从世界能源供应和我国能源结构出发,我国车用发动机的主要领域,即车用汽油机和车用柴油机两大领域在世界汽车工业的竞争中面临着严峻形势,因此,从产业发展的战略高度和世界能源供需状态,特别从我国的能源安全和汽车工业的可持续发展的战略高度考虑,开发电动汽车与混合动力汽车代表了现代世界汽车技术发展的重要方向。“十五”期间将之纳入国家重大科技专项863项目。
上汽在研制燃料电池发动机方面也已获得一定成果。但是,与国外相比,还存在着一定差距,这正是我们要努力的。要加强国内产、学、研的合作,同时也加强与国外合作。
6、鼓励开发和使用环保节能汽车
近年来,我国汽车工业迅猛发展,机动车保有量预计将从2002年的2000万辆上升到2005年的3000万辆。在未来20年内,汽车消费增长将成为中国石油消耗增长的主要原因。据统计,1998年全国汽车的耗油总量在4293万t—7156万t之间,占全国石油消耗总量的21.7%—36.1%。预计随着汽车保有量增加,到2020年,公路部门的石油需求将占全国总量的57%。造成汽车耗油巨大的另一个重要原因是中国汽车技术整体水平比国外发达国家落后10—20年,老旧车比例高达25%,汽车百公里油耗比发达国家高20%以上。
因此,鼓励开发购买和使用环保节能汽车、代用燃料汽车、新能源汽车,鼓励国外环保汽车进入中国市场已成为我国能源安全和环境保护并发展汽车工业的当务之急——而车用发动机担负着主要的责任。
7、加强我国车用发动机行业的综合配套能力
加强与国内外相关电子电气等行业的技术合作。继续培育和壮大我国车用发动机自主开发力量和主要总成部件的配套能力,进一步依靠CAD、CAE、CAM等先进技术及先进测试手段与设备;为了配合2004—2005年我国将实施欧Ⅱ排放标准和制订欧Ⅲ排放标准,我们必须在排放标准(法规)方面做出研究,对目前国际上几种主要的排放标准(法规)及其趋势进行研究,以确定制定最适宜于我国国情的标准。要尽快建设一批能够进行相当于欧Ⅲ标准的检测试验设备,为研究和实施新标准提供基本条件。
8、加强车用发动机新技术的追踪和研究
由于我国车用发动机的技术水平提高与对国外引进技术的依存度高,为了加强自主开发力量,一方面要继续追踪传统的车用发动机技术发展动向,而另一方面,对世界先进国家已经应用而我国尚未应用的新技术进行追踪和研究,例如:汽油机缸内直喷技术、先进压燃直喷技术(CIDl)、均质充量压燃(HCCl)技术等。
第二节 上汽集团车用发动机的发展战略研究
上汽集团是我国工业特大型企业集团和汽车工业三大集团之一。2003年,上汽集团继续领跑全国汽车行业和轿车市场,集团整车全年销量达到78.2万辆,其中轿车达到59.7万辆。主导产品主要有上海大众的桑塔纳、帕萨特、波罗、高尔,上海通用的别克君威、凯越和赛欧,上汽通用五菱SPARK和上汽股份的赛宝,实现了多平台、宽系列的产品结构。目前上海大众已具备了年生产轿车45万辆的生产能力,而上海通用年产量也达到20万辆。2004年7月12日,上汽集团以2003年度117.2亿美元的营业收入进入《财富》杂志世界500强,名列第461位。
面对竞争优势和产业环境变化,上汽集团应继续前瞻世界新技术革命的发展趋势,关注全球汽车业购并重组的动态,借鉴和跟踪跨国汽车集团成熟技术和前瞻技术开发的成功经验和发展轨迹,审时度势,寻找机遇,瞄准目标市场和世界起跑线项目,探索技术路线,把握技术开发的切入点,集成全球知识资源,掌握自主产权技术,实现联合开发,超前开发和自主发展,获取上汽集团跨越式可持续发展的核心竞争力。
上汽集团车用发动机发展战略要以市场导向和政策法规为依据,要与集团整车发展战略相一致。进一步发展与大众公司和通用公司的战略伙伴合作关系,进一步整合两个合资公司的技术资源,同步建立自主品牌汽车的配套发动机平台,建立发动机自主开发体系和生产基地,提升集团总公司对整车和发动机的自主开发能力。
近期战略主要发展中高级轿车和经济型轿车发动机。发动机产品采用适合国情的“适用、先进”技术,满足排放法规并具有节能优势,高端产品具有国内一流水平,低端产品具有高性价比。为自主品牌汽车配套的发动机更要具有成本竞争力。使上汽集团整车产品保持国内市场占有率领先,并实现一定程度的出口增长。
中期战略要开发生产具有国际先进水平的全系列车用发动机产品(包括高级轿车汽油机以及一部分柴油机),并进一步发展自主品牌,以满足国内外市场和法规要求,提升整车产品的国际竞争力,使上汽集团跻身世界汽车工业之林。
远期战略是继续保持上汽集团车用汽油机产品和市场的领先优势,根据政策法规(节能和排放)和各种相关技术的发展形势,发展替代燃料和未来动力的开发和产业化,实现车用发动机多能源、多品种,进一步满足全社会节能、环保和用户市场对汽车品种的多元化、个性化需求,使上汽集团成为具有全球产品市场的国际一流汽车集团。
上汽集团将牢固树立和落实科学发展观,重点实施“规模提升、国际经营、科技强身”三大举措,重点做强“整车、关键零部件、自主产品和服务贸易”四大核心业务板块。坚持能源节约与资源开发并举、降低排放和发展清洁汽车并举、生产制造和服务贸易并举、对外合作和自主开发并举、本地发展和对外拓展并举。内部切实提高集团核心竞争力,外部积极开展国内兼并重组,在世界上稳步推进国际经营,实现上海汽车工业全面、持续、可协调的发展。
第三节 中国发动机节能产品展望
一、"保绿捷"环保省油加速器
一种称为“保绿捷”汽车环保省油加速器的产品日前正式投放深圳市场。该产品是在日本物理学家对材料科学及燃油效率的应用研究基础上发展而来。它利用一种特殊材料产生振荡及远红外线辐射,来激发和改变燃油中的烷烃类分子结构并使之裂化,产生强烈而又稳定的燃烧爆发能力,因而在发动机汽缸中有较高的燃烧效率,从而达到提高功率、提高输出动力、节省燃油的目的。
同时它还可以减少尾气排放中的有害成分,具有较高的环保功效。这种产品不是添加在油箱中,而是加装在油路上,对汽车的结构不会产生任何影响和危害。
二、金属磨损自修复材料
1、金属磨损自修复材料的独特功效:
其作用机理与传统意义上的润滑油添加剂完全不同,该技术是一项具有革命性的表面工程领域的新技术,处于世界领先水平。应用这项技术不仅能预防机件磨损,还能修复处于长期运转中的机器磨损表面,由此而大幅度地延长装备的使用寿命和降低能耗,这是市场上销售的油料及添加剂无法做到的。
(1)自动修复:在机械正常工作状态下,对磨损部位进行原位修复,达到或接近原型尺寸,节约维修费用。
(2)延长寿命:延长发动机的使用寿命1-3倍。
(3)节约能源:延长润滑油使用寿命2倍以上,节约燃油5-25%。
(4)提高功率:发动机输出动力提高5-25%。
(5)环保功能:减少有害气体的排放,CO、HC降低10-50%,NO下降16-18%,柴油机排放的综合尾气浓度降低40%以上。
(6)降低机械振动、减少噪音。
(7)解决冷启动对机械的损害,汽油机汽车和柴油机汽车无油润滑的行走公里数均可超过200公里。
2、应用范围
(1)柴油机:如铁路机车及附属设备、汽车、船舶及附属设备、中、小型发动机组。
(2)汽油机:飞机、各种客货车辆、四冲程摩托车、小型发动机组。
(3)机械设备:空压机、制冷机、真空泵、变速机、注塞式液压泵等。
(4)高、中、低速轴承类。
三、环保节油活塞环
一种新型活塞环日前在北京问世。由于该活塞环在解决传统活塞环的开口、侧隙、震颤漏气及自身磨擦功耗等重大难题方面取得了巨大成功,被有关方面专家誉为"发动机领域一个革命性成果"。日前,该技术获得了国家知识产权局颁发专利证书。
该活塞环不仅适用于桑塔纳、奥迪、昌河等轿车及微型车,而且适用于解放、东风等载重车。由于该技术明显改善了发动机的动力性和经济性,使发动机在功率提高的同时,节省了油耗。其尾气排放更是完全可以达到我国最严格的环保标准的要求,因而具有极广阔的市场前景。
四、三高节油王
汽车如何减少排放,降低油耗是国家关心、百姓期盼、厂家竭力寻求解决的问题。2001年7月从辽宁抚顺传来消息,中日合资的抚顺高科技制品有限公司开发出一种新产品,经初步检测证明,在减少排放节约油料方面有显著作用。
这个取名为三高节油王的新产品是通过对汽油实施强磁场、远红外辐射、超强电子波的综合作用,改变汽油的分子结构,使其充分燃烧,从而达到降低油耗、减少排放、增加动力、减少噪声的作用。据抚顺市节能检测中心和抚顺市环保检测站的检测结果,该产品对小轿车和小货车的节油率分别达到18,64%和24.08%,减低排放CO为51%,HC为50%。
同时,据该公司介绍,安装该产品,发动机动力可增加30%以上,减少噪声30%以上,还可延长发动机的使用寿命。该产品适用于使用汽油、柴油、乙醇和天然气等多种燃料的汽车,安装简单、无需维护,使用期可达10年。
该公司承诺,如用户对使用效果不满意,一周内可无条件退货;并由中国人民保险公司承保产品质量险,如果由于产品质量原因造成产品性能衰减,由保险公司负责按原价向用户进行赔偿。三高节油王2001年8月份正式出产品,2001年年底大批量投放市场。
五、多功能节油火花塞
西安高新技术产业开发区特普专利工程公司研制的多功能汽车超级节油火花塞,2000年8月21日通过陕西省科委主持的专家鉴定并转入规模化生产。
这种火花塞是把尖端放电原理成功地应用在汽车发动机的燃点上,将一电极制作成圆球形,使两极形成匹配,从而达到显著节油效果的。经国家级火花塞专业检测机构测试,其性能指标优于国外名牌产品,较进口产品放电能量提高25—30%,节油8—25%,低温启动可靠性提高30—50%,发动机功率提高30—50%,并在加速和爬坡性能及强度方面的技术指标超过国外产品。
六、发动机电动空气增压器
1、发动机和空气增压系统的工作原理
内燃机是一种耗气机械,因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程。一旦空燃比达到某一值后,再增加燃油,除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外,不会产生更多功率。发动机供油越多,黑烟就越浓。因此,超过空燃比极限后,增加供油量只会造成燃油消耗量过多、大气污染、废气温度升高,并使柴油机寿命缩短。由此可见,增加空气量的能力对发动机来说是多么重要。
涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。废气驱动涡轮叶轮总成,它与压气机叶轮相连接。当涡轮增压器转子转动时,大量的压缩空气被输送到发动机的燃烧室里。由于增加了压缩空气的重量,就可以使更多的燃油喷入到发动机里去,使发动机在尺寸不变的条件下而产生更多的功率。
2、空气增压系统的优点
涡轮增压有许多好处。非增压发动机通过曲轴的运动直接从大气中吸进空气,而涡轮增压器向发动机提供压缩空气。由于进入气缸的空气增多,所以允许喷入较多的燃油,使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率,或者说,一台小排量发动机经增压后可产生与较大发动机相同的功率。其它还有节约燃油和降低排放等优点。
由于涡轮增压器为发动机提供了更多的空气,燃油在发动机气缸里燃烧时会燃烧得更充分、更彻底。发动机进气管的空气保持正压力(大于大气压的压力)对发动机有几方面的好处。当发动机进排气门重叠开启时,新鲜空气吹入燃烧室,清除所有残留在燃烧室里的废气,同时冷却气缸头、活塞和气门。
涡轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到氧气补偿(使其达到标准大气条件)。发动机和涡轮增压器相匹配,使进气管压力保持海平面大气压。而一台自然吸气的发动机,随着海拔高度的增加,其功率将下降。
3、涡轮增压器的零部件
废气涡轮增压器是由废气驱动的涡轮和径流式压气机组成的,它们分别被安装在轴的两头并有各自的铸造壳体。轴本身被安装在中间壳中并由中间壳来支撑。中间壳的两侧分别同压气机壳和涡轮壳相连接,典型的涡轮增压器转速可以在100000转/分以上。
涡轮部分是个向心式的径流或混流装置,由铸造的涡轮叶轮、叶轮隔热罩及涡轮壳组成,进气口位于涡轮壳的外直径处。废气流进涡轮,经叶轮叶片,从涡轮壳直径的中心部位流出。
(1)压气机
压气机部分是个离心式或径向外流式装置,由铸造的压气机叶轮、后盖板及压气机壳组成,进气口位于压气机壳直径的中心部位处。空气在压气机内向外流,经叶轮叫片,从压气机壳的外直径处流出。
(2)中间壳和转子
涡轮增压器卸去所连接的压气机壳和涡轮壳后剩下的部分称为中间壳和转子总成。中间壳(又称轴承壳)以一个精心设计的轴承系统来支撑压气机和涡轮的轮轮系统。这一为高速运转而设计的轴承系统不能象曲轴的轴承那样承受重的载荷,而是必须精确地定位两只叶轮的位置,使其尽可能靠近两端壳子的轮廓型线。这种定位的关键是向中间壳油孔、轴承和轴之间的间隙注入润滑油。注入到间隙里的润滑油对提高涡轮增压器的效率和延长使用寿命是极其重要的。
从发动机润滑系统流出的润滑油是如何通过油孔和油槽流入两个主轴承的。润滑油流过轴承中的油孔去润滑和冷却轴承、轴承孔和轴颈。润滑油也从进油孔直接进入推力轴承,或者通过在压气机壳后盖板的油道进入推力轴承。润滑油靠重力从中间壳排出。密封系统使中间壳同涡轮级和压气机级分开。密封限制润滑油流进压气机和涡轮区域内,并阻止燃气和空气从这两个区域流入中间壳。密封系统由活塞环密封、石墨和O形图密封、甩油环以及迷宫(螺纹状的)密封组成,以完成密封任务。当轴旋转和壳体内气体压力建立起来时,密封开始起作用。
各种卡环和螺栓用来防护转动部件或将它们定位。止推部件用来保证轴向位置。轴的螺母或车有螺纹的叶轮用来连接压气机叶轮和涡轮叶轮。涡轮壳和压气机壳同中间壳及转子总成靠螺栓、V形卡箍和/或压板、锁紧板来连接。
4、操作步骤/预防性维护
造成涡轮增压器事故的主要原因是润滑问题,例如润滑油供油滞后、节流或缺油和在润滑油里有杂质等。占第二位的原因是外来物体进入压气机叶轮或涡轮叶轮。要有良好的维护保养习惯,特别是对空气滤清器、润滑油品质和润滑油滤清器等的维护保养。因为涡轮增压器工作转速很高,所以良好的维护保养是非常重要的。适当的操作步骤和预防性的维护保养,可以保证涡轮增压器的使用寿命和良好性能。
除了偶尔要对压气机进行清洗以外,不需要单独对涡轮增压器作周期性的维护保养。因为一般的维修人员没有专用设备是不能对涡轮增压器做校准和调整工作,并且涡轮增压器的润滑油是由它所在的发动机供应的。所以涡轮增压器的预防性维护保养主要是保证发动机与空气增压系统的完整性以及不让发动机以损害涡轮增压器和发动机自身的方式来工作。
应该鼓励车主遵守以下预防性措施,以确保涡轮增压器有最长的工作寿命:
(1)在发动机润滑油压力建立以前,必须使发动机保持在怠速状态
发动机在启动之后立即加速,会使涡轮增压器在其轴承还来不及得到充分润滑的情况下就以最大转速工作。涡轮增压器在润滑不充分的情况下工作会损坏它的轴承。重复地这样做会导致涡轮增压器过早地损坏。
建议驾驶员起动发动机后应先怠速运行3~5分钟。
(2)在发动机停车之前,要使它的温度和转速逐步地从最大值降下来
涡轮增压器的工作转速和连续工作温度都比其它机器要高。当发动机在最大输出功率或最大扭矩状态下工作时,涡轮增压器的转速和温度也达到最大值。当发动机在这一工作点突然停车时,会使发动机尤其是涡轮增压器出问题。这时需要发动机中速怠速或在轻负荷工况下工作一段时间,同时仍要保持发动机的润滑油压力和流过冷却系统的空气量不变。遵循这些准则可以防止涡轮增压器长期在缺乏润滑油的情况下运转,并可以防止涡轮增压器内部积碳现象,这是在热回吸的作用下使轴承或中间壳里的残留润滑油碳化而形成的。
建议驾驶员在停机前应先怠速运行3~5分钟。
(3)预先润滑涡轮增压器
在更换滑油或做任何维修(包括放出润滑油)之后,涡轮增压器需要进行预先润滑。在发动机启动前要将曲轴盘动几次。启动发动机后,在进入高速运转前,让它怠速一段时间,以建立起整个润滑油循环和压力。
(4)低温时启动发动机必须谨慎
当环境温度过低或车辆长时间不用时,会影响发动机建立正常的润滑油压力和流量。在这种情况下,发动机启动后必须怠速几分钟才能进入高速工作状态。
(5)要避免发动机长时间的怠速
当涡轮和压气机中气体压力过低和涡轮增压器轴的转速过低时,润滑油会通过密封件渗漏到涡轮和压气机中。这一般不会造成机械损伤,但会弄脏叶轮,使用户产生抱怨。
5、安装和启动步骤
安装者应遵守下列预防措施,以确保成功地更换涡轮增压器。
1)要确保包括润滑油泵和整个发动机状态在内的发动机润滑系统的完好,确保所有通道和管路畅通,使它们能够产生和保持所需的润滑油流量和压力。
2)要确保润滑油进口供油管路和出口排油管路清洁并布置适当。
(a)润滑油进出油管路的布置应尽量减少从发动机排气管和其他高温热源传来的热量。
(b)润滑油进油管被积碳堵塞时,要更换它。
(c)若使用软管,要确保管子不硬化、不折叠,它的内衬不损坏、不剥落。
(d)若使用金属管,要确保管子无节流或折叠现象。
e.一些润滑油进油软管有可以反复使用的接头,这样允许只调换软管而不换接头。要确认接头安装正确,软管的内衬碎片不能被遗留在油管总成中。
3)当涡轮增压器润滑油进出口处使用液体成型的密封垫片和密封条时,曾经发现过这样的问题:即在拧紧接头时,这种密封垫片和密封条因受挤压而被挤入润滑油的油道中。当这种材料进入润滑油进口后,流向一个或多个轴承中去的润滑油将被堵塞或切断,润滑油流量和压力会迫使这种材料进入轴承,从而引起轴承的异常磨损。在中间壳润滑油出口处,由于沉淀物增多,足以在出口处形成润滑油的节流现象。
4)对涡轮增压器进行预润滑时要注意不可使润滑油浸没增压器。
5)从开口的润滑油供油管道中清除空气。把润滑油排油管从涡轮增压器上拆卸下来,这时,盘动曲轴而不启动发动机,直到润滑油从中间壳排油口中流出。若润滑油连续不断地从排油管中流出来,就表明空气泡已经被排出润滑油系统。用漏斗把润滑油倒回到排油管中。
6)要确保润滑油清洁并处于正常工作所需要的油量水平上。如果有可能,应当用清洁的润滑油灌满润滑油滤清器,以减少启动发动机所需的时间。
6、故障诊断
在找出问题的原因之前,不能如通常所做的那样先轻率地把涡轮增压器从发动机上拆下来,而应该先检查和评估涡轮增压器的工作情况。现场出现的问题大多数可以通过系统故障诊断来解决。如果必须把涡轮增压器从发动机上拆下来,则在把软管、夹头和接头拆下来时,要确定接头是否是紧的,是否有漏气。因为一旦把涡轮增压器拆下来后,就很难证实产生这类问题的真正原因。
更换了新的涡轮增压器的立即出现故障可能与下列因素有关:
1)没有完全解决造成需要更换涡轮增压器的问题;
2)在更换涡轮增压器时产生的问题;
3)涡轮增压器本身有缺陷。
一台已经正常运行的涡轮增压器,在以后的日子里是不大可能再发现缺陷的。因为在涡轮增压器工作时,只要观察它的转速和温度就可以很快地发现问题。安装或发动机系统的问题也可以在更换涡轮增压器时立即暴露出来。
注意:如果涡轮增压器能自由转动并不擦内壳的话,就不要急于判定为涡轮增压器的问题。
必须强调的是,涡轮增压器根本不会改变发动机本身的工作特性。涡轮增压器不是一种能源,它唯一作用是向发动机提供更多的压缩空气,使发动机可以燃烧更多的燃油,从而产生更多的功率。它之所以能够工作完全是取决于发动机废气的流量、压力和温度。涡轮增压器是一个完整的工作系统中的一个主要部件。只是为了方便起见,才把涡轮增压器用螺栓安装在发动机的外面,但它的作用绝不亚于发动机的凸轮轴或活塞。涡轮增压器不可能纠正或克服诸如发动机燃油系统、发动机定时、空气滤清器堵塞、轴瓦故障等一类的机械故障或缺陷问题。因此,如果一台增压的发动机发生故障,而涡轮增压器已经被检查并已确定是工作正常的,那么就要象对非增压的发动机一样进行故障检修。简单地替换一台好的涡轮增压器并不能排除发动机本身的机械故障。
了解涡轮增压器在整个发动机工作系统中的作用,对成功地诊断和排除故障是非常重要的。同样,更好地了解涡轮增压器的一些特点会有助于判定涡轮增压器的损坏或缺陷以及每次都能一次就安装正确。下面的步骤是对发动机工作情况变化的综合评估。在发动机上进行故障分析也将有助于揭露任何外部的或与造成涡轮增压器故障有关的发动机的问题,这些故障必须被排除,以避免新换上的涡轮增压器的损坏。
警告:
1)做增压器检查时不能起动发动机,且必须要等到发动机冷下来后才能开始检查。
2)在不装进气管和不连接空气滤清器的情况下使涡轮增压器运转,会造成人员伤害。外来物体进入涡轮增压器内可能会造成机组损坏。
7、维修检查
基本步骤如下:
1)目测和仪器检测
检查涡轮增压器的外部和安装情况。听一听是否有不正常的机械噪声。目测一下是否有漏气、堵塞、温度过高、节流或叶轮碰壳体的情况。在怠速或低功率时看起来似乎是少量的、不严重的系统漏气,在额定负荷时会严重地影响发动机的空燃比和涡轮增压器壳体中的气体压力。所以一旦这种漏气发生,在额定负荷时将会产生严重问题。
(a)听一听是否有不正常的机械噪声并看一看振动情况。
(b)听一听是否有高频噪声,这可能表明有空气或燃气泄漏。
(c)听一听周期性噪声的程度,这可能表明在空气滤清器和管道中有节流。
(d)检查螺母、螺栓、压板和垫片是否有漏装或松动现象。
(e)检查发动机进排气管及其管道和固定件是否有松动和损坏。
(f)检查润滑油进出管道是否有节流或损坏现象。
(g)检查涡轮增压器壳体是否有裂纹或损坏。
(h)检查外部润滑油或冷却介质是否有泄漏,检查涡轮增压器外表面是否有污物沉淀(表明空气、润滑油、排气或冷却介质泄漏)。
(i)检查是否有明显的热变色。
(j)检查空气滤清器是否有明显的节流现象。
(k)查废气放气阀是否有自由运动和损坏。必须确保软管情况良好,接头是紧的。按照设备的原始规范来检查校准和控制系统。
(l)核实涡轮增压器的结构参数对该用途来说是否是正确的。
记住:这些问题被排除的本身往往不会除掉作为故障指示物的残留物。这些残留物的存在常常会引起对涡轮增压器的不准确评价。当问题已经被排除而残余物仍旧保留着时,会造成对涡轮增压器的错误评价。例如,若在检测前已先把空气滤清器调换成新的,但是残留物如发动机进气管中由于以前节流时残留的润滑油助保留着,会使您错误地认为残留物不是节流造成的,而是别的原因造成的,人人而得出不存在空气阻塞的结论,即使残留物证明可能发生过节流。
在完成故障诊断的其余部分之后,再排除任何安装上的问题。如果涡轮增压器的零件损坏了,则应当先更换零件,然后再进行校正,以防重新产生问题。
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