3056. 汽車新技術(shù)廢氣渦輪增壓

1、 汽車新技術(shù)-廢氣渦輪增壓 2010年7月17日至8月20日，我在上海大眾4s店進(jìn)行維修實(shí)習(xí)。在這一周的時(shí)間里，我對(duì)汽車維修服務(wù)站的、零部件供應(yīng)、售后服務(wù)、維修用設(shè)備：舉升機(jī)、輪胎動(dòng)平衡機(jī)、車身校正架、烤漆房等，還擁有先進(jìn)的進(jìn)口檢測(cè)儀器：x431電腦檢測(cè)儀、點(diǎn)火測(cè)試儀，及使用于維修業(yè)務(wù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等都有了較深了解和掌握。摘要：首先，談?wù)勗鰤浩鞯念愋筒⒅饕槍?duì)廢氣渦輪增壓影響增壓器的使用壽命因素，故障和診斷加以分析，并說(shuō)明使用中的注意事項(xiàng)，意在減少增壓器的故障，延長(zhǎng)其使用壽命，降低維護(hù)費(fèi)用。關(guān)鍵詞：廢氣渦輪；增壓器；故障診斷前言 近年來(lái)，隨著汽運(yùn)公司車輛的更新?lián)Q代，一些重型載貨柴油車上普遍使用了

2、渦輪增壓器，但在使用中常發(fā)生廢氣渦輪增壓器早期損壞的故障，分析其原因，主要是對(duì)增壓器的使用，維護(hù)不當(dāng)造成的。為了保證廢氣渦輪增壓的正常使用，對(duì)于裝有廢氣渦輪增壓的柴油機(jī)在使用和保養(yǎng)中有嚴(yán)格的規(guī)定。如果使用和維護(hù)不當(dāng)，誰(shuí)是廢氣渦輪增壓器發(fā)生故障，造成早期損壞，只是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性下降，排氣管冒黑煙或藍(lán)煙等。因此對(duì)廢氣渦輪增壓器進(jìn)行正確的使用和保養(yǎng)，對(duì)于避免廢氣渦輪增壓器早期損壞，保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，是十分重要的。1 渦輪增壓器的類型1.1機(jī)械增壓系統(tǒng)機(jī)械增壓系統(tǒng)：這個(gè)裝置安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上并由皮帶與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連接，從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸獲得動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)增壓器的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而將空氣增壓吹到進(jìn)氣岐道里。其優(yōu)點(diǎn)是渦輪

3、轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)相同，因此沒(méi)有滯后現(xiàn)象，動(dòng)力輸出非常流暢。但是由于裝在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸里面，因此還是消耗了部分動(dòng)力，增壓出來(lái)的效果并不高。 1.2氣波增壓系統(tǒng)氣波增壓系統(tǒng)：利用高壓廢氣的脈沖氣波迫使空氣壓縮。這種系統(tǒng)增壓性能好、加速性好但是整個(gè)裝置比較笨重，不太適合安裝在體積較小的轎車?yán)锩妗?1.3廢氣渦輪增壓系統(tǒng)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)：這就是我們平時(shí)最常見(jiàn)的渦輪增壓裝置了，增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)任何機(jī)械聯(lián)系，實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過(guò)壓縮空氣來(lái)增加進(jìn)氣量。它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來(lái)推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來(lái)的空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出

4、速度與禍輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)功率及扭矩要增大20%30%。但是廢氣渦輪增壓器技術(shù)也有其必須注意的地方，那就是泵輪和渦輪由一根軸相連，也就是轉(zhuǎn)子，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)泵輪，泵輪帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)后給進(jìn)氣系統(tǒng)增壓。增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣一側(cè)，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高，可達(dá)到每分鐘十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得常見(jiàn)的機(jī)械滾針或滾珠軸承無(wú)法為轉(zhuǎn)子工作，因此渦輪增壓器普遍采用全浮動(dòng)軸承，由機(jī)油來(lái)進(jìn)行潤(rùn)滑，還有冷卻液

5、為增壓器進(jìn)行冷卻。 1.4復(fù)合增壓系統(tǒng)復(fù)合增壓系統(tǒng)：即廢氣渦輪增壓和機(jī)械增壓并用，機(jī)械增壓有助于低轉(zhuǎn)速時(shí)的扭力輸出，但是高轉(zhuǎn)速時(shí)功率輸出有限；而廢氣渦輪增壓在高轉(zhuǎn)速時(shí)擁有強(qiáng)大的功率輸出，但低轉(zhuǎn)速時(shí)則力不從心。發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)師們于是就設(shè)想把機(jī)械增壓和渦輪增壓結(jié)合在一起，來(lái)解決兩種技術(shù)各自的不足，同時(shí)解決低速扭矩和高速功率輸出的問(wèn)題。這種裝置在大功率柴油機(jī)上采用比較多，汽油機(jī)上采用雙增壓系統(tǒng)（復(fù)合增壓系統(tǒng)）的車型還比較少，大眾的1.4 tsi發(fā)動(dòng)機(jī)（這款發(fā)動(dòng)機(jī)兼顧了低速扭力輸出和高速功率輸出。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，由機(jī)械增壓提供大部分的增壓壓力，在1 500rpm時(shí)，兩個(gè)增壓器同時(shí)提供增壓壓力。隨著轉(zhuǎn)速的提高

6、，渦輪增壓器能使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得更大的功率，與此同時(shí)，機(jī)械增壓器的增壓壓力逐漸降低。機(jī)械增壓通過(guò)電磁離合器控制，它與水泵集合在一起。在轉(zhuǎn)速超過(guò)3500rpm時(shí)，由渦輪增壓器提供所有的增壓壓力，此時(shí)機(jī)械增壓器在電磁離合器的作用下完全與發(fā)動(dòng)機(jī)分離，防止消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率）采用了了這一系統(tǒng)。其發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率大、燃油消耗率低、噪聲小，只是結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，技術(shù)含量高，維修保養(yǎng)不容易，因此很難普及。2 廢氣渦輪增壓器的基本知識(shí)及工作原理渦輪增壓器是用來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和減少排放的重要部件。渦輪增壓器本身不是一種動(dòng)力源，它利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的剩余能量來(lái)工作，其作用是向發(fā)動(dòng)機(jī)提供更多的壓縮空氣。它利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能量，驅(qū)動(dòng)

7、渦輪高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)與渦輪同軸的壓氣機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，壓力機(jī)將空氣壓縮進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣量，可供更多的燃油完全燃燒，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，降低了燃油的消耗，同時(shí)由于燃燒條件的改善，減少了廢氣中有害物質(zhì)的排放，還可降低噪音。柴油機(jī)經(jīng)過(guò)增壓以后性能發(fā)生了變化，它使柴油機(jī)的功率大大得到提高，增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)的功率可提高20%40%左右，以wd615機(jī)為例，使發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率提高，增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助系統(tǒng)消耗的功增加很少，雖然因?yàn)楸l(fā)壓力大，各摩擦表面上的摩擦損失有所增加，但發(fā)動(dòng)機(jī)功率增加較多，機(jī)械效率提高了近8%左右。燃油消耗降低，增壓后進(jìn)氣壓力增高，燃燒條件改善，機(jī)械效率提高，油耗降低，發(fā)

8、動(dòng)機(jī)單位功率質(zhì)量大大降低，但發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)增壓后也帶來(lái)了新的問(wèn)題，如：使發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)荷增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷增加等等。3 影響增壓器使用壽命的因素 使用中我們發(fā)現(xiàn)，增壓器的損壞和磨損總是在柴油機(jī)及其附近出現(xiàn)故障之后發(fā)生，柴油機(jī)的許多不正常工況都會(huì)引起增壓器的損壞。增壓器出現(xiàn)故障，40%是由于潤(rùn)滑不良造成的，40%是由于外界雜物通過(guò)增壓器所造成的，20%是其它原因引起的。3.1潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油用來(lái)潤(rùn)滑冷卻增壓器，但當(dāng)增壓器正常工作時(shí)，其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)到十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，潤(rùn)滑油被打成泡沫狀，其冷卻和潤(rùn)滑性能下降，因此潤(rùn)滑系統(tǒng)必須保證能提供充足的潤(rùn)滑油。若當(dāng)600左右的高溫廢氣通過(guò)渦輪室時(shí)，軸承座得不到足夠

9、的潤(rùn)滑和冷卻，潤(rùn)滑油將在其環(huán)形油道壁上結(jié)焦，逐漸堵塞油道。潤(rùn)滑油如果不清潔，也會(huì)很快損壞增壓器內(nèi)部零件。如含有灰塵、泥狀沉淀物和金屬微粒的潤(rùn)滑油會(huì)迅速破壞各零件的配合間隙，刮傷和磨損軸承表面。這些都將會(huì)引起渦輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增大和失掉平衡，使軸的轉(zhuǎn)速下降，導(dǎo)致柴油機(jī)的功率損失增大，且轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡將很快導(dǎo)致增壓器零件的損壞。如果潤(rùn)滑油的質(zhì)量等級(jí)老化，油中的各種添加劑不能滿足增壓柴油機(jī)大負(fù)荷工作的潤(rùn)滑要求，潤(rùn)滑油將會(huì)加速氧化變質(zhì)，也會(huì)加劇柴油機(jī)和增壓器零件的磨損。當(dāng)潤(rùn)滑油壓力和流量不足時(shí)會(huì)出現(xiàn)下列問(wèn)題：供給軸頸和止推軸承的潤(rùn)滑油不足，用以使轉(zhuǎn)子軸頸軸承軸頸保持浮動(dòng)的潤(rùn)滑不足；增壓去已處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)潤(rùn)滑油

10、還沒(méi)有供到軸承。當(dāng)增壓器的轉(zhuǎn)速和柴油機(jī)的負(fù)荷增加時(shí)，增壓器軸承的供油量也必須增加。當(dāng)柴油機(jī)高負(fù)荷，增壓去轉(zhuǎn)速很高時(shí)，即使短暫的幾秒鐘增壓器軸承供油不足也 將造成軸承損壞。柴油機(jī)的起動(dòng)、熄火的操作方法不正確也將嚴(yán)重影響增壓器的壽命。如果柴油機(jī)起動(dòng)后，就立即將轉(zhuǎn)速升得很高，潤(rùn)滑油不能及時(shí)到達(dá)增壓器軸承而加速磨損。柴油機(jī)熄火后，若不首先使增壓器冷卻降溫，而且突然熄火，停止向增壓器供給機(jī)油，會(huì)導(dǎo)致增壓器內(nèi)部零件過(guò)熱，軸承油道中的機(jī)油炭化阻塞油道，將有軸承被咬死的危險(xiǎn)。密封環(huán)泄露引起的渦輪后部積炭，將使旋轉(zhuǎn)零件轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)澀，而損失功率。旋轉(zhuǎn)零件的不平衡是引起密封環(huán)泄露的一個(gè)重要原因。曲軸通氣孔或增壓器回油管

11、堵塞或阻力過(guò)大，也能引起密封環(huán)泄露。3.2進(jìn)氣系統(tǒng)增壓器工作的好壞也依賴于進(jìn)氣系統(tǒng)，只有供給充足、干凈的空氣才能保證增壓器長(zhǎng)期無(wú)故障工作，使壽命延長(zhǎng)。所以應(yīng)定期檢查所有進(jìn)氣管接頭和軟管的密封性，防止漏氣。如果壓氣機(jī)到柴油機(jī)進(jìn)氣管漏氣，充氣量減少，將導(dǎo)致柴油機(jī)冒黑煙。當(dāng)有較大顆粒的灰塵或沙子進(jìn)入壓氣機(jī)會(huì)立刻損壞增壓器。較小的顆粒也會(huì)使工作輪葉片彎曲或被割削，并使其失去平衡，引起軸承和密封環(huán)的磨損加劇。不平衡的旋轉(zhuǎn)件與軸承發(fā)生碰撞時(shí)，使軸承上的油道逐漸縮小，導(dǎo)致潤(rùn)滑不良。隨著軸承的磨損，配合間隙增大，使壓氣機(jī)或渦輪機(jī)的工作輪葉片打擊殼體，這種故障的信號(hào)是噪音比平常增大很多。進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣阻力應(yīng)很小

12、，如果空氣濾清器堵塞，進(jìn)氣阻力增大，充氣量減少，增大功率損失，同時(shí)，壓氣機(jī)一側(cè)的密封環(huán)將會(huì)由于壓力差太大而泄露，引起潤(rùn)滑油消耗量過(guò)大，這種故障的標(biāo)志是在壓氣機(jī)工作輪葉片后面出現(xiàn)一層暗色的潤(rùn)滑油膜。 3.3排放的廢氣廢氣中很小的顆粒進(jìn)入渦輪機(jī)，與顆粒進(jìn)入壓氣機(jī)后果一樣，將導(dǎo)致增壓器的損壞。 柴油機(jī)燃油供油量過(guò)大，進(jìn)氣阻力大，會(huì)使燃燒室內(nèi)可燃混合氣過(guò)濃而引起廢氣過(guò)熱，造成渦輪機(jī)殼體和油道過(guò)熱，廢氣從排氣管到渦輪室的通道泄露會(huì)降低渦輪機(jī)渦輪的轉(zhuǎn)速，增加冒煙，也會(huì)使渦輪機(jī)殼體過(guò)熱。這些都會(huì)導(dǎo)致渦輪室內(nèi)積炭及渦輪葉片的腐蝕。潤(rùn)滑油壓力過(guò)高，潤(rùn)滑油將通過(guò)密封環(huán)滲入渦輪機(jī)也會(huì)造成渦輪室積炭。4 廢氣渦輪增壓

13、器使用注意事項(xiàng)廢氣渦輪增壓器經(jīng)常處于高溫下工作，進(jìn)入廢氣渦輪端的溫度在600左右。增壓器轉(zhuǎn)子以每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)到十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)，為了保證增壓器的正常工作，使用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）使用正確牌號(hào)的潤(rùn)滑油，并定期更換。對(duì)渦輪增壓柴油機(jī)至少應(yīng)使用cd級(jí)增壓機(jī)油。（2）發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)以后，特別是在冬季，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后，應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘，千萬(wàn)不能轟油門，以防止損壞增壓器油封。（3）熄火前，發(fā)動(dòng)機(jī)也應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘，讓發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降下來(lái)以后再熄火，以防止猛轟油門，增壓器轉(zhuǎn)速很高，突然熄火，機(jī)油泵不打油，增壓器轉(zhuǎn)子仍在高速慣性運(yùn)轉(zhuǎn)，干磨損壞軸承。（4）由于經(jīng)常處于高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，到增壓器的潤(rùn)滑油管線由于

14、高溫，內(nèi)部機(jī)油容易有部分的結(jié)焦，這樣會(huì)造成增壓器軸承的潤(rùn)滑不足而損壞。（5）檢修發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)注意千萬(wàn)不能讓雜物進(jìn)入增壓器，以防損壞轉(zhuǎn)子。（6）wd615機(jī)經(jīng)增壓后，空氣進(jìn)入中冷器，有幾道橡膠管連線，要求在出車前、修車中檢查其連接情況，防止松動(dòng)、脫落，以免造成增壓器失效和空氣短路進(jìn)缸。（7）禁止柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間急速運(yùn)轉(zhuǎn)（一般不超過(guò)5min）因怠速時(shí)機(jī)油油壓較低，不利于增壓器的潤(rùn)滑，容易使軸承過(guò)早磨損。5 廢氣渦輪增壓器常見(jiàn)的故障及排除增壓器出現(xiàn)故障，不要匆忙的更換增壓器，應(yīng)該尋找和判斷故障原因和部位，并盡可能地加以排除。這樣可以避免換上增壓器后同樣的故障重復(fù)出現(xiàn)。5.1壓氣機(jī)喘振如果增壓器在工作過(guò)程

15、中向氣缸內(nèi)輸送空氣量不足，空氣壓力將產(chǎn)生極大的波動(dòng)，在壓氣機(jī)端發(fā)出異響，如氣喘的響聲，這就是喘振。由于喘振，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)，功率下降，排氣冒黑煙。產(chǎn)生喘振的原因是進(jìn)氣系統(tǒng)堵塞，如空氣濾清器濾芯嚴(yán)重阻塞，進(jìn)氣管內(nèi)油污太多阻塞。增壓器的噴嘴環(huán)流通道發(fā)生變形也會(huì)造成喘振。最好是每次二級(jí)保養(yǎng)更換空氣濾芯，車運(yùn)行十萬(wàn)公里左右，清洗進(jìn)氣通道。5.2增壓器在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)出雜音發(fā)出金屬的撞擊，摩擦聲、或者產(chǎn)生振動(dòng)，是增壓器轉(zhuǎn)子和渦殼之間發(fā)生了變化，應(yīng)拆卸轉(zhuǎn)子檢修、調(diào)整。 5.3增壓器在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)了強(qiáng)烈的震動(dòng)這是由于轉(zhuǎn)子組不平衡，軸承損壞造成的，應(yīng)更換軸承及進(jìn)行轉(zhuǎn)子組的動(dòng)平衡校驗(yàn)。5.4增壓壓力下降該故障的主要原

16、因是進(jìn)氣道堵塞，并進(jìn)入中冷器的進(jìn)氣道連接軟管松脫，破裂造成。5.5增壓器突然停止運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降這是增壓器軸承損壞，轉(zhuǎn)子組燒死所致。應(yīng)更換軸承，如損壞嚴(yán)重應(yīng)更換增壓器總成。油封漏油也應(yīng)及時(shí)檢修更換。6 更換新的或修理好的廢氣渦輪增壓器后的啟動(dòng)方法6.1應(yīng)確保增壓器機(jī)油管和回油管在連接前的清潔。如果使軟管應(yīng)保證軟管沒(méi)有硬化，軟管比沒(méi)有腐蝕和片狀剝落。當(dāng)用金屬管時(shí)則應(yīng)保證管子沒(méi)有堵塞或偏折。6.2確保柴油及潤(rùn)滑油的清潔并保持規(guī)定的工作油面。先從增壓器進(jìn)油口倒入清潔的機(jī)油，用手轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪使機(jī)油從回油口流出，然后按上增壓去上的進(jìn)、回管接頭。6.3啟動(dòng)柴油機(jī)并保持較怠速運(yùn)轉(zhuǎn)五分鐘后再加速。結(jié)論準(zhǔn)確地找

17、出廢氣渦輪增壓器損壞原因的重要性還沒(méi)有受到普遍重視。在增壓去損壞的當(dāng)時(shí)應(yīng)該找出其損壞原因，把情況搞清楚以后在更換和維修。當(dāng)更換一個(gè)損壞的增壓器時(shí)經(jīng)常較少考慮或沒(méi)有考慮找出損壞的原因。以致造成增壓器連續(xù)損壞，這就延長(zhǎng)了停機(jī)時(shí)間并使設(shè)備維修成本增加。掌握正確的操作方法，并經(jīng)常對(duì)增壓器及其進(jìn)、配齊系統(tǒng)仔細(xì)保養(yǎng)是十分重要的。檢查增壓器時(shí)，如發(fā)現(xiàn)技術(shù)狀況不良，應(yīng)認(rèn)真維護(hù)并排除故障，以延長(zhǎng)增壓器的使用壽命。 謝 詞這個(gè)論文選題對(duì)于我的意義在于它引導(dǎo)我用研究生期間所學(xué)的研究方法對(duì)一個(gè)我喜歡的行業(yè)進(jìn)行摸索和研究，透過(guò)現(xiàn)象去挖掘和探討現(xiàn)象背后的原因。雖然我在這家公司實(shí)習(xí)的時(shí)間很短，但是我在這家公司學(xué)到了很多我想學(xué)習(xí)到的知識(shí)，使我對(duì)汽車行業(yè)有了更進(jìn)一步的了解，我知道