渦輪增壓器的故障診斷與排除

1、渦輪增壓器的故障診斷與排除【摘 要】本文主要內(nèi)容是關(guān)于渦輪增壓器的原理和使用、常見故障和以后的發(fā)展趨勢(shì)。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣作為動(dòng)力來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪位于進(jìn)氣道內(nèi)，葉輪就壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步加快，空氣壓縮程度就得以加大，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量就相應(yīng)地得到增加，就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率了。【關(guān)鍵詞】渦輪增壓；原理；故障；發(fā)展趨勢(shì)。引言目前石油燃料匱乏，浪費(fèi)嚴(yán)重，汽油機(jī)一般汽油的利用率只有30%35%。未來汽車發(fā)展趨勢(shì)于節(jié)能、環(huán)保、安全。油料的不斷消耗，迫使人們提高利用率減少浪費(fèi)。汽車作為石

2、油燃料最大消耗者之一，對(duì)科學(xué)優(yōu)化使用石油燃料迫在眉睫。汽車渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用使得在相同排量發(fā)動(dòng)機(jī)中獲得更多的動(dòng)力，增壓后的空氣使燃油能夠燃燒更充分、更徹底，尾氣排放更趨于環(huán)保。壓縮空氣動(dòng)力來源于廢氣排放時(shí)瞬間慣性沖擊力，不加利用也是能量損失。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是它可在不增加發(fā)動(dòng)機(jī)排量的基礎(chǔ)上，大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝上渦輪增壓器后，其輸出的最大功率與未裝增壓器相比，可增加大約40%甚至更多。1一、 渦輪增壓概述（一） 渦輪增壓定義渦輪增壓器(Tubro)實(shí)際上就是一個(gè)空氣壓縮機(jī)。它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣作為動(dòng)力來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪(位于排氣道內(nèi))，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪位

3、于進(jìn)氣道內(nèi)，葉輪就壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步加快，空氣壓縮程度就得以加大，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量就相應(yīng)地得到增加，就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率了。常見用于汽車引擎中，透過利用排出廢氣的熱量及流量，渦輪增壓器能提升內(nèi)燃機(jī)的馬力輸出。渦輪增壓的主要作用就是提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，讓車子更有勁。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時(shí)候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)過增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。就拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來說，經(jīng)過增壓之后，動(dòng)力可以達(dá)到2.4L發(fā)動(dòng)

4、機(jī)的水平，但是耗油量卻比1.8發(fā)動(dòng)機(jī)并不高多少，在另外一個(gè)層面上來說就是提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低尾氣排放。不過在經(jīng)過了增壓之后，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)候的壓力和溫度都大大升高，因此發(fā)動(dòng)機(jī)壽命會(huì)比同樣排量沒有經(jīng)過增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)要短，而且機(jī)械性能、潤(rùn)滑性能都會(huì)受到影響，這樣也在一定程度上限制了渦輪增壓技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。（二） 渦輪增壓器的組成與工作原理渦輪增壓器的組成由渦輪，壓氣機(jī)，轉(zhuǎn)子總成，軸承機(jī)構(gòu)，中間體和密封裝置等組成。工作原理是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫高壓廢氣驅(qū)動(dòng)廢氣渦輪旋轉(zhuǎn)，廢氣渦輪帶動(dòng)同一軸上的壓氣機(jī)共同旋轉(zhuǎn)，壓氣機(jī)壓縮由空氣濾清器過濾后的空氣，使空氣被壓縮后增壓進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的

5、裝置，減少廢氣中CO、HC、CL粒等有害物的排放。廢氣渦輪與壓氣機(jī)通常裝成一體。下面是渦輪增壓器的工作原理圖： 1-1 渦輪增壓工作原理圖：紅色為高溫廢氣，綠色為新鮮空氣。 二、 渦輪增壓器的常見故障及檢修（一） 故障現(xiàn)象利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)葉輪，與主動(dòng)葉輪同軸的從動(dòng)葉輪也以同樣轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。2怠速時(shí)，葉輪轉(zhuǎn)速約為12000r/min，當(dāng)加速踏板踩到底時(shí)，葉輪轉(zhuǎn)速約為135000r/min。因從動(dòng)葉輪在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣端，加大了進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣量，避免發(fā)動(dòng)機(jī)在較高轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣遲滯；能大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩，且最大轉(zhuǎn)矩峰值呈平直線狀。1. 增壓器突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)其原因多為增壓器軸承損壞、轉(zhuǎn)子組燒

6、壞，外界物將渦輪、泵輪葉片打壞而卡死等。2. 增壓器渦輪或泵輪端“排油”當(dāng)增壓器轉(zhuǎn)子軸磨損嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子軸密封環(huán)失去作用，或操作不當(dāng)造成潤(rùn)滑條件惡劣致使密封環(huán)磨損、拉傷而失效時(shí)，渦輪端或泵輪端出現(xiàn)“排油”故障。渦輪端“排油”，會(huì)使排氣管、消聲器產(chǎn)生大量油污和積碳增大排氣阻力，降低增壓器的轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降；泵輪端“排油”，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管道存有大量機(jī)油，機(jī)油消耗加大，進(jìn)氣阻力加大，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力便下降。33. 增壓器振動(dòng)劇烈且有噪聲其主要原因是由于轉(zhuǎn)子軸嚴(yán)重磨損，使軸承間隙加大產(chǎn)生振動(dòng)，渦輪與泵輪損壞或沾有油泥使轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡被破壞而產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。若噪聲明顯表現(xiàn)出是金屬摩擦，則是泵輪或渦輪葉片與殼體

7、碰擦。4. 增壓器氣喘因進(jìn)氣系統(tǒng)堵塞，如空氣濾清器堵塞、進(jìn)氣道油灰沉積等原因，造成發(fā)動(dòng)機(jī)增壓壓力下降且產(chǎn)生較大波動(dòng)，在增壓器泵輪端出現(xiàn)如氣喘的異響，伴隨發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)，動(dòng)力下降，排氣管冒黑煙。5. 增壓器增壓力下降進(jìn)氣管道堵塞、軸承與軸磨損、渦輪或泵輪葉片變形或損壞、與殼體摩擦等均會(huì)造成增壓壓力下降。4 （二） 故障檢修1. 外觀檢查觀察渦輪與泵輪以外排、進(jìn)氣聯(lián)接法蘭和接頭有無裂紋、漏氣等現(xiàn)象，特別要觀察增壓器“排油”現(xiàn)象是否嚴(yán)重5。這點(diǎn)在壓氣機(jī)至進(jìn)氣管之間的橡膠管接頭上最為明顯。若該接頭處僅表現(xiàn)為輕微地滲油，仍屬正?，F(xiàn)象。若此地漏油嚴(yán)重，表明增壓器已不能再使用。此外發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后，用聽診器可以

8、聽到增壓器轉(zhuǎn)子依靠慣性轉(zhuǎn)動(dòng)的聲音，聲音若持續(xù)1min以上的時(shí)間，表明增壓器性能良好。2. 壓氣機(jī)泵輪部分檢修拆卸壓氣機(jī)與進(jìn)氣管道的連接，觀察壓氣機(jī)葉輪和泵殼的摩擦情況、漏油情況以及葉片的損壞情況。若發(fā)現(xiàn)葉輪與泵殼有摩擦，而泵殼摩擦部位附著物較堅(jiān)固，表明泵輪內(nèi)有損壞；如果發(fā)現(xiàn)時(shí)外來物損傷了泵輪，或者泵輪軸漏油現(xiàn)象嚴(yán)重，均應(yīng)對(duì)增壓器進(jìn)行維修。3. 旋轉(zhuǎn)組件檢修若檢查渦輪與泵輪沒有明顯損壞，用手迅速轉(zhuǎn)動(dòng)增壓器轉(zhuǎn)子，應(yīng)該旋轉(zhuǎn)自如，無明顯的研磨噪聲和阻滯現(xiàn)象，否則表明軸已燒損。用千分尺檢查轉(zhuǎn)子軸軸向間隙以及渦輪端和泵輪端的徑向間隙，其值不得超過標(biāo)準(zhǔn)范圍。分解拆裝旋轉(zhuǎn)組件時(shí)，必須做好壓氣機(jī)葉輪、轉(zhuǎn)子軸鎖緊

9、螺母的相對(duì)位置記號(hào)。更換壓氣機(jī)葉輪要做動(dòng)平衡試驗(yàn)。安裝渦輪端和泵輪端兩密封環(huán)時(shí)，開口互成180°，相對(duì)中間殼進(jìn)油口成90°。壓氣機(jī)葉輪鎖緊螺母要按規(guī)定扭矩?cái)Q緊。4. 渦輪機(jī)渦輪部分檢修從渦輪機(jī)出氣口將排氣管道拆除，檢查渦輪葉片以及殼體摩擦情況、漏油情況和葉片損壞情況。若發(fā)現(xiàn)葉片與殼體有摩擦，而殼體上的附著物堅(jiān)硬而牢固，可能是渦輪內(nèi)有損壞，此時(shí)必須拆卸修理。若發(fā)現(xiàn)積油嚴(yán)重，則應(yīng)觀察該油是從排氣系統(tǒng)帶來的，還是從渦輪中心排出的，若積油來自軸心且較嚴(yán)重，表明渦輪軸的密封環(huán)失效，應(yīng)對(duì)增壓器拆檢維修。若積油來自排氣系統(tǒng)，而葉輪上積油較多，就將渦輪拆卸清洗。三、 廢氣渦輪增壓器漏油渦輪

10、增壓器漏油一般發(fā)生在壓氣機(jī)端，因?yàn)閴簹鈾C(jī)密封裝置靠葉輪邊的是低壓區(qū)，容易產(chǎn)生漏油故障。（1）密封不良?jí)簹鈾C(jī)端O型密封圈損壞或膠質(zhì)老化失去作用，這是壓氣機(jī)端漏油的主要原因。（2）潤(rùn)滑油進(jìn)口壓力過高增壓器潤(rùn)滑油進(jìn)口壓力正常為235392kPa。當(dāng)油壓高于588kPa時(shí)，潤(rùn)滑油便會(huì)由密封裝置處由渦輪端泄露出潤(rùn)滑油。6（3）回油不暢回油管截面積太小，引起回油管堵塞；油底殼內(nèi)的潤(rùn)滑油液面過高造成回油困難；曲軸箱通風(fēng)管阻塞；活塞環(huán)斷裂或磨損造成燃?xì)庀赂Z至曲軸箱，使油底殼內(nèi)的壓力增高。（4）安裝不正確在壓氣機(jī)段和渦輪端槽中裝有兩個(gè)增加器密封環(huán)，如果再裝配增壓器時(shí)沒有將相鄰兩環(huán)錯(cuò)開180°，也容易造

11、成增壓器漏油。（5）密封環(huán)損壞增壓器密封環(huán)依靠彈力固定在密封環(huán)外殼上。當(dāng)密封環(huán)失去彈力或彈力減小時(shí)，增壓器傳動(dòng)軸來回竄動(dòng)，密封環(huán)與傳動(dòng)軸上的環(huán)槽側(cè)間隙被破壞，使環(huán)兩端面摩擦損壞，造成密封不良。四、 渦輪增壓器的改進(jìn)措施 （一） 現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方案和制造技術(shù)方面在渦輪增壓器的設(shè)計(jì)方法上，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行壓氣機(jī)和渦輪的空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算、流場(chǎng)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在國外已展開多年。一些發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)60年代中后期就已開始利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行徑渦輪的空氣動(dòng)力學(xué)與三元流場(chǎng)分析，隨后又利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行離心式壓氣機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算、三元流場(chǎng)分析、葉輪及葉型設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析等。目前，國外主要增壓器生產(chǎn)廠家都已擁有先進(jìn)的CAD/C

12、AM和CAT系統(tǒng)，并采用有限元法和先進(jìn)的激光測(cè)試技術(shù)來進(jìn)行3-D粘性流動(dòng)的建模和驗(yàn)證分析。增壓器的加工制造技術(shù)近年來也發(fā)展很快，國外于20世紀(jì)70年代末成功地將“硅橡膠”技術(shù)用于鑄造小型后彎壓氣機(jī)葉輪；到20世紀(jì)80年代初期，世界各大增壓器公司相繼推出了帶后彎壓氣機(jī)葉輪的新型增壓器。7KKK公司采用五軸數(shù)控銑床，銑削加工鍛鋁后彎葉輪，強(qiáng)度比鑄鋁好，且在輪盤通道上保留銑削刀痕，可以減少二次流，有利于改善性能。 （二） 新材料的應(yīng)用方面鈦鋁合金材料具有密度小、高溫強(qiáng)度及抗氧化性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于渦輪增壓器可以降低渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，改善響應(yīng)特性，消除增壓柴油機(jī)在加速瞬間冒黑煙現(xiàn)象。目前其他一些新的輕質(zhì)合

13、金材料也在研制中。另外，在增壓器上也開發(fā)使用了陶瓷渦輪，由于陶瓷渦輪的質(zhì)量較輕，渦輪箱的壁厚能被設(shè)計(jì)得很薄，在保持包容性不變的前提下可以使增壓器的質(zhì)量減輕。目前，采用陶瓷渦輪的技術(shù)難點(diǎn)主要是陶瓷渦輪與轉(zhuǎn)軸的連接。8結(jié)束語通過對(duì)渦輪增壓器的分析與調(diào)研，了解了渦輪增壓器的定義與概述、結(jié)構(gòu)組成和工作原理、發(fā)展史、改進(jìn)措施，分析了渦輪增壓器常見的故障與檢修，對(duì)渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理有了深入的了解。認(rèn)知了廢氣渦輪增壓器的一般故障與故障產(chǎn)生時(shí)所產(chǎn)生的現(xiàn)象，和如何去檢測(cè)故障的方式方法。同時(shí)也得知了汽車安裝了渦輪增壓器能有效的提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸里的燃料更進(jìn)一步的燃燒與分解，減少廢氣的排放量。并且能有效的清除殘留在燃燒室內(nèi)的廢氣，冷卻氣缸、活塞和氣門。參考文獻(xiàn)1 林建生,燃?xì)廨啓C(jī)與渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)原理與應(yīng)用,天津大學(xué)出版社,20