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 以后的開展趨勢。渦輪增壓發(fā)動機是利用發(fā)動機排出的廢氣作為動力來 推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪位于進氣道內(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。 當發(fā)動機轉(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 機的進氣量就相應(yīng)地得到增加，就可以增加發(fā)動機的輸出功率了。 【關(guān)鍵詞】渦輪增壓；原理；故障；開展趨勢。引言目前石油燃料匱乏，浪費嚴重，汽油機一般汽油的利用率只有 30% 35%。未來汽車開展趨勢于節(jié)能、環(huán)保、平安。油料的不斷消耗，迫使 人們提高利用

2、率減少浪費。汽車作為石油燃料最大消耗者之一，對科學 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)動機中獲得更多的動力，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。壓縮空氣動力來源于廢氣排放時瞬間慣性沖 擊力，不加利用也是能量損失。渦輪增壓發(fā)動機的最大優(yōu)點是它可在不 增加發(fā)動機排量的根底上，大幅度提高發(fā)動機的功率和扭矩。一臺發(fā)動 機裝上渦輪增壓器后，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渦輪增壓概述一渦輪增壓定義渦輪增壓器Tubro實際上就是一個空氣壓縮機。它是利用發(fā)動機排 出的廢氣作為動力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪位于排氣道內(nèi)，

3、渦輪又帶動 同軸的葉輪位于進氣道內(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。當發(fā)動機轉(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)動機的進氣量就相應(yīng)地得到增加， 就可以增加發(fā)動機的輸出功率了。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)燃機的馬力輸出。渦輪增壓的 主要作用就是提高發(fā)動機進氣量，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩，讓車 子更有勁。一臺發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的 時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺的發(fā)動機在 經(jīng)過增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率渦輪增壓發(fā)動機來說，經(jīng)過增壓之后,動力可以到

4、達2.4L發(fā)動機的水平，但是耗油量卻比1.8發(fā)動機并不高多 少，在另外一個層面上來說就是提高燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放。不過 在經(jīng)過了增壓之后，發(fā)動機在工作時候的壓力和溫度都大大升高，因此 發(fā)動機壽命會比同樣排量沒有經(jīng)過增壓的發(fā)動機要短，而且機械性能、 潤滑性能都會受到影響，這樣也在一定程度上限制了渦輪增壓技術(shù)在發(fā) 動機上的應(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，轉(zhuǎn)子總成，軸承機構(gòu)，中間體和密封裝置等組成。工作原理是利用發(fā)動機排出的高溫高壓廢氣驅(qū)動廢 氣渦輪旋轉(zhuǎn)，廢氣渦輪帶動同一軸上的壓氣機共同旋轉(zhuǎn)，壓氣機壓縮由 空氣濾清器過濾后的空氣，使空氣被壓縮后增壓進入發(fā)動機氣缸

5、內(nèi)，提 高發(fā)動機進氣量的裝置，減少廢氣中 CO HC CL粒等有害物的排放。廢 氣渦輪與壓氣機通常裝成一體。下面是渦輪增壓器的工作原理圖:增壓戻動機彌示傭圈'fl心州片F(xiàn)t%鶯訴中的遠較.同*1M執(zhí)幣腔軸蛙朗tl1-1渦輪增壓工作原理圖：紅色為高溫廢氣，綠色為新鮮空氣。渦輪增壓器的常見故障及檢修一故障現(xiàn)象利用發(fā)動機排出的廢氣驅(qū)動發(fā)動機主動葉輪，與主動葉輪同軸的從 動葉輪也以同樣轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。2怠速時，葉輪轉(zhuǎn)速約為12000r/min，當加 速踏板踩到底時，葉輪轉(zhuǎn)速約為135000r/min。因從動葉輪在發(fā)動機進氣端，加大了進氣壓力和進氣量，防止發(fā)動機在較高轉(zhuǎn)速下進氣遲滯； 能大幅度提高發(fā)動

6、機功率和轉(zhuǎn)矩，且最大轉(zhuǎn)矩峰值呈平直線狀。1. 增壓器突然停止運轉(zhuǎn) 其原因多為增壓器軸承損壞、轉(zhuǎn)子組燒壞，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 當增壓器轉(zhuǎn)子軸磨損嚴重，轉(zhuǎn)子軸密封環(huán)失去作用，或操作不當造 成潤滑條件惡劣致使密封環(huán)磨損、拉傷而失效時，渦輪端或泵輪端出現(xiàn) “排油故障。渦輪端“排油 ，會使排氣管、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)動機動力下降；泵輪端“排 油，會使發(fā)動機進氣管道存有大量機油， 機油消耗加大， 進氣阻力加大， 發(fā)動機動力便下降。 33. 增壓器振動劇烈且有噪聲 其主要原因是由于轉(zhuǎn)子軸嚴重磨損，使軸承間隙加大產(chǎn)生振

7、動，渦 輪與泵輪損壞或沾有油泥使轉(zhuǎn)子動平衡被破壞而產(chǎn)生噪聲和振動。假設(shè) 噪聲明顯表現(xiàn)出是金屬摩擦，那么是泵輪或渦輪葉片與殼體碰擦。4. 增壓器氣喘 因進氣系統(tǒng)堵塞，如空氣濾清器堵塞、進氣道油灰沉積等原因，造 成發(fā)動機增壓壓力下降且產(chǎn)生較大波動，在增壓器泵輪端出現(xiàn)如氣喘的 異響，伴隨發(fā)動機工作不穩(wěn)，動力下降，排氣管冒黑煙。5. 增壓器增壓力下降 進氣管道堵塞、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)象是否嚴重 5 。這點在壓氣機至進氣 管之間的橡膠

8、管接頭上最為明顯。假設(shè)該接頭處僅表現(xiàn)為輕微地滲油， 仍屬正?，F(xiàn)象。假設(shè)此地漏油嚴重，說明增壓器已不能再使用。此外發(fā) 動機停機后，用聽診器可以聽到增壓器轉(zhuǎn)子依靠慣性轉(zhuǎn)動的聲音，聲音 假設(shè)持續(xù) 1min 以上的時間，說明增壓器性能良好。2. 壓氣機泵輪局部檢修拆卸壓氣機與進氣管道的連接， 觀察壓氣機葉輪和泵殼的摩擦情況、 漏油情況以及葉片的損壞情況。假設(shè)發(fā)現(xiàn)葉輪與泵殼有摩擦，而泵殼摩 擦部位附著物較鞏固，說明泵輪內(nèi)有損壞；如果發(fā)現(xiàn)時外來物損傷了泵 輪，或者泵輪軸漏油現(xiàn)象嚴重，均應(yīng)對增壓器進行維修。3. 旋轉(zhuǎn)組件檢修假設(shè)檢查渦輪與泵輪沒有明顯損壞，用手迅速轉(zhuǎn)動增壓器轉(zhuǎn)子，應(yīng) 該旋轉(zhuǎn)自如，無明顯的研磨

9、噪聲和阻滯現(xiàn)象，否那么說明軸已燒損。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 過標準范圍。分解拆裝旋轉(zhuǎn)組件時，必須做好壓氣機葉輪、轉(zhuǎn)子軸鎖緊 螺母的相對位置記號。更換壓氣機葉輪要做動平衡試驗。安裝渦輪端和 泵輪端兩密封環(huán)時，開口互成 180°，相對中間殼進油口成 90°。壓氣 機葉輪鎖緊螺母要按規(guī)定扭矩擰緊4. 渦輪機渦輪局部檢修從渦輪機出氣口將排氣管道撤除， 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。假設(shè)發(fā)現(xiàn)葉片與殼體有摩擦，而殼體上的附 著物堅硬而牢固，可能是渦輪內(nèi)有損壞，此時必須拆卸修理。假設(shè)發(fā)現(xiàn) 積油嚴重， 那么應(yīng)觀察該油是

10、從排氣系統(tǒng)帶來的， 還是從渦輪中心排出的， 假設(shè)積油來自軸心且較嚴重，說明渦輪軸的密封環(huán)失效，應(yīng)對增壓器拆 檢維修。假設(shè)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增壓器漏油一般發(fā)生在壓氣機端，因為壓氣機密封裝置靠葉輪 邊的是低壓區(qū)，容易產(chǎn)生漏油故障。 1密封不良壓氣機端 O 型密封圈損壞或膠質(zhì)老化失去作用，這是壓氣機端漏油 的主要原因。 2潤滑油進口壓力過高增壓器潤滑油進口壓力正常為 235392kPa。當油壓高于588kPa時,潤滑油便會由密封裝置處由渦輪端泄露出潤滑油。 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)的潤滑油液面過高 造

11、成回油困難；曲軸箱通風管阻塞；活塞環(huán)斷裂或磨損造成燃氣下竄至 曲軸箱，使油底殼內(nèi)的壓力增高。 4安裝不正確 在壓氣機段和渦輪端槽中裝有兩個增加器密封環(huán)，如果再裝配增壓 器時沒有將相鄰兩環(huán)錯開 180°，也容易造成增壓器漏油。 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。當密封環(huán)失去彈力或 彈力減小時，增壓器傳動軸來回竄動，密封環(huán)與傳動軸上的環(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、 渦輪增壓器的改進措施一 現(xiàn)代化設(shè)計方案和制造技術(shù)方面在渦輪增壓器的設(shè)計方法上，利用電腦進行壓氣機和渦輪的空氣動 力學計算、流場分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計，在國外已展開多年。一些興旺國家在 2

12、0 世紀 60 年代中后期就已開始利用電腦進行徑渦輪的空氣動力學與三 元流場分析，隨后又利用電腦進行離心式壓氣機的空氣動力學計算、三 元流場分析、葉輪及葉型設(shè)計和強度分析等。目前，國外主要增壓器生 產(chǎn)廠家都已擁有先進的CAD/CAM和CAT系統(tǒng)，并采用有限元法和先進的 激光測試技術(shù)來進行 3-D 粘性流動的建模和驗證分析。增壓器的加工制造技術(shù)近年來也開展很快，國外于 20 世紀 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葉輪；到 20 世紀 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葉輪的新型增壓器。KKK公司采用五軸數(shù)控銑床，銑削加工鍛鋁后彎葉輪，強度比鑄鋁好，且

13、在輪盤通道上保存銑削刀痕，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、高溫強度及抗氧化性好等優(yōu)點，應(yīng)用于 渦輪增壓器可以降低渦輪的轉(zhuǎn)動慣量，改善響應(yīng)特性，消除增壓柴油機 在加速瞬間冒黑煙現(xiàn)象。目前其他一些新的輕質(zhì)合金材料也在研制中。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)難點主要是陶瓷渦輪與 轉(zhuǎn)軸的連接。 8結(jié)束語通過對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、開展史、改進措施，分析了渦輪增壓器常見的故 障與檢修，對渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理有了深入的了解。認知了廢 氣渦輪增壓器的一般故障與故障產(chǎn)生時所產(chǎn)生的現(xiàn)象，和如何去檢測故 障的方式方法。同時也得知了汽車安裝了渦輪增壓器能有效的提高發(fā)動 機的工作效率，能夠?qū)l(fā)動機氣缸里的燃料更進一步的燃燒與分解，減 少廢氣的排放量。 并且能有效的去除殘留在燃燒室內(nèi)的廢氣， 冷卻氣缸、 活塞和氣門參考文獻1 林建生 ,燃氣輪機與渦輪增壓內(nèi)燃機原理與應(yīng)用 , 天津大學出版社 ,2005.2 徐立漢 ,朱建江 .廢氣渦