涡轮增压器故障原因分析及使用维护.docx

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涡轮增压器故障原因分析及使用维护

涡轮增压器故障原因分析

及使用维护

摘要：

涡轮增压已经越来越多的被汽车所使用，也越来越多的被人们所知悉，他的好坏决定着现代汽车动力性，本文主要浅析涡轮增压的使用维护及简单故障原因分析

关键词：

涡轮增压、使用维护、故障分析

一、引言：

随着国民经济的迅猛发展，汽车产量逐年增加，2006年已达720万辆。

我国汽车保有量越来越多，车型也越来越复杂。

尤其是高科技的飞速发展，一些新技术、新材料在汽车上得到广泛应用，而涡轮增压在汽车上的应用则赋予汽车更强更大的动力性，且涡轮增压发动机的耗油量也并不比不增压的发动机耗油量高多少，在汽车使用中，增压器难免会有问题，而这将直接影响发动机的动力性，分析研究增压器故障，现象，探索和研究增压器的结构原因具有重大的现实意义。

本文重点通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障，更好的使用和维护增压器。

二、涡轮增压的日常应用：

涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。

涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。

相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的1.8T，帕萨特1.8T，宝来1.8T等等

三、涡轮增压的原理与类型

3.1原理

最早的涡轮增压器用于跑车或方程式赛车上的，这样在那些发动机排量受到限制的赛车比赛里面，发动机就能够获得更大的功率。

众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。

因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。

我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

其实增压器并不复杂，涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。

首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上。

然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。

这样一个整体的涡轮增压装置就做好，你的发动机就好像电脑CPU一样被“超频”了。

3.2分类

3.2.1机械增压系统：

这个装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。

其优点是涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。

但是由于装在发动机转动轴里面，因此还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高。

　3.2.2气波增压系统：

利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。

这种系统增压性能好、加速性好但是整个装置比较笨重，不太适合安装在体积较小的轿车里面。

　3.2.3废气涡轮增压系统：

这就是我们平时最常见的涡轮增压装置了，增压器与发动机无任何机械联系，实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。

它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。

当发动机转速增快，废气排出速度与祸轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。

一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%—30%。

但是废气涡轮增压器技术也有其必须注意的地方，那就是泵轮和涡轮由一根轴相连，也就是转子，发动机排出的废气驱动泵轮，泵轮带动涡轮旋转，涡轮转动后给进气系统增压。

增压器安装在发动机的排气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增压器在工作时转子的转速非常高，可达到每分钟十几万转，如此高的转速和温度使得常见的机械滚针或滚珠轴承无法为转子工作，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，由机油来进行润滑，还有冷却液为增压器进行冷却。

3.2.4复合增压系统

复合增压系统即废气涡轮增压和机械增压并用，机械增压有助于低转速时的扭力输出，但是高转速时功率输出有限；而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出，但低转速时则力不从心。

发动机的设计师们于是就设想把机械增压和涡轮增压结合在一起，来解决两种技术各自的不足，同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。

这种装置在大功率柴油机上采用比较多，汽油机上采用双增压系统（复合增压系统）的车型还比较少，大众的1.4TSI发动机（这款发动机兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。

在低转速时，由机械增压提供大部分的增压压力，在1500rpm时，两个增压器同时提供增压压力。

随着转速的提高，涡轮增压器能使发动机获得更大的功率，与此同时，机械增压器的增压压力逐渐降低。

机械增压通过电磁离合器控制，它与水泵集合在一起。

在转速超过3500rpm时，由涡轮增压器提供所有的增压压力，此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离，防止消耗发动机功率）采用了了这一系统。

其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，只是结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易，因此很难普及

四、涡轮增压的使用与维护

涡轮增压器是利用发动机排出的废气驱动涡轮，它再怎么先进还是一套机械装置，由于它工作的环境经常处于高速、高温下工作，增压器废气涡轮端的温度在600度以上，增压器的转速也非常高，因此为了保证增压器的正常工作，对它的正确使用和维护十分重要。

主要我们要遵循以下的方法：

4.1汽车发动机启动之后，不能急踩加速踏板，应先怠速运转三分钟，这是为了使机油温度升高，流动性能变好，从而使涡轮增压器得到充分润滑，然后才能提高发动机转速，起步行驶，这点在冬天显得尤为重要，至少需要热车5分钟以上。

4.2发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。

原因是发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的，正在运行的发动机突然停机后，机油压力迅速下降为零，机油润滑会中断，涡轮增压器内部的热量也无法被机油带走，这时增压器涡轮部分的高温会传到中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转。

这样就会造成涡轮增压器转轴与轴套之间“咬死”而损坏轴承和轴。

此外发动机突然熄火后，此时排气歧管的温度很高，其热量就会被吸收到涡轮增压器壳体上，将停留在增压器内部的机油熬成积炭。

当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。

因此发动机熄火前应怠速运转三分钟作用，使涡轮增压器转子转速下降。

此外值得注意的就是涡轮增压发动机同样不适宜长时间怠速运转，一般应该保持在10分钟之内。

4.3选择机油的时候一定要注意。

由于涡轮增压器的作用，使进入燃烧室的空气质量与体积有大幅度的提高，发动机结构更紧凑、更合理，较高的压缩比，使发动机的工作强度更高。

机械加工精度也更高，装配技术要求更严格。

所有这些都决定了涡轮增压发动机的高温、高转速、大功率、大扭矩、低排放的工作特点。

同时也就决定了发动机的内部零部件要承受较高的温度及更大的撞击、挤压和剪切力的工作条件。

所以在选用涡轮增压轿车车用机油时，就要考虑到它的特殊性，所使用的机油必须抗磨性好，耐高温，建立润滑油膜块，油膜强度高和稳定性好。

而合成机油或半合成机油恰好可以满足这一要求，所以机油除了最好使用原厂规定机油外还可以选用合成机油、半合成机油等高品质润滑油。

4.4发动机机油和滤清器必须保持清洁，防止杂质进入，因为涡轮增压器的转轴与轴套之间配合间隙很小，如果机油润滑能力下降，就会造成涡轮增压器的过早报废。

4.5需要按时清洁空气滤清器，防止灰尘等杂质进入高速旋转的压气叶轮，造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。

4.6需要经常检查涡轮增压器的密封环是否密封。

因为如果密封环没有密封住，那么废气会通过密封环进入发动机润滑系统，将机油变脏，并使曲轴箱压力迅速升高，此外发动机低速运转时机油也会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧，从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。

4.7涡轮增压器要经常检查有没有异响或者不寻常的震动，润滑油管和接头有没有渗漏。

4.8涡轮增压器转子轴承精密度很高，维修及安装时的工作环境要求很严格，因此当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修，而不是到普通的修理店。

五、涡轮增压的常见故障及原因分析

涡轮增压器（见图）利用发动机排出的废气驱动发动机主动叶轮，与主动叶轮同轴的从动叶轮也以同样转速转动。

怠速时，叶轮转速约为12000r／min，当加速踏板踩到底时，叶轮转速约为135000r／min,，因从动叶轮在发动机进气端，故加大了进气压力和进气量，避免发动机在较高转速下进气迟滞；能大幅度提高发动机功率和转矩，且最大转矩峰值呈平直线状。

5.1故障原因

1）增压器突然停止运转。

其原因多为增压器轴承损坏、转子组烧坏，外界物将涡轮、泵轮叶片打坏而卡死等。

2）增压器涡轮或泵轮端“排油”。

当增压器转子轴磨损严重，转子轴密封环失去作用，或操作不当造成润滑条件恶劣致使密封环磨损、拉伤而失效时，涡轮端或泵轮端会出现“排油”故障。

涡轮端“排油”，会使排气管、消声器产生大量油污和积炭，增大排气阻力，降低增压器的转速，使发动机动力下降；泵轮端“排油”，会使发动机进气管道存有大量机油，机油消耗加大，进气阻力增大，发动机动力便下降。

3）增压器振动剧烈且有噪声。

其主要原因是由于转子轴严重磨损，使轴承间隙加大产生振动，涡轮与泵轮损坏或沾有油泥使转子动平衡被破坏而产生噪声和振动。

若噪声明显表现出是金属摩擦，则是泵轮或涡轮叶片与壳体碰擦。

4）增压器气喘。

因进气系统堵塞，如空气滤清器堵塞、进气道油灰沉积等原因，造成发动机增压压力下降且产生较大波动，在增压器泵轮端发出如气喘的异响，伴随发动机工作不稳，动力下降，排气管冒黑烟。

5）增压器增压力下降。

进气管道堵塞、轴承与轴磨损、涡轮或泵轮叶片变形或损坏、与壳体摩擦等均会造成增压压力下降。

5.2故障检修

（1）外观检查观察涡轮与泵轮以外排、进气联接法兰和接头有无裂纹、漏气等现象，特别要观察增压器“排油”现象是否严重。

这点在压气机至进气管之间的橡胶管接头上最为明显。

若该接头处仅表现为轻微地渗油，仍属正常现象。

若此地漏油严重，表明增压器已不能再使用。

此外发动机停机后，用听诊器可以听到增压器转子依靠惯性转动的声音，声音若持续1min以上的时间，表明增压器性能良好。

（2）压气机泵轮部分检修拆卸压气机与进气管道的连接，观察压气机叶轮和泵壳的摩擦情况、漏油情况以及叶片的损坏情况。

若发现叶轮与泵壳有摩擦，而泵壳摩擦部位附着物较坚固，表明泵轮内有损坏；如果发现是外来物损伤了泵轮，或者泵轮轴漏油现象严重，均应对增压器进行维修。

（3）旋转组件检修若检查涡轮与泵轮没有明显损坏，用手迅速转动增压器转子，应该旋转自如，无明显的研磨噪声和阻滞现象，否则表明轴已烧损。

用千分尺检查转子轴轴向间隙以及涡轮端和泵轮端的径向间隙，其值不得超过标准范围。

分解拆装旋转组件时，必须做好压气机叶轮、转子轴及锁紧螺母的相对位置记号。

更换压气机叶轮要做动平衡试验。

安装涡轮端和泵轮端两密封环时，开口互成180º，相对中间壳进油口成90º。

压气机叶轮锁紧螺母要按规定扭矩拧紧。

（4）涡轮机涡轮部分检修从涡轮机出气口将排气管道拆除，检查涡轮叶片以及壳体摩擦情况、漏油情况和叶片损坏情况。

若发现叶片与壳体有摩擦，而壳体上的附着物坚硬而牢固，可能是涡轮内有损坏，此时必须拆卸修理。

若发现积油严重，则应观察该油是从排气系统带来的，还是从涡轮中心排出的，若积油来自轴心且较严重，表明涡轮轴的密封环失效，应对增压器拆检维修。

若积油来自排气系统，而叶轮上积油较多，就将涡轮拆卸清洗。

六、增压压力控制方式

6.1旁通式增压控制

在旁通阀式增压压力控制系统，可采用占空比控制型电磁阀取代开关型电磁阀，实现增压压力的连续控制。

ECU根据发动机负荷信号和转速信号，按预存的增压压力控制模型确定此负荷和转速下的增压压力，将其与增压压力传感器检测到的实际增压压力进行比较，并且根据比较结果调节电磁阀通电占空比，通过电磁阀开度的变化调节作用在驱动其实膜片上的空气压力，从而调节旁通阀的开度实现增压压力的连续控制。

6.2节流阀式增压压力控制

节流阀式增压压力控制装置的截留阀在增压器的涡轮进口出，当发动机低速时，节流阀关闭以减小涡轮进口截面，使废气流速加快，增压器转速提高，以避免低速时增压压力不足的现象。

当发动机转速较高时，节流阀开启以增大涡轮进口界面，使废气流速减慢，以防止高速时增压器超速现象。

节流阀的开启与关闭，由电磁阀和驱动器室来控制。

6.3可调叶片式增压压力控制

可调叶片式增压压力控制系统的调整环安装在涡轮增压器壳上，与可调叶片和轴制成一体的叶片拨销位于调整环相应的卡槽内，叶片由支撑环支撑，调整环转动时，即可通过相应的卡槽驱动叶片拨销和叶片一起转动从而改变叶片角度。

控制连杆通过调整环拨销相应的卡槽驱动调整环转动，而控制杆的转动则由ECU通过电磁阀和驱动器室来控制。

控制电磁阀采用占空比控制型，但只有4个变化位置，相应的可调叶片也只有4个角度位置，能够对废弃涡轮增压实现四级控制

七、涡轮增压系统的优点

  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。

八、涡轮增压器保养与维修

  根据实践经验，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。

致谢

参考文献：

《增压器——汽车专业维修培训丛书》赵雨旸主编

《柴油机涡轮增压技术》陆家祥

《汽车维修与保养》2007年第1期

《涡轮增压器》作者:

无锡动力机厂编

河南职业技术学院汽车工程系系

毕业设计（论文）任务书

姓名

张俊

专业

汽车检测与维修

班级

汽修064

毕业设计（论文）

题目

涡轮增压器故障原因分析及使用维护

毕业设计（论文）选题的目的与意义

掌握涡轮增压的使用维护及简单故障原因分析

了解涡轮增压的工作原理

毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）

《增压器——汽车专业维修培训丛书》赵雨旸主编

《柴油机涡轮增压技术》陆家祥

《汽车维修与保养》2007年第1期

《涡轮增压器》作者:

无锡动力机厂编

毕业设计（论文）工作进度计划

2009年1月确定论文题目并收集相关论文资料

2009年2月开始论文编辑

2009年4月进行修改并完成

接受任务日期年月日

要求完成日期年月日

学生签名：

年月日

指导教师签名：

年月日

系（分院）

主任（院长）签名：

年月日

毕业设计（论文）指导教师评阅意见表

姓名

张俊

学号

性别

男

专业

汽车检测与维修

班级

汽修064

毕业设计（论文）

题目

涡轮增压器故障原因分析及使用维护

评

阅

意

见

成绩

指导教师签字

年月日

毕业设计（论文）答辩意见表

姓名

张俊

学号

性别

男

专业

汽车检测与维修

班级

汽修064

毕业设计（论文）

题目

涡轮增压器故障原因分析及使用维护

答辩时间

地点

答辩

小组

成员

姓名

职称

学历

从事专业

组长

成员

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答

辩

小

组

意

见

答辩成绩：

答辩小组组长签名：

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