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(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；開展趨勢(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%。未來汽車開展趨勢(shì)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(fèi)。汽車作為石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)排量的根底上，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)，

3、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。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)生更大的功率渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來說，經(jīng)過增壓之后,動(dòng)力可以到

4、達(dá)2.4L發(fā)動(dòng)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

5、內(nèi)，提 高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的裝置，減少?gòu)U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:增壓戻動(dòng)機(jī)彌示傭圈'fl心州片F(xiàn)t%鶯訴中的遠(yuǎn)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(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，防止發(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)

6、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

7、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)。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(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

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， 仍屬正常現(xiàn)象。假設(shè)此地漏油嚴(yán)重，說明增壓器已不能再使用。此外發(fā) 動(dòng)機(jī)停機(jī)后，用聽診器可以聽到增壓器轉(zhuǎn)子依靠慣性轉(zhuǎn)動(dòng)的聲音，聲音 假設(shè)持續(xù) 1min 以上的時(shí)間，說明增壓器性能良好。2. 壓氣機(jī)泵輪局部檢修拆卸壓氣機(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。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(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)組件檢修假設(shè)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

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(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 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)渦輪局部檢修從渦輪機(jī)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(jiān)硬而牢固，可能是渦輪內(nèi)有損壞，此時(shí)必須拆卸修理。假設(shè)發(fā)現(xiàn) 積油嚴(yán)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(yán)重，說明渦輪軸的密封環(huán)失效，應(yīng)對(duì)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(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

11、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，利用電腦進(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(guó)外已展開多年。一些興旺國(guó)家在 2

12、0 世紀(jì) 60 年代中后期就已開始利用電腦進(jìn)行徑渦輪的空氣動(dòng)力學(xué)與三 元流場(chǎng)分析，隨后又利用電腦進(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(guó)外主要增壓器生 產(chǎn)廠家都已擁有先進(jìn)的CAD/CAM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)近年來也開展很快，國(guó)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。KKK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

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(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、開展史、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?gòu)U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(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 ,2005.2 徐立漢 ,朱建江 .廢氣渦