毕业论文--汽车涡轮增压的常见故障及改进措施.doc

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1、汽车涡轮增压的常见故障及改进措施汽车涡轮增压的常见故障及改进措施 【摘要】涡轮增压简称 Turbo，如果在轿车尾部看到 Turbo 或者 T，即表明该车采用的 发动机是涡轮增压发动机。本文介绍了涡轮增压器的历史发展和构造原理，对它的保养及 使用进行了阐述，同时，通过分析常见故障，对改进措施以及发展方向有了一定的看法。 【关键词】涡轮增压 废气 常见故障 改进措施 目 录 【前言】1 一涡轮增压器的作用和构造以及工作原理1 1.1 作用 1 1.2 构造 2 1.3 工作原理 3 二汽车涡轮增压器的维护及使用常识3 2.1 涡轮增压器的维护 3 2.2 涡轮增压发动机的使用 6 三汽车涡轮增压器

2、的分类及优缺点7 3.1 汽车涡轮增压器的分类 7 3.2 汽车涡轮增压器的优缺点 8 四涡轮增压器的常见故障及案例分析9 4.1 故障现象 9 4.2 故障检修 .10 4.3 废气涡轮增压器漏油 .11 4.4 案例分析 .12 五涡轮增压器的改进措施.13 5.1 现代化设计方法和制造技术方面 .13 5.2 新材料的应用方面 .14 1 六涡轮增压器的历史和发展.14 6.1 涡轮增压器的历史 .15 6.2 涡轮增压器的发展 .16 6.3 柴油机涡轮增压技术现状 .17 【结束语】.18 参考文献.19 汽车涡轮增压的常见故障及改进措施汽车涡轮增压的常见故障及改进措施 前言 涡轮增

3、压器，一个近十年出现的词语。人们只知道汽车排量后面带 T 的车 辆就是带有涡轮增压器的发动机，汽车的加速就会快，性能也好。 涡轮增压器会产生更大的扭矩以满足驾驶乐趣。为了满足发动机不同转速 下的需求，1989 年出现了可变增压的涡轮增压器（VNT） 。在发动机低速时，涡 轮增压器减小喉口，提高增压；在发动机全速运转时，涡轮增压器喉口增大， 保证增压不会超出需求。喉口可用真空管控制。优点是提高了发动机低速时的 加速性能。目前，涡轮增压器已经占到了 50%，在亚洲、美国也都在增长。现 代涡轮增压器也改变了人们对柴油机的看法，涡轮增压器已经成为提高动力性 能的主流方向。 本文着重介绍涡轮增压常见故障

4、及改进措施，针对故障的案例进行分析， 调研。 一涡轮增压器的作用和构造以及工作原理 1.1 作用 2 涡轮增压器按增压方式分为废气涡轮增压器、复合式废气涡轮增压器和组 合式涡轮增压器。他们的作用分别如下： 1.废气涡轮增压器是利用发动机排出的具有一定能量的废气进入涡轮并膨 胀做功，废气涡轮的全部功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机工作叶轮， 在压气机中将新鲜空气压缩后再送入气缸。废气涡轮与压气机通常装成一体， 便称为废气涡轮增压器。其结构简单，工作可靠，一般柴油机合理地加装废气 涡轮增压系统后，可提高功率 20% 30% ，降低油耗 5% 左右，有利于改善 整机动力性能、经济性能及排放品质，因

5、而得到广泛应用。 见图 1-1 A 代表出口面积 R 代表压缩半径 很多人认为 A/R 代表涡轮的大小，其实这是被涡轮上仅有一个能看见的数 字误导了。A/R 比值代表涡轮壳体内的容积大小，这个数值决定了排气从壳体 内流过的速度。A/R 决定了排气叶轮的反应速度，A/R 越大，壳体的最高流量越 高. 图 1-1 2 .复合式废气涡轮增压器。复合式废气涡轮增压器是将废气动力涡轮与废 气涡轮增压器串联起来工作，称为复合式废气涡轮增压器。在某些增压度较高 的柴油机上，废气能量除驱动废气涡轮增压器外，尚有多余的能量用于驱动低 压废气动力涡轮，该动力涡轮通过齿轮变速器及液力耦合器与发动机输出轴联 3 接。

6、这样，废气涡轮增压器达到增压的目的，而废气动力涡轮将废气能量直接 变为功率送给曲轴。 3.组合式涡轮增压器。组合式涡轮增压器由废气涡轮增压与进气惯性增压 组合而成。在该增压系统中，除废气涡轮增压器外，还有由稳压箱、共振管、 共振室等构成的进气惯性增压系统，利用压力峰值可进一步提高增压后的进气 压力。 1.2 构造 废气涡轮增压器一般由单级离心式压气机和单级轴式涡轮机或径流式涡轮 机组成为机组，并分别称为轴流式废气涡轮增压器和径流式废气涡轮增压器。 压气机和涡轮机二者的工作轮装在同一根轴上，称为转子，转子由发动机排出 的废气驱动。这种涡轮增压器工作的条件，除 压气机和涡轮机的转速相同外， 在任何

7、工况下其效率也是相同的。 涡轮增压器按转子的支承情况有各种不同结构方案，最常见的有几种： 1.2. 1 外双支承式 4 即转子两端有支撑，这种方案亦称无悬臂式支承，在轴流式大型涡轮增压 器上应用最广。 1.2.2 双内支承式 即二个轴承都放在叶轮里面，所以又叫悬臂支承，这样可保证涡轮增压器 的尺寸小、重量轻。这种结构形式在小型径流式涡轮增压器上应用最广。 1.2.3 单悬臂式支承 即压气机的工作轮呈悬臂布置，转子支点在涡轮机工作轮的两侧。这种方 案可使压气机进口损失最小和涡轮结构紧凑，因此应用也较广。 1.2.4 悬臂支撑 压气机和径流式涡轮机的工作轮紧挨着，像是两面部有叶轮的工作舱，所 以又

8、称单转子。 上述几种方案中的支点可采用滑动轴承，也可采用滚动轴承。滚动轴承的 摩擦损失不大，长度也小，但寿命不如滑动轴承。因此，国内外的增压器广泛 采用滑动轴承。 1.3 工作原理 涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。（见 图 1-3 ）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，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，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 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,简单来说，

9、见图 1-2 叶片大直径和小直径的比值叫做 TRIM，这个比值决定了涡轮的最高流量。 无论排气叶轮和进气叶轮都是一个道理。 图 5 1-2 图 1-3 6 图 1-3-1 二汽车涡轮增压器的维护及使用常识 2.1 涡轮增压器的维护 2.1.1 保养误区 对涡轮增压，许多人并不陌生，但仍然有许多人存在误区，尤其是年纪较 大的消费者。主要原因有二:其一，许多消费者认为带涡轮增压的发动机的耐用 程度不如传统自然吸气发动机，且维修费用相对要高一些。其二，认为涡轮增 压车型的使用较麻烦，后期维护费用也高，买车易养车难。其实，目前的涡轮 增压技术已经发展得相当成熟，已不像刚开始时的涡轮增压器常发生故障，随

10、 涡轮增压器生产质量提高，正常情况下，涡轮增压器寿命有的可高达 20 年以上， 甚至能与车辆同寿命。目前的涡轮增压器，大部分质量都说得过去，它的使用 7 寿命的长短很大程度上取决于我们日常的使用保养和维护，这才为问题的关键。 “T”字母已成为涡轮增压(Turbo)的特殊身份象征，与自然吸气引擎相比， 涡轮增压引擎拥有更强的动力。先进的涡轮增压(Turbo)发动机技术，通过提高 进入燃烧室的空气质量让汽油燃烧更充分，从而提高输出功率。发动机装上涡 轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加 20% 30%，甚至 更高，但是相同情况下的耗油量却并不比普通发动机高。所以在目前全人类对 节能

11、减排、保护环境的觉悟日益提高的情况下，T 字头汽车被迅速地推广和普 及，T 字头座驾也因为澎湃的动力和良好的燃油经济性获得众多车主的青睐。 但是涡轮增压发动机在提高输出功率的同时，工作中产生的最高爆发压力和平 均温度也大幅度提高。因此，发动机在维护保养以及驾驶常识上对车辆使用也 提出了更多的要求。 2.1.2 选择优质机油及保护剂 目前大部分出现问题的涡轮增压器都是因为涡轮增压器和进气管之间的油 封密封损坏，造成大规模烧机油。而油封损坏的主要原因是因为更换机油的周 期太长或使用劣质机油，造成浮动的涡轮主转轴缺少润滑和散热，进而首先损 坏了油封，造成漏油。 据悉，机油在通过涡轮增压发动机的主轴瓦

12、等部位时，会受到比普通发动 机更加强烈的剪切作用，这时油中的高分子物质就会发生非常剧烈的裂解，生 成分子量较低的物质，从而导致油品的粘度降低，就是我们常说的油膜“变薄” 。 普通润滑油无法保证涡轮增压器的正常润滑，全合成机油是一个选择，只有这 样，才能使得在高转速下机油的润滑能力不下降。但全合成机油也还是不能根 本解决涡轮增压器的润滑问题，因为一般涡轮增压器在发动机转速在 3500 转时 才会启动，并且快速提升直到 6000 转。发动机转速越高，越要求机油的抗剪切 能力强，就是让油品抵抗剪切作用而使粘度保持稳定的性能，涡轮增压器的润 滑对润滑油的润滑提出了更高的要求，目前施耐普特汽车一站式服务

13、中心推出 的 SNPT 高效多功能润滑剂是目前唯一一种针对涡轮增压器保护最有效的添加剂， 8 效果卓著，它是一种含有固体润滑成分的纳米添加剂，配合润滑油添加后，在 润滑系统内形成固体润滑与液体润滑双层润滑膜态，固体润滑成分耐高温高， 解决了涡轮增压器在液体润滑油膜无法形成时的润滑问题，在启动及驻车熄火 时在液体润滑油膜无法保证的前提下，依附涡轮增压器摩擦表面的固体润滑油 膜起到了代行润滑作用。以此保证了涡轮增压器的润滑。 2.1.3 保持涡轮清洁 涡轮发动机的最大特点就是大功率、低油耗。这都依托于其精密的设计和 制作工艺，同时也决定了它严苛的工作环境。因此，它对润滑油的清洁保护性 要求非常高，

14、任何杂质与部件的摩擦损害都非常大。如大颗粒的污染物，在发 动机的转速达到 40006000 转的情况下，会使曲轴颈、汽缸壁、轴承表面迅速 拉成条状；小颗粒的污染物使机件表面形成麻坑、斑点，在高速运转的情况下 容易发生碎裂。所以需要保持涡轮增压器的清洁。首先，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。其次，需要按 时清洁或更换空气滤清器，防止灰尘等杂质进入高速旋转的增压器叶轮，灰尘 颗粒可能会打坏增压器叶片，造成转速不稳，轴套和密封件磨损加剧。最后， 建议使用全合成机油、半合成等高品质机油，他

15、们的清洁保护作用更强。 另外，还要定期的检查油道，进油道要尽可能短，以便在发动机启动后很 快供油。除了极少数特殊情况外，机油出口应该垂指向下，而且回油管应高出 油底壳机油液面，以保证回油能畅通地流回发动机油底壳。 2.1.4 进行定期检查 （1）由于涡轮增压器的成本较高，甚至长期不良使用还造成涡轮增压器损 坏甚至引擎损坏的严重后果，所以对车辆的定期检查必须高度重视。不仅可以 及早发现车辆存在的问题，以免造成不可挽回的损失，同时，车主也可以向维 修师傅请教，了解更多、更好的驾驶车辆和养护车辆的常识。 （2）需要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

16、动机润滑系统，将机油变脏，并使曲轴箱压力迅 9 速升高，从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。 （3）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。 另外，需要提醒的是，由于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，而不能到街 边店盲目修理。 2.22.2 涡轮增压发动机的使用涡轮增压发动机的使用 涡轮增压器是利用发动机排出的废气驱动涡轮，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

17、的正确使用和维护十分重要。 主要我们要遵循以下的方法： 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。 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

18、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”而损坏轴承和轴套。 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机油时，就要考虑到它的 10 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

19、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 发动机机油和滤清器必须保持清洁，防止杂质进入，拆卸增压器时，要 保持清洁，各管接头一定要用清洁的布堵塞好，防止杂物掉进增压器内，损坏 转子。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损坏维修时应注意不要碰撞损坏叶轮，如果需要更 换叶轮，应对其做动平衡试验。重新装复完毕后，要取出堵塞物。 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。 6 需要经常检查涡轮增压器的密封环是否

20、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。 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。 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。 三汽车涡轮增压器的分类及优缺点 3.1 汽车涡轮增压器的分类 31. 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

21、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 11 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。 3.1.2 气波增压系统气波增压系统 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。 3.1.3 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，

22、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 气排出速度与涡轮转速也同步增快，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%。 3.1.4 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

23、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 1.4 TSI 发动机（这款发动机兼顾 了低速扭力输出和高速功率输出。 3.2 汽车涡轮增压器的优缺点 涡轮增压器的优点是工作效率较高，可承受大增压值(Boost level，增压 值越高能产生的马力越大) 和增压值非常容易调校。诚然，涡轮增压的确能够 提升发动机的动力，而最大缺点是汽车类杂志常提到的涡轮迟滞效应(turbo lag)，原因是涡轮增压器的排气转子要到达一定转速时(约 30000rpm)才能启动 12 进气转子工作，尽管鼓气所需时间很短

24、(1 秒钟内)，但是对于驾驶者来说这会 产生不爽甚至是不舒服的感觉 (试想在重踩油门后 0.5 秒车子才突然发力冲前， 会是怎样的感觉)。这在日常行车情况下问题不大，但要是在弯路上高速驾驶， 灵敏的油门反应变得非常重要，涡轮增压的迟滞现象就与之背道而驰了。此外 涡轮增压器带来的高温是它的另一大弱点，由于要靠非常高温(可达摄氏 900 - 1000 度)的废气来驱动排气转子，令高温废气被留在在发动机舱内的时间比 NA 车长得多，因此置有涡轮增压系统的车子很容易遇到多方面的(如水温，油温和 进气温度)冷却问题。 随着技术的进步，虽然各个使用涡轮增压的厂家都在对涡轮增压技术进行 改进，但是由于设计原

25、理问题，因此安装了涡轮增压器的汽车驾驶起来的感觉 是和大排量的汽车有一定差异的。譬如说一辆 1.8T 的涡轮增压汽车，在实际的 行驶之中，加速肯定不如 2.4L 的，只要过了那段等待期，1.8T 的动力同样会 窜上来，因此单单追求驾驶感觉的话，涡轮增压引擎并不合适，如果是跑高速 之类的，涡轮增压才显得特别有用。 如果车辆经常在城市内行驶，那么有必要考虑需要什么样的涡轮增压，因 为涡轮并不是随时都在启动。对于那些启动转速高的涡轮增压发动机，例如斯 巴鲁翼豹的涡轮增压，它的启动是在 3500 转左右，5 档能上到 3500 转速度会 破 120，除非故意停留在低档位，否则不超过 120 公里的时速

26、翼豹的涡轮增压 根本无法启动。这时那些低转速启动的涡轮增压发动机更为合适，例如大众的 1.4Tsi/1.8Tsi 发动机，在 1750 甚至 1500 转的时候涡轮增就能介入，即使在 20003000 换档，也能保证换档前后转速保持在燃油应用效率更高的涡轮增压 区域。 此外涡轮增压还有维护保养方面的问题，例如宝来的 1.8T，6 万公里左右 就要更换涡轮了，虽然次数不多，毕竟给自己的车无形之中又增加了一笔维护 保养费，这个对经济环境还不是特别好的车主来说特别值得注意。 13 四涡轮增压器的常见故障及案例分析 4.1 故障现象（一） 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

27、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，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。 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碳增大

28、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，进气阻力加大，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，在增压器泵轮端出现如气喘的异响，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

29、轮或泵轮叶片变形或损坏、与壳体摩擦 14 等均会造成增压压力下降。 故障检修（二） 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

30、泵壳摩擦部位附着物 较坚固，表明泵轮内有损坏；如果发现时外来物损伤了泵轮，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 180， 相对中间壳进油口成 90。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

31、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 15 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。 4.2 废气涡轮增压器漏油 涡轮增压器漏油一般发生在压气机端，因为压气机密封装置靠叶轮边的是 低压区，容易产生漏油故障。 1.密封不良：压气机端 O 型密封圈损坏或胶质老化失去作用，这是压气机 端漏油的主要原因。 2.润滑油进口压力过

32、高：增压器润滑油进口压力正常为 235392kPa。当油 压高于 588kPa 时，润滑油便会由密封装置处由涡轮端泄露出润滑油。 3.回油不畅：回油管截面积太小，引起回油管堵塞；油底壳内的润滑油液 面过高造成回油困难；曲轴箱通风管阻塞；活塞环断裂或磨损造成燃气下窜至 曲轴箱，使油底壳内的压力增高。 （1）安装不正确 在压气机段和涡轮端槽中装有两个增加器密封环，如果再装配增压器时没 有将相邻两环错开 180，也容易造成增压器漏油。 （2）密封环损坏 增压器密封环依靠弹力固定在密封环外壳上。当密封环失去弹力或弹力减 小时，增压器传动轴来回窜动，密封环与传动轴上的环槽侧间隙被破坏，使环 两端面摩擦损

33、坏，造成密封不良。 4.3 案例分析（四） 以东风 EQ1061 汽车为例，它装用的康明斯 4BT 柴油机增压是通过废气涡轮 增压器来实现的。 增压器有故障，会直接引起柴油机动力下降，油耗增大，冒黑烟等故障的 16 出现。因此，应定期对增压器作以下检查。 1.外观检查。 主要观察涡轮壳与泵轮壳以外排、进气连接法兰和接头有无裂纹、漏气等 现象。特别要注意的是增压器“排油”现象是否严重，这一点在压气机至进气 管之间的橡胶管接头上最为明显。如果该接头处仅表现轻微地渗油，仍属正常 现象。如果此处漏油严重，甚至已向外漏油，说明增压器已不能再继续使用。 2.检查涡轮装置 从涡轮机出气口将排气管道拆除，检查

34、涡轮轴叶片以及与壳摩擦情况，以 及是否漏油和叶片有否损伤，如果发现叶轮与壳有摩擦，而壳上的附着物坚硬 而牢固，必须拆卸修理。如果发现积油严重，则应观察该油是从排气系统带来 的，还是涡轮中心排出的。如果排油来自轴心且较为严重，应进行拆查维修。 如果排油来自排气系统，而且叶轮上积油较多，则应将涡轮拆卸清洗。 压气机“喘振”也是增压器常见故障之一。由于进气系统堵塞，通过增压 器输送的空气量不足，从而使进气管内增压后的空气压力产生较大的下降和波 动。导致压气机端发出异响如气喘，这就是压气机“喘振” 。其主要原因，是空 气滤清器滤芯严重堵塞、进气胶管严重老化吸扁等。此外，压气机喷嘴环流通 道变形也会产生

35、此故障。 3.检查额定转速下的增压压力。 额定增压压力的检查，是一项对增压器最终综合性能的检查。检查时，须 测定柴油机在额定转速工况下增压器出口的增压压力。 增压压力下降的主要表现，多为增压器转速上不去。一般来讲，柴油机在 额定转速时，增压器转子的转速高达 710 万 r/min，使增压压力达到额定值。 当空气滤清器滤芯堵塞、轴承磨损、涡轮或压气机叶片变形损坏、进气道胶管 破裂或松动等都会使转子转速下降，增压压力也因此而随之下降。 在检查增压器时，必须注意的一点是此时不起动柴油机。若柴油机已经发 动运转，必须要等到柴油机冷却后再进行检查。切勿在没装进气管和连接空气 滤清器的情况下，使涡轮机转动

36、。否则，会造成人员受伤。另外，异物若进入 17 增压器内，也会造成机件损坏。 五涡轮增压器的改进措施 5.1 现代化设计方法和制造技术方面 在涡轮增压器的设计方法上，利用计算机进行压气机和涡轮的空气动力学 计算、流场分析和结构设计，在国外已展开多年。一些发达国家在 20 世纪 60 年代中后期就已开始利用计算机进行径涡轮的空气动力学与三元流场分析，随 后又利用计算机进行离心式压气机的空气动力学计算、三元流场分析、叶轮及 叶型设计和强度分析等。目前，国外主要增压器生产厂家都已拥有先进的 CAD/CAM 和 CAT 系统，并采用有限元法和先进的激光测试技术来进行 3-D 粘性 流动的建模和验证分析

37、。 增压器的加工制造技术近年来也发展很快，国外于 20 世纪 70 年代末成功 地将“硅橡胶”技术用于铸造小型后弯压气机叶轮；到 20 世纪 80 年代初期， 世界各大增压器公司相继推出了带后弯压气机叶轮的新型增压器。KKK 公司采 用五轴数控铣床，铣削加工锻铝后弯叶轮，强度比铸铝好，且在轮盘通道上保 留铣削刀痕，可以减少二次流，有利于改善性能。 5.2 新材料的应用方面 钛铝合金材料具有密度小、高温强度及抗氧化性好等优点，应用于涡轮增 压器可以降低涡轮的转动惯量，改善响应特性，消除增压柴油机在加速瞬间冒 黑烟现象。目前其他一些新的轻质合金材料也在研制中。 另外，在增压器上也开发使用了陶瓷涡轮

38、，由于陶瓷涡轮的质量较轻，涡 轮箱的壁厚能被设计得很薄，在保持包容性不变的前提下可以使增压器的质量 减轻。目前，采用陶瓷涡轮的技术难点主要是陶瓷涡轮与转轴的连接。 18 六涡轮增压器的历史和发展 6.1 涡轮增压器的历史 说到涡轮增压器，它已问世了 100 多年了，可也就是近 10 年才被人们常常 提到。早在 100 年前就有人提出压缩空气提高进气密度的设想，1926 年瑞士人 Alfred J.Buchi 博士设计出了第一台带废气涡轮增压器的增压发动机，但由于 当时制造工艺和材料的限制，发动机不能获得足够的压缩空气压力，经过 30 多 年的发展，涡轮增压器的性能有了很大的改善，开始大量被应用

39、到车用发动机 上。 1919 年，美国通用电气公司制造的增压器将飞行器升到了一万米高空。当 时的人们还没有完全认识到增压器的潜力，直到 1938 年第一款带增压的卡车发 动机面市。 虽然 buchi 是涡轮增压器之父，可 garrett 将它广泛推广。到了 1961 年， 小轿车才开始试探性地安装增压器，首先出现在 oldsmobile f85 上, 并在 1962 年上市。 使用了增压技术的 oldsmobile jetfire3.5 升 v8 发动机达到了 215 马力， 而非增压的最好成绩只有 185 马力。对于轿车，20 世纪 70 年代是涡轮增压器 的一个转折点。 近些年来，由于计算

40、机辅助设计的广泛应用和加工水平的飞速发展，尤其 是前倾后弯叶片的应用使压气机效率提高了 7%10%，发动机的经济型和动力 性都得到大幅提高。目前，中，重型车辆已经普遍选用增压柴油机作为动力， 涡轮增压技术已成为提高发动机动力性、经济型和降低废气、噪声排放的最有 效措施之一，特别是为了应对新的发动机排放法规，增压技术的应用范围进一 步扩大，增压技术进入了黄金发展时期。 6.2 涡轮增压器的发展 涡轮增压器可以产生更大的扭矩来满足开车人的驾驶乐趣。为了满足发动机 不同转速下的需求，于是出现了几何可变增压的涡轮增压器（vnt）。在发动机 19 低速时，涡轮增压器减小流道容积，提高增压；在发动机全速运

41、转时，涡轮增 压器流道容积增大，保证增压不会超出需求。 流道容积可用真空管控制，优点是提高了发动机低速时的加速性能。今天 的涡轮增压器已经变得部件更少、体积更小、转速更高（高达 280000rpm）， 压缩比已经达到 2-2.51（汽油机）和 4-61（柴油机）。 涡轮增压器的工作原理虽然简单，但制造工艺要求高，涡轮增压器就是一 个气泵，由发动机排出的废气来驱动涡轮增压器一侧的叶轮，当它越转越快时， 另一侧的叶轮也在同步加快，增大了进入燃烧室的进气量。就像你所理解的， 压缩后的空气会变得很热，所以在进入燃烧室前要进行冷却，就是我们常说的 中冷。中冷也帮助降低了燃烧室的温度。 涡轮增压器的原理很

42、简单，但实际上它是很复杂和精密的。不仅需要内部 配件的严密配合，涡轮增压器还要和发动机严密匹配，否则就会降低发动机的 效率甚至造成损坏。 今天，随着排放标准的越来越严格，汽车制造商不仅要满足环保要求，同 时又要满足客户的需求，保证足够的驾驶乐趣。涡轮增压器正好能满足降低排 放并提高燃油经济性，同时又不会以失去驾驶乐趣为代价。 虽然涡轮增压器能够提供更好的燃油经济性，因为增压会给燃烧室提供更 多的空气，使小排量发动机可以榨取更大的功率输出，而且对于汽油机，有涡 轮增压器后，co2 的排放与相同功率的自然吸气发动机相比要少 10-20%。但是， 涡轮增压工作的过程需要很多的热量使涡轮排气叶轮进入工

43、作转速，而且涡轮 压缩后的空气散热的过程也是在消耗热能。所以，涡轮增压系统的工作过程， 也是一个能量浪费的过程。 6.3 柴油机涡轮增压技术现状 由于传统增压器流量范围窄，难以兼顾与发动机高低工况点的合理匹配， 增压器与发动机的良好匹配时保障燃油经济性以及柴油机具有良好排放性能的 20 关键，因此近几年来采用各种不同设计概念的新型涡轮增压系统已经成功得到 应用。 6.3.1 相继增压系统 相继增压系统的基本工作原理是采用多个小型涡轮增压器，随着柴油机工 况的提高，按次序地投入运行，改变了常规串联增压系统在低工况时由于排气 能量减少而是用涡轮转速下降，增压压力不足，从而出现燃烧恶化、功率下降 的

44、现象。在标定工况，柴油机的每台增压器都在高效率工作，燃油消耗率低； 在部分工况，减少投入使用的涡轮增压器数量，使得投入使用的在一起仍然在 高效率区附近工作，最大限度地增加了气缸的进气量，从而改善了柴油机的动 力性与经济性。 MTU 公司首先将相继增压技术应用于该公司的 956/1163 双系列船用柴油机 上。目前，相继增压技术也应用到卡车的发动机（沃尔沃） 、跑车的发动机（保 时捷）和轿车发动机（奥迪）等车上。 6.3.2 可变截面涡轮增压系统 可变截面涡轮增压系统的基本工作原理是从低速到高速通过分段或连续改 变涡轮截面，来提高发动机低工况时的过量空气系数。燃气通过涡轮喷嘴叶片 时，根据柴油机

45、外界负荷的变化来改变喷嘴环叶片的角度，使进入涡轮叶片的 气流参数发生变化，从而达到涡轮增压器与柴油机在各工况下有良好的匹配。 可变截面涡轮增压系统还可以提高柴油机的瞬态特性和降低瞬态排放。该系统 的缺点是涡轮增压器的成本较高，而且结构较为复杂，需要专门的控制机构。 盖瑞特公司、KKK 公司均研制了可变截面涡轮增压器，而且为了达到严格的排 放法规，在增压柴油机全工况范围内进行调节，欧美采用可变截面涡轮增压器 已成主流。 6.3.3 低工况进排气旁通系统 低工况进排气旁通系统的原理是当柴油机低速运行时，增压空气绕过气缸 直接进入涡轮前的排气管，从而增大气体流量，提高发动机的增压压力，以避 免发动机

46、低工况的喘振，改善发动机低速工况性能。如果利用废气余热对旁通 21 的空气加热，效果会更好。 MTU 公司 396 柴油机就采用了进排气旁通系统来改善低速工况性能，但该系统 控制调节部分较为复杂，因此主要应用于大功率高增压柴油机。 6.3.4 废气旁通增压系统 废气旁通增压系统以柴油机低负荷区域为设计匹配点，对无法兼顾的高负 荷区，通过打开涡轮上与大气连通的一个可调节阀，释放多余废弃能量。这种 增压器的好处是通过设计较小的涡轮壳截面，迅速建立起低速压力，改善低速 时的动力性、经济型排放指标及瞬态响应性，将柴油机在高速区所需要的进气 压力由旁通阀调节到最佳状态，解决了因较小的涡轮壳截面导致的告诉

47、高负荷 区过高的增压压力而造成柴油机最高爆发压力大幅升高、可靠性降低、性能指 标恶化等问题。带废气旁通阀的增压器目前在车用柴油机上应用较为普遍，不 足之处是由于释放了一部分废气，造成了能量损失，因此柴油机高工况的燃油 消耗有一定增加。 此外，还有超高增压系统、电动放气涡轮增压系统以及谐振符合增压系统 等多种型式的增压系统。他们正在逐步得到发展和应用，使增压发动机的性能 不断有新的提高。 【结束语】 目前国内对于涡轮增压器在车辆行驶中可能出现的故障及诊断方法很少。 本文根据对涡轮增压器的构造、工作原理、作用及优缺点进行研究和分析，在 维护与使用方面对本文进行了调查、修改、整合等方式。很好的提出了

48、关于常 见故障的修理以及改进措施方面的问题及看法。 本文是根据一般的涡轮增压器进行研究，其研究结论对不同的涡轮增压器 同样具有通用性。 22 参考文献 1 燃气轮机与涡轮增压内燃机原理与应用 ，林建生著，天津大学出版社，2005 2机械出版社，汽车新能源详解，2007 3 人民交通出版社，汽车发动机维护及检修，2005 4 山东交通大学出版社，涡轮增压器的构造及维护，2003 5 无敌汽车论坛， 论坛版主 Superspeeding 2009 23 致谢 本文在选题，研究和论文撰写的过程中，得到了老师你的的悉心指导，对 论文提出了很多有价值的建议和意见，还为本人提供了多次调研的机会，为搜 集论文所需要的资料创造了非常便利的条件。此外，还有很多老师也对论文提 出了宝贵的意见，使得论文能够顺利的完成。在此一并表示感谢！并向帮助我 的同学表示诚挚的谢意！