車用渦輪增壓器的故障分析和使用

黃建忠，梅 夏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

車用渦輪增壓器的故障分析和使用

黃建忠，梅 夏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

簡(jiǎn)述渦輪增壓器的工作原理，介紹了車用渦輪增壓器的幾種常見(jiàn)故障，對(duì)故障產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析。介紹渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)使用和養(yǎng)護(hù)的注意事項(xiàng)，預(yù)防使用不當(dāng)而出現(xiàn)增壓器故障，減少了不必要維護(hù)費(fèi)用。

渦輪增壓器；故障分析；使用

發(fā)動(dòng)機(jī)是內(nèi)燃機(jī)，靠燃燒燃料來(lái)提供動(dòng)力。相同量的燃料下，過(guò)量的空氣能使燃料充分燃燒。使用增壓器，能使進(jìn)氣壓力得以提高，進(jìn)而使進(jìn)氣量提高，燃料燃燒更加充分，提供更強(qiáng)勁的動(dòng)力。在提供相同整車動(dòng)力情況下，使用渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，更能節(jié)省燃油，所以使用渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)已成為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)重要發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于非增壓常規(guī)汽油機(jī)，燃油釋放的30%能量用于做有效功，而70%左右被損失掉，其中大約38%能量被排氣帶出，而渦輪增壓器則是利用排氣能量驅(qū)動(dòng)渦輪和壓氣機(jī)。一般增壓功率可以提高20%～30%，如果采用中冷器及更高增壓壓比，那么增壓功率可以提高的幅度會(huì)更大。小排量增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以降低油耗及減少排放，尤其在高原地區(qū)還具有十分明顯的功率補(bǔ)償作用。

渦輪增壓器是一種在高溫、高壓惡劣條件下高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置，如果使用不當(dāng)，經(jīng)常容易出現(xiàn)故障。增壓器一旦出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致增壓器在極短時(shí)間內(nèi)損壞，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。本文針對(duì)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器常見(jiàn)故障進(jìn)行研究總結(jié)，以期對(duì)渦輪增壓器常見(jiàn)故障的排查和修理提供參考，減少因渦輪增壓器使用不當(dāng)而出現(xiàn)故障。

1　渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理

如圖1所示，車用渦輪增壓器有離心式壓氣機(jī)、徑流式渦輪機(jī)及中間體三部分組成［1］。增壓器渦輪機(jī)一端與排氣歧管相連，另一端與三元催化器相連。排氣進(jìn)入渦輪機(jī)推動(dòng)渦輪機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而使增壓器軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，同軸的壓氣機(jī)葉輪便會(huì)被帶動(dòng)。壓氣機(jī)葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)壓縮空氣使進(jìn)氣壓力提高，進(jìn)氣壓力提高使進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量得以增加，過(guò)量的空氣既可以使燃料充分燃燒也能燃燒更多燃料，這樣大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性［2］。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度很高，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓器的中間體一般設(shè)有水套冷卻，增壓器冷卻水套與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)相連，從而保證增壓器轉(zhuǎn)子的冷卻。渦輪機(jī)處設(shè)有廢氣旁通閥，一是可以通過(guò)調(diào)節(jié)廢氣旁通閥開(kāi)啟的角度來(lái)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的需求，二是通過(guò)調(diào)節(jié)廢氣旁通閥來(lái)保護(hù)增壓器不會(huì)超過(guò)額定保護(hù)轉(zhuǎn)速而損壞?，F(xiàn)在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣端一般帶有泄氣閥，泄氣閥可以放置增壓器上，也可以布置在進(jìn)氣管路上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門突然變小時(shí)，泄氣閥作用避免了經(jīng)增壓器壓縮后的高壓氣體沖擊增壓器葉輪，保護(hù)增壓器不會(huì)過(guò)早損壞。

圖1　車用渦輪增壓器結(jié)構(gòu)

2　渦輪增壓器常見(jiàn)故障和原因分析

2.1渦輪增壓器葉片損壞

在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程曾出現(xiàn)壓氣機(jī)端的葉片損壞導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率扭矩下降。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是一些顆粒物、雜質(zhì)從空濾或壓氣機(jī)前面的進(jìn)氣管路進(jìn)入壓氣機(jī)，這些異物撞上高速運(yùn)轉(zhuǎn)葉片，導(dǎo)致葉片損壞。異物導(dǎo)致葉片損壞的原因一般是不按規(guī)定更換空濾或使用偽劣濾芯，導(dǎo)致進(jìn)氣過(guò)濾不良；進(jìn)氣管路密封不良，進(jìn)氣不經(jīng)濾清器直接進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪。渦輪端的葉片損壞一般有兩種情況：

一是，葉片材料選擇的原因；

二是，葉片在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受到較大顆粒物撞擊。

渦輪增壓汽油機(jī)的排氣溫度普遍較高，一般最高能達(dá)到900℃，渦輪端的葉片的材料選擇達(dá)不到要求的話，葉片在高溫環(huán)境下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，容易出現(xiàn)疲勞斷裂?，F(xiàn)在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速一般在20萬(wàn)以上，當(dāng)有顆粒物或零件從排氣吹出，撞上高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉片時(shí)，葉片輕則磨損，重則斷裂損壞，裝配發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)一定要做好發(fā)動(dòng)機(jī)清潔度的控制。

2.2渦輪增壓器出現(xiàn)異常的噪音

增壓器處的漏氣噪音，一般出現(xiàn)在進(jìn)排氣系統(tǒng)上。進(jìn)氣系統(tǒng)處漏氣常出現(xiàn)在空濾與增壓器連接處管路、增壓器與中冷器連接處管路，可以使用肥皂水來(lái)排查。排氣系統(tǒng)處漏氣常出現(xiàn)在增壓器與排氣歧管連接處、增壓器中間體處、增壓器與三元催化器連接處，可以依據(jù)廢氣痕跡來(lái)檢查。

增壓器出現(xiàn)有如金屬摩擦聲，主要原因是增壓器的轉(zhuǎn)子或軸承磨損過(guò)多，葉輪與增壓器殼摩擦產(chǎn)生的。增壓器轉(zhuǎn)子或軸承磨損過(guò)多一般是由于潤(rùn)滑不足、機(jī)油中出現(xiàn)的雜質(zhì)或磨粒造成的。機(jī)油使用一段時(shí)間后，里面常常會(huì)含有雜質(zhì)、燃油、燃燒廢棄物等一些物質(zhì)從而影響到機(jī)油粘度，異常的機(jī)油粘度會(huì)影響油膜的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致潤(rùn)滑不足。

增壓器出現(xiàn)氣喘噪聲，主要原因是增壓器進(jìn)氣不暢，如空濾濾芯未按照要求及時(shí)更換導(dǎo)致堵塞，進(jìn)氣管路彎折變形等，使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)增壓壓力波動(dòng)，功率扭矩波動(dòng)下降。

2.3渦輪增壓器漏油

渦輪增壓器普遍采用浮動(dòng)式軸承。當(dāng)轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，具有240 kPa～410 kPa壓力的潤(rùn)滑油將充滿軸承間隙之間，使軸承在油膜間浮動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。如果增壓器漏油使油膜出現(xiàn)異常，很容易導(dǎo)致增壓器軸承出現(xiàn)磨損，從而使增壓器損壞。以下有幾個(gè)原因?qū)е略鰤浩鞒霈F(xiàn)漏油：

（1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣濾清器或進(jìn)氣管路出現(xiàn)阻塞使進(jìn)氣阻力變大或發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)行時(shí)，都會(huì)使增壓器壓氣端負(fù)壓過(guò)大，造成軸承內(nèi)外壓力相差過(guò)大而漏油；

（2）增壓器回油不暢時(shí)，如增壓器回油管撞彎或損壞，導(dǎo)致回油節(jié)流、堵塞；主油道潤(rùn)滑油壓力偏低、回油通道截面積變小；曲軸箱內(nèi)壓力過(guò)高，以上都會(huì)使增壓器潤(rùn)滑油不能正?；氐接偷讱?，軸承附近油壓過(guò)高而從密封圈處漏出；

（3）增壓器密封圈出現(xiàn)磨損或老化，增壓器密封圈的損壞使密封圈失去密封作用而使增壓器漏油；

（4）潤(rùn)滑油進(jìn)口壓力過(guò)高，增壓器潤(rùn)滑油進(jìn)口壓力一般為230 kPa～390 kPa，當(dāng)油壓高于580 kPa以上時(shí)，潤(rùn)滑油便會(huì)由密封裝置處向渦輪端泄漏。

3　渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)正常使用和保養(yǎng)

3.1渦輪增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)不能著車就走

渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，一般應(yīng)在怠速的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)3 min；在冬季的低溫環(huán)境下，應(yīng)在怠速的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)5 min左右，以便使增壓器軸承的油膜能夠建立，保證軸承的良好潤(rùn)滑。發(fā)動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)，立即行走或剛啟動(dòng)后猛轟油門，在渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子及其軸承未得到充分潤(rùn)滑的狀態(tài)下就以最大轉(zhuǎn)速工作，勢(shì)必因潤(rùn)滑不足造成轉(zhuǎn)子和浮動(dòng)軸承以及油封的非正常磨損，重復(fù)地這樣做會(huì)導(dǎo)致渦輪增壓器過(guò)早地?fù)p壞。

3.2渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)不要立即熄火

潤(rùn)滑油在增壓器處起冷卻潤(rùn)滑的作用，增壓器高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)熄火，機(jī)油壓力突然降低，增壓器轉(zhuǎn)子處油膜出現(xiàn)變化，轉(zhuǎn)子不能得到很好的冷卻潤(rùn)滑。經(jīng)常在汽車行駛時(shí)突然熄火，會(huì)使增壓器轉(zhuǎn)子磨損，增壓器過(guò)早的損壞?，F(xiàn)在部分渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在增壓器的冷卻水管處配有電子輔助水泵，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)停機(jī)時(shí)，電子水泵能夠在熄火后運(yùn)行一段時(shí)間，從而保證增壓器轉(zhuǎn)子的冷卻，使增壓器不會(huì)因?yàn)槭褂貌划?dāng)而過(guò)早損壞。使用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，駕駛員在停機(jī)前應(yīng)先怠速運(yùn)行35 min.

3.3渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)切勿長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)行

現(xiàn)在的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速一般在20萬(wàn)以上，長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)行會(huì)有如下的影響：

一是，使增壓器轉(zhuǎn)子的冷卻潤(rùn)滑不好，造成轉(zhuǎn)子的磨損；

二是，是增壓器壓氣機(jī)處出現(xiàn)負(fù)壓，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子內(nèi)外的壓力出現(xiàn)不均衡而使增壓器出現(xiàn)漏油。如果非必要條件，盡量不要使渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行。

3.4定期保養(yǎng)

保證通過(guò)增壓器的空氣清潔，使增壓器不會(huì)因葉片磨損而過(guò)早損壞，按照行駛保養(yǎng)里程要求定期更換空濾是十分必要的。對(duì)于空氣質(zhì)量不好的地區(qū)和季節(jié)，可適當(dāng)?shù)目s短保養(yǎng)里程。如在無(wú)法定期更換空濾條件下，可以拆出空濾的濾芯，使用清潔空氣吹凈濾芯，再把吹凈的濾芯裝回。應(yīng)按行駛保養(yǎng)里程定期更換機(jī)油和機(jī)油濾清器，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓器的軸承長(zhǎng)時(shí)間的高速運(yùn)行，清潔及粘度適當(dāng)?shù)臋C(jī)油是保證增壓器良好潤(rùn)滑的必要條件。

4　結(jié)束語(yǔ)

近幾年，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注空氣質(zhì)量，保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源日益重要。國(guó)家對(duì)于節(jié)能減排的日益重視，排放和油耗法規(guī)的日益嚴(yán)峻，在汽車上使用渦輪增壓器技術(shù)已成為節(jié)能減排的重要措施之一，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)越來(lái)越成為現(xiàn)代汽車標(biāo)準(zhǔn)配置。了解渦輪增壓器的常見(jiàn)故障及正確使用對(duì)于維修人員及駕駛員變得極為重要。

［1］肖生發(fā)，趙樹(shù)朋.汽車構(gòu)造［M］.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2006.

［2］韓同群.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2007.

Vehicle Turbocharger Fault Analysis and Use

HUANG jian-zhong，MEI Xia
（SAIC GM Wuling AutoMOBILE Co.，Ltd.，Liuzou Guangxi 545007，China）

The working principle of the turbocharger is briefly described，some common faults of vehicle turbocharger are introduced，the failure causes is analyzed.A turbocharged engine use and maintenance of the matters needing attention are introduced to prevent improper use turbocharger fault occurs，unnecessary maintenance costs were reduced.

turbocharger；fault analysis；apply

TK418

B

1672-545X（2016）07-0230-02

2016-04-20

黃建忠（1988-），男，福建寧德人，助理工程師，學(xué)士，主要研究方向?yàn)樵鰤喊l(fā)動(dòng)機(jī)總成。