涡轮增压技术的应用及常见故障分析.pdf

第5 期 总第1 2 9 期 N o 5 S UM No 1 2 9 机 械 管 理 开 发 MECHANI CAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT 2 0 1 2 年 l 0月 0ct 2 01 2 涡轮增压技术的应用及常见故障分析 赵凯 山西机电职业技术学院 山西长治0 4 6 0 1 1 摘要 随着经济的高速发展 国内高档汽车的增加 涡轮增压器被广泛使用 文中介绍了涡轮增压器的结构 作用 以及影响其使用寿命的因素 最后总结了涡轮增压器可能出现的一些常见故障现象 关键词 涡轮增 压 影响 因素 故障分析 中图分类号 U 4 6 4 1 3 5 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 1 2 0 5 0 1 4 0 0 2 0引 言 参加竞赛 的跑车或方程式赛车 一般在发动机上 装有 涡轮增压器 以使汽车进发出更大的功率 在最 近 3 0 年时 间里 随着经济 的高速发展 国内高档汽车 的增加 涡轮增压器得到了广泛 的应用 它弥补了一些 自然吸气式发动机的先天不足 使发动机在不改变气 缸工作容积 的情况下可以提高输 出功率 1 0 以上 因 此 许 多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发 动机的输出功率 借 以实现轿车的高性能化 在 目前 的技术条件下 涡轮增压器是唯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 涡轮增压器是 由涡轮 压气机 转子 总成 轴承机 构 中间体和密封装置等组成的 它是利用发动机排出 的高温高压废气驱动废气涡轮旋转 废气涡轮带动同 一 轴上的压气机共同旋转 压气机压缩 由空气滤清器 过滤后的空气 使空气被压缩后增压进入发动机气缸 内 提高发动机进气量可供更多的燃油完全燃烧 从而 提高了发动机的功率 降低了燃油的消耗 减少废气 中 C O HC C L 粒等有害物的排放 1 涡轮增压器的分类 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 1 1 废 气 涡轮 增 压 器 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人气缸 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 3 0 5 0 降低 比油耗 5 左右 有利于改善整机动力性能 经济性能及排放品质 因而 得到广泛应用 1 2 复合 式废 气涡轮增压器 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 动机输出轴联接 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 复合式废气涡轮增压器可充分利用废气能量 使动力性能 经济性能大为改善 但结构复杂 成本高 且技术难度大 1 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 该 系统使柴油机加速性能变好 并对改善柴油机 的低速转矩有利 2 影响增压器使用寿命的因素 使用中我们发现 增压器 的损坏和磨损 总是在发 动机及其附近出现故障之后发生 发动机的许多不正 常工况 都会 引起 增压器 的损坏 增压 器 出现故 障 4 0 是 由于润 滑不 良造成 的 4 0 是 由于外界杂物通 过增压器所造成的 2 0 是其他原因引起的口 2 1 润滑 油 润滑油用来润滑冷却增压器 但 当增压器正常工 作时 其转轴转速高达每分几万转到十几万转 润滑油 被打成泡沫状 其冷却和润滑性能下降 因此润滑系统 必须保证能提供充足的润滑油 若 当6 0 0 o C 左右的高 温废气通过涡轮室时 轴承座得不到足够 的润滑和冷 却 润滑油将在其环形油道壁上结焦 逐渐堵塞油道 润滑油如果不清洁 也会很快损坏增压器内部零 件 如含有灰尘 泥状沉淀物和金属微粒 的润滑油会 迅速破坏各零件 的配合间隙 刮伤 和磨损轴承表面 这些都将会引起 涡轮轴转动阻力增大和失掉平衡 使 轴的转速下降 导致发动机的功率损失增大 且转动不 平衡将很快导致增压器零件 的损坏 如果润滑油 的质量等级老化 油中的各种添加剂 不能满足增压发动机大负荷工作的润滑要求 润滑油 将会加速氧化变质 也会加剧发动机和增压器零件 的 磨损 发动机的起动 熄火的操作方法不正确也将严重 影响增压器的寿命 如果发动机启动后 就立即将转 速升得很高 润滑油不能及时到达增压器轴承而加速 磨损 发动机熄火后 若不首先使增压器冷却降温 而 且突然熄火 停止 向增压器供给机油 会导致增压器 内 部零件过热 轴承油道 中的机油炭化阻塞油道 将有轴 承被 咬死 的危 险 收稿 日期 2 0 1 2 0 7 2 5 作者简介 赵凯 1 9 8 3 一 男 山西长治人 助教 本科 研究方 向 机械设计及其 自动化 1 4卜 第5 期 总第1 2 9 期 赵凯 涡轮增枉橘水暂座卿 常见故障分析 2 0 1 2 年 1 0月 密封环泄露引起 的涡轮后部积炭 将使旋转零件 转动发涩 而损失功率 旋转零件 的不平衡是引起密 封环泄露的一个重要原因 曲轴通气孔或增压器回油 管堵塞或阻力过大 也能引起密封环泄露 2 2进 气 系统 增压器工作 的好坏也依赖于进气系统 只有供给 充足 干净的空气才能保证增压器长期无故障工作 使 寿命延长 所 以应定期检查所有进气管接头和软管的 密封性 防止漏气 如果压气机到发动机进气管漏气 充气量减少 将导致发动机 冒黑烟 当有较大颗粒 的 灰尘或沙子进入压气机会立刻损坏增压器 较小的颗 粒也会使工作轮叶片弯曲或被割削 并使其失去平衡 引起轴承和密封环的磨损加剧 不平衡的旋转件与轴 承发生碰撞时 使轴承上 的油道逐渐缩小 导致润滑不 良 随着轴承的磨损 配合间隙增大 使压气机或涡轮 机的工作轮叶片打击壳体 这种故障的信号是噪音比 平常增大很多 进气系统 的进气 阻力应很小 如果空气滤清器堵 塞 进气阻力增大 充气量减少 增大功率损失 同时 压气机一侧的密封环将会 由于压力差太大而泄露 引 起润滑油消耗量过大 这种故 障的标志是在压气机工 作轮叶片后面出现一层暗色的润滑油膜 2 3排放 的废 气 废气中很小的颗粒进入涡轮机 与颗粒进入压气 机后果一样 将导致增压器的损坏 发动机燃油供油量过大 进气阻力大 会使燃烧室 内可燃混合气过浓而引起废气过热 造成涡轮机壳体 和油道过热 废气从排气管到涡轮室的通道泄露会 降 低涡轮机涡轮的转速 增加 冒烟 也会使涡轮机壳体过 热 这些都会导致涡轮室内积炭及涡轮叶片的腐蚀 3 废气涡轮增压器常见的故障及排除 增压器 出现故障 不要匆忙的更换增压器 应该寻 找 和判断故障原因和部位 并尽可能地加 以排 除 这 样可 以避免换上增压器后同样的故 障重复 出现 一 般来说 废气涡轮增压器常见故障现象如下 3 1 喘振 如果增压器在工作过程中向气缸 内输送空气量不 足 空气压力将产生极大的波动 在压气机端发出异 响 如气喘的响声 这就是喘振 由于喘振 发动机工 作不平稳 功率下降 排气 冒黑烟 产生喘振的原 因是进气系统堵塞 如空气滤清器 滤芯严重阻塞 进气管内油污太多阻塞 增压器的喷嘴 环流通道发生变形也会造成喘振 最好是每次二级保 养更 换 空气 滤 芯 车运 行 1 0万 k m左 右 清洗 进 气 通道 3 2 杂音 增压器在运转中发出杂音 发出金属的撞击 摩擦 声 或者产生振动 是增压器转子和涡壳之间发生了变 化 应拆卸转子检修 调整 3 3 震 动 增压器在运转中出现了强烈的震动 这是由于转 子组不平衡 轴承损坏造成的 应更换轴承及进行转子 组的动平衡校验 3 4 增 压压 力 下降 该故障的主要原因是进气道堵塞 并进人中冷器 的进气道连接软管松脱 破裂造成 3 5 增 压 器 突然停 止运 行 增压器突然停止运行 发动机功率下降 这是增压 器轴承损坏 转子组烧死所致 应更换轴承 如损坏严 重应更换增压器总成 油封漏油也应及时检修更换一 4 结束语 随着国内高档汽车的增加 涡轮增压器被广泛使 用 装备了涡轮增压发动机的汽车 不仅在动力和功率 这些性能 的数字表现上远超于 同排量的汽车产品 而 实际使用过程 中能与排量 比自己高一个等级的汽车相 匹敌 另外 环保 更低的排放标准也是涡轮增压器一 个很重要的优点 因为在污染 日趋严重 的今天 一个有 高度责任感的汽车制造商不仅要满足客户对汽车的驾 乘欲望 保证产 品有足够的驾驶乐趣 更要以保 护环 境 创造 良好 的生存空间为 己任 涡轮增压器正好能 满足即提高燃油经济性 降低排放 同时又不会以失去 驾驶乐趣为代价的综合性要求 也就是说 涡轮增压 技术的发展空间是很大的 而对于一般用户来讲 能 够初步掌握涡轮增压器的原理及作用 从而采用正确 的使用方法 对延长涡轮增压器的使用寿命 节约成本 是十分必要的 参考文献 1 赵中义 车用涡轮增压技术的发展现状与发展方向 J 中 国科技财富 2 0 0 8 8 7 1 2 2 魏广华 杨文强 张玉峰 废气涡轮增压器早期失效的原因 J 工程机械与维修 2 0 0 9 6 6 2 6 3 3 冯建勋 匡建波 发动机涡轮增压器的使用和维护注意事 项l J I 汽车应用 2 0 0 9 1 1 4 3 4 钟 声 废气涡轮增压器 的使用和检修 J J 汽车工程师 2 0 0 9 1 1 6 0 The Ap pl ica t io ns a nd Co m mo n Fa il ur e o f Tur b o Te chno l o g y ZHAo K a i S h a n x i E l e e t r o me e h a n ica l V o ca t io n a l a n d T e ch n ica l C o l l e g e C h a n g z h i 0 4 6 0 1 1 C h in a Abs t r a ct W it h t h e r a p id e co n o mic d e v e l o pme n t t h e i ncr e a s e in t h e d o me s t ic l u x ur y ca r t h e t u r b o ch a r g e r is wid e l y us e d The p a pe r d e s cr ib e s t h e s t r uct u r e o f t h e t u r b o e ha r g e r t h e r o l e a