基于奔驰275发动机废气涡轮增压系统结构原理的检修及维护

齐忠志

（广州市交通运输职业学校，广东 广州 510440）

使用维修

基于奔驰275发动机废气涡轮增压系统结构原理的检修及维护

齐忠志

（广州市交通运输职业学校，广东 广州 510440）

增压技术是提高发动机功率和完善发动机性能的重要手段之一，一般采用废气涡轮增压系统实现增压目的。本文以奔驰275发动机的废气涡轮增压器系统为例，结合废气涡轮增压器系统结构和工作原理探寻如何进行行之有效的检查与维修，并给出了相应的维护保养建议。

涡轮增压器；结构及工作原理；故障诊断及分析；维护保养注意事项

CLC NO.:U472Document Code:BArticle ID:1671-7988(2014)03-109-06

1、废气涡轮增压系统概述

增压技术是提高发动机功率和完善发动机性能的重要手段之一，一般采用废气涡轮增压系统实现增压。废气涡轮增压系统是利用废气流来驱动泵轮旋转，泵轮旋转带动涡轮旋转，进入发动机的空气量增加，其压力会随之增加。为保持一定的空燃比，燃油量也会随之增加，实现发动机使用经济性、动力性和有效控制排放的目的。

奔驰275发动机采用的是废气涡轮增压系统，能在低转速范围下提供极大的后备功率。在废气涡

轮增压器的进气和排气两侧的缓冲设计和水冷方式均能有效降低噪音。奔驰275发动机控制单元(ME)内有排气温度控制功能，能对废气涡轮增压器进行自诊断，有效避免了涡轮因转速过高而产生的损耗。本文将对奔驰275废气涡轮增压系统的结构和工作原理进行深入剖析，并对其一般故障检修和维护保养提供了一定的建议。

2、废气涡轮增压系统的结构

奔驰275发动机废气涡轮增压系统由废气涡轮增压器、增压空气冷却器和控制元件组成。废气涡轮增压器安装在发动机两侧的排气歧管处，如图1所示，排气泵轮和进气涡轮分别装在废气涡轮增压器的排气侧和进气侧，由全浮动轴承支承的转轴对泵轮和涡轮的刚性联接，可实现排气泵轮和进气涡轮的同步旋转。发动机排出的高温高压废气流驱动排气泵轮旋转，排气泵轮旋转带动进气涡轮旋转，进气涡轮转动后将会给进气系统内气体增压。

如图2所示，废气涡轮增压器壳体是排气歧管的组成部分。在发动机右侧的废气涡轮增压器包括2、3、4 缸的排气歧管；发动机左侧为8、9、10 缸的排气歧管。较短的排气道结构设计节省空间，能使三元催化器快速达到工作温度，又能使废气涡轮增压器快速响应废气流，获得理想的增压效果。在排气泵轮叶片旁的废气旁通道上设置有调压阀110/3a，通过调压阀110/3a可调整经排气泵轮的废气流流量。汽油发动机的转速范围较广，废气调压装置可使发动机在一定转速范围内获得较为恒定的增压压力。废气涡轮增压器强制增压后，汽油机压缩气的燃烧温度、压力和爆燃倾向会随之增加，爆燃检测及控制机构可及时调整点火提前角。增压空气冷却器安装在废气涡轮增压器出口与进气管间，与一个独立冷却液循环系统相连接，可冷却进入气缸的空气。

3、废气涡轮增压系统的工作原理

在熟悉了废气涡轮增压系统结构后，还需要掌握废气涡轮增压系统的工作原理，以便于为后续故障检修与保养提供理论技术支撑。为此，本部分将结合废气涡轮增压器工作过程原理图详细阐述增压压力调节过程、增压空气减压过程和增压系统减速时的旁通进气过程。

3.1 废气涡轮增压系统增压压力的调节过程

为避免废气涡轮增压器因转速过高所致的损坏，需要有效限制增压压力。发动机控制单元(ME)通过电压PWM信号直接控制调压电磁阀Y31/5。PWM信号频率为30Hz，占空比介于5%～95%之间。经调压电磁阀Y31/5调节的增压空气被输送至左右两侧废气涡轮增压器的驱动气室110/3内，增压空气驱动控制杆110/3b，开启或关闭调压阀110/3a。开启调压阀110/3a使部分废气从排气泵轮叶片旁的废气旁通道流走，起到限制增压幅度的作用。

发动机控制单元通过比较B28/4和B28/5和

B28/6三个压力传感器传送的信号，结合发动机负荷信号，控制调压电磁阀Y31/5，实现压力调节的目的。发动机控制单元(ME)进行压力调节除参照以上重要信号外，还需要综合考虑增压空气温度传感器、发动机机油温度、海拔高度、排气温度、发动机转速、抗爆震控制、冷却水温、变速器内档位和三元催化器等功能信号是否正常。

两个空气滤清器(靠前)和废气涡轮增压器及B28/6传感器(靠后)分别安装在压力传感器B28/4和B28/5前面和后面。压力传感器B28/4和B28/5可以监测空气流经滤清器之后的压力下降状况。空气滤清器发生堵塞时，压力传感器B28/4和B28/5将信号传到发动机控制单元，防止废气涡轮增压器因转速过高受损。当压力传感器B28/4和B28/5的感应气压差50mbar时，发动机控制单元会限制增压。

涡轮增压系统的增压过程如图3所示，发动机控制单元(ME)输出电压PWM信号占空比为95%。电压信号触发调压电磁阀Y31/5工作，在调压电磁阀Y31/5处，接通外界空气与通往驱动气室110/3的气体通路，驱动气室110/3内失去增压压力。在弹簧力的作用力下，控制杆关闭调压阀110/3a。调压阀110/3a关闭时，全部废气流驱动排气泵轮叶片110c旋转，与之同轴的进气涡轮同速旋转，新鲜空气流D经涡轮增压，达最大增压值。

涡轮增压系统的调压过程如图4所示，发动机控制单元(ME)输出电压PWM信号占空比小于5%时，调压电磁阀Y31/5 不工作。增压后的空气经过调压电磁阀Y31/5到达驱动气室110/3内并形成一定的压力。当增压压力达300mbar时，调压阀110/3a开始打开，进气增压压力的调节过程开始。进气增压压力越高，到达驱动气室110/3的空气越多，驱动气室110/3内的压力越大，压力将弹簧压的越紧，控制杆伸出的越长，在排气管处的旁通的废气越多，增压程度减少。当增压压力小于300mbar时，驱动器室内的气压不足以克服弹簧力，调压阀110/3a处于关闭状态。当发动机控制单元(ME)输出电压PWM信号的占空比介于5%～95%之间时，驱动气室110/3内的部分增压空气从调压电磁阀Y31/5 的a口漏出，调压阀110/3a 出现不同程度的关闭状态，实现调压稳压效果。

3.2 废气涡轮增压系统增压空气的冷却过程

在增压过程中，增压空气温度升高会使进气密度减小，降低充气效率，减少发动机的输出功率。当增压比介于1.5～2之间时，配置有冷却增压空气装置的增压发动机的进气量比未配置冷却增压空气装置的增压发动机的进气量高出10%～18%。因此，增压后的空气需要冷却，以增大气体密度，提高充气效率，充分燃烧燃料，减少发动机的热负荷，降低排气温度，实现提升发动机动力性和经济性的目

的。奔驰275发动机的废气涡轮增压器冷却装置是利用水来进行间接冷却的增压空气冷却器。

如图5所示，与增压空气冷却器连接的是一个独立冷却液循环系统，该循环系统带有一个低温冷却器110/11和一个电动增压空气冷却器循环泵M44。在增压过程中受热的空气产生的热量会被流经增压空气冷却器的冷却液吸收；冷却液在低温冷却器中获得冷却后，再从增压空气冷却器循环泵中被输送回增压空气冷却器。冷却后增压空气密度增加，进一步提升汽缸的充气效率，减少爆震的倾向，进而提高发动机输出功率。增压空气温度小于70度时，可实现最大增压。若增压空气温度过高，在低温冷却水循环管路中产生气泡可能会堵塞管路。

3.3 废气涡轮增压系统减速时的旁通进气过程

发动机收油门滑行或加速踏板突然松开时，流经小开度节气门的增压空气会产生增压啸声。如图6所示，防止增压啸声产生的控制原理图显示：发动机收油门滑行或加速踏板突然松开时，奔驰发动机控制单元(ME)会触发减速空气旁通转换阀Y101工作，来自真空罐22的压力打开左、右两侧的减速空气旁通阀110/4。吸入的新鲜空气经旁通气道流入进气歧管，减小增压幅度，防止了增压啸声的产生。若减速空气旁通转换阀Y101未通电，则来自进气歧管的增压空气会作用在左、右两侧的110/4，使旁通气道关闭。

4、涡轮增压系统常见故障检修

涡轮增压系统一般容易出现漏油、涡轮增压空气冷却器进气管进油和异响等三方面的故障。为更有效的针对故障现象对车辆进行检查与维修，本部分将会结合前文论及的涡轮增压系统结构及工作原理，分析故障原因，给出行之有效的的维修方案。

4.1 废气涡轮增压器漏油故障

故障现象：发动机排气烟色正常，输出功率未变，油耗增大的故障。故障原因分析与排除：首先要检查发动机润滑系外部油管(包括废气涡轮增压器进、回油管)是否漏油，若该处不漏油，则需进一步拆检废气涡轮增压器的废气排出口，检查是否有机油痕迹。若废气涡轮增压器的废气排出口有机油痕迹，则可判定靠排气泵轮一端的密封环损坏使机油从废气排出口漏掉，应更换此排气泵轮密封环。

故障现象：机油消耗量大，排出的气体为蓝色，输出动力没有下降。故障原因分析与排除：废气涡轮增压器机油回油管不畅通，机油在转子总成的中间支承处积留过多后沿转子轴流人进气涡轮；机油由靠进气涡轮一端损坏的密封环或甩油环进人燃烧室，随增压空气一同经进气管压人燃烧室发生二次燃烧。打开发动机进气歧管(橡胶软管)，视查管口和管壁是否黏附有机油。如有机油，则应拆检机油回油管畅通状况。若机油回油管不畅通，则故障是由中间支承处的过多积油所致，应疏通回油管并装复；若机油回油管畅通，则可判定是进气涡轮一端密封环或甩油环损坏所致漏油，应拆开废气涡轮增压器

进行换修，若未能及时更换将会因烧机油造成发动机燃烧室严重积炭，损坏喷油器。

故障现象：发动机机油油耗增大，动力下降，且排出的气体颜色为蓝色或黑色。故障原因分析：活塞组和汽缸间的间隙因磨损而增大，机油流人燃烧室发生燃烧。废气涡轮增压器吸人空气的过程中，气流遇到的阻力较大，使进气口处压力过低，形成机油渗漏，随压缩气体一并进人燃烧室内燃烧，出现排蓝烟和动力下降现象；与此同时，过大的进气阻力，使压人燃烧室的空气量减少甚至不足，不完全的燃料燃烧导致排黑气故障现象。故障原因排除：检查进气系统和空气滤清器的清洁度及是否存在泄漏状况；发动机机油更换是否及时；曲轴箱通风系统工作是否正常；检查废气涡轮增压器进、回油管处油泥是否过多，尤其要注意检查进油管处的油泥堆积状况。在完成上述各项检查后，使车辆继续行驶运转，利用称重法测量机油消耗量，若发动机机油消耗仍然较大，则需进一步拆检废气涡轮增压器。

4.2 废气涡轮增压器增压空气冷却器进气管进油故障

废气涡轮增压器增压空气冷却器进气管进油故障原因相对复杂，驾驶工况、保养维护和曲轴箱通风等均有可能使增压空气冷却器进气管进油，下文将针对上述故障原因进行一一阐述分析，并给出相应的检修建议。

驾驶工况和保养维护所致的废气涡轮增压器增压空气冷却器进气管进油故障原因分析：导致增压空气冷却器进气管出现进油故障的原因很多，包括进气压力与废气涡轮增压器轴承体内压力不平衡、发动机长时间怠速运转、空气滤清器过脏、废气涡轮增压器进回油管堵塞或变形、排气系统中的流动阻力大、废气涡轮增压器中壳体润滑油结焦和汽缸磨损导致活塞环窜气等，可考虑从上述故障原因进行检查与维修。

曲轴箱通风所致的废气涡轮增压器增压空气冷却器进气管进油故障原因分析：机油加注量过多，易使曲轴箱通风系统中的润滑油含量过大，导致润滑油从曲轴箱通风系统进人进气管内。另外，当机油加注量过大时，曲轴箱通风中的机油含量会随之增加。当过多的机油流经增压空气冷却器时，冷却作用及截面积的改变使通风系统中的机油出现冷凝，使增压空气冷却器下方的进气管中出现冷凝机油。故障排除：检查曲轴箱通风装置(包括通风管路、压力调节阀)，过多的管路或压力调节阀油泥将会造成曲轴箱通风不畅或堵塞，甚至出现漏油。

4.3 废气涡轮增压器异响故障

导致废气涡轮增压器异响故障的原因较多，废气涡轮增压器叶轮与外壳出现碰擦，叶轮损伤变形，增压器与发动机排气管连接处存在漏气，压气机出气管道中积垢阻力过大等均有可能导致废气涡轮增压器出现异响噪声故障，下文将针对上述故障原因进行阐述与分析，并给出行之有效的检修建议。

若轴承磨损，会导致涡轮转速下降，降低增压效率，致使发动机进气量不足，燃烧不完全，排气冒黑烟，动力下降；与此同时，涡轮转子总成的径向和轴向摆差增大，涡轮转子上的叶轮与外壳的碰擦产生金属摩擦声。出气管道中积垢过多会使废气涡轮增压器出现喘震故障现象。此时，应拆下废气涡轮增压器进行检修，视查其损坏状况，考虑是否需要更换。另外，废气涡轮增压器正常工作时，涡轮转子高速旋转产生的是正常旋转的声音，在区分将进、排气接口连接不紧密的漏气声与废气涡轮增压器异响后，才能进行相应的检查与维修。

5、废气涡轮增压器使用和维护注意事项

由于在设计制造过程中废气涡轮增压器精密度较高，需通过定期的保养和维护来实现延长使用寿命的目标。

使用废气涡轮增压器时需避免润滑油不足或供油滞后对废气涡轮增压器使用寿命的损耗。发动机启动后的急加速将会使涡轮增压系统轴承处于最大转速工作状态，但若此时废气涡轮增压器润滑不充分，将会损坏废气涡轮增压器的内部轴承，大大缩减废气涡轮增压器的使用寿命。当车辆处于新装用、换油保养和车辆短时倾斜使用的工况时，涡轮增压轴承部位会出现供油不足的现象，通过预润滑可以避免发动机启动后急加速和倾斜幅度较大的工况下长时间高速运转车辆熄火两种状况发生。当发动机在最大输出功率或最大扭矩状态下工作时，废气涡

轮增压器的转速和温度会随之达最大值。若发动机在这一工作点突然停车会对废气涡轮增压器会造成及其不利的影响。因此，需要发动机怠速或轻负荷工况运行一段时间，保证发动机的机油压力和流过冷却系统的空气量，以免残留润滑油炭化对废气涡轮增压器造成不利影响。

当废气涡轮增压器润滑油进入杂质或出现氧化变质时，会对废气涡轮增压器运转造成不利影响，因此进行保养维护时注意油品的清洁和防止此类物质进人润滑系。较高的废气涡轮增压器转速易使脏物和泥沙进入润滑油道造成堵塞，同时，也易使颗粒物进人轴承间隙，对废气涡轮增压器造成的损坏，使润滑油氧化变质。润滑油氧化变质产生沉积油泥不但对发动机有害，还会严重影响废气涡轮增压器的使用寿命。这是因为在高温工况下，变得坚硬而结焦的沉积油泥会使涡轮轴承部位润滑不足，加速其损坏速度。车辆使用中要经常观察机油的油位及品质，如有泄漏现象还需检查废气涡轮增压器回油管、曲轴箱通风系统和进排气系统。进人废气涡轮增压器进气和排气系统的小异物会通过侵蚀叶轮，致使叶片的导风角发生变化；进人废气涡轮增压器进气和排气系统大且硬的异物会直接导致叶片破裂；进人废气涡轮增压器进气和排气系统的柔软异物会随着叶轮的旋转方向，缠绕在叶片上。

综上所述，在熟悉废气涡轮增压系统的作用及工作原理后，能够更好的使用和维护废气涡轮增压系统，及时发现并排除使用中的常见故障。避免废气涡轮增压系统早期磨损，以发挥其良好使用性能。

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Vehicle Repair and Maintenance Based on the Structure and Working Principle of Mercedes-Benz 275 Engine Exhaust Turbocharger System

Qi Zhongzhi
(Guangzhou Traffic and Transportation Vocational School, Guangdong Guangzhou 510440)

Turbocharger technology is one of the most important means to improve engine power and improve engine performance. In general, exhaust gas turbocharger systems is used to achieve the purpose of the supercharger. In this paper, we take the Mercedes-Benz 275 engine exhaust gas turbocharger system as an example to introduce the structure and working principle of exhaust turbocharger system. And then we explore effective inspection and maintenance, and give some corresponding maintenance recommendations to the relevant vehicle users.

Engine Exhaust Turbocharger System; Structure and Working Principle; Troubleshooting and Analysis; Maintenance Consideration

U472

B

1671-7988(2014)03-109-06

齐忠志，广州市交通运输职业学校实训中心主任，讲师，助理工程师，华南理工大学车辆工程硕士，研究方向：汽车运用与维修。