盖瑞特涡轮增压器故障检测判断与处理

张亮

(江西五十铃发动机有限公司，江西南昌 330200)

盖瑞特涡轮增压器故障检测判断与处理

张亮

(江西五十铃发动机有限公司，江西南昌 330200)

介绍五十铃4JB1发动机所匹配的盖瑞特涡轮增压器的工作原理、使用要求及故障检测判断方法，涵盖了增压器在日常使用中会出现的绝大多数故障种类，并给出了处理措施。

涡轮增压器；故障诊断；故障处理

0 引言

目前，国内外重型汽车几乎全部采用柴油发动机，并且绝大多数采用了涡轮增压技术或涡轮增压中冷技术。轻型汽车和轿车也有相当数量的增压器柴油机应用。文中将针对五十铃4JB1发动机所匹配的盖瑞特涡轮增压器工作原理、使用要求和故障检测判断及处理做出详细阐述。

1 涡轮增压器的工作原理及结构

1.1 涡轮增压器的工作原理

增压器废气涡轮在排气歧管废气高速冲击下带动同轴压气机叶轮高速旋转，当压气机叶轮旋转时，空气经进气道进入压气机叶轮，并在离心力的作用下沿相邻叶轮叶片间形成的流道从叶轮中心向叶轮周边流动。空气从旋转的叶轮获得能量，使其流速、压力和温度均有较大的增高，然后进入蜗壳，继续减速增压，完成由动能向压力能转变的过程，并最终被引向压气机出口进入气缸，见图1。

在相同的单位时间里，如果能够把更多的空气强制挤入气缸提高容积效率，便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。涡轮增压利用废气驱动，基本没有额外的能量损耗，对发动机没有额外的能量负担，便能轻易地创造出大马力，且能提高15%～20%的燃油经济性，降低排放水平，提高动力和性能，在高原地区还具有功率补偿的特点。

1.2 涡轮增压器的结构

涡轮增压器由压气机壳、涡轮壳、压气机叶轮、涡轮叶轮、中间体、推力轴承、浮动轴承、密封环、废气旁通阀及其执行机构等组成，见图2。

2 涡轮增压器润滑系统作用及密封原理

2.1 润滑系统作用

润滑系统主要有3个作用：冷却来自涡轮工作的热量；向轴承系统提供润滑；为浮动轴承提供油膜支撑。润滑系统示意图见图3。

2.2 增压器密封原理

增压器密封在结构上不完全密封，其密封是依靠发动机工作时两端壳体内建立的压力大于回油腔中的压力(p1>p2)，所以增压器的密封是一种动态密封，见图4。

3 涡轮增压器的使用要求

涡轮增压器在高温高速下工作，所以正确的使用和良好的维护保养对保证增压器的使用寿命和性能非常重要。

(1)使用CD级以上机油。

(2)经过小于20 μm的全流式机油滤清器过滤。

(3)发动机启动3～4 s内，增压器进油口必须建立69 kPa油压。

(4)停机时间过长或更换润滑油后须先预热并润滑增压器。

(5)发动机负载运行时，增压器进油口处润滑油压力在最大扭矩工况及以上转速时应在196～392 kPa范围内，低怠速工况应不小于69 kPa。

(6)润滑油进油温度应在100 ℃以下，最高不应超过120 ℃。

(7)需防止润滑油供应不足。

(8)防止杂质进入润滑油，不论是固态还是液态。

(9)防止增压器回油管不畅通、曲轴箱压力过高、发动机下窜气量过大及润滑油油面高过增压器回油孔位置。润滑油液面示意图见图5。

(10)当压气机进口处负压超过6.5 kPa时，应清洁或更换空气滤芯。

(11)涡轮出口的排气背压不应超过10.0 kPa。

(12)排气温度不应高于700 ℃，增压器工作温度区间为500～700 ℃。

(13)切勿将旁通阀推杆当作拎把来搬动增压器总成，见图6。

4 涡轮增压器故障检测分析与判断处理

4.1 增压器漏油

故障现象： 增压器叶轮转动灵活，叶片无擦壳现象，压气机壳体或涡轮壳进气口无机油，而出气口有机油流出，详见图7和图8。

4.1.1 原因分析

在结构上，增压器两端各安装有金属密封环，但这是一种不完全密封，增压器的密封还是依靠在正常工作时两端壳体内建立的压力(p1)大于中间体回油腔中的压力(p2)，这样增压器才不会出现漏油(见图4)。当这种平衡被打破，即使增压器没有损坏，如出现p2>p1，增压器压气机出口就会出现漏油。

4.1.2 检查步骤及处理方法

(1)检查发动机空气滤清器或进气管路是否堵塞导致进气负压过大 ，如空气滤清器脏则清洁空气滤清器或更换滤芯，如管路阻塞则清洁管路或维修管路。

(2)检查压气机壳出气口到进气管之间的连接管路是否漏气，如有泄漏(见图9)则拧紧卡箍或更换管路与卡箍。

(3)检查曲轴箱内压力是否过高，曲轴箱呼吸器或通风管是否堵塞。如曲轴箱内压力过高(见图10)，则应按发动机厂家指导手册排查；如曲轴箱呼吸器或通风管堵塞，则应立即维修或更换。

(4)检查曲轴箱是否液位过高，如油位高出刻度，则应放出多余机油，防止机油堵住增压器回油口(见图5)。

(5)检查发动机下窜气是否过大，如窜气(见图11)则应按发动机厂家指导手册排查。

(6)检查增压器回油管是否撞弯或损坏导致回油节流，如回油堵塞或弯曲变形(见图12)，应维修或更换，尽量保持回油管垂直向下。

(7)检查中间体回油腔是否积碳或回油口堵塞导致回油不畅，如不畅，则应清理回油腔和增压器回油口。中间回油体积炭图片见图13。

(8)检查涡壳进气口与排气管出气口的连接处是否有漏气，如有漏气应立即修复。

图10 曲轴箱内压力过高 图11 发动机下窜气过大 图12 回油管撞弯导致回油节流

(9)检查车辆是否长时间怠速或长时间使用排气制动，此种情况应尽量避免。

(10)检查其他导致增压器压力密封失效的因素并将其排除。

4.2 涡轮增压器叶轮打坏

故障现象：增压器压气机叶轮或涡轮叶轮被外来异物打坏或被粉尘磨损，见图14—16。

4.2.1 原因分析

增压器压气机叶轮被进气气流中带入的外来物体打坏，或涡轮叶轮被排气气流中带入的物体打坏。

4.2.2 检查步骤及处理方法

(1)检查发动机是否维护不当，导致外来物体遗留在管路中。如是，清理异物并更换增压器。

(2)检查发动机进排气管路中或气缸是否有破损物体。如是，清理异物，维护发动机并更换增压器。

(3)检查是否使用劣质的空气滤芯。如是，更换滤芯及增压器。

(4)检查是否进气管路不密封导致进气未经过滤。如是，拧紧或更换管路并更换增压器。

(5)检查是否未按发动机厂家的规定维护空气滤清器滤芯。如是，更换空气滤清器滤芯并更换增压器。

4.3 涡轮增压器叶轮擦壳

故障现象：增压器动平衡遭到破坏，压气机叶轮或涡轮叶轮出现擦壳及中间轴磨损，见图17—18。

4.3.1 原因分析

润滑油在增压器中有3个作用：润滑、冷却、为轴承系统提供压力油膜。 如出现润滑油供应不足，机油压力低，或润滑油中混入其他液态或固态物质等润滑方面的问题，增压器叶轮将出现擦壳甚至断轴现象。

4.3.2 检查步骤及处理方法

(1)检查发动机的机油滤清器是否不符合使用规范，或使用劣质机油滤芯。

(2)检查机油滤芯是否被击穿或发动机油道被堵塞。

(3)检查是否没有按规定更换润滑油。

(4)检查是否在更换增压器或作预润滑时，杂质进入润滑油管路。

(5)检查是否有密封胶或密封垫片碎片流入润滑油道。

以上情况会导致增压器内部零件出现磨损、拉丝等情况，并导致增压器擦壳(见图19和图20)。请维护发动机、清洁油道，更换机油滤芯和机油，并更换增压器。

(6)检查是否不按规定更换润滑油，或使用劣质润滑油。

(7)检查是否在大负荷工作后突然停机，且未作怠速。

(8)检查是否在发动机运行前不作怠速。

(9)检查是否在更换增压器后未作预润滑。

(10)检查是否润滑油泵故障，或润滑油压力低。

以上情况会导致增压器润滑不良，零部件出现磨损及高温变色(图21—22)等现象，并导致增压器擦壳。

(11)检查机油是否老化结胶。机油老化结胶图片见图23。

(12)检查是否混入其他液态物质，导致增压器轴颈出现磨损，见图24。

(13)检查是否排气端背压高，如排气制动损坏导致排气不畅或消声器堵塞及后处理装置堵塞等导致排气受阻。

(14)检查是否壳体遭受外力或增压器连接管路扭曲变形等造成单边擦壳，见图25—26。

4.4 涡轮增压器异常噪声

故障现象：在工作中，增压器发出非常刺耳的噪声。

4.4.1 原因分析

比较常见的原因有漏气、增压器擦壳、本体松动等。

4.4.2 检查步骤及处理方法

(1)检查进气管路是否漏气，可用肥皂水测漏，见图27。

(2)检查排气管路是否漏气，如排气歧管处、涡端法兰连接处、排气尾管处，可根据废气熏黑的颜色来判断，见图28。

(3)检查增压器压气机及涡端叶轮，看是否有擦壳现象。如有，则按擦壳现象处理，如有松动则拧紧紧固件。

(4)检查增压器是否与发动机不匹配，如件号不对或进气受阻。若件号不匹配则更换增压器，若是进气受阻则清洁维护空气滤清器。

4.5 发动机动力不足

故障现象：服务站认为增压器故障导致的发动机动力不足。

4.5.1 原因分析

如增压器出现卡滞、转动不灵活或擦壳现象，则会导致发动机动力不足；反之，当增压器外观检查无异常、转子转动顺畅灵活、叶片无擦壳，则说明增压器本身状态良好，需要检查发动机其他系统。

4.5.2 检查步骤及处理方法

(1)如出现增压器卡滞、转动不灵活，则可拆开增压器进回油管，从增压器进油口喷入化油器清洗剂，并转动增压器叶轮，反复操作几次，将转子部件间隙中的结胶物清洗掉，见图29，直到增压器能灵活转动，再对增压器进行预润滑并重新连接进回油管；若机油结胶或进气脏则可从进气口与出气口喷入化油器清洗剂，等待几分钟再用气枪吹出，直至增压器叶轮能灵活转动。

(2)检查空气滤清器是否堵塞。如是，则清洁或更换滤芯。

(3)检查压气机与进气管路或涡端之后的排气管路是否发生节流现象。如是，则消除节流现象或更换已损坏的零件。

(4)检查压气机与发动机进气管是否连接松动。如是，则拧紧接头处螺栓。

(5)检查发动机进气管与排气管是否漏气，请参阅发动机制造厂商维修手册来处理。

(6)检查涡轮增压器连接法兰处是否漏气。如是，则更换连接法兰处垫片并拧紧松脱的螺栓。

(7)检查涡轮增压器是否有擦壳现象。如有，请按前面所述的擦壳故障现象处理。

(8)检查是否是发动机本身的故障，如燃油系统、正时系统等。如有，请按发动机制造厂商的维修手册处理。

4.6 其他故障现象

故障现象：壳体破裂或裂纹，旁通阀推杆断裂等。

4.6.1 原因分析

如出现壳体破裂等现象应检查增压器是否受外力冲击。

4.6.2 检查步骤及处理方法

(1)壳体裂纹或破裂(见图30)，若能排除受外力撞击或管路扭曲等原因，则属于材料强度不够。

(2)叶轮轮毂破裂(见图31)，若能排除遭受外力冲击，则属于材料缺陷。

(3)压气机出口撞击损坏(见图32)，应检查是否连接管路松动或管路扭曲变形所致。

(4)旁通阀推杆臂断裂(见图33)，若能排除外力撞击和振动过大等因素，可判定为材料缺陷。

5 结论

从上述各点可知，增压器需在遵守使用规范的条件下精心

维护，才能有效延长其使用寿命。对使用过程中出现的各类故障，文中给出了较详细的失效模式分析与故障诊断流程，在盖瑞特增压器或其他真空膜片阀式FGT增压器的日常使用中，均可按上述诊断流程进行故障判定。

【1】陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2011.

【2】李骏.汽车发动机节能减排先进技术[M].北京:北京理工大学出版社,2011.

Failure Detection and Treatment of Garrett Turbocharger

ZHANG Liang

(Jiangxi Isuzu Engine Co.,Ltd.,Nanchang Jiangxi 330200,China)

The working principle, operating requirements and failure treatment methods of Garrett turbocharger for Isuzu 4JB1 engine were introduced. Most of the failure categories during daily usage were covered, corresponding failure treatment methods were given.

Turbocharger; Failure diagnosis; Failure treatment

2015-10-13

张亮，男，本科，从事柴油发动机产品开发及规划管理工作。E-mail：ZHL821022@126.com。