车用涡轮增压器的故障分析和使用

黄建忠，梅 夏

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州545007）

车用涡轮增压器的故障分析和使用

黄建忠，梅 夏

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州545007）

简述涡轮增压器的工作原理，介绍了车用涡轮增压器的几种常见故障，对故障产生原因进行了分析。介绍涡轮增压发动机使用和养护的注意事项，预防使用不当而出现增压器故障，减少了不必要维护费用。

涡轮增压器；故障分析；使用

发动机是内燃机，靠燃烧燃料来提供动力。相同量的燃料下，过量的空气能使燃料充分燃烧。使用增压器，能使进气压力得以提高，进而使进气量提高，燃料燃烧更加充分，提供更强劲的动力。在提供相同整车动力情况下，使用涡轮增压发动机，更能节省燃油，所以使用涡轮增压发动机已成为汽车发动机重要发展趋势。对于非增压常规汽油机，燃油释放的30%能量用于做有效功，而70%左右被损失掉，其中大约38%能量被排气带出，而涡轮增压器则是利用排气能量驱动涡轮和压气机。一般增压功率可以提高20%～30%，如果采用中冷器及更高增压压比，那么增压功率可以提高的幅度会更大。小排量增压发动机可以降低油耗及减少排放，尤其在高原地区还具有十分明显的功率补偿作用。

涡轮增压器是一种在高温、高压恶劣条件下高速运转的机械装置，如果使用不当，经常容易出现故障。增压器一旦出现故障，将导致增压器在极短时间内损坏，从而影响发动机的可靠性。本文针对车用发动机的涡轮增压器常见故障进行研究总结，以期对涡轮增压器常见故障的排查和修理提供参考，减少因涡轮增压器使用不当而出现故障。

1　涡轮增压器的结构及工作原理

如图1所示，车用涡轮增压器有离心式压气机、径流式涡轮机及中间体三部分组成［1］。增压器涡轮机一端与排气歧管相连，另一端与三元催化器相连。排气进入涡轮机推动涡轮机叶轮转动，而使增压器轴承转动，同轴的压气机叶轮便会被带动。压气机叶轮运转压缩空气使进气压力提高，进气压力提高使进入发动机的空气质量得以增加，过量的空气既可以使燃料充分燃烧也能燃烧更多燃料，这样大大提高发动机的动力和经济性［2］。汽油发动机排气温度很高，汽油发动机的增压器的中间体一般设有水套冷却，增压器冷却水套与发动机冷却系统相连，从而保证增压器转子的冷却。涡轮机处设有废气旁通阀，一是可以通过调节废气旁通阀开启的角度来满足发动机动力输出的需求，二是通过调节废气旁通阀来保护增压器不会超过额定保护转速而损坏。现在涡轮增压发动机的进气端一般带有泄气阀，泄气阀可以放置增压器上，也可以布置在进气管路上。当发动机节气门突然变小时，泄气阀作用避免了经增压器压缩后的高压气体冲击增压器叶轮，保护增压器不会过早损坏。

图1　车用涡轮增压器结构

2　涡轮增压器常见故障和原因分析

2.1涡轮增压器叶片损坏

在涡轮增压发动机台架试验过程曾出现压气机端的叶片损坏导致发动机功率扭矩下降。经分析发现是一些颗粒物、杂质从空滤或压气机前面的进气管路进入压气机，这些异物撞上高速运转叶片，导致叶片损坏。异物导致叶片损坏的原因一般是不按规定更换空滤或使用伪劣滤芯，导致进气过滤不良；进气管路密封不良，进气不经滤清器直接进入压气机叶轮。涡轮端的叶片损坏一般有两种情况：

一是，叶片材料选择的原因；

二是，叶片在高速运转时受到较大颗粒物撞击。

涡轮增压汽油机的排气温度普遍较高，一般最高能达到900℃，涡轮端的叶片的材料选择达不到要求的话，叶片在高温环境下经过长时间运转，容易出现疲劳断裂。现在汽油发动机的涡轮增压器的转速一般在20万以上，当有颗粒物或零件从排气吹出，撞上高速运转的叶片时，叶片轻则磨损，重则断裂损坏，装配发动机时一定要做好发动机清洁度的控制。

2.2涡轮增压器出现异常的噪音

增压器处的漏气噪音，一般出现在进排气系统上。进气系统处漏气常出现在空滤与增压器连接处管路、增压器与中冷器连接处管路，可以使用肥皂水来排查。排气系统处漏气常出现在增压器与排气歧管连接处、增压器中间体处、增压器与三元催化器连接处，可以依据废气痕迹来检查。

增压器出现有如金属摩擦声，主要原因是增压器的转子或轴承磨损过多，叶轮与增压器壳摩擦产生的。增压器转子或轴承磨损过多一般是由于润滑不足、机油中出现的杂质或磨粒造成的。机油使用一段时间后，里面常常会含有杂质、燃油、燃烧废弃物等一些物质从而影响到机油粘度，异常的机油粘度会影响油膜的稳定性，从而导致润滑不足。

增压器出现气喘噪声，主要原因是增压器进气不畅，如空滤滤芯未按照要求及时更换导致堵塞，进气管路弯折变形等，使发动机出现增压压力波动，功率扭矩波动下降。

2.3涡轮增压器漏油

涡轮增压器普遍采用浮动式轴承。当转轴高速旋转时，具有240 kPa～410 kPa压力的润滑油将充满轴承间隙之间，使轴承在油膜间浮动运转。如果增压器漏油使油膜出现异常，很容易导致增压器轴承出现磨损，从而使增压器损坏。以下有几个原因导致增压器出现漏油：

（1）当发动机空气滤清器或进气管路出现阻塞使进气阻力变大或发动机长时间怠速运行时，都会使增压器压气端负压过大，造成轴承内外压力相差过大而漏油；

（2）增压器回油不畅时，如增压器回油管撞弯或损坏，导致回油节流、堵塞；主油道润滑油压力偏低、回油通道截面积变小；曲轴箱内压力过高，以上都会使增压器润滑油不能正常回到油底壳，轴承附近油压过高而从密封圈处漏出；

（3）增压器密封圈出现磨损或老化，增压器密封圈的损坏使密封圈失去密封作用而使增压器漏油；

（4）润滑油进口压力过高，增压器润滑油进口压力一般为230 kPa～390 kPa，当油压高于580 kPa以上时，润滑油便会由密封装置处向涡轮端泄漏。

3　涡轮增压发动机正常使用和保养

3.1涡轮增压式发动机不能着车就走

涡轮增压发动机启动后，一般应在怠速的工况下运转3 min；在冬季的低温环境下，应在怠速的工况下运转5 min左右，以便使增压器轴承的油膜能够建立，保证轴承的良好润滑。发动机刚启动，立即行走或刚启动后猛轰油门，在涡轮机转子及其轴承未得到充分润滑的状态下就以最大转速工作，势必因润滑不足造成转子和浮动轴承以及油封的非正常磨损，重复地这样做会导致涡轮增压器过早地损坏。

3.2涡轮增压发动机不要立即熄火

润滑油在增压器处起冷却润滑的作用，增压器高速运转时熄火，机油压力突然降低，增压器转子处油膜出现变化，转子不能得到很好的冷却润滑。经常在汽车行驶时突然熄火，会使增压器转子磨损，增压器过早的损坏。现在部分涡轮增压发动机在增压器的冷却水管处配有电子辅助水泵，当发动机高速运转停机时，电子水泵能够在熄火后运行一段时间，从而保证增压器转子的冷却，使增压器不会因为使用不当而过早损坏。使用增压发动机的汽车，驾驶员在停机前应先怠速运行35 min.

3.3涡轮增压发动机切勿长时间怠速运行

现在的汽车发动机涡轮增压器的转速一般在20万以上，长时间怠速运行会有如下的影响：

一是，使增压器转子的冷却润滑不好，造成转子的磨损；

二是，是增压器压气机处出现负压，导致转子内外的压力出现不均衡而使增压器出现漏油。如果非必要条件，尽量不要使涡轮增压发动机怠速运行。

3.4定期保养

保证通过增压器的空气清洁，使增压器不会因叶片磨损而过早损坏，按照行驶保养里程要求定期更换空滤是十分必要的。对于空气质量不好的地区和季节，可适当的缩短保养里程。如在无法定期更换空滤条件下，可以拆出空滤的滤芯，使用清洁空气吹净滤芯，再把吹净的滤芯装回。应按行驶保养里程定期更换机油和机油滤清器，汽油发动机的增压器的轴承长时间的高速运行，清洁及粘度适当的机油是保证增压器良好润滑的必要条件。

4　结束语

近几年，人们越来越关注空气质量，保护环境和节约能源日益重要。国家对于节能减排的日益重视，排放和油耗法规的日益严峻，在汽车上使用涡轮增压器技术已成为节能减排的重要措施之一，涡轮增压发动机已经越来越成为现代汽车标准配置。了解涡轮增压器的常见故障及正确使用对于维修人员及驾驶员变得极为重要。

［1］肖生发，赵树朋.汽车构造［M］.北京：中国林业出版社，2006.

［2］韩同群.汽车发动机原理［M］.北京：北京大学出版社，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

黄建忠（1988-），男，福建宁德人，助理工程师，学士，主要研究方向为增压发动机总成。