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故障，對故障產生原因進行了分析。介紹渦輪增壓發動機使用和養護的注意事項，預防使用不當而出現增壓器故障，減少了不必要維護費用。

渦輪增壓器；故障分析；使用

發動機是內燃機，靠燃燒燃料來提供動力。相同量的燃料下，過量的空氣能使燃料充分燃燒。使用增壓器，能使進氣壓力得以提高，進而使進氣量提高，燃料燃燒更加充分，提供更強勁的動力。在提供相同整車動力情況下，使用渦輪增壓發動機，更能節省燃油，所以使用渦輪增壓發動機已成為汽車發動機重要發展趨勢。對于非增壓常規汽油機，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動渦輪和壓氣機。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更大。小排量增壓發動機可以降低油耗及減少排放，尤其在高原地區還具有十分明顯的功率補償作用。

渦輪增壓器是一種在高溫、高壓惡劣條件下高速運轉的機械裝置，如果使用不當，經常容易出現故障。增壓器一旦出現故障，將導致增壓器在極短時間內損壞，從而影響發動機的可靠性。本文針對車用發動機的渦輪增壓器常見故障進行研究總結，以期對渦輪增壓器常見故障的排查和修理提供參考，減少因渦輪增壓器使用不當而出現故障。

1　渦輪增壓器的結構及工作原理

如圖1所示，車用渦輪增壓器有離心式壓氣機、徑流式渦輪機及中間體三部分組成［1］。增壓器渦輪機一端與排氣歧管相連，另一端與三元催化器相連。排氣進入渦輪機推動渦輪機葉輪轉動，而使增壓器軸承轉動，同軸的壓氣機葉輪便會被帶動。壓氣機葉輪運轉壓縮空氣使進氣壓力提高，進氣壓力提高使進入發動機的空氣質量得以增加，過量的空氣既可以使燃料充分燃燒也能燃燒更多燃料，這樣大大提高發動機的動力和經濟性［2］。汽油發動機排氣溫度很高，汽油發動機的增壓器的中間體一般設有水套冷卻，增壓器冷卻水套與發動機冷卻系統相連，從而保證增壓器轉子的冷卻。渦輪機處設有廢氣旁通閥，一是可以通過調節廢氣旁通閥開啟的角度來滿足發動機動力輸出的需求，二是通過調節廢氣旁通閥來保護增壓器不會超過額定保護轉速而損壞。現在渦輪增壓發動機的進氣端一般帶有泄氣閥，泄氣閥可以放置增壓器上，也可以布置在進氣管路上。當發動機節氣門突然變小時，泄氣閥作用避免了經增壓器壓縮后的高壓氣體沖擊增壓器葉輪，保護增壓器不會過早損壞。

圖1　車用渦輪增壓器結構

2　渦輪增壓器常見故障和原因分析

2.1渦輪增壓器葉片損壞

在渦輪增壓發動機臺架試驗過程曾出現壓氣機端的葉片損壞導致發動機功率扭矩下降。經分析發現是一些顆粒物、雜質從空濾或壓氣機前面的進氣管路進入壓氣機，這些異物撞上高速運轉葉片，導致葉片損壞。異物導致葉片損壞的原因一般是不按規定更換空濾或使用偽劣濾芯，導致進氣過濾不良；進氣管路密封不良，進氣不經濾清器直接進入壓氣機葉輪。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，葉片在高速運轉時受到較大顆粒物撞擊。

渦輪增壓汽油機的排氣溫度普遍較高，一般最高能達到900℃，渦輪端的葉片的材料選擇達不到要求的話，葉片在高溫環境下經過長時間運轉，容易出現疲勞斷裂。現在汽油發動機的渦輪增壓器的轉速一般在20萬以上，當有顆粒物或零件從排氣吹出，撞上高速運轉的葉片時，葉片輕則磨損，重則斷裂損壞，裝配發動機時一定要做好發動機清潔度的控制。

2.2渦輪增壓器出現異常的噪音

增壓器處的漏氣噪音，一般出現在進排氣系統上。進氣系統處漏氣常出現在空濾與增壓器連接處管路、增壓器與中冷器連接處管路，可以使用肥皂水來排查。排氣系統處漏氣常出現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，可以依據廢氣痕跡來檢查。

增壓器出現有如金屬摩擦聲，主要原因是增壓器的轉子或軸承磨損過多，葉輪與增壓器殼摩擦產生的。增壓器轉子或軸承磨損過多一般是由于潤滑不足、機油中出現的雜質或磨粒造成的。機油使用一段時間后，里面常常會含有雜質、燃油、燃燒廢棄物等一些物質從而影響到機油粘度，異常的機油粘度會影響油膜的穩定性，從而導致潤滑不足。

增壓器出現氣喘噪聲，主要原因是增壓器進氣不暢，如空濾濾芯未按照要求及時更換導致堵塞，進氣管路彎折變形等，使發動機出現增壓壓力波動，功率扭矩波動下降。

2.3渦輪增壓器漏油

渦輪增壓器普遍采用浮動式軸承。當轉軸高速旋轉時，具有240 kPa～410 kPa壓力的潤滑油將充滿軸承間隙之間，使軸承在油膜間浮動運轉。如果增壓器漏油使油膜出現異常，很容易導致增壓器軸承出現磨損，從而使增壓器損壞。以下有幾個原因導致增壓器出現漏油：

（1）當發動機空氣濾清器或進氣管路出現阻塞使進氣阻力變大或發動機長時間怠速運行時，都會使增壓器壓氣端負壓過大，造成軸承內外壓力相差過大而漏油；

（2）增壓器回油不暢時，如增壓器回油管撞彎或損壞，導致回油節流、堵塞；主油道潤滑油壓力偏低、回油通道截面積變小；曲軸箱內壓力過高，以上都會使增壓器潤滑油不能正常回到油底殼，軸承附近油壓過高而從密封圈處漏出；

（3）增壓器密封圈出現磨損或老化，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）潤滑油進口壓力過高，增壓器潤滑油進口壓力一般為230 kPa～390 kPa，當油壓高于580 kPa以上時，潤滑油便會由密封裝置處向渦輪端泄漏。

3　渦輪增壓發動機正常使用和保養

3.1渦輪增壓式發動機不能著車就走

渦輪增壓發動機啟動后，一般應在怠速的工況下運轉3 min；在冬季的低溫環境下，應在怠速的工況下運轉5 min左右，以便使增壓器軸承的油膜能夠建立，保證軸承的良好潤滑。發動機剛啟動，立即行走或剛啟動后猛轟油門，在渦輪機轉子及其軸承未得到充分潤滑的狀態下就以最大轉速工作，勢必因潤滑不足造成轉子和浮動軸承以及油封的非正常磨損，重復地這樣做會導致渦輪增壓器過早地損壞。

3.2渦輪增壓發動機不要立即熄火

潤滑油在增壓器處起冷卻潤滑的作用，增壓器高速運轉時熄火，機油壓力突然降低，增壓器轉子處油膜出現變化，轉子不能得到很好的冷卻潤滑。經常在汽車行駛時突然熄火，會使增壓器轉子磨損，增壓器過早的損壞。現在部分渦輪增壓發動機在增壓器的冷卻水管處配有電子輔助水泵，當發動機高速運轉停機時，電子水泵能夠在熄火后運行一段時間，從而保證增壓器轉子的冷卻，使增壓器不會因為使用不當而過早損壞。使用增壓發動機的汽車，駕駛員在停機前應先怠速運行35 min.

3.3渦輪增壓發動機切勿長時間怠速運行

現在的汽車發動機渦輪增壓器的轉速一般在20萬以上，長時間怠速運行會有如下的影響：

一是，使增壓器轉子的冷卻潤滑不好，造成轉子的磨損；

二是，是增壓器壓氣機處出現負壓，導致轉子內外的壓力出現不均衡而使增壓器出現漏油。如果非必要條件，盡量不要使渦輪增壓發動機怠速運行。

3.4定期保養

保證通過增壓器的空氣清潔，使增壓器不會因葉片磨損而過早損壞，按照行駛保養里程要求定期更換空濾是十分必要的。對于空氣質量不好的地區和季節，可適當的縮短保養里程。如在無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。應按行駛保養里程定期更換機油和機油濾清器，汽油發動機的增壓器的軸承長時間的高速運行，清潔及粘度適當的機油是保證增壓器良好潤滑的必要條件。

4　結束語

近幾年，人們越來越關注空氣質量，保護環境和節約能源日益重要。國家對于節能減排的日益重視，排放和油耗法規的日益嚴峻，在汽車上使用渦輪增壓器技術已成為節能減排的重要措施之一，渦輪增壓發動機已經越來越成為現代汽車標準配置。了解渦輪增壓器的常見故障及正確使用對于維修人員及駕駛員變得極為重要。

［1］肖生發，趙樹朋.汽車構造［M］.北京：中國林業出版社，2006.

［2］韓同群.汽車發動機原理［M］.北京：北京大學出版社，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，學士，主要研究方向為增壓發動機總成。