朱磊汽车涡轮增压发动机工作原理及故障分析.docx

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朱磊汽车涡轮增压发动机工作原理及故障分析

江苏省交通技师学院

毕业设计（论文）

汽车涡轮增压发动机的工作原理及故障分析

学院名称：

江苏省交通技师学院

专业班级：

汽车维修0733

学生姓名：

朱磊

指导教师姓名：

刘爱志

指导教师职称：

2011年10月

目录

摘要I

第一章涡轮增压的原理与类型1

1.1涡轮增压的类型1

1.1.1废气涡轮增压系统1

1.1.2机械增压系统1

1.1.3复合增压系统1

1.2涡轮增压发动机的工作原理2

第二章涡轮增压的使用与维护3

2.1涡轮增压的使用3

2.2涡轮增压的维护4

第三章涡轮增压的常见故障及原因分析5

3.1涡轮增压的常见故障5

3.2故障整修5

3.3废气涡轮增压器常见的故障及排除6

第四章涡轮增压维修实例······························································································································7

致谢····································································································································································10

参考文献：

11

摘要

涡轮增压发动机是依靠涡轮增压器来加大发动机进气量的一种发动机，它利用发动机排出的废气作为动力来推动位于排气道内的涡轮，涡轮转动的同时带动位于进气道内同轴的叶轮，叶轮压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸，当发动机转速加快，动力输出就更高。

在汽车使用中，增压器难免会有问题，而这将直接影响发动机的动力性，分析研究增压器故障，现象，探索和研究增压器的结构原因具有重大的现实意义。

本文重点通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障更好的使用和维护增压器。

关键词：

涡轮增压发动机；原理和类型；优势；注意事项；使用维护；故障分析。

引言

在目前的汽车市场上有个很流行的问题：

“你的车带T（涡轮增压）吗？

”。

早在十年前大众公司率先将涡轮增压车型带入国内，也让人们尝到了涡轮这个小部件带来的真正威力。

那么究竟什么是涡轮增压技术？

它又是怎样工作的，本文将为大家一一详述。

第一章涡轮增压的原理与类型

1.1涡轮增压的类型

1.1.1废气涡轮增压系统

这就是我们平时最常见的涡轮增压装置了，其优点是增压器与发动机无任何机械联系，因此基本不会损耗发动机原有的功率。

它是利用发动机工作所产生的高温高压废气推动涡轮高速运转，从而带动连到一根轴上的泵轮，泵轮将空气加压输送到进气歧管，增加了发动机进气效率，可以提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，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中有害物质的排放，增压后发动机的功率可提高20%～40%左右。

1.1.2机械增压系统

这个装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。

其优点是涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。

但是由于装在发动机转动轴里面，因此还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高

1.1.3复合增压系统

即废气涡轮增压和机械增压并用，机械增压有助于低转速时的扭力输出，但是高转速时功率输出有限；而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出，但低转速时则力不从心。

发动机的设计师们于是就设想把机械增压和涡轮增压结合在一起，从而解决两种技术各自的不足，同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。

这种装置在大功率柴油机上采用比较多，汽油机上采用双增压系统（复合增压系统）的车型还比较少，大众的1.4TSI发动机（这款发动机兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。

在低转速时，由机械增压提供大部分的增压压力，在1500rpm时，两个增压器同时提供增压压力。

随着转速的提高，涡轮增压器能使发动机获得更大的功率，与此同时，机械增压器的增压压力逐渐降低。

机械增压通过电磁离合器控制，它与水泵集合在一起。

在转速超过3500rpm时，由涡轮增压器提供所有的增压压力，此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离，防止消耗发动机功率）采用了了这一系统。

其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，只是结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易，因此很难普及。

1.2涡轮增压发动机的工作原理

众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，想再增加输出功率，只能通过压缩更多的空气进入汽缸内来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。

因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟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。

我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压器是一种利用内燃机作功所产生的废气驱动空气压缩机，从而令机器效率提升的装置。

利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。

首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上，然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和泵轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。

这样一个整体的涡轮增压装置就做好。

涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的泵轮，泵轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，泵轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

第二章涡轮增压的使用与维护

2.1涡轮增压的使用

汽车在起动时，高速空转或突然加速会导致涡轮增压器的轴承损坏，因此不能急踩加速踏板，应先怠速运转三分钟，这是为了使机油温度升高，流动性能变好，从而使涡轮增压器得到充分润滑，然后才能提高发动机转速，起步行驶，这点在冬天显得尤为重要，至少需要热车5分钟以上。

发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。

原因是发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的，正在运行的发动机突然熄火后，机油压力迅速下降为零，机油润滑会中断，涡轮增压器内部的热量也无法被机油带走，这时增压器涡轮部分的高温会传到轴承中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转，这样就会造成涡轮增压器转轴与轴套之间“咬死”而损坏轴承和轴。

此外发动机突然熄火后，此时排气歧管的温度很高，其热量就会被吸收到涡轮增压器壳体上，将停留在增压器内部的机油熬成积炭。

当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。

因此发动机熄火前应怠速运转三分钟左右，使涡轮增压器转子转速下降，同时也降低了排气歧管的温度。

此外值得注意的就是涡轮增压发动机同样也不适宜长时间怠速运转，一般应该保持在10分钟之内

冷车启动要慢行、热车也要怠速一会再熄火。

我们知道涡轮属于一种高速运转部件，所以需要润滑油的实时保护，而在冷车启动的初期，机油温度通常都比较低，也比较粘稠，润滑效果不佳，而待其升温到正常工作温度则需要有一个过程和时间，如果在这几分钟内您强迫涡轮以全负荷的状态工作，那么就会增大涡轮的磨损，缩短涡轮的寿命。

所以正确的使用方法是，您在开车的头几分钟应先怠速运转几分钟，等机油进入最佳状态后，再踩油门让发动机高转速运转，尤其是在北方的冬天，冷车启动后一定要注意先让车热热再走。

而关于停车则很容易被车主忽略，由于涡轮工作时温度非常高，所以停车以后您最好先原地怠速一会儿再灭车，这就可以让涡轮的温度一点点降低下来，需要注意的是在灭车后涡轮由于惯性所致还会继续运转，此时仍然需要机油润滑，若您突然关掉发动机，那么整个发动机系统都不再工作，涡轮的冷却系统和润滑油供应都会嘎然而止，只能靠自然冷却，这样则会导致涡轮寿命锐减，所以我们建议使用涡轮发动机的车型最好都能先原地怠速一会再灭车。

2.2涡轮增压的维护

选择机油的时候一定要注意，由于涡轮增压器的作用，使进入燃烧室的空气质量与体积有大幅度的提高，发动机结构更紧凑、更合理，较高的压缩比，使发动机的工作强度更高。

机械加工精度也更高，装配技术要求更严格。

所有这些都决定了涡轮增压发动机的高温、高转速、大功率、大扭矩、低排放的工作特点。

同时也就决定了发动机的内部零部件要承受较高的温度及更大的撞击、挤压和剪切力的工作条件，所以在选用涡轮增压轿车车用机油时，就要考虑到它的特殊性，所使用的机油必须抗磨性好，耐高温，建立润滑油膜块，油膜强度高和稳定性好，所以机油最好选用全合成机油、半合成机油等高质量润滑油。

发动机机油和滤清器必须保持清洁，防止杂质进入，因为涡轮增压器的转轴与轴套之间配合间隙很小，如果机油润滑能力下降，就会造成涡轮增压器的过早报废。

需要按时清洁空气滤清器（另外注意：

在空气滤清器或空气滤清器壳体已被拆下时，不要起动发动机），防止灰尘等杂质进入高速旋转的压气叶轮，造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。

需要经常检查涡轮增压器的密封环是否密封。

因为如果密封环没有密封住，那么废气会通过密封环进入发动机润滑系统，将机油变脏，并使曲轴箱压力迅速升高，此外发动机低速运转时机油也会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧，从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。

注意保持涡轮的清洁。

涡轮增压器转轴与轴套之间的配合间隙很小，所以如果使用的机油不干净或者由于机油滤清器不干净导致有杂质进入，那样就会造成涡轮增压器的过度磨损。

另外，如果吸入的空气中含有大量杂质，这些灰尘颗粒一旦进入高速运转的增压器叶轮，就会使灰尘颗粒撞击增压器叶轮，从而造成涡轮运转不稳、轴套和密封件磨损，因此使用涡轮的车型要特别注意及时更换机油滤清器和空气滤清器，保持涡轮的清洁

涡轮增压器要经常检查有没有异响或者不寻常的震动，润滑油管和接头有没有渗漏。

涡轮增压器转子轴承精密度很高，维修及安装时的工作环境要求很严格，因此当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修，而不是到普通的修理店。

第三章涡轮增压的常见故障及原因分析

3.1涡轮增压的常见故障

（1）增压器突然停止运转。

其原因多为增压器轴承损坏、转子组烧坏，外界物将涡轮、泵轮叶片打坏而卡死等。

（2）增压器涡轮或泵轮端“排油”。

当增压器转子轴磨损严重，转子轴密封环失去作用，或操作不当造成润滑条件恶劣致使密封环磨损、拉伤而失效时，涡轮端或泵轮端会出现“排油”故障。

涡轮端“排油”，会使排气管、消声器产生大量油污和积炭，增大排气阻力，降低增压器的转速，使发动机动力下降；泵轮端“排油”，会使发动机进气管道存有大量机油，机油消耗加大，进气阻力增大，发动机动力便下降。

（3）增压器振动剧烈且有噪声。

其主要原因是由于转子轴严重磨损，使轴承间隙加大产生振动，涡轮与泵轮损坏或沾有油泥使转子动平衡被破坏而产生噪声和振动。

若噪声明显表现出是金属摩擦，则是泵轮或涡轮叶片与壳体碰擦。

（4）增压器气喘。

因进气系统堵塞，如空气滤清器堵塞、进气道油灰沉积等原因，造成发动机增压压力下降且产生较大波动，在增压器泵轮端发出如气喘的异响，伴随发动机工作不稳，动力下降，排气管冒黑烟。

（5）增压器增压力下降。

进气管道堵塞、轴承与轴磨损、涡轮或泵轮叶片变形或损坏、与壳体摩擦等均会造成增压压力下降。

3.2故障整修

（1）外观检查观察涡轮与泵轮以外排、进气联接法兰和接头有无裂纹、漏气等现象，特别要观察增压器“排油”现象是否严重。

这点在压气机至进气管之间的橡胶管接头上最为明显。

若该接头处仅表现为轻微地渗油，仍属正常现象。

若此地漏油严重，表明增压器已不能再使用。

此外发动机停机后，用听诊器可以听到增压器转子依靠惯性转动的声音，声音若持续1min以上的时间，表明增压器性能良好。

（2）压气机泵轮部分检修拆卸压气机与进气管道的连接，观察压气机叶轮和泵壳的摩擦情况、漏油情况以及叶片的损坏情况。

若发现叶轮与泵壳有摩擦，而泵壳摩擦部位附着物较坚固，表明泵轮内有损坏；如果发现是外来物损伤了泵轮，或者泵轮轴漏油现象严重，均应对增压器进行维修。

（3）旋转组件检修若检查涡轮与泵轮没有明显损坏，用手迅速转动增压器转子，应该旋转自如，无明显的研磨噪声和阻滞现象，否则表明轴已烧损。

用千分尺检查转子轴轴向间隙以及涡轮端和泵轮端的径向间隙，其值不得超过标准范围。

分解拆装旋转组件时，必须做好压气机叶轮、转子轴及锁紧螺母的相对位置记号。

更换压气机叶轮要做动平衡试验。

安装涡轮端和泵轮端两密封环时，开口互成180o，相对中间壳进油口成90o。

压气机叶轮锁紧螺母要按规定扭矩拧紧。

（4）涡轮机涡轮部分检修从涡轮机出气口将排气管道拆除，检查涡轮叶片以及壳体摩擦情况、漏油情况和叶片损坏情况。

若发现叶片与壳体有摩擦，而壳体上的附着物坚硬而牢固，可能是涡轮内有损坏，此时必须拆卸修理。

若发现积油严重，则应观察该油是从排气系统带来的，还是从涡轮中心排出的，若积油来自轴心且较严重，表明涡轮轴的密封环失效，应对增压器拆检维修。

若积油来自排气系统，而叶轮上积油较多，就将涡轮拆卸清洗。

3.3废气涡轮增压器常见的故障及排除

3.3.1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。

3.3.2压气机喘振。

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，车运行十万公里左右，清洗进气通道。

3.3.3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。

3.3.4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。

3.3.5增压压力下降。

该故障的主要原因是进气道堵塞，并进入中冷器的进气道连接软管松脱，破裂造成。

3.3.6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。

第四章涡轮增压维修实例

故障：

发动机机油消耗高

车型：

赛威2.0T

故障现象：

客户反应说该车烧机油，拔出油尺一看已经到最底刻度线了，由于该车已经行驶了不到4000公里了，可以经行首次保养了，于是建议客户首保后行驶1000公里再到我站检查。

行驶1000公里后到我站检查发现确实少了近350毫升机油。

检查分析：

根据该车的具体结构分析，导致发动机机油消耗高的原因有5个：

①气门油封漏油。

②活塞与气缸筒密封不严。

③曲轴箱强制通风PCV阀故障。

④涡轮增压器油封漏油。

⑤发动机油底壳衬垫、油封等处泄漏。

涡轮增压器未漏油

该车行驶里程很短，基本全新，外观没有漏油现象，说明所减少的机油是进入气缸内消耗的。

经检查排气管无明显蓝烟冒出的现象，然后拆开涡轮增压中冷器的连接管，发现中冷器内壁很干净，根据以往经验，如果涡轮增压器（图1）油封漏油，在中冷器内会积存大量机油，所以该发动机的涡轮增压器油封没有损坏。

说明消耗机油的大部分在发动机内被加热而变成了积炭，进而怀疑气门油封泄漏。

经拆下4只喷油器用内窥镜观察进气门，发现1缸进气门的背面有很多积炭，由此判断是1缸进气门油封损坏。

故障排除：

由于该车行驶里程很短，不大可能存在其它损坏，我们决定只更换16只气门油封，并采用了不拆气缸盖换气门油封的方法。

于是拆下气门室罩和1－4缸火花塞，将曲轴转动到第1缸压缩行程上止点，拆下进排气凸轮轴，向第1缸内充入压缩空气，更换了第1缸进排气门油封，其它3缸依此类推。

更换了全部进排气门油封后，再将车辆交付用户并电话跟踪回访，用户反映该车在2次换机油保养之间未缺机油。

结束语

本文介绍了涡轮增压器故障，现象，探索和研究了增压器的结构原因，通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障原因、解决办法，维修方式，以及如何正确使用、维护汽车涡轮增压器，尽量避免增压器的故障发生，延长使用寿命。

对于未来，随着汽车对动力性的需求量逐渐增大，涡轮增压的使用也会越来月频繁，不仅是在货车领域，在小汽车领域的的发展也将成为主流，而正确认识和使用涡轮增压器也将是我们每个人都应该象英语与开车一样被我们所接受。

致谢

大专五年转瞬即逝，在过去的四年多学习过程中，尤其是在毕业论文写作

期间，我得到了导师刘爱志老师的悉心指导。

刘爱志老师她待人诚挚、做事严谨的态度深深地影响了我，使我受益匪浅。

我也要感谢管理学院的所有的老师以及同班同学，他们给予我的帮助和支持让我难忘，他们成为我不断进取的动力。

我还要感谢我的父母，他们对我的关怀和支持使我顺利完成了学业，他们的养育之恩、关爱之情非我能回报。

在以后的工作生涯中，这将是我的第一笔经验财富！

参考文献：

[1]李磊，罗均，李恒宇，谢少荣.涡轮增压调节执行器在线检测系统研制[J].机械设计与制造，2010，（10）.

[2]施新，马朝臣，王樵.491QE汽油机涡轮增压系统设计及模拟计算[J].车用发动机，2004，（05）.

[3]王国锋，王明杰.涡轮增压器性能试验系统的研制[J].内燃机与动力装置，2007，（05）.