一汽奥迪A6 18T轿车用废气涡轮增压器原理及检修Word文档格式.docx

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Keywords:

Wastegasturbinesupercharger;

principle;

maintenance

3.4.4注意事项……………………………………………...............................17

3.4.5常见故障诊断及排除...............................................................................17

结论…………………………………………………………………………………..21

致谢…………………………………………………………………………………..22

参考文献……………………………………………………………………………..23

1绪论

现代汽车为了提高发动机输出功率，降低污染排放，采用了废气涡轮增压器。

涡轮增压的英文名字为Turbo，废气涡轮增压器是废气涡轮增压系统的主要部件之一。

废气涡轮增压是利用发动机排出的高温高压废气的热能和动能，加大循环进气量，达到提高发动机输出功率的目的。

废气涡轮增压器由涡轮机和压气机等部分组成。

涡轮机进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上；

压气机进气口与空气滤清器相连，排气口则接在进气歧管上。

从发动机排气歧管排出的是高温高压的废气，具有一定的能量。

在自然吸气发动机中，这部分能量往往随着废气的排放而白白浪费。

而废气涡轮增压器的动力来源主要就是这些废气。

涡轮机叶轮与压气机叶轮通过增压器轴刚性连接，这部分称作增压器转子。

增压器转子通过浮动轴承（转子高速旋转时可保证摩擦阻力矩较小）固定在增压器中。

发动机工作时，排出的废气以一定角度高速冲击涡轮机叶轮，使增压器转子高速旋转（最高可达20104转/分钟）。

压气机叶轮的高速旋转使得发动机进气歧管内的气压升高，达到增压效果。

如此，在进气过程中，空气会受到较大的压力，从而使更多的、密度更大的空气进入汽缸。

这样，燃油就可以更加充分的燃烧，发动机的性能便更上一层楼。

图1-1废气涡轮增压器

2奥迪A61.8T轿车废气涡轮增压器的基本结构及工作原理

废气涡轮增压系统的主要部件有涡轮增压器、增压压力电磁阀、膜片式放气控制阀和冷却器组成。

涡轮增压器内有动力涡轮和增压涡轮，它们安装在同一根轴上，如图2-1所示。

废气涡轮增压是利用发动机排出的高温高压废气的热能和动能，驱使涡轮增压器中的动力涡轮作高速运转，带动同轴的增压涡轮一起转动。

增压涡轮转动时，对从空气滤清器进入的新鲜空气进行压缩并将之送入气缸。

由此，可以吸入大量的空气，显著提高进气效率，达到提高发动机输出功率的目的。

图2-1废气涡轮增压器的基本结构

为了保证发动机在不同转速及工况下都得到最佳增压值，防止发动机爆燃和限制热负荷，对涡轮增压系统增压压力必须进行控制。

目前，设置废气旁通阀旁通放气是调节增压压力最简单、成本最低而又十分有效的方法。

设置废气旁通阀旁通放气，即调节进入动力涡轮室的废气量从而对增压压力进行控制。

如图2-2所示，当需要增加进气压力时，排气歧管排出的废气进入涡轮增压器，经动力涡轮排出；

随着节气门开度增加和发动机转速的升高，动力涡轮的转速就会加快，与动力涡轮同轴的增压涡轮的转速也同样加快，致使进气增压压力增大。

如果废气旁通阀阀门打开，通过动力涡轮的废气数量和气压就会减小，动力涡轮转速降低，增压涡轮的进气增压压力就会减小。

由此可见，通过控制废气旁通阀阀门，改变废气通路走向，使废气进入动力涡轮室或者旁路排出，就可以实现增压压力的控制。

图2-2废气涡轮增压系统

通常，废气旁通阀由膜片式放气控制阀控制，废气旁通阀的工作原理如图2-3所示。

膜片式放气控制阀中的膜片将控制阀分为左、右两个室，左室为空气室经连通管与压气机出口相连，右室为膜片弹簧室，膜片弹簧作用在膜片上，膜片通过连动杆与废气旁通阀连接。

当压气机出口压力，也就是增压压力低于限定值时，膜片在膜片弹簧的作用下右移，并带动连动杆将废气旁通阀关闭（图2-3a）；

当增压压力超过限定值时，增压压力克服膜片弹簧的弹力，推动膜片左移，并带动连动杆将废气旁通阀打开（图2-3b），使部分废气不经过涡轮机直接排放到大气中，从而达到控制增压压力及涡轮机转速的目的。

图2-3废气旁通阀的工作原理

a）废气旁通阀关闭b）废气旁通阀开启

在有些发动机上，废气旁通阀的开闭由电控单元ECU通过增压电磁阀进行控制，如图2-4所示。

电控单元根据发动机的工况，由预存的增压压力脉谱图确定目标增压压力，并与增压压力传感器检测到的实际增压压力进行比较，然后根据其差值来改变控制电磁阀开闭的脉冲信号占空比，以此改变电磁阀的开启时间，改变膜片式放气控制阀上的压力，进而改变废气旁通阀的开度，控制废气旁通量，借以精确的调节增压压力。

当实际进气增压压力低于目标值时，废气旁通阀关闭；

当进气增压压力高于目标值时，废气旁通阀打开。

由此可见，废气涡轮增压压力电子控制是一种闭环控制，控制对象是增压压力。

图2-4带有电控废气旁通阀的涡轮增压系统

1-进气旁通阀　2-节气门　3-增压压力传感器　4-增压压力控制电磁阀　5-ECU

6-膜片式放气控制阀　7-废气旁通阀　8-催化转化器　9-动力涡轮　10-增压涡轮

11-空气流量传感器　12-空气滤清器　13-进气管　14-排气管

3奥迪A61.8T轿车废气涡轮增压器的检修

下面以一汽奥迪A61.8T轿车带废气涡轮增压器的增压进气系统为例，说明电控汽油机废气涡轮增压进气系统的检修方法。

增压进气系统的总体构成如图3-1所示。

3.1零部件介绍

涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。

它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，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。

当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，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发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

参加竞赛的跑车一般在发动机上装有涡轮增压器，以使汽车迸发出更大的功率。

发动机是靠燃料在气缸内燃烧来产生功率的，输入的燃料量受到吸入气缸内空气量的限制，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，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量，提高燃烧做功能力。

在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯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。

涡轮增压器的最大优点是能在不加大发动机排量就能较大幅度地提高发动机的功率及扭矩，一般而言，加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20％～30％。

涡轮增压器的缺点是滞后，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，使发动机延迟增加或减少输出功率，这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。

首先说说涡轮增压器的大概结构原理，废气涡轮增压器主要由泵轮和涡轮组成，当然还有其他一些控制元件。

泵轮和涡轮由一根轴相连，也就是转子，发动机排出的废气驱动泵轮，泵轮带动涡轮旋转，涡轮转动后给进气系统增压。

增压器安装在发动机的排气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增压器在工作时转子的转速非常高，可达到每分钟十几万转，如此高的转速和温度使得常见的机械滚针或滚珠轴承无法为转子工作，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，由机油来进行润滑，还有冷却液为增压器进行冷却。

以前，涡轮增压器大都用在柴油发动机上，现在一些汽油发动机也采用涡轮增压器。

因为汽油和柴油的燃烧方式不一样，因此发动机采用涡轮增压器的形式也有所区别。

汽油发动机不同于柴油发动机，它进入气缸的不是空气，而是汽油与空气的混合气，压力过大容易爆燃。

因此，安装涡轮增压器必须要避免爆燃，这里涉及两个相关问题，一个是高温控制，另一个是点火时间控制。

强制性增压后，汽油机压缩和燃烧时的温度和压力都会增加，爆燃倾向增加。

另外，汽油机排气温度比柴油机高，而且不宜采用增大气门重叠角（进、排气门同时开启的时间）方式来加强排气的降温，降低压缩比又会造成燃烧不充分。

还有，汽油机的转速比柴油机高，空气流量变化大，很容易造成涡轮增压器反应滞后。

针对汽油机使用涡轮增压器出现的一系列问题，工程师有针对性地一一做了改进，使汽油机也能用上废气涡轮增压器。

（1）中冷器

温度增高，这样不仅影响充气效率，还容易产生爆燃。

因此要装置降低进气温度的设备，这就是中间冷却器。

它安装在涡轮增压器增压涡轮出口与进气歧管之间，对进入气缸的空气进行冷却。

中间冷却器就象散热器，用风冷却或者水冷却，空气的热量通过冷却而逸散到大气中去。

据测试，性能良好的中间冷却器不但可以使发动机压缩比能保持一定值而不会产生爆燃，同时降低温度也可提高进气压力，进一步提高发动机的有效功率。

（2）叶轮

由于汽油发动机转速范围宽，空气流量变化大，因此涡轮增压器的压缩叶轮外形是复杂的三元曲面超薄壁叶轮片，一般有12～30片叶，呈放射线状曲线排列，叶片厚度在0.5毫米以下，采用铝材用特殊铸造法制作。

叶片形状的优劣直接影响到到涡轮增压发动机的性能。

叶轮形状角度越合理，质量越轻，叶轮的启动就越灵敏，涡轮增压器的天生缺陷“反应滞后”也就越小。

（3）爆燃传感器

除了降低温度来减少爆燃的可能外，还要采用爆燃传感器，它的作用就是在产生爆燃之时，传感器感到不正常的振动会立即将信息反馈至发动机ECU（电子控制单元）控制系统，将点火正时稍推迟一点，不产生爆燃的时候再恢复正常点火正时。

由于轿车汽油机的转速比柴油机高，空气流速快而且变化范围大，因此它的涡轮增压器有更高的要求。

现代轿车发动机已普遍采用电子喷射系统，在电子控制技术及新材料的配合下，涡轮增压器在汽油机上的应用也会日益普遍。

轿车用的废气涡轮增压器都采用单入口涡轮外壳，也就是说只利用废气排气的压力能量，不需使用其它的辅助能量。

由于轿车发动机的转速范围大，因此废气涡轮增压器必须要有调节装置，以使发动机能在一定转速范围内获得比较恒定的增压压力。

另外，汽油机是点燃式点火，它的压缩比是有一定范围限制的，过高就会引发爆燃。

因此，还要有爆燃检测及控制机构，随时调整点火提前角。

轿车的废气涡轮增压器一般安装在排气管附近，涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接，同步旋转。

目前的涡轮增压器的调节装置大都在排气侧进行调节，当不需要增压时，例如怠速或者有爆燃先兆时，一部分排气会通过旁通阀泄出而不进入涡轮增压器。

当发动机转速每分钟达到1800转时，电磁阀就会关闭旁通阀让排气流指向涡轮一侧，使涡轮转动。

另外还有一种设计，就是调节涡轮叶片的角度，通过阻力的改变来调节涡轮的转速，从而改变增压量。

对空气进行冷却可以使空气收缩增大密度，在同等容积下塞进更多空气，还可以防止爆燃。

因此轿车的涡轮增压器都安装有中间冷却器，这种中间冷却器一般用空气冷却，安装在发动机散热器前面、旁边或者单独一个位置，利用汽车迎面气流或者自身风扇冷却。

涡轮增压器的关键零件是轴承。

这种根据润滑形式命名的轴承被称为“全浮式轴承”，工作转速极高，工作环境恶劣。

因此，保证润滑是非常重要的事情。

如果因油压低导致机油供给缓慢，就会损坏轴承从而导致涡轮增压器失效。

在正常的发动机启动是不会发生此类故障的，但如果发动机更换机油和机油滤清器后第一次启动，就会产生机油供给缓慢现象，使轴承缺乏机油润滑。

在这种情况下，启动后要怠速运转3分钟左右，不可直接将转速提升到涡轮增压器启动转速。

同样，在高速及上坡后也不要使发动机立即停止，要使发动机继续怠速运行1分钟左右，使仍继续空转的涡轮增压器轴承不会缺油。

因此，使用带涡轮增压器的汽车的司机，一定要遵循厂家的指示操作，还要十分注意机油的质量，不宜将带涡轮增压器的汽车视同一般汽车进行操作。

所以针对这种结构原理，在使用这种发动机时应注意一些问题：

①发动机启动后应怠速运转一会儿，使润滑油达到一定的工作温度和压力，以免突然增加负荷时因轴承无油而加速磨损，甚至卡死。

②车辆停车时由于增压器转子转动具有一定惯性，所以发动机不要立即熄火，应怠速运转一段时间，以使增压器转子的温度和转速逐渐下降。

立即熄火会使机油丧失压力，转子靠惯性转动时得不到润滑而损坏。

③经常检查机油油量，避免因缺少机油而导致轴承失效及转动件卡死。

④定期更换机油及机滤，因全浮动轴承对润滑油的要求很高，应使用厂家规定牌号的机油。

⑤定期清洗更换空气滤芯，空滤过脏会造成进气阻力增加，使发动机功率下降。

⑥经常检查进气系统的密闭性，漏气会使灰尘吸入增压器及发动机，损坏增压器和发动机。

⑦由于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，所以增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修。

在最近30年时间里，涡轮增压器已经普及到许多类型的汽车上，它弥补了一些自然吸气式发动机的先天不足，使发动机在不改变排气量的情况下可以提高输出功率10%以上。

因此许多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率，藉以实现轿车的高性能化。

3.2基本检查

检查废气涡轮增压器的涡轮壳，应无因过热、咬合、变形或其他损伤而产生的裂纹，否则应更换废气涡轮增压器。

检查涡轮油孔，应无淤积和堵塞。

检查废气涡轮增压装置的进油管和回油管，应无堵塞、压瘪、变形或其他损坏。

检查废气涡轮增压器，应不漏机油。

检查安装在活性炭罐和废气涡轮增压器前部进气软管之间的活性炭罐单向阀、制动助力器和进气歧管之间的单向阀，应安装正确，上面的箭头应指向导通方向。

检查所有的管路，应连接牢固，无泄漏、老化等。

图3-1奥迪A61.8T带废气涡轮增压器的增压进气系统

1-活性炭罐（N80）　2-活性炭罐电磁阀　3-活性炭罐单向阀　4-空气滤清器

5-涡轮增压器　6-燃油压力调节器　7-接制动助力器的管口　8、10、13-单向阀

9-抽气泵　11-真空罐　12-曲轴箱通风装置　14-增压空气冷却器

15-节气门控制单元（J338）　16-增压器空气再循环阀（N249）

17-进气歧管　18-增压压力调节单元　19-增压压力限制电磁阀（N75）

20-机械式空气再循环阀　21-曲轴箱通风压力调节阀

3.3增压压力的检测

用故障阅读仪VAS5051（或VAG1551）和涡轮增压器检测仪VAG1397A进行增压压力的检测，VAG1397A上显示的值应为1.600～1.700bar（160～170kPa），VAS5051或VAG1551上显示组115的显示区4上显示的数据为1.600～1.700mbar。

如果增压压力低于规定值，则应按下列步骤进行检查：

①检查接涡轮增压器内增压压力限制阀的管路是否损坏。

②检查增压压力限制电磁阀是否损坏。

③检查涡轮增压器内增压压力调节阀是否卡在打开位置。

④检查涡轮增压器与进气歧管之间是否漏气。

⑤检查机械式空气再循环阀是否损坏，检查涡轮增压器空气再循环阀是否损坏。

⑥检查涡轮增压器是否损坏。

如果增压压力高于规定值，则应按下列步骤进行检查：

①检查增压压力调节阀是否损坏。

②检查增压压力控制单元软管是否漏气。

③检查涡轮增压器内的增压压力调节阀是否卡在关闭位置。

3.4保养与维护

使用废气涡轮增压器如图3-3-1所示可以在柴油机结构不变的情况下提高功率、降低燃油消耗率、缩小柴油机的外形尺寸，是现代柴油机提高动力性和经济性的重要手段。

涡轮增压器是利用柴油机排出的废气能量驱动涡轮高速旋转，带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转，从而使空气压缩后才进柴油机气缸，增加了柴油机的进气量，可供更多的燃油完全燃烧，进一步提高柴油机的功率。

同时，因燃烧条件的改善，还可减少废气中有害物质的排放，降低噪声。

涡轮增压器工作过程中经常出现漏油现象。

漏油原因及预防措施介绍如下。

3.4.1泄油原因

目前各种柴油机应用的涡轮增压器普遍采用全浮动轴承结构。

即增压器的轴承、转子和壳体相互之间有一定的间隙。

当转子高速旋转时，具有250～400MPa压力的润滑机油便充满这些间隙，使浮动轴承在内外两层油膜的包裹下随转子轴同向旋转，但它的转速却远远低于转子轴的转速。

由于要形成双层油膜，因而很容易造成增压器的漏油现象，加速了轴承、转子、壳体间的磨损，从而导致增压器损坏和柴油机性能降低。

涡轮增压器的泄漏主要包括进气系统、排气系统和润滑系统的泄漏。

尤其常发生在压气机端，因为压气机密封装置靠叶轮边是低压区，极易发生漏油现象。

造成增压器漏油的原因主要有以下几种情况：

（1）密封装置失效

密封装置失效，特别是压气机端O形密封圈失去应有的封油作用，直接导致向压气机壳内泄漏润滑机油，此时，增压器将因缺少机油润滑而损坏，同时，机油泄漏到涡壳内形成积炭，影响转于的正常运转。

（2）空滤积尘阻塞

空气滤清器滤芯清理不及时，造成灰尘积攒过多而形成阻塞，导致压气机进气负压太高，在压气机叶轮背处出现负压高而形成压迫性漏油。

（3）回油管路不畅

如果主油道的机油压力较低，回油管堵塞或管路过细，都会造成回油困难，高压将导致润滑油沿着转轴向两端流动，最终造成漏油。

另外，活塞环断裂或磨损造成燃气下窜至曲轴箱，曲轴箱通风管阻塞也会使油底壳的压力增高，造成增压器因回油不畅而漏油。

（4）进口压力过高

一般涡轮增压器润滑油的进口压力正常为250～400kPa，当进口油压高于600kPa时，高压将会使润滑油自密封装置处向涡轮端泄漏。

（5）密封环磨损失效

由于进入涡轮增压器的润滑油和空气难以保证绝对的清洁，以及涡轮转轴径向间隙过大，都会引起密封环与环槽严重磨损，失去密封作用。

另外，失效的润滑机油会使密封环逐步失去封气、封油作用而导致漏油。

（6）安装不当或损坏

在增压器压气机端和涡轮端的槽中安有2个密封环，装配时若未能使相邻的两环开口相互错开180°

，也容易造成增压器漏油。

增压器密封环靠弹力固定在外壳上，弹力减小时，增压器传动轴将会来回窜动，改变了密封环与传动轴上的环槽的侧向间隙，使环端面磨损，从而导致增压器漏油。

（7）怠速运转过长

柴油机怠速时，润滑机油的压力偏低，造成旋转件的油膜润滑条件较差，容易出现机件的过度磨损；

同时，涡轮机叶轮和压气机叶轮的轮背处易产生负压，导致润滑油泄漏。

3.4.2合理维护

（1）按照规定加注润滑机油

增压器使用的润滑机油必须具有防高温、防腐蚀和抗氧化的能力，通常都选择CD级润滑机油。

（2）根据环境温度确定合适黏度

对于工作条件苛刻，易在润滑油中形成积炭、油泥和胶膜的柴油机应适当提高润滑油的级别。

对于超高温或超低温的工作环境，都应匹配合适级别的润滑机油，而不能选用普通黏度的机油。

（3）按照规定及时更换润滑油

脏油将加速密封环的磨损，造成密封失效而漏油。

因此，必须及时、保质地更换润滑油。

（4）确保进气清洁

应严格按照规定按时清洁空气滤清器，并按规定的时间或里程更换滤芯，同时，应经常检查进气系统和排气系统的密封性。

（5）日常保养方法

冷车起步时，温柔驾驶。

由于涡轮增压器是靠机油来冷却的，冷车启动时机油流动性不佳，这时涡轮增压器如果高速运转，磨损会很大。

所以先怠速运转两三分钟，等机油可以充分起到润滑作用时再让发动机高转速运转，从而延长涡轮增压器寿命，这点在冬天显得尤为重要。

车辆高速运转后，切勿熄火空挡滑行。

突然熄火，机油润滑会中断，而涡轮增压器因为自身惯性仍然在以几万转的高速转动着，增压器内部的热量也无法被机油带走，从而使滞留在涡轮增压器内部的机油结焦，造成涡轮增压器“咬死”。

因此，发动机熄火前应怠速运转3分钟左右，以使涡轮增压器转子转速下降。

但带涡轮增压器发动机也不可长时间怠速运转，否则增压器也会因机油压力过低而导致润滑不良，一般怠速时间不应超过10分钟。

3.4.3规范操作

（1）启动前，应查看增压器壳体的固定螺钉、支架螺栓是否紧固，进、回油管有无断裂和脱落，同时检查柴油机的油底壳是否缺油等，如有异常情况，应及时解决。

（2）启动时，应先空打启动机2～3次以转动柴油机，每次10s左右，以使润滑油充分进入增压器内，然后再启动柴油机。

启动后，应先怠速空转5min左右，待柴油机油温、水温正常且增压器无漏油、漏气后才可加负荷。

（3）长时间低负荷运转时，增压器的增压比很低，压气机叶轮背面轴封处会出现低压或真空状态，会使润滑油从压气机端流出。

发现增压器进油压力低于正常范围（200～400kPa）时，应停车检查原因并排除。

（4）停车时，应逐渐减小负荷直至怠速状态，然后低速空转5min左右，等增压器的温度逐渐降低后再熄火，否则极易烧坏增压器。

3.4.4注意事项

（1）安装增压器时，应将润滑油进口朝上，出油口垂直向下。

不可将增压器轴向倾斜安装，否则会导致中间壳体回油面升高超过密封处而漏油。

更换增压器轴承时不能新旧混装，并应保证增压器的进油管、回油管的内径与中间壳进、出油口的内径相同；

拆卸增压器时，应在各转动件上做好记号，确保装配时对正，保持动平衡。

每次保养增压器时，应更换压气机端的O形密封圈，损坏的涡轮、叶轮以及破损的排气放气阀膜片和失效的放气阀弹簧。

装配时务必达到规定的间隙，转子轴的轴向间隙一般为0.1～0.3mm，径向间隙为0.08～0.20mm。

（2）涡轮增压器轴向径向间隙值的检查测量，涡轮增压器每运转1500h或车辆每运行5万km须检查涡轮增压器的轴向径向间隙值,且须在下表规定的范围内：

间隙名称