涡轮增压器故障排除及维护

涡轮增压器故障排除及维护

摘要：增压器是目前各种大功率工程机械通常使用的发动机部件，涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵，是全车最精密的部件之一,它利用发动机排气作为动力，增加发动机进气量，形成更高的油气混合量，增强燃烧能量，从而最大限度的提高发动机的功率。

关键词：涡轮增压器 维护 工作原理 安装方法 Abstract: The turbocharger is commonly used a variety of high-power engineering machinery engine parts, turbocharger is a residual energy in the engine exhaust to the air pump to work, is one of the most sophisticated parts of the entire vehicle.it uses the engine exhaust as a power to increase the engine intake air, the formation of higher oil and gas mix, and enhance the combustion energy, thus maximizing engine power.

Keywords: turbocharger maintenance of the working principle of the installation

中图分类号：U464.135+.2 文献标识码：A 文章编码：

我机械分公司有一台日本小松WA400-1装载机在营口鲅鱼圈港施工时出现了主机无力、冒白烟等失常状况。经检查发现增压器漏油严重，转子轴旷量很大，最终导致主机失常。更换一台增压器后，试车不到半小时增压器又出现漏油、转子旷量较大等现象。

此故障引起了分公司技术人员的广泛重视，因为增压器是目前各种大功率工程机械通常使用的发动机部件，涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵，是全车最精密的部件之一,它利用发动机排气作为动力，增加发动机进气量，形成更高的油气混合量，增强燃烧能量，从而最大限度的提高发动机的功率。我公司各种大型吊机及工程设备均采用涡轮增压技术，因此对增压器的修理技术直接关系到分公司大型设备的正常使用。最终经过对涡轮增压器结构原理及特性的技术分析，发现了真正原因所在，解决了故障，并系统的掌握了涡轮增压器各方面知识。

在分析增压器损坏原因之前我们应先了解一下有关增压器的一些内部结构及工作原理：

一、增压器的机构组成：

右图为废气涡轮增压器的剖视图

膨胀后的发动机废气通过排气管进入涡轮壳。废气压力和来自废气中的

热能使涡轮叶轮旋转，而后者又驱动压气机叶轮。当废气通过涡轮叶轮并被排入大气中时，其压力和温度都下降。旋转的压气机叶轮通过空气滤清系统吸进环境空气，并使空气在叶轮中加速后被送入压气机壳。在压气机壳中空气被加压，并通过输送管送入发动机的进气管中。涡轮增压器的性能要与每种发动机的尺寸和功率输出相匹配。功率输出的需求决定了需要输送到发动机里去的空气压比和流量,而这些参数取决于压气机叶轮尺寸、叶轮转速和压气机壳尺寸。

涡轮增压器是由废气驱动的涡轮和径流压气机组成的，它们分别被安装在轴的两头并有各自的铸造壳体。轴本身被安装在中间壳中，用来支撑。中间壳的两侧分别同压气机壳和涡轮壳相连接，典型的涡轮增压器转速可以在100,000转/分以上。见下图：

涡轮部分是一个向心式的径流或混流装置，由铸造的涡轮叶轮、叶轮隔热罩及涡轮壳组成，进气口位于涡轮壳的外直径处。废气流进涡轮，经叶轮叶片，从涡轮壳直径的中心部位流出。

压气机部分是个离心式或径向外流式装置，由铸造的压气机叶轮、后盖板及压气机壳组成，进气口位于压气机壳直径的中心部位处。空气在压气机内向外流，经叶轮叶片，从压气机壳的外直径处流出。

涡轮增压器卸去所连接的压气机壳和涡轮壳后剩下的部分称为中间壳和转子总成（CHRA）。中间壳（又称轴承壳）以一个精心设计的轴承系统来支撑压气机和涡轮的轮轴系统。这一为高速运转而设计的轴承系统不能像曲轴的轴承那样承受重的载荷，而是必须精确的定位两只叶轮的位置，使其尽可能靠近两端壳子的轮廓型线。这种定位的关键是向中间壳油孔、轴承和轴之间的间隙注入润滑油，润滑的同时保证定位要求。注入到间隙里的润滑油对提高涡轮增压器的效率和延长使用寿命是极其重要的。

上图是润滑油流动的示意图，它说明从发动机润滑系统流出的润滑油是如何通过油孔和油槽流入两个主轴承的。润滑油流过轴承中的油孔去润滑和冷却轴承、轴承孔和轴颈。润滑油也从进油孔直接进入推力轴承，或者通过在压气机壳后盖板的油道进入推力轴承。润滑油靠重力从中间壳排出。

密封系统使中间壳同涡轮机和压气机分开。密封部件限制润滑油流进压气机和涡轮区域内，并阻止燃气和空气从这两个区域流入中间壳。密封系统由活塞环密封、石墨和O 形圈密封、甩油环以及迷宫（螺纹状的）密封组成，这些足以完成密封任务。当轴旋转和壳体内气体压力建立起来时，密封开始起作用。见下图：

各种卡环和螺栓用来防护转动部件或将它们定位。止推部件用来保证轴向位置。轴的螺母或车有螺纹的叶轮用来连接压气机叶轮和涡轮叶轮。涡轮壳和压气机壳同中间壳及转子总成靠螺栓、V 形卡箍或压板、锁紧板来连接。

二、增压器工作原理

内燃机是一种耗气机械，因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程。一旦空气燃烧比达到某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率。因此，超过空燃比极限后，增加供油量只会造成燃油消耗量过多、大气污染、废气温度升高，并使柴油机寿命缩短。上图是空燃比为9000比1典型情况。由此可见，增加空气量的能力对发动机来说是多么重要。

涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。废气驱动涡轮叶轮总成(HOT SIDE 热侧)与压气机叶轮（COLD SIDE 冷侧）相连接，如右图,当涡轮增压器转子转动时，大量的压缩空气被送到发动机的燃烧室里。由于增加了压缩空气的供给量，就可以使更多的燃油喷入到发动机里去，使发动机在整体尺寸不变的条件下而产生更多的功率

为了更好地理解涡轮增压的原理，我们必须对发动机的工作原理以及在四个冲程中气缸和进排气管内气体的压力和流量有所了解。为使有用的作用力传送到曲轴上，在作功冲程中气缸内会产生非常高的压力。在做功冲程结束时，尽管气缸里的气体已比原先膨胀了许多倍，但气缸里的压力仍然很高。当发动机运行到这一点时，排气门被打开，气体能量随高压燃气释放到排气管中，所释放的能量与发动机比功率的势能成正比。

当发动机低速或怠速运行时，极少的能量被释放到排气管中。但当发动机发出功率时，就有大量的能量以高温燃气的形式在气缸中膨胀做功并被排放到排气系统中，这时，涡轮增压器吸收其中的部分能量，用它来把尽可能多的空气送到发动机中去。随着气缸中压力的增加，有越来越多的能量来驱动涡轮增压器，从而连续不断地提高发动机的功率。在到达某一点后，涡轮增压器、排气管或发动机里的能量将阻止发动机功率的进一步增加。

三、小松WA400-1装载机涡轮增压器损坏原因分析

现在我们分析一下小松WA400-1装载机涡轮增压器损坏的原因，通过上述增压器的内部结构及工作原理的了解到影响增压器寿命的主要原因有油压、杂质、进排气量以及与主机功率的匹配情况。

我们先后检测了增压器的润滑油进排口的油压均为3.0Kg/cm2，为正常压力要求。为了保证油路畅通、清洁，用柴油清洗系统油路，方法如下：用清洁柴油加注到指定位置，然后踩住灭车油门，用手连续接通点火开关，在不着车的情况下利用马达带动发动机转动，从而使柴油在系统油路中循环达到清洁的目的。

增压器的选配一定要考虑功率因素，增压器的功率适应性与发动机的功率不匹配将直接造成增压器损坏，我们在故障诊断时也着重考虑了这个因素，但由于该增压器是国内专门为小松系列配套的，所以功率上基本不存在不匹配的情况。最后只能在进排气量平衡上查找原因，进排量的平衡直接影响这转子轴的动态平衡，稍有不畅就会导致转子轴失衡，轻者影响浮动环的密封性能，致使漏油

发生,严重的会引起转子轴折断，在鲅港的小松装载机更换的第二个增压器就出现了断轴现象，导致叶轮扫镗。金属磨粒进入润滑油路和气门室，好在发现及时灭车，才避免一次重大事故的发生。

我们清洁了气路：首先更换新的空气滤清器，确保进气清洁。另外，小松WA400-1装载机有一套给进气加温的装置，它靠冷却水的温度给从滤请器经增压器进入燃烧室的空气加温。由于这套装置容易被忽视，所以经常不清洁，它的结构与普通风冷散热器结构相同。拆下后发现叶片基本已经完全堵死，我们就认为这是增压器损坏的主要原因所在,清洗后组装完毕后试车，效果良好，但在干了一天活之后增压器又出现轻微漏油，预示着故障尚未排除。这下大家全疑惑不解了，究竟还有什么地方没有检查到，出现了疏忽？最后经过进一步的分析，我们仍把目标锁定在进排气平衡上。经过对气门室盖的检查，发现下排气管有一道滤网堵死了。每台发动机都有下排气装置，因为发动机内部遍布着运动部件，这些部件的运动必然会引起发动机内部空间的变化，再加上部件的磨擦、燃烧室内废气的泄漏和温度变化等的影响，就会在发动机内部尤其是配气机构处产生废气，这部分废气是有压力的，必须通过下排气部位向外排出。该处一旦堵塞，将导致本应下排的废气不能排出，排气阻力增大,增压器进排气比例平衡失调,致使增压器在不平衡压力的作用下,加速磨损,最终损坏。对下排气管道滤网进行清洁后，装上增压器试车，故障解决。

通过以上分析，影响增压器使用寿命的客观因素有很多，有些是我们能注意到，有些是我们容易忽略的。虽然增压器只是发动机上一个部件，但它的故障直接影响整车的正常使用，应该引起我们今后在使用和保养中的充分注意。

四、几大应注意的问题：造成涡轮增压器事故的原因有很多，其中主要原因是润滑问题，例如润滑油供油滞后、节流或缺油和在润滑油里有杂质等；占第二位的原因是外来物体进入压气机叶轮或涡轮叶轮。要有良好的维护保养习惯，特别是对空气滤请器、润滑油品质和润滑油滤请器等的维护保养；第三是要注意进气平衡问题，因为涡轮增压器工作转速很高，在不平衡压力的作用下，其内部定位会失效，造成异常磨损。所以良好的维护保养是非常重要的，恰当的操作和预防性的维护保养，可以保增涡轮增压器的使用寿命和良好性能下面我将增压器的正常使用保养和安装调试简单作以介绍：

（一）增压器的正常使用和保养：

1.在发动机润滑油压力建立以前，必须使发动机保持在怠速状态。发动机在启动之后立即加速，会时涡轮增压器在其轴承还来不及得到充分润滑的情况下就以最大转速工作。涡轮增压器在润滑不充分的情况下工作会损坏它的轴承。重复地这样做会导致增压器过早地损坏。

2.在发动机停车之前，要使它的温度和转速逐步地从最大值降下来。涡轮增压器的工作转速和连续工作温度都比其它部件要高很多。当发动机在最大输出功率或最大扭矩状态下工作时，涡轮增压器的转速和温度也达到最大值（见上图）,它的散落热主要是靠机油循环和外界空气的流动来完成的，当发动机在这

一工作点突然停车时，机油循环突然停止，会使涡轮增压器温度不能及时散出，其内部浮动油封和轴承长时间处于高温状态，导致损坏。这时需要发动机中速怠速或在轻负荷工况下工作一段时间，同时仍要保持发动机的润滑油压力和流过冷却系统的空气量不变。遵循这些准则可以防止涡轮增压器长期在缺乏润滑油的情况下运转，并可以防止形成如上图所示的积碳现象，这是在热回吸的作用下使轴承或中间壳里的残留润滑油炭化而形成的。

3.预先润滑涡轮增压器。在更换滑油或做任何维修（包括放出润滑油）之后，涡轮增压器需要进行预先润滑。在发动机启动前要将曲轴盘动几次。启动发动机后，在进入高速运转前，让它怠速一段时间，以建立起整个润滑油循环和压力，因为发动机刚启动时其整个系统的油压的建立是需要一定时间的，这个时间不是很稳定，基本是在10秒左右，增压器一般置于发动机的最顶端，如果启动后即高速运转，则增压器在10,0000rpm的转速下，出现润滑不良，瞬间损坏。

4.低温时启动发动机必须谨慎。当环境温度过低或车辆长时间不用时，会影响发动机建立正常的润滑油压力和流量。在这种情况下，发动机启动后必须怠速几分钟才能进入高速工作状态。

5.要避免发动机长时间的怠速。当涡轮和压气机中气体压力过低和涡轮增压器轴的转速过低时，润滑油会通过密封健渗漏到涡轮和压气机中，这部分油液在高温时就会形成积炭，导致增压器的损坏。

6.在发动机的维修或保养过程中，一定要关注对于进排气系统的检查和清洁，这就相当于人的呼吸系统，否则就会出现“窒息”。

（二）增压器的正确安装方法：

更换增压器之前应彻底清洁气路及油路，保证通畅无阻。

安装增压器时禁止在来油口及回油口处涂抹密封胶，防止其温度过高时进入油路，造成阻塞。

新装增压器应在油道内夹注清洁润滑油，从而确保转子轴在油压建立之前得到有效的润滑。

装完增压器后第一次着车，应踩住灭车踏板，接通点火开关几次，使马达带动发电机转动几圈，使之充分润滑。