涡轮增压器的故障诊断

涡轮增压器的故障诊断（精选8篇）

涡轮增压器的故障诊断 第1篇

涡轮增压器是利用发动机的废气能量使涡轮机叶轮转动, 涡轮机叶轮驱动压气机叶轮, 压气机叶轮将空气压缩后向发动机提供燃烧用的压缩空气。这些高温、高压空气可以与发动机喷嘴喷入更多的燃油与之按比例混合, 从而提高了发动机的输出功率。工作原理见图1。

涡轮机、压气机的叶轮和轴均由轴承座中的两个轴承支撑, 轴承座内的润滑油道把经过过滤后的清洁机油导入轴承。这部分机油在润滑和冷却后, 经回油管从轴承座流回发动机油底壳。

在车辆使用中, 应注意防止回油管阻塞, 因为受阻会使涡轮增压器轴承负荷增加, 造成机油从油封处泄漏。必须使用优质机油, 并按规定保养里程定期更换机油和机油滤清器。

涡轮增压器不能随意改动, 尤其是废气旁通阀部件, 随便改动会导致进气和排气歧管压力不正确, 从而引起气缸压力和热负荷升高, 降低耐久性。

ISLe发动机使用废气旁通阀式增压器, 它的优点是既可以快速升压, 又可以保证发动机在较高的转速下运转时, 涡轮机不会超速。

废气旁通阀由一个执行器控制工作, 这个执行器可以感受到压气机的压力, 并使这个压力与一个预设弹簧负载平衡。废气旁通阀安装在涡轮机进口通道中, 当阀门打开时, 废气旁通阀通过分流涡轮机叶轮周围的一部分废气, 从而控制轴的转速和增加压力。

2 故障诊断

2.1 涡轮增压器零件失效

涡轮增压器零件失效会降低涡轮增压器的增压效率, 使排气增多、输出功率降低。例如轴承磨损或烧蚀故障会产生摩擦, 使转子总成转速减慢。同时, 轴承损坏后还会使涡轮增压器转子总成的叶片摩擦机壳, 从而导致转子总成的转速降低。

涡轮增压器废气旁通阀故障或该阀门标定不正确, 均会导致增压压力过高或过低。特别是增压压力过低会引起排烟过多和功率降低;增压压力过高又会造成机油泄漏, 甚至损坏发动机。

2.2 机油消耗与泄漏故障

发动机主油道压力机油用来润滑轴承, 并冷却涡轮增压器。机油在发动机工作压力下通过供油管供给涡轮增压器轴承进行润滑和冷却, 之后经过增压器底部回油管流回油底壳。涡轮增压器转子总成的每一端都有密封油封, 用于阻止废气和压缩空气进入涡轮增压器壳中。

如果曲轴箱的压力过大使机油无法从涡轮增压器回油, 就会增加转子总成轴承的负荷, 使机油从压气机密封处泄漏, 进入发动机。对于带催化转化器的发动机发生涡轮机密封处泄漏, 机油进入排气系统, 在维修时应检查排气阻力。

机油回油管阻塞或损坏, 将会引起涡轮增压器壳体压力增加, 导致机油从密封圈处溢出。如果发生上述泄漏, 应清洗空—空中冷器、清洗掉进气系统中的机油。

2.3 涡轮增压器增压压力下降, 发动机动力不足

涡轮增压器增压压力下降、增压比降低, 说明进入气缸的充气量减少, 导致柴油机动力下降, 燃油消耗量和排气温度将会提高。

造成涡轮增压器增压压力下降, 增压比降低的原因是:

(1) 空气滤清器滤芯脏、灰尘多而造成堵塞, 使进气阻力增大, 增压压力下降。

(2) 压气机内部气道粘附有油垢、中冷器内部气道也粘附有油垢, 使气流流通时阻力增加, 压气机压力下降、效率降低。

(3) 压气机轴密封圈损坏, 气流泄漏, 压力下降。

(4) 涡轮转子部件因柴油机燃烧不良、严重积碳以及浮动轴承损坏等原因使涡轮旋转阻力增大, 涡轮转速下降, 导致增压压力下降。

(5) 排气管消声器堵塞, 排气不畅, 使涡轮排气背压过高, 也会导致增压压力降低。

(6) 柴油机气缸套、活塞、活塞环、气阀和气阀座圈等零部件磨损严重, 增压空气进入气缸后泄漏量增大, 使增压压力及压气机效率降低。

根据上述分析得出的故障原因, 应有针对性地清理堵塞的滤芯或进行更换;清理气道内的油污垢, 使气流畅通;更换密封圈;清除转子轴粘附的积碳, 更换浮动轴承;疏通排气管道, 使之通畅;视情更换配合副, 如气缸套、活塞、活塞环和气阀等;附着的油污需彻底清理, 以减小空气流通阻力, 提高增压压力。

2.4 涡轮增压器噪声

涡轮增压器运转时发出的嗡嗡声是正常的, 这种噪声强度随发动机的转速和负荷变化而变化。产生噪声的根源是由于转子总成高速运转 (转速达70 000~100 000 r/min) 和制造时用于平衡转子总成的方式引起的。所以发动机在高速运转时, 噪声最大。

发动机转速较低时发出声调较低的咔嗒声, 说明系统中有碎屑或转子总成碰撞壳体。在检查时, 应拆下涡轮增压器进气管, 检查有无异物, 检查涡轮增压器叶片是否损坏以及轴承间隙的大小。

2.5 涡轮增压器使用中的注意事项

为避免涡轮增压器出故障, 在使用中应注意的事项是:

(1) 发动机启动后, 特别是在寒冷的冬天, 应怠速运转5 min以上, 等待机油压力达到0.25 MPa以上, 才可起步上路, 同时冷却液温度应高于75℃、油温高于50℃。否则, 容易使增压器浮动轴承、密封环因缺油而损坏。通过起动预热运转发动机, 仔细检查涡轮增压器运转是否正常。

(2) 发动机熄火前, 应使发动机怠速运转5 min以上, 直到增压器转速降低之后再熄火。严格禁止在熄火前猛踩加速踏板后熄火, 因为这样机油会停止循环, 而增压器转子由于惯性仍在高速旋转, 此时的转子轴与轴承处于半干摩擦状态下运转, 使轴承、密封环发生早期损坏。

(3) 长期停驶的增压柴油机, 在启动前应对增压器进行润滑, 可将增压器进油口凸缘拆下, 从进油口处倒入适量机油并用手转动叶轮旋转, 防止缺油。

(4) 润滑油管路应在柴油机运行1500 h时清洗检查1次, 以保持管路畅通。

(5) 增压器的进、出胶管和卡箍应无破损、松动, 连接牢固有效。

摘要：涡轮增压器是高压共轨电控柴油机进气系统的主要工作部件, 空气经过空气滤清器吸入涡轮增压器的压气机侧, 然后通过中冷器管进入中冷器, 经过进气电加热器和进气歧管、进气门通道后被吸入气缸。介绍了柴油机涡轮增压器的工作原理及其常见故障的维修, 仅供维修人员参考。

涡轮增压器的故障诊断 第2篇

(上海海事大学 商船学院，上海 201306)

0 引言

据统计，废气涡轮增压系统运行中发生故障的概率排在船舶柴油机系统故障的首位.［1］因此，对增压器故障的预测和诊断一直是设备诊断技术中重要的研究课题.运用支持向量机(Support Vector Machine，SVM)识别增压器故障、分析故障原因、实现故障预测、防止事故发生，可以提高设备的可靠性和使用效率、增长修理间隔期、降低费用，并可确保船舶主机正常运行及轮机管理人员的安全.

利用SVM进行机械设备故障诊断在国内外已经有很多研究，但仍然处于起步阶段，特别是在船舶柴油机故障诊断领域.目前，对船舶柴油机状态监控与故障诊断的主要技术手段［2］有机械性能监控、智能模拟监控、无损探伤等.其中，利用机械性能监控又包括滑油和振动监控.振动监控主要是通过机载振动监控系统跟踪转速频率，来监视传动轴系统的对中及平衡，如对废气涡轮进行动平衡试验.该方法具有简单实用、设备安装维护方便、直观性强、可靠性高等优点，已被广泛采用.

基于SVM的船舶柴油机废气涡轮增压器故障诊断，通过振动信号分析的方法对增压器状态进行监测，并选取适当的特征量输入计算机进行自动识别，以提取设备有关状态的有用信息(即信号预处理)，再将预处理好的特征向量输入训练好的分类器中进行测试，利用测试结果实现增压器故障的智能诊断.

1 SVM

SVM由VAPNIK等于1995年提出，是一种分类效果比较好的方法.该方法是建立在统计学习理论的VC维和结构风险最小化原理基础上的机器学习方法.［3］在学习样本数较少的情况下，SVM可以自动寻找出那些对分类有较好区分能力的支持向量，由此构造出的分类器可以最大化类与类的间隔，比传统BP神经网络分类方法具有更强的适应性、更好的分类能力和更高的分类准确率.

SVM 的核心思想［4，5］是选择适当函数参数，在有限样本和学习能力之间寻求最佳折中，使学习机的实际风险达到最小.其基本原理是寻求一个最优分类面，不仅使两类之间间隔最大，而且使训练样本的分类误差尽可能小.对于线性不可分的情况，通过非线性变换，将训练样本从低维的输入空间映射到高维特征空间，并在新的高维空间中构造SVM线性分类面.引入映射X→φ(X)，并定义核函数:

则此时目标寻优函数

而相应的分类函数

这就是SVM.

SVM在寻求最优分类超平面的过程中只涉及样本的内积运算，避免耗时的高维内积运算，可有效避免“维数灾难问题”.此外，在构造分类函数时，先在输入空间比较向量，再对结果作非线性变换.这样，大量的工作是在输入空间完成而不是在高维空间完成的，能保证训练样本全部被正确分类，获得最好的泛化性能.

2 废气涡轮增压器结构原理及常见故障

2.1 废气涡轮增压器结构原理

废气涡轮增压器主要由废气驱动的涡轮和轴流式压气机组成，另外包括其他控制元件.涡轮和压气机由转子相连，发动机排出的废气驱动涡轮，并带动压气机高速旋转，对空气进行压缩，提高气体密度.这样，在单位体积里，气体质量大大增加，进气量即可满足燃料的燃烧要求，达到提高柴油机功率的目的.

2.2 废气涡轮增压器常见故障

从柴油机维修运行的统计数据看，涡轮增压器的常见故障［6－7］有以下几种情况.

(1)压气机喘振.由于进气系统堵塞等原因，通过增压器输送的空气量远远达不到设计值，结果造成空气在压气机中流动时产生严重的气流分离甚至气体倒流，发生不稳定流动，使进气管内的空气压力产生波动或大幅度下降，并在压气机端发出如气喘般的振动.

(2)轴承烧损.滑油沉积的污垢在观察镜中形成污痕造成虚假油位，工作中因视角上的失误导致滑油量不足、滑油压力过低甚至断油，均会造成轴承烧损.

(3)增压压力下降.若空气滤器堵塞、涡轮叶片变形或损坏、轴承严重磨损，均会造成转子转速下降，进而增压压力也随之下降，表现为增压器转速上不去.

另外，常见故障还包括涡轮增压器两端漏油、叶片损坏以及增压器在运转中产生异常振动和噪声等.

3 SVM在船舶柴油机废气涡轮增压器故障诊断中的应用

3.1 特征向量的选取

涡轮增压器的表面信号是一种典型的时域信号，而信号的时域参数一般表示信号波动大小、幅值变化及能量分布规律.一般选取整个循环的振动响应信号进行时域分析，提取时域特征参数.对于机械故障诊断而言，时域分析往往只能粗略判断设备是否有故障，但不能给出故障发生的部位等信息，而常用的故障定位方法就是进行信号的频域分析.对涡轮增压器表面的振动信号，选取其振动响应最大的部分进行频谱分析，此时，振动信号中包含的激励响应信息也最丰富.通过对涡轮增压器表面振动信号及与正常状态时的对比分析，可从振动信号的时域和频域参数中发现一些与故障相关的变化，特别是在频域能量分布变化中较明显的振动信号，用于涡轮增压器的故障诊断.

3.2 抗噪能力

从实际系统中采集到的数据常常包含噪声，不够精确甚至不完整，可能影响故障分类的准确性.因此，抗噪能力是每个故障分类算法都要考虑的问题.神经网络依靠大样本训练抗噪，而SVM主要依靠不同区域最靠边界的训练数据(即所谓的支持向量)来确定，从而具有良好的抗噪能力.

3.3 数据采集与预处理

以船舶柴油机MAN B＆W MC机型的关键设备废气涡轮增压器为诊断对象，根据从上海远洋运输公司、江南造船厂、船舶工程单位故障诊断的经验和所获得的数据，按照5种常见故障(喘振、轴承烧损、增压压力下降、两端漏油、叶片损坏)在时域和频域的不同特点，同时为反映机组运行负荷与故障之问的对应关系，考虑额定负荷(100%MCR)、部分负荷(90%MCR，75%MCR)和半负荷(50%MCR)等4种工况，对每种故障模拟30个样本作为训练样本，建立多故障分类器.模拟的这些时域故障样本幅值、频率和相位的不同，代表不同故障的特点，也就是每种故障样本含有该故障的基本信息.其中，增压器正常及喘振故障时的时域频域波形见图1～4.

比较图1和2可见，喘振发生后，时域振动信号的脉冲及峰态值均有增大趋势;比较图3和4可以看出，在发生喘振时，振动信号在频域的能量分布产生变化，在小于8 kHz的范围内，能量明显减少.

图1 正常时域振动信号

图2 喘振时域振动信号

图3 正常频域振动信号

图4 喘振频域振动信号

3.4 训练与测试

训练阶段的主要工作是根据样本选择适当的分类器参数，这里的参数主要包括核函数的参数和惩罚因子C.

再将训练样本进行分类测试，结果叶片损坏的识别率达100%，对喘振、轴承烧损、增压压力下降和两端漏油等的识别率分别达93.55%，92.00%，95.45%和95.83%.只有少数样本被误判为其他类故障.分类测试结果见表1.

表1 SVM测试结果

由表1可以看出，利用较少故障样本进行训练时，基于SVM的船舶柴油机增压器智能故障诊断的准确率均达到92%以上.因此，运用SVM方法进行小样本柴油机增压器故障智能诊断是可行的.

4 结束语

采用SVM算法，针对性地使用信号的时域频域指标作为特征向量，对增压器5种典型故障进行分类识别.研究表明支持向量机具有出色的分类效果.同时，相对于传统的算法而言，训练集简化、训练速度提高、训练所需时间减少.从仿真试验结果看，在特征参数允许的误差范围内，利用SVM分类器对增压器故障的识别准确率达到92%以上，对丰富船舶增压器故障智能诊断方法是一次有效的尝试.

［1］黄加亮，蔡振雄.船舶柴油机运行工况诊断仿真研究［J］.船舶工程，2002，24(6):33－36.

［2］鄂加强.智能故障诊断及其应用［M］.长沙:湖南大学出版社，2006:98－110.

［3］CRISTIANINI N，SHAWE－TAYLOR J.An introduction to support vector machines and other kernel－based learning methods［M］.2000:150－158.

［4］VAPNIK V N.The nature of statistical learning theory［M］.NY:Springer－Verlag，1995:237－245.

［5］邓乃扬，田英杰.数据挖掘中的新方法——支持向量机［M］.北京:科学出版社，2004:191－196.

［6］汪江.汽轮机组振动故障诊断SVM方法与远程监测技术研究［D］.南京:东南大学，2005:76－80.

涡轮增压器的故障诊断 第3篇

1 影响增压器使用寿命的因素

增压器的损坏和磨损总是在发动机及其附件出现故障之后, 发动机的许多不正常工况都会引起增压器的损坏。增压器出现故障, 40%是由于润滑不良造成的, 40%是由于外界杂物通过增压器所造成的, 20%是其它原因引起的。

1.1 润滑油

润滑油用来润滑冷却增压器, 但当增压器正常工作时, 其转轴转速高达每分钟几万转到十几万转, 润滑油被打成泡沫状, 其冷却和润滑性能下降, 因此润滑系统必须保证提供充足的润滑油。若当600℃左右的高温废气通过涡轮室时, 轴承座得不到足够的润滑和冷却, 润滑油将在其环形油道壁上结焦, 逐渐堵塞油道。

润滑油如果不清洁, 也会很快损坏增压器内部零件。如含有灰尘、泥状沉淀物和金属微粒的润滑油会迅速破坏各零件的配合间隙, 刮伤和磨损轴承表面。这些都将会引起涡轮轴转动阻力增大和失去平衡, 使涡轮轴的转速下降, 导致发动机的功率损失增大, 且转动不平衡将很快导致增压器零件的损坏。

如果润滑油的质量等级老化, 油中的各种添加剂不能满足增压发动机大负荷工作的润滑要求, 润滑油将会加速氧化变质, 也会加剧发动机和增压器零件的磨损。

密封环泄露引起的涡轮后部积炭, 将使旋转零件转动发涩而损失功率。旋转零件的不平衡是引起密封环泄露的一个重要原因。曲轴通气孔或增压器回油管堵塞或阻力过大, 也能引起密封环泄露。

1.2 进气系统

增压器工作的好坏也依赖于进气系统, 只有供给充足、干净的空气才能保证增压器长期无故障工作, 使寿命延长, 所以应定期检查所有进气管接头和软管的密封性, 防止漏气。如果压气机到发动机进气管漏气, 充气量减少, 将导致发动机冒黑烟。当有较大颗粒的灰尘或沙子进入压气机会立刻损坏增压器, 较小的颗粒也会使工作轮叶片弯曲或被割削, 并使其失去平衡, 引起轴承和密封环的磨损加剧。不平衡的旋转件与轴承发生碰撞时, 会使轴承上的油道逐渐缩小, 导致润滑不良。随着轴承的磨损, 配合间隙增大时压气机或涡轮机的工作轮叶片打击壳体, 噪音比平常增大很多。

进气系统的进气阻力应很小, 如果空气滤清器堵塞, 进气阻力增大, 充气量减少, 增大功率损失, 同时, 压气机一侧的密封环将会由于压力差太大而泄露, 引起润滑油消耗量过大, 这种故障的标志是在压气机工作轮叶片后面出现一层暗色的润滑油膜。

1.3 排放的废气

废气中很小的颗粒进入涡轮机, 与颗粒进入压气机后果一样, 将导致增压器的损坏。

润滑油压力过高, 润滑油将通过密封环渗入涡轮机, 也会造成涡轮室积炭。

2 废气涡轮增压器使用注意事项

废气涡轮增压器经常处于高温下工作, 进入废气涡轮端的温度在600℃左右。增压器转子以每分钟几万转到十几万转的高速旋转, 为了保证增压器的正常工作, 使用中应注意以下几点:

2.1 使用正确牌号的润滑油, 并定期更换。对涡轮增压柴油机至少应使用CD级增压机油。

2.2 发动机发动以后, 特别是在冬季, 应怠速运转几分钟, 千万不能轰油门, 以防止损坏增压器油封。

2.3 熄火前, 发动机也应怠速运转几分钟, 让发动机、增压器转子的转速降下来以后再熄火, 以防止猛轰油门, 增压器转速很高, 突然熄火, 机油泵不打油, 增压器转子仍在高速惯性运转, 磨损轴承。

2.4 由于经常处于高温下运转, 到增压器的润滑油管线由于高温, 内部机油容易有部分的结焦, 这样会造成增压器轴承的润滑不足而损坏。

2.5 检修发动机时, 应注意千万不能让杂物进入增压器, 以防损坏转子。

2.6 WD615机经增压后, 空气进入中冷器, 有几道橡胶管连线, 要求在出车前、修车中检查其连接情况, 防止松动、脱落, 以免造成增压器失效和空气短路进缸。

2.7 禁止发动机长时间急速运转 (一般不超过5min) , 因怠速时机油油压较低, 不利于增压器的润滑, 容易使轴承过早磨损。

3 废气涡轮增压器常见的故障及排除

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。

3.1 压气机喘振

如果增压器转子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10万km左右, 清洗进气通道。

3.2 发出杂音或产生振动

增压器在运转中发出杂音, 发出金属的撞击声、摩擦声, 或者产生振动, 是增压器转子和蜗壳之间发生了变化, 应检修、调整转子。

3.3 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。

3.4 增压压力下降

该故障主要是因进气道堵塞, 进入中冷器的进气道连接软管松脱、破裂造成。

3.5 增压器突然停止运行, 发动机功率下降

废气涡轮增压器常见故障及应对措施 第4篇

1. 概述

废气涡轮增压发动机是利用发动机本身排出的废气驱动涡轮旋转, 涡轮轴带动涡轮式压气机来提高进气的压力, 有的还通过中冷器的冷却作用, 增加进入气缸空气的密度, 为发动机提供更多的空气, 提高了发动机的充气效率, 从而增大发动机的功率。

装配涡轮增压器后, 相比原来的自然吸气发动机功率可提高30%～50%。如1.4T发动机的功率与2.0L自然吸气的发动机差不多, 再如PASSAT 1.8T涡轮增压发动机, 动力性可以达到2.4L发动机的水平。

被称为“涡轮专家”的萨博, 有一款萨博9-5, 其搭载的2.3T涡轮增压发动机功率高达191.1kW, 升功率超过100, 与3.5L自然吸气发动机相当, 且它的潜力一旦发挥出来, 甚至可以与4.2L V8轿车相抗衡。

涡轮增压发动机增加功率, 而油耗不高的主要原因是因为废气涡轮增压回收了部分排气管中的热能 (转换为涡轮的动能) , 相对减小了机械损失和散热损失, 提高了发动机的机械效率和热效率, 涡轮增压后燃油消耗率可降低5%～10%, 发动机经济性也有明显提高。涡轮增压发动机对海拔高度变化有较强的适应能力, 因此装有废气涡轮增压器的汽车在高原地区具有明显的优势。

市场上常见的带涡轮增压的车型有:奥迪A4L 1.8TSI, 奥迪A6的1.8T, 宝来1.8T, 朗逸1.4TSI, 高尔夫1.4TSI, 速腾1.8TSI和1.4TSI, 迈腾1.8TSI, 帕萨特领驭1.8T等等。有些高档车和追求动力的跑车的发动机甚至装配双涡轮增压器, 如宝马的V8、V12发动机等。

2. PASSAT 1.8T涡轮增压器的常见故障

废气涡轮增压器虽然有既增加功率, 又省油的优点, 似乎鱼和熊掌兼得, 但涡轮增压发动机车型的价格和购车后维修保养费用, 还是比自然吸气的要高些。特别是早期的带废气涡轮增压器的轿车, 涡轮增压器工作在高温、高压、高转速的恶劣环境, 比较容易损坏, 其中的原因是双方面的, 一是厂家设计的缺陷, 二是车主的使用及维修保养跟不上。而废气涡轮增压器制造装配精密, 一旦损坏了, 很难通过简单的修复达到要求的精度而继续使用, 所以一般较少修理, 均是总成更换居多, 费用动辄几千元到上万元。笔者总结了这几年来所维修过的PASSAT 1.8T废气涡轮增压器, 主要从下面几个部件陈述其常见的故障。

2.1 漏机油

涡轮增压发动机常见的故障就是漏机油, 如图1所示。一方面, 机油漏入进气管, 进入燃烧室燃烧, 使得排气管冒蓝烟, 另一方面, 机油漏入排气管, 直接随排气排到大气中。

2.2 轴承积碳

在轴承和密封环接触的地方有积碳, 如图2所示。这种积碳不是因为燃烧室的汽油燃烧不充分, 而是因为温度高, 把润滑油道的机油给烧了所导致的积碳。

2.3 叶片折断

涡轮叶片变形, 疲劳腐蚀, 甚至断裂, 如图3所示。一般是因为进入气缸内的空气中, 含灰尘杂质的量比较大, 而涡轮转速极高。怠速时, 涡轮转速约为12000r/min, 而节气门全开时, 涡轮转速可达到135000 r/min, 灰尘打在高速旋转的涡轮叶片上, 时间长了就会造成叶片断裂, 同时造成涡轮增压器异响。

2.4 壳磨损

涡轮的壳磨损, 如图4所示。这是由于轴承损坏, 或者涡轮压片变形折断等原因, 造成类似于发电机扫膛的现象, 即高速旋转的涡轮叶片与壳体发生接触和摩擦, 使得壳体被磨损, 壳体内表面划出一道一道的痕迹。

2.5 轴磨损

涡轮的轴承有磨损的痕迹, 如图5所示。这是由于涡轮的轴承和轴承铜套发生干摩擦导致的。正常工作的时候, 涡轮的轴承和轴承铜套是液体摩擦, 但在缺乏润滑机油的情况下, 涡轮的轴承和轴承铜套发生干摩擦, 很快就造成轴承磨损。

2.6 铜套磨损

铜套磨损如图6所示, 一般是和轴承一起磨损的, 磨损的原因也是涡轮的轴承和轴承铜套发生干摩擦导致的。

3. 应对措施

举出废气现象涡轮增压器的诸多常见易损坏零部件后, 损坏的原因也就水落石出, 大都是因为增压器在高温、高压、高转速运转的条件下, 润滑和冷却跟不上造成的。对于这个问题, 厂家可以在设计的时候采取些措施来减小或避免这种损坏, 但对于普通车主, 只能从使用和保养方面下功夫, 来减小涡轮增压器的磨损, 为了降低涡轮增压器的磨损、延长其使用寿命、减少车主的维修费用, 通过正确的使用和保养实现这个目的。具体措施如下:

1) 勤换机油。严格按照制造厂商提供的机油更换里程和时间更换机油, 确保机油品质。因为增压器与发动机气缸共用机油进行润滑, 会加速机油的老化速度。如果延迟更换机油, 可能造成机油氧化变质, 产生油泥。沉积下来的油泥, 在局部高温的部件周围变得坚硬而结焦, 不但对发动机有害, 更对涡轮增压器有害。

2) 机油的质量要得到保障。至少达到制造厂商规定的型号的要求。建议使用合成机油。合成机油在耐用性、抗磨保护、高温稳定性、防止沉积形成等方面, 都优于矿物机油。虽然全合成机油的价格高于矿物机油, 但其对发动机、涡轮增压器的保护远好于矿物机油, 相对于因矿物机油品质对发动机保护不佳所产生的维修费用来说, 合成机油还是很经济的。合成机油有美孚1号, 壳牌HELIX Ultra灰色包装等。

3) 润滑油不足或供油滞后。在新装用、换机油保养、车辆短时的倾斜使用工况时, 涡轮增压轴承部位是供油不足的, 这时要注意的是做到预润滑, 避免发动机起动后就急加速 (此时机油压力还没有建立起来, 机油的温度没有达到正常工作状态) , 禁止长时间在倾斜幅度较大的工况运行、避免高速行车后马上熄火。 (涡轮增压器的工作转速和连续工作温度都比其他部件要高, 当发动机在最大输出功率或最大输出扭矩状态下工作时, 涡轮增压器的转速和温度也达到最大值, 发动机在这一工作点突然停止时, 机油泵和水泵等马上停止转动, 而涡轮刚刚是以几万r/min甚至十几万r/min的高转速运行的, 由于惯性, 必然会再转动几十秒钟, 而几十秒钟没有机油压力润滑, 没有冷却液的冷却, 会使涡轮增压器的轴承烧坏, 轴承残余机油烧蚀而积碳, 这种积碳越来越多的时候, 会堵塞进油口, 导致轴承缺油, 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1min左右, 保证增压器降温。

4) 重视废气涡轮增压器的预润滑。对启用新增压器、调换增压器、增压器经过拆卸以及长期停机又启用的废气涡轮增压型发动机, 应当拧开增压器上的进油管接头, 往油管内注入50～60mL干净机油, 再拧紧油管接头, 并且用手转动涡轮轴, 使各轴承表面得到充分的润滑, 防止起动时因油管内有空气, 导致润滑不良而烧坏增压器轴承。

5) 及时清理空气滤清器。当空气滤清器上积聚大量灰尘后, 会堵塞空气滤清器。一是造成涡轮增压器空气入口处负压增加。在低转速时, 机油更容易被吸入进气管。二是造成机油中杂质含量增加, 不仅造成发动机曲柄连杆机构和配气机构等机械部分的磨损, 更是会造成高转速运行的涡轮增压器的磨损。三是含有部分灰尘的空气进入后, 会对进气涡轮的叶片和排气涡轮的叶片产生侵蚀, 时间久了, 会造成涡轮叶片断裂。所以涡轮增压发动机要比普通自然吸气发动机至少提前一半的时间更换空气滤清器。

6) 发动机起动之后, 不要立刻加速行驶, 应先怠速运转1min。这是为了使机油温度升高, 流动性变好, 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, 至少需要预热1min以上。

7) 在温度比较低的使用环境, 涡轮增压器的寿命会明显长一些, 而在常年高温的热带地区, 其寿命明显偏低。这主要是温度低, 发动机散热比较容易, 机油和冷却水对涡轮增压器的散热作用也显著些。当然这个使用环境一般是不能改变的。

柴油机涡轮增压器常见故障预防 第5篇

涡轮增压器工作时转速较高，额定工况下转子转速一般可达20 000～30 000r/min，因此对转子的动平衡、润滑、各相关零件的间隙、压气机及涡轮机与轴承之间等部位的密封都有较高的要求。增压器涡轮机的叶片直接与柴油机接触，容易沾上燃烧的残余物甚至被不正常的异物打击而受损，在废气高温作用下而变形，使得流动截面的参数变化而影响与柴油机的正常匹配，动平衡参数变化而产生震动、偏磨等。因此，柴油机涡轮增压器，往往由于使用、维护、保养不正确，经常造成涡轮增压器异常磨损而报废。

1 常见故障分析

1)涡轮增压器漏油主要包括进气系统、排气系统和润滑系统的漏油，尤其常发生在压气机端。主要原因：(1)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;(2)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)回油管堵塞，管接头密封垫内孔小于回油管内径，造成润滑油回油不畅;(4)涡轮增压器润滑油进口压力过高(正常压力0.25～0.4MPa)，若压力>0.6MPa，在排气口可见到从增压器涡轮端泄漏的机油。

2)工作温度过高，涡轮壳过热变形，内部密封圈烧损等主要原因：(1)机油窜入燃烧室，在涡轮增压器内缓燃;(2)柴油机空燃比不对或柴油机正时不正确，点火过迟以及柴油机其他故障引起柴油机燃烧不好，使排放的废气温度过高;(3)废气温度过高会使增压器的中间壳过热，并使涡轮壳变形或开裂，废气温度过高时，废气中额外的热能会使涡轮增压器的转子总成加速，并在高于设计转速的条件下工作，涡轮叶轮也将由于材料在高温下强度降低和涡轮转速提高而变形、开裂。

3)增压器压力降低主要原因：(1)压气机滤清器过脏;(2)中冷器、叶轮、叶片有污垢;(3)增压器涡轮内有较多积炭，使旋转阻力增加;(4)排气管堵塞、变形等引起转子转速降低;(5)如果增压器出口压力突然下降，一般是由于轴承损坏所致，应立即更换轴承。

4)叶轮、叶片异常损坏或破裂主要原因：(1)外部异物进入进、排气系统，一般是空气滤清器滤芯或空气滤清器与增压器之间连接管破损;(2)进、排气系统连接部位松动;(3)进、排气歧管衬垫烧蚀或固定螺栓松动;(4)涡轮增压器进气法兰紧固螺栓松动或衬垫破损。

5)增压器轴承烧损主要原因：(1)油量过少;(2)柴油机工作温度过高或过低;(3)机油滤清器部分堵塞或各管口接头渗漏;(4)选用的润滑油粘度过高或过低;(5)冷启动时，大油门至高速状态下工作，以致润滑油供油压力低、流量不足或供油滞后。

6)机油消耗量过大主要原因：(1)机油渗漏;(2)机油从增压器和柴油机进气管进入了燃烧室燃烧或柴油机本身活塞组与汽缸之间的间隙过大，机油窜入燃烧室燃烧。

7)增压器有金属摩擦声主要原因：(1)涡轮转子总成的径向和轴向摆差太大，涡轮和叶轮的叶片与涡轮壳和叶轮壳产生摩擦，出现金属摩擦声;(2)增压器正常工作时，由于涡轮转子的高速旋转，也会产生旋转声音，进、排气接口若连接不好会产生漏气的声音，实践中要注意区别判断。

2 防止涡轮增压器故障注意事项

2.1 柴油机的启动与加速

柴油机启动后，涡轮增压器即开始运转。务必先低速运行3～5min，待机油温度上升、流动性能好转，涡轮增压器得到充分润滑后，再提高转速并带负荷作业，以确保在高转速下增压器涡轮转子轴及轴承的润滑，避免柴油机负荷加大时增压器转子轴及轴承出现无油干摩擦或烧卡现象。停机时间较长的柴油机，应做好预润滑，用机油壶往增压器的进油口注入一定量的机油，并用手转动叶轮，以保证涡轮转子轴与浮动轴承有承载油膜保护。柴油机熄火前，要逐渐减少负荷，怠速运转3～5min后再停机，以防止发生结焦和轴承损坏。

2.2 柴油机无负荷怠速运转

要避免柴油机无负荷怠速长时间运转，长时间怠速运转会造成燃料燃烧不完全，增加油耗。同时，没有燃烧完全的燃油随同废气进入涡轮增压器，沉积在叶轮、轴承、轴颈和壳体内壁等处。低速运转时间过长，排气侧正压力过低，涡轮端密封环两侧气压不平衡，机油会渗入涡轮壳。如果泄漏很轻微，会烧尽不致形成故障，但会污染涡轮叶片。增压器也会因润滑压力过低而润滑不良，导致早期损坏。因此，涡轮增压器怠速下运转时间不要过长。怠速空转期间，应间断地把油门拉到中速，给增压器加上负载。

2.3 停机

高温、高速运转的柴油机不可突然停机，以免润滑油中断，造成增压器转轴与轴套之间“咬死”。一旦停机，此时排气歧管的温度很高，其热量会传到增压器壳体，将停留在那里的润滑油熬成积炭。当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速转轴与轴套之间的磨损，甚至会发生“咬死”的严重后果。因此，柴油机停机前一定要先卸荷，使其空转，待机温下降后再熄火。

停机后，机油泵不工作，机油压力迅速降至零，然而只要增压器还在旋转，就需要机油润滑和冷却，一旦断油，残存在增压器内部的机油因高温而炭化，轴颈轴承和止推轴承很快会烧结。

柴油机工作时，涡轮直接暴露在高温废气中。若在全速下突然停机，高温的叶轮和涡轮壳体也会向转子轴传热，浮动轴承和密封环的温度将高达200～300℃，若无机油润滑、冷却，足以使转子轴变色发蓝。停机前怠速运转数分钟后，增压器内部零件的温度会大幅度下降。故停机前，应先逐渐拉小油门，怠速运转3～5min后再停机。

3 合理维护涡轮增压器

1)按照规定加注润滑机油并及时更换。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，必须按照技术规范使用增压型柴油机机油。机油应保持清洁、无污物。脏油将加速密封环的磨损，造成密封失效而漏油。因此，必须定期检查、清洁机油滤清器或更换机油及滤芯。

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)确保柴油机润滑系统完好，确保润滑管路畅通，确保润滑油有足够的流量和压力。如果润滑油路阻塞，高转速运转的涡轮增压器在很短时间内，就可能造成涡轮转子轴及浮动轴承的严重磨损，使增压器失效。

4)应经常检查进气系统和排气系统的密封性，确保各管路的紧固和密封牢靠，当连接增压器的管路出现漏气时，就会造成两侧气体压力不平衡，引起增压器两侧或单侧漏油。

5)正确保养增压器。拆卸增压器时，要保持各部位清洁，各管接头一定要用清洁的布堵塞好，防止杂物掉进增压器内。维修时应注意不要碰撞叶轮，如果需要更换叶轮，应做动平衡试验。润滑油管线在运行一段时间后要进行清洗。出车前和收车后应检查气道各管的连接情况，防止松动、脱落而造成增压器失效。

6)对柴油机进行状态监测，定期检查，注意涡轮增压器有无异响或振动加剧的现象。涡轮增压器的压气叶轮端(冷端)和外壳温度不应烫手，油管和接头均不得有渗漏现象。注意排气烟色、曲轴箱是否窜气、水温油温、机油消耗、机油压力及异常噪声等。

摘要：对柴油机涡轮增压器的常见故障进行了分析,介绍通过在启动、运转、停机等方面正确使用柴油机和合理维护柴油机涡轮增压器来预防涡轮增压器常见故障的方法。

涡轮增压器的故障诊断 第6篇

正值初夏时节, 1台90吨级液压挖掘机在某露天铁矿场工作1 370h时, 操作手突然感觉该挖掘机动作缓慢, 挖掘无力, 发动机冒黑烟, 无法正常施工作业。

2 故障排查

检查发动机燃油系统 (图1) , 油位正常, 进回油管路无渗漏, 三级燃油过滤的粗滤、精滤滤芯无堵塞现象。

检查发动机机油, 机油颜色清亮, 油位正常。

检查冷却液液位, 如图2所示, 副水箱冷却液在高位刻度线附件。

检查发动机进气系统, 空气滤芯、进气管道没有堵塞进灰迹象。

检查发动机进气歧管, 管路无泄漏。

检查发动机中冷器, 中冷器正常, 无裂纹、漏气现象。

检查涡轮增压器到中冷器管路如图3所示, 管路正常, 无吸瘪、漏气现象。

检查涡轮增压器, 发现增压器进气叶轮叶片损坏, 如图4所示。

现场更换新的涡轮增压器, 启动发动机怠速运转2~3min后, 检查各动作, 工作正常, 故障排除。

3 故障原因分析

经向操作手了解情况:因为天气炎热, 其在午后操作机器时, 直接将发动机油门旋钮调到最大, 空调开到最大, 转速升到1 800rpm左右, 在挖掘装载了10余车渣料后, 明显感觉动作迟缓, 挖掘无力, 发动机冒黑烟, 就赶紧停车报修。

现场拆检涡轮增压器, 发现增压器进气叶轮叶片与叶轮泵壳体发生接触而损坏, 浮动轴承严重磨损, 涡轮增压器轴断裂 (图5) 。检查涡轮增压器进油管和回油管, 正常无堵塞。连接发动机Insite, 查看发动机映像, 无增压器超速故障记录。

发动机启动时没有怠速运转而是直接高速运转, 机油泵供给涡轮增压器的润滑机油压力短时间内无法到达, 造成浮动轴承与转子轴间未形成润滑油膜, 在高速高温下加剧浮动轴承与转子轴间磨损, 长时间后, 转子轴在承受压气机叶轮和涡轮高速旋转产生的扭矩下断裂。

结合操作手的描述和对涡轮增压器的拆检结果分析, 基本可以判定涡轮增压器轴断裂是由于浮动轴承损坏导致。因为全浮动轴承工作温度非常高, 而且转子的转速也非常大, 如果润滑机油油压低, 机油流动缓慢或者缺少机油润滑, 就会导致浮动轴承和转子轴间油膜减少, 在高温下损坏浮动轴承。

4 总结

液压挖掘机的发动机主要采用废气涡轮增压器, 由压气机叶轮和增压器涡轮组成。发动机排出的废气惯性冲力推动涡轮室内的涡轮高速旋转, 同时通过转子轴带动同轴的压气机叶轮高速旋转, 其转速可高达每分钟十几万转, 高速旋转的压气机叶轮将发动机进气系统吸入的自然空气增压以提升发动机燃烧做功功率。

为保护液压挖掘机发动机涡轮增压器不受人为损坏, 在操作发动机时应注意以下问题。

1) 发动机启动后应怠速运转2~3min, 使润滑机油达到工作温度和压力, 以免突然增加负荷时因浮动轴承与转子轴间无油而加速磨损。

2) 经常检查机油量, 定期更换机油及机滤, 避免因缺少机油或油品差而导致的转子损坏。

3) 定期保养发动机进气系统, 清洗或更换空气滤芯, 空滤过脏会使灰尘吸入涡轮增压器及发动机, 损坏涡轮增压器和发动机。

涡轮增压器的故障诊断 第7篇

1废气涡轮增压器常见故障与原因分析

废气涡轮增压器由于是利用发动机排气作为动力, 而排出的气体温度较高, 为了减少排气支管长距离温度辐射, 一般将废气涡轮增压器安装在柴油机排气系统的出口位置, 其工作温度达到500℃—700℃, 转子轴转速高达10万r/min—20万r/min, 压气机内部约为3倍大气压, 工作条件十分苛刻。其常见的故障及原因包括以下几个方面:

1.1废气涡轮增压器喘振

发动机工作时在废气涡轮增压器压气机端发出异响声音, 如同一阵一阵“气喘”声, 发动机工作不平稳, 震动加大, 功率下降, 排气管有时冒黑烟, 即为废气涡轮增压器喘振。产生喘振的主要原因一般是进气系统堵塞, 如进气总管被杂物堵塞、空气滤芯过脏, 造成进气量减少, 进气不畅通, 增压器压气机内部压缩空气量不足, 造成进气管内部空气压力产生大的波动, 形成发动机振动以及燃油燃烧不充分, 冒黑烟, 输出功率下降等问题。

1.2废气涡轮增压器运转时发出杂声

废气涡轮增压器在运转时发出杂音, 特别是发动机刚停止运转, 增压器还在转动时, 杂音特别明显, 如金属的撞击、摩擦声。造成这种情况的原因可能是转子轴、叶轮外缘与壳体之间的间隙过小, 轴承与止推片磨损严重, 转子横向游动加大, 引起叶轮外缘与壳体磨损加剧;也有可能是压气机有异物进入, 碰撞叶片变形, 转子平衡破坏, 在高速旋转时磨损严重, 发出摩擦异响。此时一般需要检查其外部连接紧固是否可靠, 以及管道有无松动, 最后再拆解增压器转子叶轮, 有问题时需进行更换修复。

1.3增压压力下降

当涡轮增压器压气机内部压力下降时, 柴油发动机进气量减少, 输出功率下降, 同时耗油量增加, 增压器外部温度也会升高。造成此中情况的原因主要有以下三个方面:一是, 空气滤清器滤芯过脏, 进气受阻, 压气机工作效率低, 导致压力下降;二是, 空气滤芯除尘效果差, 一些油污、灰尘附着在叶轮以及扩压器通道上, 使进气通道阻力增大, 导致进气压力下降;三是, 涡轮机积炭严重, 燃油燃烧不充分或者增压器自身漏油, 在涡轮叶片以及转轴与密封环之间形成积碳, 转子阻力增大, 转速下降, 工作效率降低。

1.4增压压力过高

发动机起动一段时间后, 涡轮增压器压气机内部压力上升, 排气管和涡轮壳体温度过高甚至发红。主要原因可能是排气门关闭不严或者是燃油供给系统出现问题, 如供油提前角过小, 喷油过迟, 发动机做功后期缸内压力较大, 使废气能量增加, 从而增加了涡轮的驱动力, 转子转速升高, 压气机压力增加, 排气温度升高, 引起涡轮增压器工作温度过高, 转子超速, 对其工作及为不利。

1.5涡轮增压器漏油

漏油是涡轮增压器最常见的故障, 也是导致其他部件近一步损坏的主要原因。涡轮增压器漏油主要包括润滑油管、涡轮室和压气室三个部分出现的泄露。而造成泄露的原因主要有两个方面:一是, 润滑系统压力平衡被破坏, 如曲轴箱下部油底壳内压力增高或者涡轮增压器润滑回油油路堵塞, 造成增压器回油不畅通, 从而导致润滑油在转子总成的中间处积留过多, 压力增大, 润滑油沿转子轴流入压气叶轮, 容易造成靠近叶轮一端的密封环损坏, 出现漏油。同时漏油以后造成转子轴承得不到充分润滑, 磨损加剧。二是, 内部密封系统失效, 增压器内部多采用接触式涨圈油封结构, 受加工精度以及工作环境的影响, 其自身使用一段时间后会出现磨损、老化而失效, 造成密封效果变差, 出现漏油。

2正确使用涡轮增压器柴油车辆

1) 冷车起动时, 要根据环境温度的情况怠速一段时间, 特别是在低温情况下要进行暖机, 目的是为了建立车辆正常工作时的润滑油循环压力, 使冷却水温和润滑油温度达到标准值, 这样润滑油的流动性才能变好, 而此时涡轮增压器转速相对不高, 涡轮增压器得到充分润滑。对于长期停放的车辆, 在车辆使用时要注意检查增压器转子有无卡滞现象, 起动前, 必须对增压器进行预润滑 (在增压器中间轴承上的机油孔内或者增压器进油口倒入润滑油) , 否则会烧坏增压器。

2) 熄火停车时, 切记发动机不能高转速突然熄火, 这是因为发动机高转速停车后, 机油泵立即停止工作, 润滑油压力迅速下降, 而此时涡轮增压器转子在惯性作用下仍然高速旋转, 同时排气管高温传到增压器外壳上, 润滑油流动缓慢, 易被烧成积碳, 堵塞进出油口, 轴承得不到润滑, 加速轴承与转子轴之间的磨损。因此, 停车时正确的做法是逐步降低转速, 减小负荷, 直到柴油机达到怠速工况, 并怠速2—3分钟, 再关闭柴油机停车。

3) 发动机正常工作时, 应尽量避免柴油机长时间怠速运转, 因为当涡轮、压气机压力过低时以及增压器转子轴转速过低时, 增压器润滑油密封装置两侧压力差增大, 润滑油会通过密封件渗漏到涡轮和压气机中, 造成渗漏现象, 保持车辆正常工作对涡轮增压器使用极其重要。

3涡轮增压器正确保养

3.1定期检查

车辆使用时, 发动机运行状态下要注意检查柴油机运行时的油压与油温是否正常, 涡轮增压器周围有无漏气漏油的情况, 及其检查、清洁空气滤清器, 确保增压器进气正常、清洁, 避免异物进入气路, 影响增压器性能。当柴油机停车后, 检查涡轮增压器转子惯性运转应在1分钟以上。

3.2及时更换润滑油

发动机工作一段时间后, 润滑油的品质会发生变化, 而增压器涡轮采用全浮动轴承, 在高温、高转速下工作, 对润滑油的要求高, 检查润滑油时可以采用手捻、看颜色、闻气味的方法来判断润滑油是否有杂质、变质的情况, 应定时、定里程进行更换, 更换润滑油时涡轮增压器需要进行预先润滑。

3.3及时清理油污

涡轮增压器的故障诊断 第8篇

废气涡轮增压器通过发动机废气驱动,即带有惯性冲力的废气通过废气涡轮增压器的涡轮,涡轮带动同轴上的叶轮,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,从而提高发动机充气效率,同时由发动机控制模块控制燃油量,从而提高发动机的功率和扭矩。

经过压缩后的空气由于温度很高,因此宝马N54发动机的废气涡轮增压器不仅与发动机润滑系统相连,而且还集成在发动机的冷却液循环回路内。N54发动机装有电动冷却液泵,可以在发动机熄火后继续排出废气涡轮增压器内的余热,能有效防止轴承壳体内的润滑油过热和轴颈处的润滑油焦化。如图1所示为N54发动机废气涡轮增压器。

宝马N20发动机配备采用Twin-Scroll(双涡流涡轮增压)技术的废气涡轮增压器,即废气涡轮增压器在涡轮入口处有2个独立通道,可分别将2个气缸的废气引至涡轮叶片处。如图2所示。

Twin-Scroll增压器表示带有1个双涡管涡轮壳体的废气涡轮增压器,这样可以分别将2个气缸的废气引导至涡轮处。N20发动机采用将气缸1和4的废气通道、气缸2和3的废气通道集成在一起的设计,这样可以更高效地利用脉冲增压效果。集成气缸1和4、气缸2和3还采用了特殊造型排气歧管,即在废气涡轮增压器内2个通道分别将废气引导至涡轮处。如图3所示。

A-压缩机B-冷却/润滑装置C-涡轮

A-气缸2和气缸3的废气通道B-气缸1和气缸4的废气通道C-排气至三元催化转换器D-进气消音器输入端E-环形通道F-增压空气至增压空气冷却器1-废气旁通阀真空罐2-机油供给管路3-废气旁通阀4-涡轮5-冷却通道6-机油通道7-冷却液回流管路8-循环空气减压阀

1-中冷器2-循环空气减压阀3-空气滤清器4-空气流量计5-涡轮6-减压装置阀门压力变换器7-前氧传感器8-三元催化转换器9-后氧传感器10-控制单元11-进气压力传感器12-节气门13-增压压力传感器

1-气缸1和4的废气通道2-气缸2和3的废气通道3-废气涡轮增压器

1-循环空气减压阀关闭2-循环空气减压阀打开

二、增压系统主要部件及工作原理

图4所示为废气涡轮增压系统的主要组成部件。

1. 循环空气减压阀

循环空气减压阀是1个电动阀。节气门关闭时,系统将增压压力(节气门前)及其提高值与存储的规定值进行比较。如果实际值超出规定值达到一定程度,循环空气减压阀就会打开,从而使增压压力转至压缩机的进气侧。这样可防止出现造成部件损坏的干扰性泵动作用。循环空气减压阀及其工作原理如图5所示。

1-气缸列1废气涡轮增压器2-2芯插头连接3-减压装置阀门压力变换器4-真空罐5-真空储能器

2. 增压空气冷却装置(中冷器)

图6所示为N54发动机的增压空气冷却装置。在废气涡轮增压器内,因其部件温度和压缩作用而受热的增压空气,在中冷器内最多可降低80℃。这样可提高增压空气的密度,从而达到更好的燃烧室充气效果。由此可降低所需要的增压压力,此外还能降低爆震并提高发动机效率。

3. 减压装置阀门压力变换器

发动机控制系统通过1个减压装置阀门调节增压压力,此减压装置阀门由1个膜片箱气动调整。控制系统通过1个按脉冲宽度调制的信号控制压力变换器(如图7所示),这样就在压力变换器上建立了决定减压装置阀门开启度的相应的真空度。

4. 进气温度/增压压力传感器

进气温度/增压压力组合式传感器向发动机控制系统提供增压空气温度和增压压力信息。增压压力传感器用于增压压力调节,利用进气压力传感器的信号,发动机控制单元还将对节气门的位置进行补偿。

(1)增压压力传感器采用应变仪进行压力测量。施加压力时,传感器中应变仪的金属膜会发生变形。应变仪的电阻变化将通过1个测量电桥,以电子方式进行记录并分析。然后所测得的电压将作为实际值输入到增压压力调节装置中。

(2)进气温度传感器进行温度记录时,使用的是与温度有关的电阻器。该电路包括1个分压器,可对其测量与温度有关的电阻值。通过1条传感器特有的特性线转换成温度值。在进气温度传感器中安装有1个热导体(NTC),其电阻值随温度的上升而下降。此电阻值根据温度在167kΩ至150Ω的范围内变化,对应于-40℃至130℃范围的温度变化。

5. 进气压力传感器

进气压力传感器用螺栓拧紧在进气集气箱上,用于向发动机控制系统传送节气门后的进气压力,所测得的电压将作为实际值输入到增压压力调节装置中。

三、典型故障分析

1辆2015年7月生产的宝马328Li轿车,搭载N20发动机,客户反映,该车发动机动力下降,仪表盘显示信息提示传动系统及DSC失效故障。接车后我们进行了试车,确定客户描述的为真实存在的现象。随后我们对该车进行了快测,发现以下故障信息:增压空气温度传感器电气对正极短路、增压空气温度传感器电压变化过快、增压压力调节作为后续反应关闭、增压压力传感器电气对正极短路。接下来,我们根据上面的故障码自动生成的检测计划进行测量,步骤及结论如下:

1. 根据图8所示的传感器电路图,我们在怠速情况下测量了该传感器的供电线26号针脚和搭铁之间的电压,电压值为4.97V,说明DME的供电正常。随后在传感器端测量2号针脚,电压也为4.97V,说明传感器至DME之间的线路正常。

2. 怠速情况下测量温度传感器1 2 号针脚和搭铁之间的电压,电压值为2.79V,说明温度传感器至DME信号正常,且线路也正常。

3. 怠速情况下测量压力传感器1 0 号针脚和搭铁之间的电压,电压值为4.97V,此测量值说明信号电压在怠速时不正常。随后又在传感器端测量1号针脚的电压,电压值也为4.97 V,两端电压相等只可说明该线路没问题。

4. 为了验证该系统是否进入了紧急模式,随即在点火开关打开和怠速2种情况下测量了24号和10号针脚之间的电压,电压值均为4.97 V。根据增压压力传感器的部件失灵特性,当该传感器失效时,预计将出现以下情况:在发动机控制单元内记录故障代码,以替代值紧急运行。此时DME内部将自动生成1个5 V的替代值以紧急运行,据此我们可以判断该传感器进入了应急模式。

通过上面的测量,我们断定增压压力传感器已损坏,更换新的传感器,再次在点火开关打开和怠速2种情况下测量了24号和10号针脚之间的电压,电压值均为1.23V,说明故障排除。

随后为了进一步的说明该传感器工作特性,我们采集了它在正常工作时的怠速波形,发现完全符合该传感器的相关特性:增压压力的有效信号根据压力变化而波动。测量范围约0.5V~4.5V,对应于20kPa(0.2bar)至250kPa(2.5bar)的增压压力。

参考文献

[1]宝马集团售后产品信息

[2]王建昕.汽车发动机原理.清华大学出版社,2011年第1版