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1、l涡轮增压器的维护与故障排除（一） 概述 近年来，随着我们机械装修部车辆的更新换代，在ZL50D型轮式装载机上，配用斯太尔WD615型柴油发动机，普遍使用了GJ80废气涡轮增压器。但在使用中常发生废气涡轮增压器早期损坏的故障，分析其原因，主要是对增压器的使用、维护不当造成的。现对影响增压器的使用寿命因素、故障和诊断加以分析，并说明使用中的注意事项，以减少增压器的故障，延长其使用寿命，降低维护费用。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，采用柴油机排气驱动的涡轮机带动压气机，以提高进气压力，增加充气量。这种方法称为废气涡轮增压。实践证明，提高柴油机功率的措
2、施有很多，但最有效的措施是增加充气量和循环供油量，而柴油机采用废气涡轮增压技术，可增加发动机输出功率20%40%，降低燃油消耗8%左右，排气烟度降低 20%50%，废气中的有害有毒气体含量如CO和HC含量明显减少，NO含量也减少。另外在气缸总排量不变的前提下增加了功率的输出，可节约金属材料，降低制造成本，因此涡轮增压器是节能、环保、节材为一体的高技术产品，目前在柴油机上被广泛采用。（二）涡轮增压器介绍柴油机增压是在不增加柴油机排量和转速的情况下，提高动力、改善经济性、降低排气污染的行之有效的手段，也是目前柴油机的发展趋势。 废气涡轮增压器是增压发动机的关键部件。它实际上是一种空气压缩机，通过压
3、缩空气来增加进气量。它由涡轮机、中间体、压气机三部分组成。涡轮机与发动机的排气管相接，压气机与发动机的进气管相接，中间体与发动机的润滑系统相接。其工作原理为：发动机排出的废气经过涡轮驱动转子的旋转，从而带动同轴的压气机叶轮高速旋转（1020万r/min），新鲜的空气在压气机叶轮离心力的作用下，被压缩到147392kPa后进入发动机气缸，由于空气密度增大，使每个工作循环进入气缸的新鲜空气量增加，从而可以向气缸内喷入更多的柴油提高柴油机的功率，燃烧也获得改善，并降低排放。由于废气涡轮增压器安装在排气管上，工作环境恶劣，通常处在500高温和每分钟1020万转的高速状态下工作，且与发动机共用一套润滑系
4、统，润滑条件差，如果使用维护不当，很容易导致增压器损坏，使发动机无法正常工作。我们只有了解其结构原理，掌握正确的使用与维护方法，才能有效提高涡轮增压器的寿命，充分发挥其性能。1、涡轮增压种类根据增压的方式不同，发动机增压可分为下述四种类型。即：机械增压系统、气波增压系统、废气增压系统和复合增压系统四种。1）机械增压系统：在机械增压系统中，增压器的转子，由发动机曲轴通过齿轮增速箱或其它传动装置来驱动，将气体压缩并送入发动机气缸。增压器可用离心式压气机、螺旋转子式压气机或滑片转子式压气机等。机械增压系统可有效地提高发动机功率，并能用于二冲程发动机进气，以及用于复合增压系统中。但是增压后的气体压力不
5、宜超过160170kPa，因为增压后的气体压力过高将使驱动压气机的消耗功率急剧增加，最终导致整机性能下降，特别是比油耗上升。2）气波增压系统：如图1所示由曲轴驱动一个特殊转子，在转子中废气直接与空气接触，利用高压废气流的脉冲气波，迫使空气在互相不混合的情况下受到压缩，从而提高进气压力。气波增压器由瑞士 Brwon Boveri公司最先研制成功。图2- 1 气波增压示意图1、活塞 2、排气管 3、气波增压器转子 4、转动带 5、发动机进气管与废气涡轮增压相比，气波增压有其独特之处。如具有良好的瞬态响应性，使柴油机加速性能好，具有低速功率大的特点，很适合于工程机械用柴油机。另外还具有排气烟度低、废
6、气污染小等优点。然而到目前为止气波增压系统，由于其体积大、装配复杂、成本高、噪声大等原因，一直没有被普遍使用。3）废气涡轮增压系统：如图2所示这是最常见的涡轮增压装置，增压器与发动机无任何机械联系，实际上涡轮增压器是一种空气压缩机，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旋转，涡轮又带动同轴的叶轮旋转，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。当发动机转速图 2-2 涡轮增压示意图1、进气管 2、涡轮机 3、压气机 4、进气口 5、发动机进气管 6、发动机排气管加快，废气排出速度与祸轮转速也同步加快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和
7、密度增大，可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机，功率及扭矩要增大20%30%。但是废气涡轮增压器技术必须注意，那就是叶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涡轮，涡轮带动叶轮旋转，叶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，由机油来进行润滑和冷却增压器。4）复合增压系统：如图3所示即废气涡轮增压和机械增压并用，机械增压有助于低
8、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，来解决这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，如大众的1.4 TSI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1500转/分时，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
9、离合器控制，它与水泵集合在一起。在转速超过3500转/分时，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。图 2-3 复合增压器示意图 1、机械增压器 2、空气过滤器 3、进气口 4、节气阀 5、排气旁通阀 6、消音器 7、排气口 8、进气旁通阀 9、涡轮增压器 10、曲轴 11、V型皮带 12、从动轮 13、V型皮带 14、进气旁通阀 15、电磁离合器涡轮增压器是用来提高发动机功率和减少排放的重要部件。涡轮增压器本身不是
10、一种动力源，它利用发动机排气中的剩余能量来工作，其作用是向发动机提供更多的压缩空气。它利用发动机排出的废气能量，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，压力机将空气压缩进入发动机气缸，增加了发动机的充气量，可供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率3050，降低了燃油的消耗8左右，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中有害物质的排放，还可降低噪音。 柴油机经过增压以后性能发生了变化，它使柴油机的功率大大得到提高，增压后发动机的功率可提高3050左右，以我们单位WD615发动机配用的GJ80废气涡轮增压器为例，使发动机的机械效率提高，增压后发动机辅助系统消耗的功增加很少，虽然因为
11、爆发压力大，各摩擦表面上的摩擦损失有所增加，但发动机功率增加较多，机械效率提高了近8%左右。燃油消耗降低，增压后进气压力增高，燃烧条件改善，机械效率提高，油耗降低，发动机单位功率质量大大降低，但发动机经增压后也带来了新的问题，如使发动机的机械负荷增加，发动机的热负荷增加等等。2、废气涡轮增压器的工作原理如图4所示；涡轮增压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，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，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
12、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。图2-4 废弃涡轮增压器工作原理1、发动机排气管 2、喷嘴环 3、涡轮 4、涡轮机外壳 5、转子轴 6、全浮轴承7、扩压室 8、压气机叶轮 9、压气机外壳 10、进气管 、进气流 、排气流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，叶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发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。涡轮增压装置主要是由涡轮室
13、和压气机组成。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。然后是压气机的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后是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。3、涡轮增压器的结构特点如图5所示；涡轮增压的优点是显而易见的，它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器的相比，可增加大约3050甚至更多。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率，或者说，一台小排量的发动机经增压后，可以产生较大排量发动机相同的功率。另外，发动机在采用了增压技术后，还能提高燃油经济性和降低
14、尾气排放量。图2-5 GJ80（K28型）涡轮增压器结构图1、压气机蜗壳 2、涡轮机蜗壳 3、隔热板 4、浮动轴套 5、涡轮机叶轮 6、中间体7、档油板8、止推套 9、增压器轴 10、密封套 11、压气机叶轮 12、无叶式扩压管发动机在采用废气涡轮增压技术后，工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅度提高，从而使发动机的机械性能、润滑性能都会受到不同程度影响。 为了保证增压发动机，在较高的机械负荷和热负荷条件下，能可靠持久地工作，必须在发动机主要热力参数的选取、结构设计、材料、工艺等方面作必要的改变，而不是简单地在发动机上装一个增压器就行了。由于这个改变过程在实行中难度较大，而且还要考虑增压器
15、与发动机的匹配问题，因此在一定程度上也限制了，废气涡轮增压技术在发动机上的应用。4、涡轮增压器组成废气涡轮增压器是由废气驱动的涡轮和径流式压气机组成的，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并由中间壳来支撑。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10万转/分种以上。1）涡轮：涡轮部分是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。2）压气机：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
16、壳直径的中心部位处。空气在压气机内向外流，经叶轮叫片，从压气机壳的外直径处流出。图2-6 涡轮增压器结构组成 1、压缩器蜗壳 2、扩压器 3、密封圈 4、拧紧螺母 5、甩油环 6、止推套 7、涡轮轴（含涡轮） 8、压缩器叶轮 9、垫片 10、螺栓 11、密封环 12、档油环 13、螺栓 14、止推轴承 15、定位环 16、轴承 17、螺栓 18、锁片 19、垫片 20、螺栓 21、支承轴承壳 22、隔热板 23、密封环 24、涡轮蜗壳体 25、锁紧垫片 26、锁片 27、数据牌 28、螺钉 29、密封垫 30、油密垫片 A、空气进入口 B、压缩空气排气口 C、燃烧废气进气口 D、废气排气口3）中间壳和转子：涡轮增压器卸去所连接的压气机壳和涡轮壳后剩下的部
