涡轮增压器失效原因及故障分析

涡轮增压器失效原因及故障分析

马广森

内容摘要：涡轮增压器在发动机工作过程中主要是增加供气量，促进燃油完全燃烧，从而起到提升动力和降低尾气排放的作用，因此增压器工况的好坏直接影响到车辆动力性和环保性，虽然涡轮增压器结构并不复杂，但由于增压器转速每分钟10万多转，这就对增压器轴承润滑和动平衡等技术要求非常高，稍微保养或使用不当都会造成增压器故障，本文主要根据在实际工作中遇到的涡轮增压器故障现象进行分析判断引起故障的原因，以明确故障所在和根源，以便对症解决问题，减少更换增压器引起的经济损失。同时根据故障原因浅谈如何使用和维护增压器。

关键词：涡轮增压器、动平衡、增压器失效、浮动轴承

一、工作原理：如下图：根据现象分析故障原因首先必须对涡轮增压器结构、工作原理及部件作用要

熟悉。

涡轮增压器驱动

力：主要通过发动机废

气驱动涡轮壳中的涡

轮叶轮，带动同轴上的

压气机叶轮高速运转，

随着越多的废气通过

涡轮壳，涡轮和压气机

叶轮转速越高。

空气增压：新鲜空

气进入压气机壳后通

过高速运转的压叶轮，

在扩压区的作用下空

气压力增大并进入发

动机，同时使空气温度

上升。

润滑和冷却：增压器润滑机油与发动机共用，机油进入中间壳后，进入涡轮端和压气机端的浮动轴承和止推轴承，为使浮动轴承可以自由浮动转动，浮动轴承与中间壳及轴间形成油膜，同时涡轮端有热量传到中间壳中，机油将热量带走而起到润滑和冷却作用，因此油脏和进油孔堵塞都会造成增压器损坏。

气体和机油密封：在压气机和涡轮端密封环和轴封的共同作用下，防止机油进入涡轮壳和压气机壳而漏油，同时也防止废气和新鲜空气进入中间壳。

轴向和径向定位：浮动轴承、浮动轴承挡圈、止推轴承和定距止推套起到保证轴向间隙和径向间隙，确保叶轮的灵活转动。

二、增压器失效后常见故障现象。增压器一旦失效，主要通过以下几种现象表现出来：

1、发动机动力不足，提速缓慢；

2、发动机噪音增加；

3、排气管冒黑或蓝烟；

4、增压器转动部件咬死；

5、叶轮和壳体碰擦异响；

6、涡轮或叶轮碰坏卡死或异响；

7、压气机端或涡轮端漏油。

三、增压器失效原因：

供油滞后；缺油；赃物进入；过热；劣质润滑油或机油过滤器；异物打坏；动平衡失效、旁通阀失效等引起。

四、故障分析与检测

发动机出现故障后，应根据故障现象辨别问题是发动机本身故障还是增压器故障是关键，首先不必拆下增压器，在发动机上进行整机分析，初步判断是否为增压器故障，这样有助于提高工作效率。

一）、初步判断是否为增压器故障。通过以下简易方法检查增压器是否有故障，如符合下列之一则拆下增压器进行检查分析。

1、首先用手转动转子轴几下，转动应灵活，无阻滞现象；叶轮和壳体应无碰擦；涡轮或叶轮完好无

碰坏；压气机端或涡轮端无漏油现象，如果有上述现象，则可初步判断有故障。

2、从压气机口查看压叶轮是否损坏或镲亮现象。

3、测量径向间隙：用手沿径向抬叶轮轴头，无松况现象，用塞尺初步测量叶轮边缘至壳体间的最大和最小间隙，即可初步算出径向间隙，如径向间隙小于0.1mm，则增压器故障。

4、测量轴向间隙：用手抓主压气机叶轮轴头，用力向外和向内移动轴头，用千分表测量出轴头轴向变化量即可初步测出轴向间隙，如间隙大于0.15mm，说明增压器故障。

二）、原因分析：根据上述三种简易方法，可初步判断出增压器是否由故障，如有故障，在没有明确故障所在和解决问题之前，不要换上新增压器，因为更换增压器并不是一种合理的故障诊断方法，需进一步解体增压器，根据各部件现象分析引起增压器发生失效的具体原因，避免扩大故障和损失。

1、供油滞后引起：拆检后，如发现浮动轴承外圆、内孔、端部擦亮或有高温发蓝现象；或者止推轴承配合面擦亮和磨损现象。这主要由于增压器冷却系统出现故障引起冷却润滑能力下降引起，由于增压器冷却是靠来自发动机的机油冷却，所以，首先应检查增压器进油管是否弯曲变形、堵塞或管径太小；然后检查发动机机油和机油过滤器是否过脏；机油泵是否有故障和机油管路是否出现裂纹、老化和泄漏引起机油压力低；其次考虑是否机油等级不够，润滑和冷却效果差引起。

2、增压器缺油引起：如检查发现涡轮部件和止推轴承出现高温变色。主要由于冷却效果差造成，应检查以下几个方面：首先检查增压器进油管是否弯曲变形、堵塞、破裂；然后检查发动机是否缺机油（或曾经缺过）和机油过滤器是否过脏；中间壳进油口是否有异物堵塞；机油泵和机油管路泄露等故障引起机油压力低；了解驾驶员是否经常启动后为快速充气而猛轰油门引起短暂缺油引起。

3、异物进入增压器引起。当异物进入增压器后，都会破坏增压器转子动平衡，最终导致转子卡死或转轴断裂划伤，根据进入渠道不同而表现不同，1）、如压叶轮端部件深度划伤或被打坏，可能是维修保养或装配时未做好防范措施致使异物进入，或管路内壁加工后残留的杂质脱落、进气管路密封不良或滤芯脏或伪劣产品致使空气直接进入。2）、如涡轮端部件深度划伤或被打坏则可能是柴油机汽缸内有零件打坏或安装排气歧管时螺栓等物件掉入引起。3）、如检查发现浮动轴承内孔和外圆划伤，中间壳内孔划伤、或进油孔阻塞。则应检查机油滤清器是否失效或质量不合格起不到过滤作用；机油是否高温变质形成积碳；更换机油管时带入杂质；检查油底壳是否有发动机磨损产生的硬质碎屑。

4、增压器过热引起：如检查中发现涡轮部件、中间壳油路、或浮动轴承内外孔存在积碳。应进一步检查，如带有中冷器，应检查中冷器工作是否正常，油底壳是否有积碳颗粒；空滤器是否阻塞；排气温度是否过高；机油油温过高；重复停车而未怠速运转；劣质机油引起积碳。

5、动平衡失败。由于增压器正常工作转速非常高，为提高增压器的使用寿命，减少增压器发出的噪音，所以良好的动平衡是确保轴承系统在高速状态下正常工作的保证，因此在涡轮的头部及背面，压叶轮的头部、背面及外圆都留有可去量平衡位置，涡轮部件螺纹端、压叶轮、油封和定位止推套上都刻有平衡线，装配时必须对准。

主要故障特征是涡轮部件浮动轴承区域单边磨损，浮动轴承和转子单边磨损；压叶轮叶片碰坏，油封烧坏磨损和增压器躁声较大等现象。

导致动平衡失效的主要原因为：部件本身不平衡；异物进入损坏涡轮部件或压叶轮部件损坏造成动平衡破坏，轴碰弯；压叶轮与轴配合间隙大；压叶轮背面质量状况不好；定距止推套与轴封配合平面度不好；装配时动平衡刻度线未对齐；更换转子部分零件后未做动平衡，安装零件不正确。

6、漏油，涡轮增压器漏油是指增压器内腔漏如压气进气管或涡轮排气管中，进入进气管，发动机冒蓝烟，机油消耗增加。进入排气管机油较多时，会有排油现象。

主要原因有：空滤器阻塞引起压气机进口处负压过大；增压器转子轴与轴两端的密封环磨损严重引起；回油管撞弯、撞坏和堵塞、中间壳涡轮端油腔内积碳使油腔变小、发动机下窜气过大或曲轴箱通气管堵塞等引起机油压力过大和回油不畅；发动机进气管或过滤器阻塞造成进气压力低；发动机怠速过长（超过20分钟以上）。

7、旁通阀失效。目前增压器主要有两种，带旁通阀和普通增压器，由于普通增压器的增气压力与发动机的转速成正比，无法控制发动机的进气压力和转速，往往造成汽缸爆发压力过高而造成油耗上升和增压超速的弊端，同时控制低速烟度和扭矩效果差，为改善发动机的低速性能，通过压气机压力控制旁通阀