废气涡轮增压系统及其常见故障分析.

废气涡轮增压系统及其常见故障分析
专业班级：08电控技师学生姓名：刘跃
指导老师：戴德荣职称：讲师
摘要进过一段时间的社会实践，我发现很多人对废气涡轮增压感到很神秘，很多买车的人只知道轿车尾部有T表明该车发动机采用了废气涡轮增压技术，只知道采用废气涡轮增压的发动机好，却不知它好在哪。

该如何使用，如何维护保养。

然而现在的一些维修工连废气涡轮增压器的结构、组成、分类，工作原理，控制模式都不理解又谈何去排除废气涡轮增压器的故障。

我通过查阅有关汽车发动机及废气涡轮增压器的书籍，网络信息资料。

对增压器的分类、组成。

特别对废气涡轮增压器的结构、工作原理、控制模式做了细致的介绍。

通过调研汽车维修站的内部资料和询问了很多维修技术人员。

对废气涡轮增压器的使用、维护、保养，进行分别进行了系统的全面的介绍。

对维修过程中出现的一些典型的故障进行了深度的细致的解析，如废气涡轮增压器的漏油。

对其中的难点和诊断反法进行综合性的分析。

废气涡轮增压在技术方面已经开始向相继增压系统、可变截面涡轮增压系统发展。

在材料方面也开始使用钛铝合金的材料，它具有密度小，耐高温及抗氧化的有点。

希望可以为维修技师在维护和修理时提供一些参考。

关键词：废气涡轮增压器常见故障
目录
第一章绪论 (2)
1.1内燃机涡轮增压的概念 (2)
1.2内燃机涡轮增压的发展简史 (2)
1.3涡轮增压器在汽车上的应用 (3)
第二章汽车发动机增压系统的分类及特点 (3)
2.1 汽车涡轮增压器的分类 (3)
2.2 汽车涡轮增压器的特点 (5)
第三章废气涡轮增压系统的结构以及工作原理 (6)
3.1 作用 (6)
3.2 构造 (7)
3.3 工作原理 (8)
第四章汽车涡轮增压器的使用及维护 (9)
4.1 涡轮增压器的维护 (9)
4.2 涡轮增压发动机的使用 (10)
第五章废气涡轮增压器的常见故障及案例分析 (13)
5.1 常见故障 (13)
5.2 故障检修方法 (14)
5.3 废气涡轮增压漏油 (14)
5.4 典型案例分析 (15)
第六章废气涡轮增压技术的发展 (16)
6.1 新技术方面 (16)
6.2 新材料方面 (18)
结论 (19)
致谢 (20)
参考文献 (21)
引言
废气涡轮增压器系统是用来提升发动机动力的。

废气涡轮增压器是通过压缩空气，来增加发动机进气量的。

它利用发动机排气的惯性推动涡轮，由涡轮带动叶轮，将空气增压后进入气缸，从而达到增大进气提升发动机动力的目的。

本文主要阐述了废气涡轮增压器的使用、维护以及故障检修方法。

第一章绪论
1.1内燃机涡轮增压的概念
发动机的增压是利用专门的增压器将空气或者可燃混合气预先进行压缩，再送入发动机气缸，用以提高充气密度、增加进气量、提高平均有效压力，从而达到提高功率和降低油耗的目的。

实践证明，增压是提高发动机功率的最有效的方法。

此外，增压还可以降低燃油消耗、提高发动机扭矩、减少有害排放和降低燃烧噪声等。

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一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

1.2内燃机涡轮增压的发展简史
1905年，苏尔寿兄弟研发公司发明了世界上第一台涡轮增压器，为此后高性能发动机的产生提供了良好的解决方案。

早期的涡轮增压器主要应用在航空领域。

到20世纪30年代，由于在赛车上的应用，涡轮增压发动机已经变得广为人知。

随后涡轮增压器逐渐扩展到量产车领域，先是卡车，然后是轿车。

在涡轮增
压器长达一个世纪的开拓和发展方面，盖瑞特（Garrett）公司起到了至关重要的作用。

1953年，盖瑞特公司研发了T02涡轮增压器，并取得巨大成功。

1954年，盖瑞特成立空研工业部，专门从事涡轮增压器的设计与制造。

1961年，又在汽车界首次尝试将涡轮增压器应用到轿车上。

在随后的发展中，盖瑞特逐渐演变成世界上最著名的涡轮增压器厂商。

1999年，盖瑞特并入霍尼韦尔（Honeywell）公司，但增压器产品仍沿用盖瑞特商标。

1.3 涡轮增压器在汽车上的应用
目前国内可以买到的原装搭载涡轮增压系统引擎的车型并不多，基本上都是集中在几只牌子上，而且都属于中型级别以上，如：大众的帕萨特1.8T、宝来1.8T；国产奥迪的A6 1.8T、A4 1.8T，进口的TT 2.7T V6；更高级的就有萨博的9-3、9-5；至于顶级涡轮增压车，非奔驰S600（5.5L V12 双增压）莫属等等（当然还有一票柴油车）。

如果算上国外有量产的车型，则是数不胜收：最为车迷们津津乐道的莫过于那一堆日本的高性能跑车，日产尼桑GT-R、丰田 SUPRA （JZA80）、马自达RX-7（FD3S）等。

而对于一般用户而言，买台“带T的”涡轮增压车型的第一个反应就是：比普通车的自然吸气引擎车动力强劲了不少！的确，涡轮增压引擎得益于它与众不同的工作原理，使其拥有优异的升功率表现，相对于同功率的自然吸气车，在相同的动力输出数据和非极端使用条件下，油耗方面的未必会比自然吸气车差。

而且，其最大的优点就是升级、改装的便利性和原厂就具备的性能提升潜力也非自然吸气发动机可以媲美。

第二章汽车发动机增压系统的分类及特点
2.1汽车涡轮增压器的分类
2.1.1机械增压系统
机械式涡轮增压器如图1所示，该装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压
吹到进气岐道里。

其优点是涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。

但是由于装在发动机转动轴里面，因此还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高。

图1 机械式涡轮增压器
2.1.2废气涡轮增压系统
这就是我们平时最常见的涡轮增压装置如图2所示，增压器与发动机无任何机械联系，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%。

图2 废气涡轮增压器
2.1.3气波增压系统气波增压系统
利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。

这种系统增压性能好、加速性好、但是整个装置比较笨重，不太适合安装在体积较小的轿车里面。

2.1.4复合增压系统
即废气涡轮增压和机械增压并用如图3所示，机械增压有助于低转速时的扭力输出，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，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。

图3 复合式涡轮增压器
2.2汽车涡轮增压器的特点
诚然，涡轮增压的确能够提升发动机的动力，不过它的缺点也有不少，其中最明显的就是动力输出反应滞后。

即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，即大脚踩油门加大马力，到叶轮转动将更多空气压进发动机获得更大动力之间存在一个时间差，而且这个时间还不短。

一般经过改良的涡轮增压也要至少2秒左右来增加或者减少发动机动力输出。

如果需要突然加速的话，瞬间会有提不上速度的感觉。

随着技术的进步，虽然各个使用涡轮增压的厂家都在对涡轮增压技术进行改进，但是由于设计原理问题，因此安装了涡轮增压器的汽车驾驶起来的感觉是和大排量的汽车有一定差异的。

譬如说一辆1.8T的涡轮增压汽车，在实际的行驶之中，加速肯定不如2.4L的，只要过了那段等待期，1.8T的动力同样会窜上来，因此单单追求驾驶感觉的话，涡轮增压引擎并不合适，如果是跑高速之类的，涡轮增压才显得特别有用。

如果车辆经常在城市内行驶，那么有必要考虑需要什么样的涡轮增压，因为涡轮并不是随时都在启动。

对于那些启动转速高的涡轮增压发动机，例如斯巴鲁、翼豹的涡轮增压，它的启动是在3500转左右，5档能上到3500转速度会破120，除非故意停留在低档位，否则不超过120公里的时速翼豹的涡轮增压根本无法启动。

这时那些低转速启动的涡轮增压发动机更为合适，例如大众的1.4Tsi/1.8Tsi 发动机，在1750甚至1500转的时候涡轮增就能介入，即使在2000~3000换档，也能保证换档前后转速保持在燃油应用效率更高的涡轮增压区域。

此外涡轮增压还有维护保养方面的问题，例如宝来的1.8T，6万公里左右就要更换涡轮了，虽然次数不多，毕竟给自己的车无形之中又增加了一笔维护保养费，这个对经济环境还不是特别好的车主来说特别值得注意。

第三章废气涡轮增压系统的结构及工作原理
3.1作用
涡轮增压器按增压方式分为废气涡轮增压器、复合式废气涡轮增压器和组合式涡轮增压器。

他们的作用分别如下：
3.1.1废气涡轮增压器利用发动机排出的具有一定能量的废气进入涡轮并膨胀做功，废气涡轮的全部功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机工作叶轮，在压气机中将新鲜空气压缩后再送入气缸。

废气涡轮与压气机通常装成一体，便称为废气涡轮增压器。

其结构简单，工作可靠，一般柴油机合理地加装废气涡轮增压系统后，可提高功率20% ～30% ，降低比油耗5% 左右，有利于改善整机动力性能、经济性能及排放品质，因而得到广泛应用。

3.1.2复合式废气涡轮增压器废气涡轮增压器是将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来工作，称为复合式废气涡轮增压器。

在某些增压度较高的柴油机上，废气能量除驱动废气涡轮增压器外，尚有多余的能量用于驱动低压废气动力涡轮，该动力涡轮通过齿轮变速器及液力耦合器与发动机输出轴联接。

这样，废气涡轮增压器达到增压的目的，而废气动力涡轮将废气能量直接变为功率送给曲轴。

3.1.3组合式涡轮增压器组合式涡轮增压器由废气涡轮增压与进气惯性增压组合而成。

在该增压系统中，除废气涡轮增压器外，还有由稳压箱、共振管、共振室等构成的进气惯性增压系统，利用压力峰值可进一步提高增压后的进气压力。

3.2构造
废气涡轮增压器一般由单级离心式压气机和单级轴式涡轮机或径流式涡轮机组成为机组，并分别称为轴流式废气涡轮增压器和径流式废气涡轮增压器。

如图4所示，压气机和涡轮机二者的工作轮装在同一根轴上，称为转子，转子由发动机排出的废气驱动。

这种涡轮增压器工作的条件，除压气机和涡轮机的转速相同外，在任何工况下其效率也是相同的。

图4 废气涡轮增压器组成
涡轮增压器按转子的支承情况有各种不同结构方案，最常见的有几种：
3.2.1外双支承式
即转子两端有支撑，这种方案亦称无悬臂式支承，在轴流式大型涡轮增压器上应用最广。

3.2.2双内支承式
即二个轴承都放在叶轮里面，所以又叫悬臂支承，这样可保证涡轮增压器的尺寸小、重量轻。

这种结构形式在小型径流式涡轮增压器上应用最广。

3.2.3单悬臂式支承
即压气机的工作轮呈悬臂布置，转子支点在涡轮机工作轮的两侧。

这种方案可使压气机进口损失最小和涡轮结构紧凑，因此应用也较广。

3.2.4悬臂支撑
压气机和径流式涡轮机的工作轮紧挨着，像是两面部有叶轮的工作舱，所以又称单转子。

上述几种方案中的支点可采用滑动轴承，也可采用滚动轴承。

滚动轴承的摩擦损失不大，长度也小，但寿命不如滑动轴承。

因此，国内外的增压器广泛采用滑动轴承。

3.3工作原理
图5 废气涡轮增压器的工作原理
涡轮增压器实际上是一种空气压缩机如图5所示，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一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

第四章汽车涡轮增压器的使用及维护
4.1涡轮增压发动机的使用
涡轮增压器是利用发动机排出的废气驱动涡轮，由于它工作的环境经常处于高速、高温下工作，增压器废气涡轮端的温度在600度以上，增压器的转速也非常高，因此为了保证增压器的正常工作，对它的正确使用和维护十分重要。

主要我们要遵循以下的方法：
4.1.1汽车发动机启动之后，不能急踩加速踏板，应先怠速运转三分钟，这是为了使机油温度升高，流动性能变好，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，至少需要热车5分钟以上。

4.1.2发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。

原因是发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的，正在运行的发动机突然停机后，机油压力迅速下降为零，机油润滑会中断，涡轮增压器内部的热量也无法被机油带走，这时增压器涡轮部分的高温会传到中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转。

这样就会造成涡轮增压器转轴与轴套之间“咬死”而损坏轴承和轴套。

4.1.3选择机油的时候一定要注意。

由于涡轮增压器的作用，使进入燃烧室的空气质量与体积有大幅度的提高，发动机结构更紧凑、更合理，较高的压缩比，使发动机的工作强度更高。

机械加工精度也更高，装配技术要求更严格。

所有这些都决定了涡轮增压发动机的高温、高转速、大功率、大扭矩、低排放的工作特点。

同时也就决定了发动机的内部零部件要承受较高的温度及更大的撞击、挤压和剪切力的工作条件。

所以在选用涡轮增压轿车机油时，就要考虑到它的特殊性，所使用的机油必须抗磨性好，耐高温，建立润滑油膜块，油膜强度高和稳定性好。

而合成机油或半合成机油恰好可以满足这一要求，所以机油除了最好使用原厂规定机油外还可以选用合成机油、半合成机油等高品质润滑油。

4.1.4发动机机油和滤清器必须保持清洁，防止杂质进入，拆卸增压器时，要保持清洁，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，损坏转子。

因为涡轮增压器的转轴与轴套之间配合间隙很小，如果机油润滑能力下降，就会造成涡轮增压器的损坏维修时应注意不要碰撞损坏叶轮，如果需要更换叶轮，应对其做动平衡试验。

重新装复完毕后，要取出堵塞物。

4.1.5需要按时清洁空气滤清器，防止灰尘等杂质进入高速旋转的压气叶轮，造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。

4.1.6需要经常检查涡轮增压器的密封环是否密封。

因为如果密封环没有密封住，那么废气会通过密封环进入发动机润滑系统，将机油变脏，并使曲轴箱压力迅速升高，此外发动机低速运转时机油也会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧，从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。

4.1.7涡轮增压器要经常检查有没有异响或者不寻常的震动，润滑油管和接头有没有渗漏。

4.1.8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，因此当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修，而不是到普通的修理店。

4.2涡轮增压器的维护
4.2.1保养误区
对涡轮增压，许多人并不陌生，但仍然有许多人存在误区，尤其是年纪较大的消费者。

主要原因有二:其一，许多消费者认为带涡轮增压的发动机的耐用程度不如传统自然吸气发动机，且维修费用相对要高一些。

其二，认为涡轮增压车型的使用较麻烦，后期维护费用也高，买车易养车难。

其实，目前的涡轮增压技术已经发展得相当成熟，已不像刚开始时的涡轮增压器常发生故障，随涡轮增压器生产质量提高，正常情况下，涡轮增压器寿命有的可高达20年以上，甚至能与车辆同寿命。

目前的涡轮增压器，大部分质量都说得过去，它的使用寿命的长短很大程度上取决于我们日常的使用保养和维护，这才为问题的关键。

“T”字母已成为涡轮增压(Turbo)的特殊身份象征，与自然吸气引擎相比，涡轮增压引擎拥有更强的动力。

先进的涡轮增压(Turbo)发动机技术，通过提高进入燃烧室的空气质量让汽油燃烧更充分，从而提高输出功率。

发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加20% ～ 30%，甚至更高，但是相同情况下的耗油量却并不比普通发动机高。

所以在目前全人类对节能减排、保护环境的觉悟日益提高的情况下，T字头汽车被迅速地推广和普及，T 字头座驾也因为澎湃的动力和良好的燃油经济性获得众多车主的青睐。

但是涡轮增压发动机在提高输出功率的同时，工作中产生的最高爆发压力和平均温度也大幅度提高。

因此，发动机在维护保养以及驾驶常识上对车辆使用也提出了更多的要求。

4.2.2选择优质机油及保护剂
目前大部分出现问题的涡轮增压器都是因为涡轮增压器和进气管之间的油封密封损坏，造成大规模烧机油。

而油封损坏的主要原因是因为更换机油的周期太长或使用劣质机油，造成浮动的涡轮主转轴缺少润滑和散热，进而首先损坏了油封，造成漏油。

据悉，机油在通过涡轮增压发动机的主轴瓦等部位时，会受到比普通发动机更加强烈的剪切作用，这时油中的高分子物质就会发生非常剧烈的裂解，生成分子量较低的物质，从而导致油品的粘度降低，就是我们常说的油膜“变薄”。

普通润滑油无法保证涡轮增压器的正常润滑，全合成机油是一个选择，只有这样，才能使得在高转速下机油的润滑能力不下降。

但全合成机油也还是不能根本解决涡轮增压器的润滑问题，因为一般涡轮增压器在发动机转速在3500转时才会启动，并且快速提升直到6000转。

发动机转速越高，越要求机油的抗剪切能力强，就是让油品抵抗剪切作用而使粘度保持稳定的性能，涡轮增压器的润滑对润滑油的润滑提出了更高的要求，目前施耐普特汽车一站式服务中心推出的SNPT高效多功能润滑剂是目前唯一一种针对涡轮增压器保护最有效的添加剂，效果卓著，它是一种含有固体润滑成分的纳米添加剂，配合润滑油添加后，在润滑系统内形成固体润滑与液体润滑双层润滑膜态，固体润滑成分耐高温高，解决了涡轮增压器在液体润滑油膜无法形成时的润滑问题，在启动及驻车熄火时在液体润滑油膜无法保证的前提下，依附涡轮增压器摩擦表面的固体润滑油膜起到了代行润滑作
用。

以此保证了涡轮增压器的润滑。

4.2.3保持涡轮清洁
涡轮发动机的最大特点就是大功率、低油耗。

这都依托于其精密的设计和制作工艺，同时也决定了它严苛的工作环境。

因此，它对润滑油的清洁保护性要求非常高，任何杂质与部件的摩擦损害都非常大。

如大颗粒的污染物，在发动机的转速达到4000—6000转的情况下，会使曲轴颈、汽缸壁、轴承表面迅速拉成条状；小颗粒的污染物使机件表面形成麻坑、斑点，在高速运转的情况下容易发生碎裂。

所以需要保持涡轮增压器的清洁。

首先，发动机机油和滤清器必须保持清洁，防止杂质进入，因为涡轮增压器的转轴与轴套之间配合间隙很小，如果机油润滑能力下降，就会造成涡轮增压器的过早报废。

其次，需要按时清洁或更换空气滤清器，防止灰尘等杂质进入高速旋转的增压器叶轮，灰尘颗粒可能会打坏增压器叶片，造成转速不稳，轴套和密封件磨损加剧。

最后，建议使用全合成机油、半合成等高品质机油，他们的清洁保护作用更强。

另外，还要定期的检查油道，进油道要尽可能短，以便在发动机启动后很快供油。

除了极少数特殊情况外，机油出口应该垂指向下，而且回油管应高出油底壳机油液面，以保证回油能畅通地流回发动机油底壳。

4.2.4进行定期检查
4.2.4.1由于涡轮增压器的成本较高，甚至长期不良使用还造成涡轮增压器损坏甚至引擎损坏的严重后果，所以对车辆的定期检查必须高度重视。

不仅可以及早发现车辆存在的问题，以免造成不可挽回的损失，同时，车主也可以向维修师傅请教，了解更多、更好的驾驶车辆和养护车辆的常识。

4.2.4.2需要检查涡轮增压器的密封环是否密封。

因为如果密封环没有密封住，那么废气会通过密封环进入发动机润滑系统，将机油变脏，并使曲轴箱压力迅速升高，从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。

4.2.4.3涡轮增压器要经常检查有没有异响或者不寻常的震动，润滑油管和接头有没有渗漏。

另外，需要提醒的是，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，因此当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修，而不能到街边店盲目修理。