涡轮增压器的结构与原理

增 压 器 的 使 用 要 求
增 压 器 的 使 用 要 求
涡轮增压器是在高温、高速下工作，所以正确地使用和 良好的维护保养对保证增压器的使用寿命和性能非常重 要。
增 压 器 的 使 用 要 求
润滑系统： 1.增压器采用发动机润滑油进行润滑,润滑油必须使用CD级以上牌号,且须
经过过滤尺寸小于20μ 的全流式滤清器滤清。
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
何谓增压器与发动机之间的匹配?
增压器与发动机之间存在着内在的联系 -增压器给发动机提供压缩空气 -发动机利用压缩空气燃烧燃料 -发动机的排气能量取决于发动机的燃烧状况 -排气驱动增压器涡轮 -增压器涡轮带动压气机叶轮 这样，增压器与发动机之间到达一个能量与流量的相互平衡。 能量与流量的平衡点就是增压器/发动机的匹配。
69kpa(0.7kgf/cm2)。
5.润滑油进油温度应在100℃以下，最高不应超过120℃。 6.不要使用液体成型的密封条和密封垫片， 也不能使用密封胶。 7.要避免发动机长时间的怠速（最长不应超过20分钟）。 9.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(3～5分钟)
10.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(3～5分钟)
涡轮增压器系列 转子径向间隙 转子轴向间隙 压气机径向间隙 涡轮径向间隙 T25 0.094~0.130 0.043~0.081 0.57~0.90 0.86~1.18 T4 0.106~0.145 0.051~0.086 0.61~0.91 0.94~1.20 T45 0.120~0.168 0.079~0.119 0.61~0.97 0.94~1.20
增压器结构及工作原理
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
涡轮增压柴油机系统示意图
发动机进气
发动机
涡轮增压器 大气环境
工作原理
• • • •
由发动机废气推动 涡轮带动压气机 增加进气和压力 增强燃烧
发动机排气
• • • •
提高燃油经济性 降低排放, 减少环境污染 提高动力和性能 高原功率补偿
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
可能原因
空气滤清器太脏 压气机进气管不通畅 压气机出口管道不通畅 发动机进气管不通畅 空气滤清器至压气机间的管道漏气 压气机至发动机进气管的管道漏气 发动机进气管与气缸盖接合面漏气 发动机排气管不通畅 消音器或其后的排气管不通畅 发动机排气管与气缸盖接合面漏气 涡轮进口与发动机排气管的连接处漏气 涡轮排气管道漏气 增压器回油管不通畅 发动机曲轴箱呼吸器不通畅 增压器中间壳积污或结焦 喷油泵或喷油器调整不正确 发动机正时不正确 发动机活塞环或缸套磨损导致窜气 发动机内部问题（气门、活塞） 压气机叶轮或扩压器叶片积污 增压器损坏
增 压 柴 油 机 的 故 障 诊 断
问题
发 动 机 功 率 不 足 发 动 机 排 气 冒 黑 烟 发 动 机 机 油 耗 量 过 大 发 动 机 排 气 冒 蓝 烟 增 压 器 工 作 噪 音 过 大 增 压 器 发 出 周 期 性 声 响 压 气 机 侧 漏 油 涡 轮 侧 漏 油
机上故障诊断表
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
动平衡
动平衡的目的:
– 延长轴承的寿命 – 减少振动 – 减少噪声 – 减少功率损失 – 减少转子负荷
F=mω2e
e→0
动平衡是一个将质心轴与转轴尽可能接近的过程
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
动平衡
零件（SWA，压气机叶轮） 不平衡量单位是：g.in
润滑油出口
中间体转子部件（CHRA）
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
密封系统
DY NAMIC COMP RESSOR SEAL
DY NAMIC TURB INE SEAL
密Βιβλιοθήκη Baidu环
密封环
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
密封-活塞环密封
沿环周向泄漏 开口泄漏
二 个 泄 漏 途 径: 通 过 开 口 沿 周 向 较 低 的 摩 擦 损 失， 但 密 封 不 完 全。
e. 密封胶或密封垫片碎片流入润滑油道。
增 压 器 失 效 模 式 分 析
杂质损坏的轴承 与新轴承的对比
杂质造成轴承损坏
增 压 器 失 效 模 式 分 析
拉丝
拉丝
杂质造成涡轮轴损坏
增 压 器 失 效 模 式 分 析
2.润滑油不足:增压器润滑油有润滑和冷却功能,润滑油不足,首先影响的是冷却
功能,导致增压器过热,烧坏转轴、轴承等，并破坏转子动平衡，最后导致增压
器损坏。以下情况会导致供油不足：
a.没有按规定更换润滑油,或使用CD级以下的润滑油,导致润滑油结焦,丧失功能。 b.柴油机在大负荷工作后突然停机，产生回热，导致转子和轴承过热并结焦， 损坏增压器。 c.开机后未怠速运行，马上加负荷，或更换增压器前未作预润滑，导致转子缺 油，产生干摩擦，损坏增压器。 d.进油管路或润滑油滤清器堵塞，润滑油泵故障，或润滑油压力低等。
增 压 器 的 使 用 要 求
进排气系统：
1.压气机进口处负压最大值在新滤清器时作如下限定：
中型柴油机为：3kpa（0.03kgf/cm2）
重型柴油机为：3.5kpa（0.036kgf/cm2） 2.当压气机进口处负压超过6.5kpa（0.064kgf/cm2）时, 应清洁或更换更 换空滤滤芯。
排除措施
按照发动机制造厂商的规定更换滤芯 视具体情况清除杂物或更换损坏的零部件 视具体情况清除杂物或更换损坏的零部件 参照发动机制造厂商的手册并清除杂物 视具体情况更换密封件或拧紧紧固件 视具体情况更换密封件或拧紧紧固件 参照发动机制造厂商的手册并视具体情况更换垫片或拧紧紧固件 参照发动机制造厂商的手册并清除杂物 视具体情况清除杂物或更换次品 参照发动机制造厂商的手册并视具体情况更换垫片或拧紧紧固件 视具体情况更换垫片或拧紧紧固件 参照发动机制造厂商的手册并排除漏气现象 视具体情况清除杂物或更换排气管 参照发动机制造厂商的手册并清除杂物 视具体情况更换机油和机滤、大修或更换增压器 参照发动机制造厂商的手册并视具体情况更换或调整有关部件 参照发动机制造厂商的手册并更换磨损的零件 参照发动机制造厂商的手册并视具体情况修理发动机 参照发动机制造厂商的手册并视具体情况修理发动机 清洁，查找并清除空气未过滤的原因，更换机油或机滤 查找并消除造成损坏的原因，视具体情况大修或更换增压器
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
旁通阀工作示意图
旁通阀门
压气机出气压力
阀的直径
气膜上的压力 排气压力
曲柄长度
弹簧作用力
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
旁 通 阀 是 如 何 改 进 性 能 的？
发动机全负荷性能的比较
1.5
允 许 采 用 小 涡 轮， 改 善 发 动 机 的 低 速 性 能
定期保养：
按柴油机厂商和汽车厂商规定对发动机润滑油系统、进排气系统进行定期维 护保养。
增 压 柴 油 机 的 故 障 诊 断
增 压 柴 油 机 的 故 障 诊 断 漏油是一种常见的故障现象,如果及时发现并排除故障原因,可使涡
轮增压器避免失效,以下情况会导致增压器漏油:
a.发动机空滤器或进气管路阻塞，导致进气负压过大。
普通式
• 普通的增压器的增压度 受涡轮尺寸控制
增 压 压 力, bar
1.0
但在低速的增压度较低
旁通式
0.5
• 旁通式增压器的增压度 受旁通涡轮气流控制
增加的增压度
0 0 1500 3000 4500
允 许 采 用 较 小 的 涡 轮， 增加低速增压度
发动机转速
旁 通 阀 可 优 化 发 动 机 的 高、 低 速 性 能。
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透气管节 流导致增 压器漏油
增 压 柴 油 机 的 故 障 诊 断
当你在使用中遇到问题而怀疑是涡轮增压器出故障时，
请勿立即从发动机上拆下涡轮增压器，而是应该首先进行机上
故障诊断（参阅“机上故障诊断表”），查明原因并排除故障。 经验表明，仅仅更换涡轮增压器而不去查清造成问题的原因， 不仅不能解决问题，还可能会出现同样的现象。
增 压 器 失 效 模 式 分 析
增 压 器 失 效 模 式 分 析
损 坏 增 压 器 主 要 原 因 有 以 下 四 点： A） 异 物 进 入。 B） 润 滑 油 不 洁 或 老 化。 C） 润 滑 油 不 足。 D） 使 用 和 保 养 不 善。
增 压 器 失 效 模 式 分 析
与润滑有关的问题
1.使用不洁润滑油:不洁润滑油进入增压器会导致转轴、轴承、轴承座孔
的磨损，并破坏转子的动平衡，最后造成增压器损坏。以下情况会导致润 滑油不洁： a.柴油机使用的润滑油滤清器不符合规定，或使用伪劣滤芯。 b.使用中滤芯被击穿，或柴油机主油道滤清器被堵塞，润滑油进入旁通道。 c.没有按规定更换润滑油，更换前未清洗柴油机主油道。 d.更换增压器或作预润滑时，杂质进入润滑油管路。
2.下列情况均须预先润滑涡轮增压器：
•停机时间过长或在冬季,
•更换润滑油或维修（包括放出润滑油）之后.
3.发动机启动后3～4秒内,增压器进油口必须显示油压69kpa（0.7kgf/cm2）
增 压 器 的 使 用 要 求
4.发动机负载运行时,增压器进油口处润滑油压力在最大扭矩工况及以上转速时 应在196-392kpa(2.11-4kgf/cm2)范围内,低怠速工况应不小于
2.对旁通增压器总成， 切勿将装在外面的推杆 等零件当作拎把搬动增 压器总成，以免影响旁 通阀执行机构的灵敏度 和可靠性
增 压 器 的 使 用 要 求
日常检查： 注意：必须在发动机冷下来后才能进行检查，检查中不能开动发动机，以免 造成人员伤害。 1.检查空气滤清器与增压器、增压器与发动机进排气管之间的连接管路密封性 和紧固情况。 2.检查涡轮增压器进回油管有无损坏或节流现象，接头处连接螺栓有无松动。 3.检查机油品质、清洗或更换机油滤芯。 4.检查空气滤清器并定期清洁或更换滤芯。 5.检查发动机曲轴箱呼吸器是否通畅，保证曲轴箱压力正常。
3.涡轮出口的排气背压应不超过10.0kpaG（0.1kgf/cm2G),当采用排气制动
时，排气背压限值可参考发动机使用说明书的规定。
4.涡轮进口最高温度一般应不超过700℃。
增 压 器 的 使 用 要 求
旁通阀执行器：
1.旁通阀执行器总成压力设定 和校验是在本公司的专门设定 /检验机构上进行的，客户和 其他人员不能随意变动。
2.返回的大多数未损坏增压器也是被判定为漏油而被不必要地更换
a.发动机空滤器或进气管路阻塞，导致进气负压过大。
进气管 过瘪产 生节流
d.压气机壳出气口到发动机进气管之间的连接管路是否漏气
此处为潜在 泄漏区域 此处为泄 漏区域 管路破裂 产生漏气 导致漏油
g.曲轴箱内油压或油位过高，曲轴箱通风管堵塞。
密封环 涡轮壳
浮动轴承
压气机壳
涡轮
压气机叶轮
推力轴承
中间体
旁通阀执行机构
增压器剖视图
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
应用于柴油机的 涡轮增压器工作 温 度 约：500－700 ℃
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
转 子
转子的工作转速 从每分钟数万转 到 二 十 多 万 转。
增压器间隙（参考）
CHRA不平衡量单位是:G TB25: 0-1800Hz 1.2G GT17: 1.0G/0-1000 & 1.5G/1000-2500Hz
动平衡是一个将质心轴与转轴尽可能接近的过程
增 压 器 结 构 及 工 作 原 理
润滑系统
润滑油进口
润滑系统的作用：
•冷却来自涡轮工作的热量 •向轴承系统提供润滑 •为转子动平衡提供油膜支 撑
b.增压器回油管撞弯或损坏，导致回油节流。 c.中间体油腔内积碳，导致回油不畅。 d.压气机壳出气口到发动机进气管之间的连接管路是否漏气 e.涡壳进气口与排气管出气口的连接处是否漏气。 f.怠速时间过长。 g.曲轴箱内油压或油位过高，曲轴箱通风管堵塞。 h.发动机下窜气过大。 注：1.如果一台增压器外观完好、转子转动灵活、叶片无擦壳，则说明增 压器本身状态良好。