增压器故障案例培训资料增压器故障案例培训资料TrainingMaterialforTurbochargerFaultCase潍柴动力股份有限公司WeiChai Power Co, LTD目录目录CONTENTCONTENT1.增压器结构及工作原StructureandworkingPrinciple2.增压器的使用要求Userequirements3.增压发动机故障诊断Faultdiagnosis4.增压器失效模式分析Invalidmodeanalysisofturbocharger涡轮增压柴油机系统示意图工作原理工作原理由发动机废气推动由发动机废气推动promoted by exhaust gas涡轮带动压气机涡轮带动压气机turbine promote compressor增加进气和压增加进气和压力 increase air and pressure增强燃烧增强燃烧enhance combustion提高燃油经济性提高燃油经济性raise fuel economy降低排放降低排放,减少环境污染减少环境污染reduce displacement and environment pollution提高动力和性能提高动力和性能raise power and performance高原功率补偿高原功率补偿compensate plateau power发动机engine 涡轮增压器turbocharger发动机排气exhaust air 发动机进气intake air 大气环境atmosphericenvironment增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理StructureandworkingPrinciple 发动机进气管air intake pipe 发动机排气管air exhaust pipe自然吸气发动机如需增加进气量，则必须增加发动机的气缸排量(D或S）If natural intake engine needs to increase air inlet quantity, we must increase cylinder displacement of engine (D or S）. 增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理StructureandworkingPrinciple0501001502002503003501234567发发动动机机转转速速RPM（1,000）发发动动机机的的扭扭矩矩(N.m)自自然然吸吸气气发发动动机机增增压压发发动动机机增压的目的:向发动机供应额外的空气，使其能燃烧更多的燃料。燃烧的燃料越多，则发动机能产生越大的动力。增增压压的的好好处处Ne=(n*Me)/9550 增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理050100150200250197019751980198519901995Est.2000%变化变化,100%=原来原来功率密度功率密度BSFC(比油耗)NOx颗粒颗粒增压的好处排放增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理增增压压车车8000ft(2439m)非非增增压压车车海海拔拔高高度度(ft1,000)012345678增压器高原功率补尝示意图功率（HP）300HP(225kW)228HP(169kW)200300250275225每每上上升升302米（米（1000英英尺），尺），功功率率损损失失3增压的好处高原补偿增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理中冷的好处中冷将给增压发动机带来以下好处:中冷器增压器发动机发动机排气热的压缩空气环境空气冷的压缩空气1.排放物排放物:a.由于燃烧温度降低，减少了由于燃烧温度降低，减少了NOx的排放的排放b.由于燃烧完全，降低了由于燃烧完全，降低了CO的排放的排放2.发动机发动机:a.较低热负荷较低热负荷b.较低的气缸压力较低的气缸压力c.更大的功率更大的功率d.低的燃油耗率低的燃油耗率增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理中冷的型式水水空空中中冷冷空空空空中中冷冷冷却效果较大程度取决于发动机冷却水的温度冷却效果较大程度取决于发动机冷却水的温度适用于静止式的发动机适用于静止式的发动机冷却效果好冷却效果好适用于车辆适用于车辆增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理进气方式进气密度的比较：增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理需有单独的润滑油供应管路各连接管路需要支撑增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理 应用于柴油机的涡轮增压器工作温度约：500700增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理涡轮壳涡轮压气机壳压气机叶轮中间体浮动轴承 旁通阀执行机构密封环推力轴承增增压压器器剖剖视视图图增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理压气机壳压气机壳进气连接进气连接排气连接排气连接进气口进气口排气口排气口后盖板后盖板压气机叶轮压气机叶轮增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理排气口进气口隔热 罩涡轮及轴连接发兰浮动轴承推力轴承及座排气发兰双流道单流道增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理转子的工作转速从每分钟数万转到二十多万转。转转子子增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理增压器间隙（参考）增压器间隙（参考）动平衡的目的动平衡的目的:延长轴承的寿命延长轴承的寿命减少振动减少振动减少噪声减少噪声减少功率损失减少功率损失减少转子负荷减少转子负荷动平衡是一个将质心轴与转轴尽可能接近的过程动动平平衡衡F=m2ee0增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理动动平平衡衡TB25:从从0-1800Hz1.5G到到0-1800Hz1.2GGT17:1.0G/0-1000&1.5G/1000-2500HzCHRA不平衡量单位是不平衡量单位是:G零件（零件（SWA，压气机叶轮），压气机叶轮）不平衡量单位是：不平衡量单位是：g.in增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理润滑系统润滑系统的作用：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中间体中间体转子部件（CHRA） 润滑油进口 润滑油出口增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理 轴承-流体动力学轴承轴经汇集油膜偏心距姿态角压力分布图轴向周向展开图负荷负荷hzx2p pr形成动压润滑油膜的必要条件：形成动压润滑油膜的必要条件：1. 两工作表面必须构成收敛形间隙。2. 两工作表面必须有一定的相对运 动速度。3. 两工作表面必须连续充满具有一 定粘度的润滑油。增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理密封环密封环密封环密封环密封 系统增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理密封-活塞环密封二个泄漏途径:通过开口沿周向开口泄漏沿环周向泄漏较较低低的的摩摩擦擦损损失，失，但但密密封封不不完完全。全。增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理密封-动态压气机密封活塞环甩油环的径向孔将活塞环上的空气和油泵出第二道孔增加泵吸作用甩油环改善了活塞环的动态密封增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理 旁通阀机构气动执行器涡壳接口件阀门增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理旁通阀门弹簧作用力压气机出气压力气膜上的压力排气压力曲柄长度阀的直径 旁通阀工作示意图增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理1.高效的空气动力特性，使发动机获得优良的性能。2.可靠性好。3.结构紧凑，便于安装。4.零件数减少，便于高效率生产。增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理 增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理何谓增压器与发动机之间的匹配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排气驱动增压器涡轮-增压器涡轮带动压气机叶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。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能量与流量的平衡点就是增压器/发动机的匹配。发动机的匹配。增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理TTT-T截面截面增压器接口增压器接口流道流道R4RadiusToDynamicCenterT-TSectionA4(面积面积T-T截面截面)A/R=A4/R4r1r2TRIM=(r1/r2)2x100A4:零截面零截面T-T的面积的面积;R4:流量中心半径流量中心半径A/R:值大流量大值大流量大TRIM:值大流量大值大流量大通过改变通过改变A/R或或TRIM来改变压气机特性来改变压气机特性增增 压压 器器 结结 构构 及及 工工 作作 原原 理理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。增增 压压 器器 的的 使使 用用 要要 求求多级复合空滤CD以上级机油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20的全流式滤清器滤清。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 34 4秒内,增压器进油口必须显示油压69kpa69kpa（0.7kgf/cm0.7kgf/cm2 2）润滑系统：润滑系统：增增 压压 器器 的的 使使 用用 要要 求求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/196-392kpa(2.11-4kgf/cmcm2 2) )范围内,低怠速工况应不小于69kpa(0.7kgf/cm69kpa(0.7kgf/cm2 2) )。5 5.润滑油进油温度应在100以下，最高不应超过120。6 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。增增 压压 器器 的的 使使 用用 要要 求求7.要避免发动机长时间的怠速（最长不应超过20分钟）。8.严禁采用“加速熄火空档滑行”的操作方法。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(35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(35分钟)增增 压压 器器 的的 使使 用用 要要 求求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。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 4.涡轮进口最高温度一般应不超过700。进排气系统：进排气系统：增增 压压 器器 的的 使使 用用 要要 求求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.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旁通阀执行器：旁通阀执行器：增增 压压 器器 的的 使使 用用 要要 求求日常检查：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。定期保养：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。增增 压压 器器 的的 使使 用用 要要 求求当你在使用中遇到问题而怀疑是涡轮增压器出故障时，当你在使用中遇到问题而怀疑是涡轮增压器出故障时，请请勿立即从发动机上拆下勿立即从发动机上拆下涡轮增压器，而是应该首先进行涡轮增压器，而是应该首先进行机上机上故障诊断故障诊断，查明原因并排除故障。经验表明，仅仅更换涡轮增，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。会出现同样的现象。增增 压压 器器 的的 故故 障障 诊诊 断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。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：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。压器本身状态良好。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增增 压压 器器 的的 故故 障障 诊诊 断断气负压过大第第40页页共共页页注意注意将增压器压壳出气口与中冷器连接端断开，起动发动机去检测增压器是否漏油是错误的。将增压器压壳出气口与中冷器连接端断开，起动发动机去检测增压器是否漏油是错误的。实际上，该方法会导致压端实际上，该方法会导致压端100%100%的漏油，因为压壳出气口断开连接，压气机叶轮背压无法的漏油，因为压壳出气口断开连接，压气机叶轮背压无法建立，由于进油压力的作用，将导致润滑油从压端渗出。建立，由于进油压力的作用，将导致润滑油从压端渗出。检查空滤进气管路是否有节流、变检查空滤进气管路是否有节流、变形形若管路有节流、变形，则说明增压若管路有节流、变形，则说明增压器进气受阻（相对真空度较大），器进气受阻（相对真空度较大），建议更换节流、变形的管路和空滤建议更换节流、变形的管路和空滤检查压气机壳出口连接管路是否漏气检查压气机壳出口连接管路是否漏气若有漏气，压气机叶轮背压无法建立，若有漏气，压气机叶轮背压无法建立，由于进油压力的作用，将导致润滑油由于进油压力的作用，将导致润滑油从压端渗出，应更换破损的管或拧紧从压端渗出，应更换破损的管或拧紧管路管路增增 压压 器器 的的 故故 障障 诊诊 断断第第41页页共共页页检查空气滤清器是否玷污检查空气滤清器是否玷污若空滤玷污，会造成增压器进气若空滤玷污，会造成增压器进气受阻（相对真空度较大），应清受阻（相对真空度较大），应清洁或更换空气滤清器洁或更换空气滤清器检查压气机叶轮是否被异物打坏检查压气机叶轮是否被异物打坏若异物打坏，增压器已损坏，应清洁进若异物打坏，增压器已损坏，应清洁进气系统，更换增压器气系统，更换增压器增增 压压 器器 的的 故故 障障 诊诊 断断第第42页页共共页页检查增压器的轴向、径向间隙是否变大（轴向检查增压器的轴向、径向间隙是否变大（轴向游动量游动量0.15mm0.15mm，径向单边最小间隙，径向单边最小间隙0.10mm0.10mm）若间隙超差，说明增压器已损坏，应拆机检查，若间隙超差，说明增压器已损坏，应拆机检查，维修或更换增压器维修或更换增压器增增 压压 器器 的的 故故 障障 诊诊 断断第第43页页共共页页检查增压器回油管路是否受阻检查增压器回油管路是否受阻若回油管受阻，机油无法顺利回至油底壳，在进油压力的若回油管受阻，机油无法顺利回至油底壳，在进油压力的作用下，机油会从密封环的开口处渗出。应清洁回油管路作用下，机油会从密封环的开口处渗出。应清洁回油管路或消除回油管路节流现象或消除回油管路节流现象增增 压压 器器 的的 故故 障障 诊诊 断断第第44页页共共页页检查发动机曲轴箱呼吸器是否堵塞检查发动机曲轴箱呼吸器是否堵塞若堵塞，会造成曲轴箱内压力升高，机油无法顺利回至油底壳，在进油压力若堵塞，会造成曲轴箱内压力升高，机油无法顺利回至油底壳，在进油压力的作用下，机油会从密封环的开口处渗出。应参照发动机厂家的维修手册修的作用下，机油会从密封环的开口处渗出。应参照发动机厂家的维修手册修理理增增 压压 器器 的的 故故 障障 诊诊 断断第第45页页共共页页检查曲轴箱内机油是否太满检查曲轴箱内机油是否太满若机油过满，根据发动机厂家要求，将曲轴箱内机油液面若机油过满，根据发动机厂家要求，将曲轴箱内机油液面调整到适当的高度调整到适当的高度增增 压压 器器 的的 故故 障障 诊诊 断断第第46页页共共页页检查发动机怠速时间是否过长（超过检查发动机怠速时间是否过长（超过20分钟）分钟）若长时间怠速，压气机叶轮背压无法建立，由若长时间怠速，压气机叶轮背压无法建立，由于进油压力的作用，将导致润滑油从压端渗出，于进油压力的作用，将导致润滑油从压端渗出，造成漏油。应擦干机油，避免长时间怠速造成漏油。应擦干机油，避免长时间怠速检查发动机曲轴箱呼吸器是否堵塞检查发动机曲轴箱呼吸器是否堵塞若堵塞，会造成曲轴箱内压力升高，机油若堵塞，会造成曲轴箱内压力升高，机油无法顺利回至油底壳，在进油压力的作用无法顺利回至油底壳，在进油压力的作用下，机油会从密封环的开口处渗出。应参下，机油会从密封环的开口处渗出。应参照发动机厂家的维修手册修理照发动机厂家的维修手册修理增增 压压 器器 的的 故故 障障 诊诊 断断 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。增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析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。e. 密封胶或密封垫片碎片流入润滑油道。增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析杂质损坏的轴承与新轴承的对比杂质造成轴承损坏增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析杂质造成涡轮轴损坏拉丝拉丝拉丝拉丝增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析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。增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析润滑油不足造成变色发黑发黑发蓝发蓝增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析3.机油老化导致增压器损坏:增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析4.使用劣质或变质的润滑油:轴承副磨损轴承副磨损增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析异物进入涡轮增压器1.压气机端面被异物损坏,这是由于异物从进气管或空滤器进入压气机壳造成的,如: a.进气管路密封不良,进气不经滤清直接进入压气机叶轮。 b.不按规定更换空滤或使用伪劣滤芯，导致进气过滤不良。 c.维护保养时异物进入增压器前进气管路。2.涡轮径向被异物损坏，这是由于异物从柴油机排气歧管进入涡壳所造成的,如： a.柴油机气缸内有零件损坏，随排气吹出，进入涡壳。 b.安装排气歧管时，不注意将螺栓等掉入排气道，柴油机运行后吹入涡壳。任何异物进入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。增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析滤清器密封不严颗粒杂物损坏压气机叶轮坚硬物体损坏压气机叶轮软物损坏压气机叶轮颗粒杂物损坏涡轮叶轮增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析异常噪音1.漏气噪音：漏气噪音：发动机排气歧管、增压器涡轮、排气尾管，可依据废气痕迹。发动机进气歧管、增压器压气机，可用肥皂水检查。2.机械噪音：机械噪音：不平衡量过大动平衡遭到破坏叶片擦壳紧固件松动不平衡量过大动平衡遭到破坏叶片擦壳紧固件松动3.喘振：喘振：匹配不符进气受阻匹配不符进气受阻增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析温度过高 在工作或停车时，如果温度升得足够高，优质润滑油也会分解，并形成沉淀物在中间壳的整个内腔里积累，使润滑油通道受到节流，甚至堵塞润滑油进出油管。另外，沉淀物会随着润滑油流到轴承系统中去，磨损工作表面，破坏动平衡，最后造成增压器的损坏。一般来说，引起工作温度过高的原因有：排气温度过高润滑油温度过高重复热停车空滤器堵塞使用劣质润滑油。增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析导致废气温度过高的原因有：发动机压缩比不对发动机供油时间有问题废气受到节流其它的发动机控制系统问题温度过高造成涡壳损坏 废气温度过高会导致涡壳和中间体变形，从而使叶轮擦壳。同时，高温会使涡壳氧化，剥落的物质会成为“外来物体”。另外，高温的废气使转子加速，并在高于设计转速下工作，这会导致叶轮开裂。增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析使用和保养不善驾驶员在使用和例行保养中,未按柴油机厂或汽车厂的规定操作,未及时排除柴油机的故障,最后导致大的停机、停车故障。例如：a.启动柴油机后，立即加负荷工作。b.大负荷工作后立即停机。c.不按规定保养和更换柴油机的进气系统、润滑系统和曲轴箱的透气孔。d.不及时排除增压器的漏油现象，造成增压器的涡轮结碳，损坏增压器。增增 压压 器器 失失 效效 模模 式式 分分 析析