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在讨论涡轮增压发动机系统之前，先回顾一下内燃机的基本工作原理及其同空气增压系统的 关系。内燃机是一种耗气机械，因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程。一旦空燃比达到 某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率。发动机 供油越多，黑烟就越浓。因此，超过空燃比极限后，增加供油量只会造成燃油消耗量过多、大气 污染、废气温度升高，并使柴油机寿命缩短。由此可见，增加空气量的能力对发动机来说是多么 重要。 涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。废气驱动涡轮叶轮总成，它与压气机叶轮相连接，如图1所示。当涡轮增压器转子转动时，大量的压缩空气被输送到发 动机的燃烧室里。由于增加了压缩空气的重量，就可以使更多的燃油喷入到发动机里去，使发动 机在尺寸不变的条件下而产生更多的功率。 图1废气涡轮增压系统 二、空气增压系统的优点 涡轮增压有许多好处。非增压发动机通过曲轴的运动直接从大气中吸进空气，而涡轮增压器 向发动机提供压缩空气。由于进入气缸的空气增多，所以允许喷入较多的燃油，使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。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，一台小排量发动机经增压后可产生与较大发动机相同的功率。其它还有节约燃 油和降低排放等优点。 由于涡轮增压器为发动机提供了更多的空气，燃油在发动机气缸里燃烧时会燃烧得更充分、 更彻底。发动机进气管的空气保持正压力（大于大气压的压力）对发动机有几方面的好处。当发 动机进排气门重叠开启时，新鲜空气吹入燃烧室，清除所有残留在燃烧室里的废气，同时冷却气 缸头、活塞和气门。 涡轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到氧气补偿（使其达到标准大气条件）。发 动机和涡轮增压器相匹配，使进气管压力保持海平面大气压。而一台自然吸气的发动机，随着海 拔高度的增加，其功率将下降。 三、涡轮增压器的零部件 废气涡轮增压器（囹2）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100000转/分以 上。 图2涡轮增压器结构 n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。 n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。 n涡轮增压器卸去所连接的压气机壳和涡轮壳后剩下的部分称为中间壳和转子总成。中间壳（又 称轴承壳）以一个精心设计的轴承系统来支撑压气机和涡轮的轮轮系统。这一为高速运转而设计 的轴承系统不能象曲轴的轴承那样承受重的载荷，而是必须精确地定位两只叶轮的位置，使其尽 可能靠近两端壳子的轮廓型线。这种定位的关键是向中间壳油孔、轴承和轴之间的间隙注入润滑 油。注入到间隙里的润滑油对提高涡轮增压器的效率和延长使用寿命是极其重要的。 图3是润滑油流动的示意图，它说明从发动机润滑系统流出的润滑油是如何通过油孔注入到间隙里的润滑油对提高涡轮增压器的效率和延长使用寿命是极其重要的。 图3是润滑油流动的示意图，它说明从发动机润滑系统流出的润滑油是如何通过油孔和油槽 流入两个主轴承的。润滑油流过轴承中的油孔去润滑和冷却轴承、轴承孔和轴颈。润滑油也从进 油孔直接进入推力轴承，或者通过在压气机壳后盖板的油道进入推力轴承。润滑油靠重力从中间 壳排出。密封系统使中间壳同涡轮级和压气机级分开。密封限制润滑油流进压气机和涡轮区域 内，并阻止燃气和空气从这两个区域流入中间壳。密封系统由活塞环密封、石墨和O形图密封、 甩油环以及迷宫（螺纹状的）密封组成，以完成密封任务。当轴旋转和壳体内气体压力建立起来 时，密封开始起作用，如图3所示。 图各种卡环和螺栓用来防护转动部件或将它们定位。止推部件用来保证轴向位置。轴的螺母或 车有螺纹的叶轮用来连接压气机叶轮和涡轮叶轮。涡轮壳和压气机壳同中间壳及转子总成靠螺 栓、V形卡箍和／或压板、锁紧板来连接。多年的经验告诉我们，造成涡轮增压器事故的主要原因是润滑问题，例如润滑油供油滞后、 节流或缺油和在润滑油里有杂质等。占第二位的原因是外来物体进入压气机叶轮或涡轮叶轮。 要有良好的维护保养习惯，特别是对空气滤清器、润滑油品质和润滑油滤清器等的维护保养。因 为涡轮增压器工作转速很高，所以良好的维护保养是非常重要的。适当的操作步骤和预防性的维 护保养，可以保证涡轮增压器的使用寿命和良好性能。除了偶尔要对压气机进行清洗以外，不需要单独对涡轮增压器作周期性的维护保养。因为一 般的维修人员没有专用设备是不能对涡轮增压器做校准和调整工作，并且涡轮增压器的润滑油是由它所在的发动机供应的。所以涡轮增压器的预防性维护保养主要是保证发动机与空气增压系统 的完整性以及不让发动机以损害涡轮增压器和发动机自身的方式来工作。由它所在的发动机供应的。所以涡轮增压器的预防性维护保养主要是保证发动机与空气增压系统 的完整性以及不让发动机以损害涡轮增压器和发动机自身的方式来工作。要避免发动机长时间的怠速。 当涡轮和压气机中气体压力过低和涡轮增压器轴的转速过低时，润滑油会通过密封件渗漏到 涡轮和压气机中。这一般不会造成机械损伤，但会弄脏叶轮，使用户产生抱怨。安装者应遵守下列预防措施，以确保成功地更换涡轮增压器。 1) 要确保包括润滑油泵和整个发动机状态在内的发动机润滑系统的完好，确保所有通道和管 路畅通，使它们能够产生和保持所需的润滑油流量和压力。 2) 要确保润滑油进口供油管路和出口排油管路清洁并布置适当。 a. 润滑油进出油管路的布置应尽量减少从发动机排气管和其他高温热源传来的热量。 b. 润滑油进油管被积碳堵塞时，要更换它。 c. 若使用软管，要确保管子不硬化、不折叠，它的内衬不损坏、不剥落。 d. 若使用金属管，要确保管子无节流或折叠现象。 e. 一些润滑油进油软管有可以反复使用的接头，这样允许只调换软管而不换接头。要确认接 头安装正确，软管的内衬碎片不能被遗留在油管总成中。 3)当涡轮增压器润滑油进出口处使用液体成型的密封垫片和密封条时，曾经发现过这样的问 题：即在拧紧接头时，这种密封垫片和密封条因受挤压而被挤入润滑油的油道中。当这种材料进 入润滑油进口后，流向一个或多个轴承中去的润滑油将被堵塞或切断，润滑油流量和压力会迫使 这种材料进入轴承，从而引起轴承的异常磨损。在中间壳润滑油出口处，由于沉淀物增多，足以 在出口处形成润滑油的节流现象。 4)对涡轮增压器进行预润滑时要注意不可使润滑油浸没增压器。 5) 从开口的润滑油供油管道中清除空气。把润滑油排油管从涡轮增压器上拆卸下来，这时， 盘动曲轴而不启动发动机，直到润滑油从中间壳排油口中流出。若润滑油连续不断地从排油管中 流出来，就表明空气泡已经被排出润滑油系统。用漏斗把润滑油倒回到排油管中。6.要确保润滑 油清洁并处于正常工作所需要的油量水平上。如果有可能，应当用清洁的润滑油灌满润滑油滤清 器，以减少启动发动机所需的时间。 六、故障诊断 在找出问题的原因之前，不能如通常所做的那样先轻率地把涡轮增压器从发动机上拆下来， 而应该先检查和评估涡轮增压器的工作情况。现场出现的问题大多数可以通过系统故障诊断来解 决。如果必须把涡轮增压器从发动机上拆下来，则在把软管、夹头和接头拆下来时，要确定接 头是否是紧的，是否有漏气。因为一旦把涡轮增压器拆下来后，就很难证实产生这类问题的真正 原因更换了新的涡轮增压器的立即出现故障可能与下列因素有关： 1)没有完全解决造成需要更换涡轮增压器的问题； 2)在更换涡轮增压器时产生的问题； 3)涡轮增压器本身有缺陷。 一台已经正常运行的涡轮增压器，在以后的日子里是不大可能再发现缺陷的。因为在涡轮增 压器工作时，只要观察它的转速和温度就可以很快地发现问题。安装或发动机系统的问题也可以 在更换涡轮增压器时立即暴露出来。更换了新的涡轮增压器的立即出现故障可能与下列因素有关： 1)没有完全解决造成需要更换涡轮增压器的问题； 2)在更换涡轮增压器时产生的问题； 3)涡轮增压器本身有缺陷。 一台已经正常运行的涡轮增压器，在以后的日子里是不大可能再发现缺陷的。因为在涡轮增 压器工作时，只要观察它的转速和温度就可以很快地发现问题。安装或发动机系统的问题也可以 在更换涡轮增压器时立即暴露出来。必须强调的是，涡轮增压器根本不会改变发动机本身的工作特性。涡轮增压器不是一种能源， 它唯一作用是向发动机提供更多的压缩空气，使发动机可以燃烧更多的燃油，从而产生更多的功 率。它之所以能够工作完全是取决于发动机废气的流量、压力和温度。涡轮增压器是一个完整 的工作系统中的一个主要部件。只是为了方便起见，才把涡轮增压器用螺栓安装在发动机的外面， 但它的作用绝不亚于发动机的凸轮轴或活塞。涡轮增压器不可能纠正或克服诸如发动机燃油系 统、发动机定时、空气滤清器堵塞、轴瓦故障等一类的机械故障或缺陷问题。因此，如果一台增 压的发动机发生故障，而涡轮增压器已经被检查并已确定是工作正常的，那么就要象对非增压的 发动机一样进行故障检修。简单地替换一台好的涡轮增压器并不能排除发动机本身的机械故障。了解涡轮增压器在整个发动机工作系统中的作用，对成功地诊断和排除故障是非常重要的。 同样，更好地了解涡轮增压器的一些特点会有助于判定涡轮增压器的损坏或缺陷以及每次都能一 次就安装正确。下面的步骤是对发动机工作情况变化的综合评估。在发动机上进行故障分析也将 有助于揭露任何外部的或与造成涡轮增压器故障有关的发动机的问题，这些故障必须被排除，以 避免新换上的涡轮增压器的损坏。c. 听一听周期性噪声的程度，这可能表明在空气滤清器和管道中有节流。 d. 检查螺母、螺栓、压板和垫片是否有漏装或松动现象。 e. 检查发动机进排气管及其管道和固定件是否有松动和损坏。 f. 检查润滑油进出管道是否有节流或损坏现象。 g. 检查涡轮增压器壳体是否有裂纹或损坏。 h. 检查外部润滑油或冷却介质是否有泄漏，检查涡轮增压器外表面是否有污物沉淀（表明空 气、润滑油、排气或冷却介质泄漏）。 i. 检查是否有明显的热变色。j. 检查空气滤清器是否有明显的节流现象。 k. 查废气放气阀是否有自由运动和损坏。必须确保软管情况良好，接头是紧的。按照设备的 原始规范来检查校准和控制系统。 l. 核实涡轮增压器的结构参数对该用途来说是否是正确的。 记住：这些问题被排除的本身往往不会除掉作为故障指示物的残留物。这些残留物的存在常常会 引起对涡轮增压器的不准确评价。当问题已经被排除而残余物仍旧保留着时，会造成对涡轮增压 器的错误评价。例如，若在检测前已先把空气滤清器调换成新的，但是残留物（如发动机进气管 中由于以前节流时残留的润滑油助保留着，会使您错误地认为残留物不是节流造成的，而是别的 原因造成的，人人而得出不存在空气阻塞的结论，即使残留物证明可能发生过节流。 在完成故障诊断的其余部分之后，再排除任何安装上的问题。如果涡轮增压器的零件损坏了，则应当先更换零件，然后再进行校正，以防重新产生问题.