齊忠志

（廣州市交通運輸職業(yè)學校，廣東 廣州 510440）

使用維修

基于奔馳275發(fā)動機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)結構原理的檢修及維護

齊忠志

（廣州市交通運輸職業(yè)學校，廣東 廣州 510440）

增壓技術是提高發(fā)動機功率和完善發(fā)動機性能的重要手段之一，一般采用廢氣渦輪增壓系統(tǒng)實現(xiàn)增壓目的。本文以奔馳275發(fā)動機的廢氣渦輪增壓器系統(tǒng)為例，結合廢氣渦輪增壓器系統(tǒng)結構和工作原理探尋如何進行行之有效的檢查與維修，并給出了相應的維護保養(yǎng)建議。

渦輪增壓器；結構及工作原理；故障診斷及分析；維護保養(yǎng)注意事項

CLC NO.:U472Document Code:BArticle ID:1671-7988(2014)03-109-06

1、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)概述

增壓技術是提高發(fā)動機功率和完善發(fā)動機性能的重要手段之一，一般采用廢氣渦輪增壓系統(tǒng)實現(xiàn)增壓。廢氣渦輪增壓系統(tǒng)是利用廢氣流來驅動泵輪旋轉，泵輪旋轉帶動渦輪旋轉，進入發(fā)動機的空氣量增加，其壓力會隨之增加。為保持一定的空燃比，燃油量也會隨之增加，實現(xiàn)發(fā)動機使用經濟性、動力性和有效控制排放的目的。

奔馳275發(fā)動機采用的是廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，能在低轉速范圍下提供極大的后備功率。在廢氣渦

輪增壓器的進氣和排氣兩側的緩沖設計和水冷方式均能有效降低噪音。奔馳275發(fā)動機控制單元(ME)內有排氣溫度控制功能，能對廢氣渦輪增壓器進行自診斷，有效避免了渦輪因轉速過高而產生的損耗。本文將對奔馳275廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的結構和工作原理進行深入剖析，并對其一般故障檢修和維護保養(yǎng)提供了一定的建議。

2、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的結構

奔馳275發(fā)動機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)由廢氣渦輪增壓器、增壓空氣冷卻器和控制元件組成。廢氣渦輪增壓器安裝在發(fā)動機兩側的排氣歧管處，如圖1所示，排氣泵輪和進氣渦輪分別裝在廢氣渦輪增壓器的排氣側和進氣側，由全浮動軸承支承的轉軸對泵輪和渦輪的剛性聯(lián)接，可實現(xiàn)排氣泵輪和進氣渦輪的同步旋轉。發(fā)動機排出的高溫高壓廢氣流驅動排氣泵輪旋轉，排氣泵輪旋轉帶動進氣渦輪旋轉，進氣渦輪轉動后將會給進氣系統(tǒng)內氣體增壓。

如圖2所示，廢氣渦輪增壓器殼體是排氣歧管的組成部分。在發(fā)動機右側的廢氣渦輪增壓器包括2、3、4 缸的排氣歧管；發(fā)動機左側為8、9、10 缸的排氣歧管。較短的排氣道結構設計節(jié)省空間，能使三元催化器快速達到工作溫度，又能使廢氣渦輪增壓器快速響應廢氣流，獲得理想的增壓效果。在排氣泵輪葉片旁的廢氣旁通道上設置有調壓閥110/3a，通過調壓閥110/3a可調整經排氣泵輪的廢氣流流量。汽油發(fā)動機的轉速范圍較廣，廢氣調壓裝置可使發(fā)動機在一定轉速范圍內獲得較為恒定的增壓壓力。廢氣渦輪增壓器強制增壓后，汽油機壓縮氣的燃燒溫度、壓力和爆燃傾向會隨之增加，爆燃檢測及控制機構可及時調整點火提前角。增壓空氣冷卻器安裝在廢氣渦輪增壓器出口與進氣管間，與一個獨立冷卻液循環(huán)系統(tǒng)相連接，可冷卻進入氣缸的空氣。

3、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理

在熟悉了廢氣渦輪增壓系統(tǒng)結構后，還需要掌握廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理，以便于為后續(xù)故障檢修與保養(yǎng)提供理論技術支撐。為此，本部分將結合廢氣渦輪增壓器工作過程原理圖詳細闡述增壓壓力調節(jié)過程、增壓空氣減壓過程和增壓系統(tǒng)減速時的旁通進氣過程。

3.1 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)增壓壓力的調節(jié)過程

為避免廢氣渦輪增壓器因轉速過高所致的損壞，需要有效限制增壓壓力。發(fā)動機控制單元(ME)通過電壓PWM信號直接控制調壓電磁閥Y31/5。PWM信號頻率為30Hz，占空比介于5%～95%之間。經調壓電磁閥Y31/5調節(jié)的增壓空氣被輸送至左右兩側廢氣渦輪增壓器的驅動氣室110/3內，增壓空氣驅動控制桿110/3b，開啟或關閉調壓閥110/3a。開啟調壓閥110/3a使部分廢氣從排氣泵輪葉片旁的廢氣旁通道流走，起到限制增壓幅度的作用。

發(fā)動機控制單元通過比較B28/4和B28/5和

B28/6三個壓力傳感器傳送的信號，結合發(fā)動機負荷信號，控制調壓電磁閥Y31/5，實現(xiàn)壓力調節(jié)的目的。發(fā)動機控制單元(ME)進行壓力調節(jié)除參照以上重要信號外，還需要綜合考慮增壓空氣溫度傳感器、發(fā)動機機油溫度、海拔高度、排氣溫度、發(fā)動機轉速、抗爆震控制、冷卻水溫、變速器內檔位和三元催化器等功能信號是否正常。

兩個空氣濾清器(靠前)和廢氣渦輪增壓器及B28/6傳感器(靠后)分別安裝在壓力傳感器B28/4和B28/5前面和后面。壓力傳感器B28/4和B28/5可以監(jiān)測空氣流經濾清器之后的壓力下降狀況?？諝鉃V清器發(fā)生堵塞時，壓力傳感器B28/4和B28/5將信號傳到發(fā)動機控制單元，防止廢氣渦輪增壓器因轉速過高受損。當壓力傳感器B28/4和B28/5的感應氣壓差50mbar時，發(fā)動機控制單元會限制增壓。

渦輪增壓系統(tǒng)的增壓過程如圖3所示，發(fā)動機控制單元(ME)輸出電壓PWM信號占空比為95%。電壓信號觸發(fā)調壓電磁閥Y31/5工作，在調壓電磁閥Y31/5處，接通外界空氣與通往驅動氣室110/3的氣體通路，驅動氣室110/3內失去增壓壓力。在彈簧力的作用力下，控制桿關閉調壓閥110/3a。調壓閥110/3a關閉時，全部廢氣流驅動排氣泵輪葉片110c旋轉，與之同軸的進氣渦輪同速旋轉，新鮮空氣流D經渦輪增壓，達最大增壓值。

渦輪增壓系統(tǒng)的調壓過程如圖4所示，發(fā)動機控制單元(ME)輸出電壓PWM信號占空比小于5%時，調壓電磁閥Y31/5 不工作。增壓后的空氣經過調壓電磁閥Y31/5到達驅動氣室110/3內并形成一定的壓力。當增壓壓力達300mbar時，調壓閥110/3a開始打開，進氣增壓壓力的調節(jié)過程開始。進氣增壓壓力越高，到達驅動氣室110/3的空氣越多，驅動氣室110/3內的壓力越大，壓力將彈簧壓的越緊，控制桿伸出的越長，在排氣管處的旁通的廢氣越多，增壓程度減少。當增壓壓力小于300mbar時，驅動器室內的氣壓不足以克服彈簧力，調壓閥110/3a處于關閉狀態(tài)。當發(fā)動機控制單元(ME)輸出電壓PWM信號的占空比介于5%～95%之間時，驅動氣室110/3內的部分增壓空氣從調壓電磁閥Y31/5 的a口漏出，調壓閥110/3a 出現(xiàn)不同程度的關閉狀態(tài)，實現(xiàn)調壓穩(wěn)壓效果。

3.2 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)增壓空氣的冷卻過程

在增壓過程中，增壓空氣溫度升高會使進氣密度減小，降低充氣效率，減少發(fā)動機的輸出功率。當增壓比介于1.5～2之間時，配置有冷卻增壓空氣裝置的增壓發(fā)動機的進氣量比未配置冷卻增壓空氣裝置的增壓發(fā)動機的進氣量高出10%～18%。因此，增壓后的空氣需要冷卻，以增大氣體密度，提高充氣效率，充分燃燒燃料，減少發(fā)動機的熱負荷，降低排氣溫度，實現(xiàn)提升發(fā)動機動力性和經濟性的目

的。奔馳275發(fā)動機的廢氣渦輪增壓器冷卻裝置是利用水來進行間接冷卻的增壓空氣冷卻器。

如圖5所示，與增壓空氣冷卻器連接的是一個獨立冷卻液循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)帶有一個低溫冷卻器110/11和一個電動增壓空氣冷卻器循環(huán)泵M44。在增壓過程中受熱的空氣產生的熱量會被流經增壓空氣冷卻器的冷卻液吸收；冷卻液在低溫冷卻器中獲得冷卻后，再從增壓空氣冷卻器循環(huán)泵中被輸送回增壓空氣冷卻器。冷卻后增壓空氣密度增加，進一步提升汽缸的充氣效率，減少爆震的傾向，進而提高發(fā)動機輸出功率。增壓空氣溫度小于70度時，可實現(xiàn)最大增壓。若增壓空氣溫度過高，在低溫冷卻水循環(huán)管路中產生氣泡可能會堵塞管路。

3.3 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)減速時的旁通進氣過程

發(fā)動機收油門滑行或加速踏板突然松開時，流經小開度節(jié)氣門的增壓空氣會產生增壓嘯聲。如圖6所示，防止增壓嘯聲產生的控制原理圖顯示：發(fā)動機收油門滑行或加速踏板突然松開時，奔馳發(fā)動機控制單元(ME)會觸發(fā)減速空氣旁通轉換閥Y101工作，來自真空罐22的壓力打開左、右兩側的減速空氣旁通閥110/4。吸入的新鮮空氣經旁通氣道流入進氣歧管，減小增壓幅度，防止了增壓嘯聲的產生。若減速空氣旁通轉換閥Y101未通電，則來自進氣歧管的增壓空氣會作用在左、右兩側的110/4，使旁通氣道關閉。

4、渦輪增壓系統(tǒng)常見故障檢修

渦輪增壓系統(tǒng)一般容易出現(xiàn)漏油、渦輪增壓空氣冷卻器進氣管進油和異響等三方面的故障。為更有效的針對故障現(xiàn)象對車輛進行檢查與維修，本部分將會結合前文論及的渦輪增壓系統(tǒng)結構及工作原理，分析故障原因，給出行之有效的的維修方案。

4.1 廢氣渦輪增壓器漏油故障

故障現(xiàn)象：發(fā)動機排氣煙色正常，輸出功率未變，油耗增大的故障。故障原因分析與排除：首先要檢查發(fā)動機潤滑系外部油管(包括廢氣渦輪增壓器進、回油管)是否漏油，若該處不漏油，則需進一步拆檢廢氣渦輪增壓器的廢氣排出口，檢查是否有機油痕跡。若廢氣渦輪增壓器的廢氣排出口有機油痕跡，則可判定靠排氣泵輪一端的密封環(huán)損壞使機油從廢氣排出口漏掉，應更換此排氣泵輪密封環(huán)。

故障現(xiàn)象：機油消耗量大，排出的氣體為藍色，輸出動力沒有下降。故障原因分析與排除：廢氣渦輪增壓器機油回油管不暢通，機油在轉子總成的中間支承處積留過多后沿轉子軸流人進氣渦輪；機油由靠進氣渦輪一端損壞的密封環(huán)或甩油環(huán)進人燃燒室，隨增壓空氣一同經進氣管壓人燃燒室發(fā)生二次燃燒。打開發(fā)動機進氣歧管(橡膠軟管)，視查管口和管壁是否黏附有機油。如有機油，則應拆檢機油回油管暢通狀況。若機油回油管不暢通，則故障是由中間支承處的過多積油所致，應疏通回油管并裝復；若機油回油管暢通，則可判定是進氣渦輪一端密封環(huán)或甩油環(huán)損壞所致漏油，應拆開廢氣渦輪增壓器

進行換修，若未能及時更換將會因燒機油造成發(fā)動機燃燒室嚴重積炭，損壞噴油器。

故障現(xiàn)象：發(fā)動機機油油耗增大，動力下降，且排出的氣體顏色為藍色或黑色。故障原因分析：活塞組和汽缸間的間隙因磨損而增大，機油流人燃燒室發(fā)生燃燒。廢氣渦輪增壓器吸人空氣的過程中，氣流遇到的阻力較大，使進氣口處壓力過低，形成機油滲漏，隨壓縮氣體一并進人燃燒室內燃燒，出現(xiàn)排藍煙和動力下降現(xiàn)象；與此同時，過大的進氣阻力，使壓人燃燒室的空氣量減少甚至不足，不完全的燃料燃燒導致排黑氣故障現(xiàn)象。故障原因排除：檢查進氣系統(tǒng)和空氣濾清器的清潔度及是否存在泄漏狀況；發(fā)動機機油更換是否及時；曲軸箱通風系統(tǒng)工作是否正常；檢查廢氣渦輪增壓器進、回油管處油泥是否過多，尤其要注意檢查進油管處的油泥堆積狀況。在完成上述各項檢查后，使車輛繼續(xù)行駛運轉，利用稱重法測量機油消耗量，若發(fā)動機機油消耗仍然較大，則需進一步拆檢廢氣渦輪增壓器。

4.2 廢氣渦輪增壓器增壓空氣冷卻器進氣管進油故障

廢氣渦輪增壓器增壓空氣冷卻器進氣管進油故障原因相對復雜，駕駛工況、保養(yǎng)維護和曲軸箱通風等均有可能使增壓空氣冷卻器進氣管進油，下文將針對上述故障原因進行一一闡述分析，并給出相應的檢修建議。

駕駛工況和保養(yǎng)維護所致的廢氣渦輪增壓器增壓空氣冷卻器進氣管進油故障原因分析：導致增壓空氣冷卻器進氣管出現(xiàn)進油故障的原因很多，包括進氣壓力與廢氣渦輪增壓器軸承體內壓力不平衡、發(fā)動機長時間怠速運轉、空氣濾清器過臟、廢氣渦輪增壓器進回油管堵塞或變形、排氣系統(tǒng)中的流動阻力大、廢氣渦輪增壓器中殼體潤滑油結焦和汽缸磨損導致活塞環(huán)竄氣等，可考慮從上述故障原因進行檢查與維修。

曲軸箱通風所致的廢氣渦輪增壓器增壓空氣冷卻器進氣管進油故障原因分析：機油加注量過多，易使曲軸箱通風系統(tǒng)中的潤滑油含量過大，導致潤滑油從曲軸箱通風系統(tǒng)進人進氣管內。另外，當機油加注量過大時，曲軸箱通風中的機油含量會隨之增加。當過多的機油流經增壓空氣冷卻器時，冷卻作用及截面積的改變使通風系統(tǒng)中的機油出現(xiàn)冷凝，使增壓空氣冷卻器下方的進氣管中出現(xiàn)冷凝機油。故障排除：檢查曲軸箱通風裝置(包括通風管路、壓力調節(jié)閥)，過多的管路或壓力調節(jié)閥油泥將會造成曲軸箱通風不暢或堵塞，甚至出現(xiàn)漏油。

4.3 廢氣渦輪增壓器異響故障

導致廢氣渦輪增壓器異響故障的原因較多，廢氣渦輪增壓器葉輪與外殼出現(xiàn)碰擦，葉輪損傷變形，增壓器與發(fā)動機排氣管連接處存在漏氣，壓氣機出氣管道中積垢阻力過大等均有可能導致廢氣渦輪增壓器出現(xiàn)異響噪聲故障，下文將針對上述故障原因進行闡述與分析，并給出行之有效的檢修建議。

若軸承磨損，會導致渦輪轉速下降，降低增壓效率，致使發(fā)動機進氣量不足，燃燒不完全，排氣冒黑煙，動力下降；與此同時，渦輪轉子總成的徑向和軸向擺差增大，渦輪轉子上的葉輪與外殼的碰擦產生金屬摩擦聲。出氣管道中積垢過多會使廢氣渦輪增壓器出現(xiàn)喘震故障現(xiàn)象。此時，應拆下廢氣渦輪增壓器進行檢修，視查其損壞狀況，考慮是否需要更換。另外，廢氣渦輪增壓器正常工作時，渦輪轉子高速旋轉產生的是正常旋轉的聲音，在區(qū)分將進、排氣接口連接不緊密的漏氣聲與廢氣渦輪增壓器異響后，才能進行相應的檢查與維修。

5、廢氣渦輪增壓器使用和維護注意事項

由于在設計制造過程中廢氣渦輪增壓器精密度較高，需通過定期的保養(yǎng)和維護來實現(xiàn)延長使用壽命的目標。

使用廢氣渦輪增壓器時需避免潤滑油不足或供油滯后對廢氣渦輪增壓器使用壽命的損耗。發(fā)動機啟動后的急加速將會使渦輪增壓系統(tǒng)軸承處于最大轉速工作狀態(tài)，但若此時廢氣渦輪增壓器潤滑不充分，將會損壞廢氣渦輪增壓器的內部軸承，大大縮減廢氣渦輪增壓器的使用壽命。當車輛處于新裝用、換油保養(yǎng)和車輛短時傾斜使用的工況時，渦輪增壓軸承部位會出現(xiàn)供油不足的現(xiàn)象，通過預潤滑可以避免發(fā)動機啟動后急加速和傾斜幅度較大的工況下長時間高速運轉車輛熄火兩種狀況發(fā)生。當發(fā)動機在最大輸出功率或最大扭矩狀態(tài)下工作時，廢氣渦

輪增壓器的轉速和溫度會隨之達最大值。若發(fā)動機在這一工作點突然停車會對廢氣渦輪增壓器會造成及其不利的影響。因此，需要發(fā)動機怠速或輕負荷工況運行一段時間，保證發(fā)動機的機油壓力和流過冷卻系統(tǒng)的空氣量，以免殘留潤滑油炭化對廢氣渦輪增壓器造成不利影響。

當廢氣渦輪增壓器潤滑油進入雜質或出現(xiàn)氧化變質時，會對廢氣渦輪增壓器運轉造成不利影響，因此進行保養(yǎng)維護時注意油品的清潔和防止此類物質進人潤滑系。較高的廢氣渦輪增壓器轉速易使臟物和泥沙進入潤滑油道造成堵塞，同時，也易使顆粒物進人軸承間隙，對廢氣渦輪增壓器造成的損壞，使?jié)櫥脱趸冑|。潤滑油氧化變質產生沉積油泥不但對發(fā)動機有害，還會嚴重影響廢氣渦輪增壓器的使用壽命。這是因為在高溫工況下，變得堅硬而結焦的沉積油泥會使渦輪軸承部位潤滑不足，加速其損壞速度。車輛使用中要經常觀察機油的油位及品質，如有泄漏現(xiàn)象還需檢查廢氣渦輪增壓器回油管、曲軸箱通風系統(tǒng)和進排氣系統(tǒng)。進人廢氣渦輪增壓器進氣和排氣系統(tǒng)的小異物會通過侵蝕葉輪，致使葉片的導風角發(fā)生變化；進人廢氣渦輪增壓器進氣和排氣系統(tǒng)大且硬的異物會直接導致葉片破裂；進人廢氣渦輪增壓器進氣和排氣系統(tǒng)的柔軟異物會隨著葉輪的旋轉方向，纏繞在葉片上。

綜上所述，在熟悉廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的作用及工作原理后，能夠更好的使用和維護廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)并排除使用中的常見故障。避免廢氣渦輪增壓系統(tǒng)早期磨損，以發(fā)揮其良好使用性能。

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Vehicle Repair and Maintenance Based on the Structure and Working Principle of Mercedes-Benz 275 Engine Exhaust Turbocharger System

Qi Zhongzhi
(Guangzhou Traffic and Transportation Vocational School, Guangdong Guangzhou 510440)

Turbocharger technology is one of the most important means to improve engine power and improve engine performance. In general, exhaust gas turbocharger systems is used to achieve the purpose of the supercharger. In this paper, we take the Mercedes-Benz 275 engine exhaust gas turbocharger system as an example to introduce the structure and working principle of exhaust turbocharger system. And then we explore effective inspection and maintenance, and give some corresponding maintenance recommendations to the relevant vehicle users.

Engine Exhaust Turbocharger System; Structure and Working Principle; Troubleshooting and Analysis; Maintenance Consideration

U472

B

1671-7988(2014)03-109-06

齊忠志，廣州市交通運輸職業(yè)學校實訓中心主任，講師，助理工程師，華南理工大學車輛工程碩士，研究方向：汽車運用與維修。