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汽 车 维 修 技 师 专 业 技 术 论文标题: 涡轮增压器故障原因分析及使用维护关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析工作单位：宁波凯迪汽车销售有限公司作 者： 何一建日 期： 二零一一年三月十八日目录前言摘要关键字一、引言二、涡轮增压的日常应用三、涡轮增压的原理与类型四、涡轮增压的使用与维护五、涡轮增压的常见故障及原因分析六、涡轮增压维修实例七、结束语八、致谢前言我国进入WTO以来，大量的进口汽车涌入国门，国外先进的维修技术、维修工艺、维修观念、管理模式等，对我国汽车维修企业的发展与改革起到了很好的借鉴作用，使得国内汽车制造维修技术上了一个新台阶。我们身处在汽车维修行业如何应对日新月异的汽车维修技术，使自己不落后于时代，我个人认为只有不断的学习充电，借鉴成功的经验，树立质量第一，用户至上的服务意识，才能使自己真正的与时俱进。涡轮增压器故障原因分析及使用维护摘 要： 装有涡轮增压的车辆已经越来越多了，也越来越多的被人们所知悉，他的好坏决定着现代汽车动力性，本文主要浅谈凯迪拉克SLS车型 涡轮增压的使用维护及简单故障原因分析关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析一、引言： 随着国民经济的迅猛发展，我国汽车产量逐年增加，汽车保有量越来越多，2011年已达7400万辆，车型也越来越复杂。尤其是高科技的飞速发展，一些新技术、新材料在汽车上得到广泛应用，而涡轮增压在汽车上的应用则赋予汽车更加强大的动力性，且涡轮增压发动机的耗油量也并不比不增压的发动机耗油量高多少。在汽车使用中，增压器难免会有问题，而这将直接影响发动机的动力性，分析研究增压器故障，现象，探索和研究增压器的结构原因具有重大的现实意义。本文重点通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障，更好的使用和维护增压器。二、涡轮增压的日常应用： 涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而增加发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的，宝来赛威等等三、涡轮增压的原理与类型 分类 （1）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了，其优点是增压器与发动机无任何机械联系，因此基本不会损耗发动机原有的功率。它是利用发动机工作所产生的高温高压废气推动涡轮高速运转，从而带动连到一根轴上的泵轮，泵轮将空气加压输送到进气歧管，增加了发动机进气效率，可以提供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率，降低了燃油的消耗，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中有害物质的排放，增压后发动机的功率可提高20%～40%左右。 （2）机械增压系统：这个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。 （3）复合增压系统：即废气涡轮增压和机械增压并用，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，从而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 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。在低转速时，由机械增压提供大部分的增压压力，在1 500rpm时，两个增压器同时提供增压压力。随着转速的提高，涡轮增压器能使发动机获得更大的功率，与此同时，机械增压器的增压压力逐渐降低。机械增压通过电磁离合器控制，它与水泵集合在一起。在转速超过3500rpm时，由涡轮增压器提供所有的增压压力，此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离，防止消耗发动机功率）采用了了这一系统。其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，只是结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易，因此很难普及 （4）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，这里就不多做介绍了。 原理 众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，想再增加输出功率，只能通过压缩更多的空气进入汽缸内来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。 我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压器是一种利用内燃机作功所产生的废气驱动空气压缩机，从而令机器效率提升的装置。利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。如下图所示：首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上，然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和泵轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。这样一个整体的涡轮增压装置就做好。 涡轮增压都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，涡轮又带动同轴的泵轮，泵轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，泵轮就压缩更多的空气进入汽缸，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。本文着重介绍凯迪拉克赛威 双涡流增压器的工作原理，如下图所示：可以使四缸发动机的1、4缸使用一条单独排气通道，而2、3缸使用另一条单独的排气通道，两条通道在涡轮处会和，共同作用到涡轮上，以避免出现各缸之间的排气压力干扰，提高发动机低速时的涡轮增压回应，减少涡轮迟滞的出现。排气旁通阀控制是指通过改变排气旁通阀开度，来控制涡轮增压器涡轮转速，然后控制进气增压的压力变化。排气旁通阀关闭，发动机废气全部作用到涡轮上，涡轮高速运转，以实现进气压力的增加。排气旁通阀打开，发动机废气部分通过涡轮，部分通过排气旁通阀泄放掉，涡轮速度下降，泵轮速度随之下降，进气压力稳定不再增加或减少，以防止增压压力过高损坏发动机。在车辆正常高速行驶时，进气旁通阀关闭，进气被涡轮增压器增压进入进气歧管，进气歧管保持高压。车辆突然减速，进气旁通阀打开，进气歧管内高压空气通过进气旁通阀形成内部循环，减少涡轮增压器阻力，使得涡轮增压器泵轮维持高速运转，并减小因进气阻力形成的噪音。重新加速后，因泵轮维持高速运转，避免出现重新加速的迟滞现象。 四、涡轮增压的使用与维护 凯迪拉克赛威车的涡轮增压器，是利用发动机排出的废气驱动涡轮，它再怎么先进也还是一套机械装置，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： 汽车在起动时，高速空转或突然加速会导致涡轮增压器的轴承损坏，因此不能急踩加速踏板，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。 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熄火后，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轴承中间，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。此外发动机突然熄火后，此时排气歧管的温度很高，其热量就会被吸收到涡轮增压器壳体上，将停留在增压器内部的机油熬成积炭。当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。因此发动机熄火前应怠速运转三分钟左右，使涡轮增压器转子转速下降，同时也降低了排气歧管的温度。此外值得注意的就是涡轮增压发动机同样也不适宜长时间怠速运转，一般应该保持在10分钟之内。 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车用机油时，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，所以机油最好选用全合成机油、半合成机油等高质量润滑油或者凯迪拉克原厂专用机油 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。 需要按时清洁空气滤清器（另外注意：在空气滤清器或空气滤清器壳体已被拆下时，不要起动发动机），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。 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。 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。 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。五、涡轮增压的常见故障及原因分析 涡轮增压器(见图)利用发动机排出的废气驱动发动机主动叶轮，与主动叶轮同轴的从动叶轮也以同样转速转动。怠速时，叶轮转速约为12000r／min，当加速踏板踩到底时，叶轮转速约为135000r／min,，因从动叶轮在发动机进气端，故加大了进气压力和进气量，避免发动机在较高转速下进气迟滞；能大幅度提高发动机功率和转矩，且最大转矩峰值呈平直线状。 故障原因 （1）增压器突然停止运转。其原因多为增压器轴承损坏、转子组烧坏，外界物将涡轮、泵轮叶片打坏而卡死等。 （2）增压器涡轮或泵轮端“排油”。当增压器转子轴磨损严重，转子轴密封环失去作用，或操作不当造成润滑条件恶劣致使密封环磨损、拉伤而失效时，涡轮端或泵轮端会出现“排油”故障。涡轮端“排油”，会使排气管、消声器产生大量油污和积炭，增大排气阻力，降低增压器的转速，使发动机动力下降；泵轮端“排油”，会使发动机进气管道存有大量机油，机油消耗加大，进气阻力增大，发动机动力便下降。 （3）增压器振动剧烈且有噪声。其主要原因是由于转子轴严重磨损，使轴承间隙加大产生振动，涡轮与泵轮损坏或沾有油泥使转子动平衡被破坏而产生噪声和振动。若噪声明显表现出是金属摩擦，则是泵轮或涡轮叶片与壳体碰擦。 （4）增压器气喘。因进气系统堵塞，如空气滤清器堵塞、进气道油灰沉积等原因，造成发动机增压压力下降且产生较大波动，在增压器泵轮端发出如气喘的异响，伴随发动机工作不稳，动力下降，排气管冒黑烟。 （5）增压器增压力下降。进气管道堵塞、轴承与轴磨损、涡轮或泵轮叶片变形或损坏、与壳体摩擦等均会造成增压压力下降。 故障检修 (1)外观检查观察涡轮与泵轮以外排、进气联接法兰和接头有无裂纹、漏气等现象，特别要观察增压器“排油”现象是否严重。这点在压气机至进气管之间的橡胶管接头上最为明显。若该接头处仅表现为轻微地渗油，仍属正常现象。若此地漏油严重，表明增压器已不能再使用。此外发动机停机后，用听诊器可以听到增压器转子依靠惯性转动的声音，声音若持续1min以上的时间，表明增压器性能良好。 (2)压气机泵轮部分检修拆卸压气机与进气管道的连接，观察压气机叶轮和泵壳的摩擦情况、漏油情况以及叶片的损坏情况。若发现叶轮与泵壳有摩擦，而泵壳摩擦部位附着物较坚固，表明泵轮内有损坏；如果发现是外来物损伤了泵轮，或者泵轮轴漏油现象严重，均应对增压器进行维修。 (3)旋转组件检修若检查涡轮与泵轮没有明显损坏，用手迅速转动增压器转子，应该旋转自如，无明显的研磨噪声和阻滞现象，否则表明轴已烧损。用千分尺检查转子轴轴向间隙以及涡轮端和泵轮端的径向间隙，其值不得超过标准范围。分解拆装旋转组件时，必须做好压气机叶轮、转子轴及锁紧螺母的相对位置记号。更换压气机叶轮要做动平衡试验。安装涡轮端和泵轮端两密封环时，开口互成180o，相对中间壳进油口成90o。压气机叶轮锁紧螺母要按规定扭矩拧紧。 (4)涡轮机涡轮部分检修从涡轮机出气口将排气管道拆除，检查涡轮叶片以及壳体摩擦情况、漏油情况和叶片损坏情况。若发现叶片与壳体有摩擦，而壳体上的附着物坚硬而牢固，可能是涡轮内有损坏，此时必须拆卸修理。若发现积油严重，则应观察该油是从排气系统带来的，还是从涡轮中心排出的，若积油来自轴心且较严重，表明涡轮轴的密封环失效，应对增压器拆检维修。若积油来自排气系统，而叶轮上积油较多，就将涡轮拆卸清洗 六、涡轮增压维修实例 故障：发动机机油消耗高 车型：赛威 故障现象：客户反应说该车烧机油，拔出油尺一看已经到最底刻度线了，由于该车已经行驶了不到4000公里了，可以经行首次保养了，于是建议客户首保后行驶1000公里再到我站检查。行驶1000公里后到我站检查发现确实少了近350毫升机油。 检查分析：根据该车的具体结构分析，导致发动机机油消耗高的原因有5个：①气门油封漏油。②活塞与气缸筒密封不严。③曲轴箱强制通风PCV阀故障。④涡轮增压器油封漏油。⑤发动机油底壳衬垫、油封等处泄漏。 图1所示：涡轮增压器未漏油 该车行驶里程很短，基本全新，外观没有漏油现象，说明所减少的机油是进入气缸内消耗的。经检查排气管无明显蓝烟冒出的现象，然后拆开涡轮增压中冷器的连接管，发现中冷器内壁很干净，根据以往经验，如果涡轮增压器（图1）油封漏油，在中冷器内会积存大量机油，所以该发动机的涡轮增压器油封没有损坏。说明消耗机油的大部分在发动机内被加热而变成了积炭，进而怀疑气门油封泄漏。经拆下4只喷油器用内窥镜观察进气门，发现1缸进气门的背面有很多积炭，由此判断是1缸进气门油封损坏。 故障排除：由于该车行驶里程很短，不大可能存在其它损坏，我们决定只更换16只气门油封，并采用了不拆气缸盖换气门油封的方法。于是拆下气门室罩和1－4缸火花塞，将曲轴转动到第1缸压缩行程上止点，拆下进排气凸轮轴，向第1缸内充入压缩空气，更换了第1缸进排气门油封，其它3缸依此类推。更换了全部进排气门油封后，再将车辆交付用户并电话跟踪回访，用户反映该车在2次换机油保养之间未缺机油。七、结束语 本文介绍了涡轮增压器故障，现象，探索和研究了增压器的结构原因，通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障原因、解决办法，维修方式，以及如何正确使用、维护汽车涡轮增压器，尽量避免增压器的故障发生，延长使用寿命。 对于未来，随着汽车对动力性的需求量逐渐增大，涡轮增压的使用也会越来月频繁，不仅是在货车领域，在小汽车领域的的发展也将成为主流，而正确认识和使用涡轮增压器也将是我们每个人都应该象英语与开车一样被我们所接受。八、致谢 衷心感谢宁波交通技工学校和职业技能鉴定中心老师专家能够对本人精心指导，使本人对汽车维修能有一个全新的认识，在此表示诚恳感谢！由于本人水平有限，写作能力不强，如果有不够全面和深入的问题，请老师批评指正。参考文献：《2011凯迪拉克SLS 维修手册》 《汽车维修与保养》2007年第一期 主编：黄为 《汽车维修技师》2003年3月第一版 主编：丁鸣朝
涡轮叶片工作中受到离心力、热应力、气流冲击、振动几个因素引起的应力，主要为离心力，涡轮盘为减轻重量，通常将盘和叶片设计成弹塑性状态，在高温和离心力的状态下会发生变形引起蠕变
未知物定性分析方法：多种试验技术可以用来帮助失效分析师确定失效原因。失效分析师根据专业知识，联合运用各种实验技术分析断裂源处的失效起因、材料异常、操作损害。为避免争论，通常有必要使用现代试验工具，寻找支持简单试验得出结果的进一步的证据。失效分析师的才能在于选择正确类型的测试和检查，开展这些测试和检查的顺序也很重要。1、视觉检查视觉检查是失效分析的第一步，也是很重要的一步。有经验的人员凭借肉眼仔细检查失效零部件的缺陷可以得到大量信息。可能通过研究断口表面首选大概确定失效类型（塑性、脆性、疲劳等等），也有可能通过研究断口形貌定位裂纹起源位置。检查断口起源和纵剖面组织会提供引起裂纹萌生的异常或损伤的线索，常用体视显微镜和放大镜协助肉眼寻找细节线索。2、无损检测对失效部件进行无损检测，并结合未使用的部件的检测结果，可以提供缺陷类型信息、从部件生产阶段上遗留下来的缺陷和服役期间缺陷的产生。渗透检测、射线检测、超声检测是提供这些信息的有效技术。无损检测的目的是分析一些迹象，并且区分主要缺陷与二次损伤。若需要，残余应力测量也会给出有用的信息。3、断口分析扫描电子显微镜（SEM），由于具有大的景深和分辨率，因此是失效分析的重要工具并且被誉为失效分析师的眼睛。通过SME进行断口检查，失效模式、裂纹起源、引起失效的异常等等可以准确定义。在部件自由表面产生的缺陷，由于SEM具有高的景深，裂纹起源处和断裂特征可以同时检查以确定损伤类型和裂纹萌生处的异常。4、显微分析能谱分析设备，作为所有现代SEM可用的附件，可以用来分析失效件的材料成分，以确定可能在起源处出现的杂质、渣坑、腐蚀产物、外来沉积等物质的组成元素。在粗糙表面产生的分析信息应小心使用，根据EDS产生的成分信息的分析特点，如波谱分析（WDS）的互补技术可以用来分析EDS能谱中能级重合的元素，如含钼合金中的硫。电子探针（EPMA）是定量分析微观结构特征的极有用的技术。电子探针产生的感兴趣位置的X射线图像，如渣坑、腐蚀产物、氧化物等等，为定义感兴趣特征区域的源或机理的信息。俄歇电子谱（AES）是一项极好的技术，用于原位定义断口试样上的脆性特征。由磷、锡、砷、锑在原奥氏体晶界偏析引起的回火脆性和由硫在原奥氏体晶界处析出的脆性硫化物，是非常多可以用AES明显识别的情况中的两种。5、化学分析在材料成分与规定有一定程度偏差是主要失效原因的情况下，有必要精确确定失效组分的组成。有很多基于原子吸收和发射原理的分析方法都可以用于元素含量的估测，在含量为百分之几十至十亿分之几的范围内。X射线荧光谱分析方法（XRF）用于工厂分析而控制熔体成分和原材料分析，因为这种方法容易同时分析一个固体样品上的大量元素。原子吸收光谱和它的现代变种广泛用于精确测试，特别是对于痕量元素的分析。氢、氧、氮通过真空和惰性气体熔融技术，碳和硫通过燃烧方法。6、微观组织检测失效件的微观组织提供了有价值的信息。众所周知微观组织决定了力学性能以及金属材料的断裂行为，这又与成分、热处理过程相关。通过仔细研究微观结构，可能找到成分设计、工艺、热处理的缺点。微观结构损害在很多情况下不是非常明显，因此一个失效分析师必须受训以确定他们。晶界薄膜和孔洞、不合适的第二相分布、脆性相的存在、表面损伤（由氧化、腐蚀、磨损和侵蚀）、非金属夹杂、缩孔等等，是可以较容易通过金相检查确定的缺陷中的一些。有时，可能有必要通过一些材料特定的测试，寻找所观察到不正常微观组织的支持和确定性的证据。失效分析过程中产生的一些情况，光学显微镜的分辨率和放大倍数不适合检查特别细小的微观组织细节。例如，残余奥氏体在板条边界处转化为碳化物引起时效马氏体脆性，或镍基高温合金涡轮叶片析出的γ′相在高的工作温度暴露，这些情况的学习有必要使用高分辨率技术例如透射电子显微镜（TEM）。SEM也可以用于研究细小的微观组织特征，当感兴趣区域的对比度可以通过背散射电子图像获取或者深腐蚀技术。7、机械测试尽管机械测试很少被当做失效分析过程中的一个需求，但特定的测试仍是有必要的，它可以用于产生支持案例失效分析的一些数据。硬度测量，操作简单并且对制样要求最低，可以提供因微观结构变化引起的性能变化的信息。感兴趣的微观结构特征处测量微观硬度对于失效分析是及其有用的。8、实验数据的分析和解释失效分析的最关键步骤是对使用各种实验技术产生的数据的解释。有必要(a)列出产生的所有数据，(b)基于科学原则分析数据，(c)在证据或确认实验的基础上消除貌似矛盾的原因，(d)考虑断裂模式的所有可能原因，(e)最终确认最可能的失效原因。一旦确认了失效原因，特定的补救方法也就比较明显，最合理的补救方法应被设计者、制造者和用户采用。
会出现发动机功率大幅降低，没有增压效果，长时间运转发动机排气散热不畅等现象。增压器损坏后会使空气不能充足进入燃烧室,出现功率下降30%,加大油门功率并不增加只是冒黑烟。一、 废气涡轮增压器的结构及工作原理通过发动机排放的废气推动涡轮叶片转动,再由涡轮叶片带动共用一轴的压气机叶片转动,由于压气机叶片是布置在发动机进气歧管,当涡轮叶片带动压气机叶片高速转动时,将会使发动机的压力升高,气缸内的空气密度加大,从而使发动机的进气量增多,此时即意味着可多喷柴油到气缸内进行燃烧,从而达到增加发动机功率的目的。同时由于发动机进气压力升高,可使发动机的混合气压力升高,使燃烧更加完全,从而大为降低发动机排放烟度值,达到减少环境污染的目的。为了改善带增压器发动机低转速时的动力性能,通常都装用高转速的废气涡轮增压器(最高转速可达十几万转/分钟),为避免发动机高速时带来过高的进气压力和流量,而导致气缸爆发压力过高,油耗上升,增压器超速,一般都在增压器上装设旁通阀,由增压器的压力机压力控制旁通阀的开启。当压力超过规定值时,通过调节器动杆开启旁通阀,将气缸废气从旁通阀直接排到消声器。二、 废气涡轮增压器损坏的形式及原因分析根据对大量损坏废气涡轮增压器的调查分析和总结,目前发动机废气涡轮增压器常见的损坏形式及其原因分析如下:(一)、废气涡轮增压器漏油。废气涡轮增压器两端或某一端漏油,是最常见的故障之一。从理论上讲,正常压力的润滑油通过废气涡轮增压器轴承工作面后,油压已接近为零,然后靠重力自然向下流回发动机的油底壳。而且在正常工作状态下增压器两端叶轮的轮背处都有一定的气体压力,因此润滑油是不会从低压区向高压区流动的。密封环的主要作用是封住压气机和涡轮壳内的气体向中间体油腔泄漏,只有在特殊情况下,才起密封润滑油的作用。但在下列情况下仍可造成增压器的两端漏油。1、密封环磨损失效密封环由于正常或非正常的原因磨损和损坏后,无法密封润滑油而造成润滑油向外泄漏。2、废气涡轮增压器浮动轴承磨损浮动轴承磨损是造成增压器漏油最常见的原因。发生此类故障后,轴承与轴之间间隙过大,油膜失稳,承载能力下降,转子轴系振动加剧,破坏了动平衡。过大的旋转半径使两端密封破坏,从而造成润滑油向外泄漏。3、发动机长期怠速运转发动机长时间怠速运转,增压器涡轮及叶轮的轮背处会产生一定的负压,而导致中间体内的润滑油向外泄漏。4、回油不畅在使用中如因润滑油的回油管路发生变形或阻塞,致使润滑油回油不畅,中间体内润滑油压力过高,压缩润滑油沿着转子轴向两端流动挤出密封环造成漏油。5、发动机曲轴箱压力过高曲轴箱废气压力超过规定值,会使增压器回油管路内压力升高,导致回油不畅而造成密封环漏油。6、空气滤清器阻塞如果空气滤清器滤芯因积尘过多而造成阻塞,会而导致压气机进气负压太高,叶轮的轮背处会出现因负压太高造成的密封环漏油。7、长时间排气温度过高如果由于空燃比不对、发动机正时有问题、废气排出不顺畅和发动机的其他控制系统问题等导致排气温度过高,使涡轮端密封处润滑油碳化,以及涡轮端轴承处局部过热造成密封和轴承过早失效,从而造成密封环漏油。(二)、废气涡轮增压器浮动轴承磨损轴承磨损也是增压器最常见的故障之一。发生此类故障后,轴承与轴之间间隙过大,油膜失稳,承载能力下降,转子轴系振动加剧,破坏了动平衡。过大的旋转半径使两端密封破坏,轻则漏润滑油,严重时可能使整台增压器毁坏。造成浮动轴承非正常磨损的主要原因有:1、发动机润滑油使用不当废气涡轮增压发动机由于其强化程度比较高,气缸的工作压力和机械零部件的机械负荷比非涡轮增压发动机高很多。废气涡轮增压器也是使用发动机的润滑油来润滑,而废气涡轮增压器的转速是发动机转速的几十倍,而且安装在温度很高的排气管上,以上这些因素都对发动机润滑油提出了比较苛刻的性能要求。因而废气涡轮增压器发动机不能使用适用于普通非废气涡轮增压器发动机的润滑油,因此必须按发动机说明书的要求使用润滑油,否则就容易出现由于润滑油使用不当而导致的浮动轴承非正常磨损的恶果。2、发动机使用操作不当涡轮增压发动机的使用有一定的特殊性,必须按照其操作规范使用。比如在发动机刚启动时,必须有一定的预热过程,等机油压力和冷却水温达到一定的要求,以保证发动机和废气涡轮增压器有良好的润滑保障。如果发动机启动后就高速大负荷运转的话,很容易由于机油黏度大、润滑性能不良和润滑油尚未完全供应到各润滑部位,造成发动机和废气涡轮增压器各摩擦部位润滑不良甚至短时间内处于干磨状态,导致废气涡轮增压器和发动机异常磨损。发动机长时间行驶后应怠速运行3～5分钟后才熄火,否则容易导致增压器散热不良,造成该部位润滑油结焦变质,加速轴承磨损。在发动机运转速度很高的情况下突然熄火,也容易导致由于发动机机油泵不工作不能给废气涡轮增压器提供润滑油,而废气涡轮增压器的转速很高,停止转动需要一定的时间,容易导致废气涡轮增压器在比较长的时间内处于干磨状态,而加速了轴承的磨损。3、润滑油清洁度不良由于废气涡轮增压器的转速非常高,因而对润滑油的清洁度有很高的要求。假如进气系统有破损和空气滤清器过滤性能不良的话,进入发动机的灰尘杂质容易加速废气涡轮增压器浮动轴承和发动机的磨损。4、润滑油供应不良增压器的润滑油是来自发动机机油泵的,若机油泵工作不正常,造成供油不足或油压过低,以及润滑油管路变形、阻塞,出现裂纹等现象导致润滑油供应量不足,导致增压器浮动轴承和轴由于润滑不良而损坏。
特种加工机床范围较广，有几十个门类。包括：电火花加工（EDM）、电化学加工（ECM）、电解磨削加工（ECG）、化学加工（CHM）、电弧加工（EAM）、激光加工（LBM）、超声加工（USM）、离子束加工（IBM）、电子束加工（EBM）、等离子弧加工（PAM）、快速成型加工（RPM）、磨料射流加工（AJM）等等。 特种加工机床原属金属切削加工机床范畴，但由于特种加工机床与金属切削加工机床机理完全不同，机床功能部件的性能不同，以及它在国民经济中重要地位和作用等原因，2003年国家标准化管理委员会明确为与金切机床并行的独立的机床体系。1、特种加工机床主要特点 (1)特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分 随着特种加工技术的发展，一方面计算机技术、信息技术、自动化技术等在特种加工中已获得广泛应用，逐步实现了加工工艺及加工过程的系统化集成；另一方面，特种加工能充分体现学科的综合性，学科(声、光、电、热、化学等)和专业之间不断渗透、交叉、融合，因此，特种加工技术本身同样趋于系统化集成的发展方向。这二方面说明，特种加工技术已成为先进制造技术的重要组成部分。一些发达国家也非常重视特种加工技术的发展，如日本把特种加工技术和数控技术作为跨世纪发展先进制造技术的二大支柱。特种加工技术已成为衡量一个国家先进制造技术水平和能力的重要标志。这是特点之一。 (2)特种加工具有独特的加工机理 特种加工不是依靠刀具、磨具等进行加工，而主要依靠电能、热能、光能、声能、磁能、化学能及液动力能等进行加工，其加工机理与金属切削机床完全不同。能量的发生与转换、使能过程的控制是特种加工高新技术的重要部分。这是特点之二。 (3)增材加工是特种加工的重要发展方向 金属切削机床、特种加工机床一大部分是减材加工。我国从二十世纪八十年代末发展起来的快速成形(RP)加工技术是属于特种加工技术的一种增材加工的新领域。它利用分层制造原理(离散堆积)及分层处理软件，理论上可以制造任意复杂形状的零、部件，能适应高科技、个性化、小批量生产的需要，增材加工的RP加工技术已成为特种加工的特点之三。 (4)特种加工可以进行二种或二种以上能量的复合加工 一般来说，“组合加工”是指在一台机床上二种不同加工形式(能量)在加工过程中交替使用的加工方式；“复合加工”是指在一台机床上实现二种或二种以上能量(形式)在加工过程中同时作用的加工方式，例如，电能和声能、化学能和电能、光能和化学能、化学能和电能及机械能等复合，以获得高效或精密加工的效果，这是特点之四。 (5)特种加工技术应用领域的重要性和特殊性 特种加工适用于各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性、微细等金属和非金属材料的加工，以及各种新型、特殊材料的加工，在航空航天、军工、汽车、模具、冶金、机械、电子、轻纺、交通等工业中解决了大量传统机械加工难于解决的关键、特殊的加工难题。所以在国民经济的众多关键制造工业中发挥着极其重要的不可替代的作用。例如，在航空航天工业中各类复杂深小孔加工、发动机蜂窝环、叶片、整体叶轮加工、特殊材料的切割加工、钛合金加工等等。在军事工业中，例如核武器及高新技术武器几乎全是特殊材料和高新技术材料，各种零件的成形加工、各种孔加工、精密薄材加工等特种加工发挥着特殊重要的作用。这是特点之五。 (6)特种加工机床产量世界第一 由于特种加工机床应用领域的广泛性和重要性，在我国已形成由生产企业、大专院校、研究院所200多个单位组成的特种加工机床行业，其电火花加工机床的年产量就约达30000台之多，其产量为世界第一。是名副其实的生产大国(但不是生产强国)这是特点之六。 2、行业概况和现状 (1)我国生产的特种加工机床主要种类 特种加工机床种类较多，据不完全统计约有30多种。在我国已形成了产业化生产或具有一定产量的特种加工机床主要种类有： ①电火花加工机床：以电火花成形机、电火花线切割机、电火花高速小孔加工机等为主。 ◆ 电火花成形机：产量约3500～4000台/年。普及型数控电火花成形机(NCSEDM)约800～1000台/年。部分NCSEDM为当前国际水平，主要由独资及合资企业生产。 ◆ 电火花线切割机(WEDM)：分高速走丝电火花线切割机(HSWEDM)和低速走丝电火花线切割机(LSWEDM)，HSWEDM和LSWEDM数控化率均为100%，产量约25000台/年。LSWEDM属国产高档机床，为普及型数控机床，产量约占WEDM的3～4%，部分LSWEDM为当前国际水平，主要由独资及合资企业生产。 ◆电火花高速小孔加工机(HSEDM)：产量约1500台/年。极大部分为手动型或点位控制型。最大径深比为1：300(也有1：1000的)，其加工工艺指标与国外水平相当。 其他电火花加工机床均为专用机床。 ②电解加工机床 ◆ 电解成形加工机床：有普通型、数控型(包括展成加工型)，产量约20～30台/年。 ◆ 电解去毛刺机床：都为专用机床，约15～20台/年。 ③电解磨削加工机床 都为专用机床，约十几台/年。 ④超声加工机床 ◆ 超声抛光机：有二种型式，一种为单一用声能的超声抛光机，一种为电火花—超声抛光机。产量约为150～200台/年。 ◆ 超声成形加工机床：产量较少。 ⑤快速成形(RP)机床 ◆ 选择性激光烧结(SLS)机床： 我国作为高新技术产品，产量约为30台/年。 ◆ 三维光刻(SL)机床：为高新技术产品，产量约25～30台/年。产品性能与国外相比差距已在缩小，但成形材料性能与国外相比还有相当大的差距。 ◆ 熔融挤压成形(FDM)机床：为高新技术产品，产量约30台/年。产品部分指标已达到国际先进水平。 ◆ 分层实体制造(LOM)机床：产量约15台/年。 ⑥激光加工机床 ◆ 激光切割机床：产量约100台/年。国内在大功率快速轴流CO2激光器的研制上落后，因而国内激光切割机的激光器都依赖进口(或国内组装生产的激光器)。 其他激光加工设备，如激光雕刻机、激光小孔加工机等产量不大。 ⑦等离子弧切割机 产量约15～20台/年。 ⑧高压水射流切割机床 我国的产量不大，约20～30台/年。 ⑨电熔爆加工机床 主要用于冶金及建筑行业等轧辊加工，为国家高新技术产品，产量约10～15台/年。 (2)特种加工机床行业总的产量、产值 ①总产量31000～32000台/年。 (2)总产值(按人民币核算) 电火花加工机床总产值约：17亿/年。 其他特种加工机床产值约：3～4亿/年。 总产值约：20～21亿/年。 (3) 特种加工机床的出口情况 ①出口量 主要为电火花加工机床及少量的RP机床出口，包括二个独资企业在内出口量约1100～1200台/年。 ②出口金额 总出口额约3500万美元/年
一级压气机包括一组静子叶片也一组转子叶片。转子叶片动力来源于涡轮。空气在静子叶片和转子叶片之间流动时是一个压力上升的过程，具体原理见空气动力学。所以呢，每一级都会经过此一次压缩。所以多级压气机的增压比会较单级大大提高
汽 车 维 修 技 师 专 业 技 术 论文标题: 涡轮增压器故障原因分析及使用维护关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析工作单位：宁波凯迪汽车销售有限公司作 者： 何一建日 期： 二零一一年三月十八日目录前言摘要关键字一、引言二、涡轮增压的日常应用三、涡轮增压的原理与类型四、涡轮增压的使用与维护五、涡轮增压的常见故障及原因分析六、涡轮增压维修实例七、结束语八、致谢前言我国进入WTO以来，大量的进口汽车涌入国门，国外先进的维修技术、维修工艺、维修观念、管理模式等，对我国汽车维修企业的发展与改革起到了很好的借鉴作用，使得国内汽车制造维修技术上了一个新台阶。我们身处在汽车维修行业如何应对日新月异的汽车维修技术，使自己不落后于时代，我个人认为只有不断的学习充电，借鉴成功的经验，树立质量第一，用户至上的服务意识，才能使自己真正的与时俱进。涡轮增压器故障原因分析及使用维护摘 要： 装有涡轮增压的车辆已经越来越多了，也越来越多的被人们所知悉，他的好坏决定着现代汽车动力性，本文主要浅谈凯迪拉克SLS车型 涡轮增压的使用维护及简单故障原因分析关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析一、引言： 随着国民经济的迅猛发展，我国汽车产量逐年增加，汽车保有量越来越多，2011年已达7400万辆，车型也越来越复杂。尤其是高科技的飞速发展，一些新技术、新材料在汽车上得到广泛应用，而涡轮增压在汽车上的应用则赋予汽车更加强大的动力性，且涡轮增压发动机的耗油量也并不比不增压的发动机耗油量高多少。在汽车使用中，增压器难免会有问题，而这将直接影响发动机的动力性，分析研究增压器故障，现象，探索和研究增压器的结构原因具有重大的现实意义。本文重点通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障，更好的使用和维护增压器。二、涡轮增压的日常应用： 涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而增加发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的，宝来赛威等等三、涡轮增压的原理与类型 分类 （1）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了，其优点是增压器与发动机无任何机械联系，因此基本不会损耗发动机原有的功率。它是利用发动机工作所产生的高温高压废气推动涡轮高速运转，从而带动连到一根轴上的泵轮，泵轮将空气加压输送到进气歧管，增加了发动机进气效率，可以提供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率，降低了燃油的消耗，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中有害物质的排放，增压后发动机的功率可提高20%～40%左右。 （2）机械增压系统：这个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。 （3）复合增压系统：即废气涡轮增压和机械增压并用，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，从而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 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。在低转速时，由机械增压提供大部分的增压压力，在1 500rpm时，两个增压器同时提供增压压力。随着转速的提高，涡轮增压器能使发动机获得更大的功率，与此同时，机械增压器的增压压力逐渐降低。机械增压通过电磁离合器控制，它与水泵集合在一起。在转速超过3500rpm时，由涡轮增压器提供所有的增压压力，此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离，防止消耗发动机功率）采用了了这一系统。其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，只是结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易，因此很难普及 （4）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，这里就不多做介绍了。 原理 众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，想再增加输出功率，只能通过压缩更多的空气进入汽缸内来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。 我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压器是一种利用内燃机作功所产生的废气驱动空气压缩机，从而令机器效率提升的装置。利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。如下图所示：首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上，然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和泵轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。这样一个整体的涡轮增压装置就做好。 涡轮增压都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，涡轮又带动同轴的泵轮，泵轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，泵轮就压缩更多的空气进入汽缸，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。本文着重介绍凯迪拉克赛威 双涡流增压器的工作原理，如下图所示：可以使四缸发动机的1、4缸使用一条单独排气通道，而2、3缸使用另一条单独的排气通道，两条通道在涡轮处会和，共同作用到涡轮上，以避免出现各缸之间的排气压力干扰，提高发动机低速时的涡轮增压回应，减少涡轮迟滞的出现。排气旁通阀控制是指通过改变排气旁通阀开度，来控制涡轮增压器涡轮转速，然后控制进气增压的压力变化。排气旁通阀关闭，发动机废气全部作用到涡轮上，涡轮高速运转，以实现进气压力的增加。排气旁通阀打开，发动机废气部分通过涡轮，部分通过排气旁通阀泄放掉，涡轮速度下降，泵轮速度随之下降，进气压力稳定不再增加或减少，以防止增压压力过高损坏发动机。在车辆正常高速行驶时，进气旁通阀关闭，进气被涡轮增压器增压进入进气歧管，进气歧管保持高压。车辆突然减速，进气旁通阀打开，进气歧管内高压空气通过进气旁通阀形成内部循环，减少涡轮增压器阻力，使得涡轮增压器泵轮维持高速运转，并减小因进气阻力形成的噪音。重新加速后，因泵轮维持高速运转，避免出现重新加速的迟滞现象。 四、涡轮增压的使用与维护 凯迪拉克赛威车的涡轮增压器，是利用发动机排出的废气驱动涡轮，它再怎么先进也还是一套机械装置，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： 汽车在起动时，高速空转或突然加速会导致涡轮增压器的轴承损坏，因此不能急踩加速踏板，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。 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熄火后，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轴承中间，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。此外发动机突然熄火后，此时排气歧管的温度很高，其热量就会被吸收到涡轮增压器壳体上，将停留在增压器内部的机油熬成积炭。当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。因此发动机熄火前应怠速运转三分钟左右，使涡轮增压器转子转速下降，同时也降低了排气歧管的温度。此外值得注意的就是涡轮增压发动机同样也不适宜长时间怠速运转，一般应该保持在10分钟之内。 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车用机油时，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，所以机油最好选用全合成机油、半合成机油等高质量润滑油或者凯迪拉克原厂专用机油 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。 需要按时清洁空气滤清器（另外注意：在空气滤清器或空气滤清器壳体已被拆下时，不要起动发动机），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。 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。 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。 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。五、涡轮增压的常见故障及原因分析 涡轮增压器(见图)利用发动机排出的废气驱动发动机主动叶轮，与主动叶轮同轴的从动叶轮也以同样转速转动。怠速时，叶轮转速约为12000r／min，当加速踏板踩到底时，叶轮转速约为135000r／min,，因从动叶轮在发动机进气端，故加大了进气压力和进气量，避免发动机在较高转速下进气迟滞；能大幅度提高发动机功率和转矩，且最大转矩峰值呈平直线状。 故障原因 （1）增压器突然停止运转。其原因多为增压器轴承损坏、转子组烧坏，外界物将涡轮、泵轮叶片打坏而卡死等。 （2）增压器涡轮或泵轮端“排油”。当增压器转子轴磨损严重，转子轴密封环失去作用，或操作不当造成润滑条件恶劣致使密封环磨损、拉伤而失效时，涡轮端或泵轮端会出现“排油”故障。涡轮端“排油”，会使排气管、消声器产生大量油污和积炭，增大排气阻力，降低增压器的转速，使发动机动力下降；泵轮端“排油”，会使发动机进气管道存有大量机油，机油消耗加大，进气阻力增大，发动机动力便下降。 （3）增压器振动剧烈且有噪声。其主要原因是由于转子轴严重磨损，使轴承间隙加大产生振动，涡轮与泵轮损坏或沾有油泥使转子动平衡被破坏而产生噪声和振动。若噪声明显表现出是金属摩擦，则是泵轮或涡轮叶片与壳体碰擦。 （4）增压器气喘。因进气系统堵塞，如空气滤清器堵塞、进气道油灰沉积等原因，造成发动机增压压力下降且产生较大波动，在增压器泵轮端发出如气喘的异响，伴随发动机工作不稳，动力下降，排气管冒黑烟。 （5）增压器增压力下降。进气管道堵塞、轴承与轴磨损、涡轮或泵轮叶片变形或损坏、与壳体摩擦等均会造成增压压力下降。 故障检修 (1)外观检查观察涡轮与泵轮以外排、进气联接法兰和接头有无裂纹、漏气等现象，特别要观察增压器“排油”现象是否严重。这点在压气机至进气管之间的橡胶管接头上最为明显。若该接头处仅表现为轻微地渗油，仍属正常现象。若此地漏油严重，表明增压器已不能再使用。此外发动机停机后，用听诊器可以听到增压器转子依靠惯性转动的声音，声音若持续1min以上的时间，表明增压器性能良好。 (2)压气机泵轮部分检修拆卸压气机与进气管道的连接，观察压气机叶轮和泵壳的摩擦情况、漏油情况以及叶片的损坏情况。若发现叶轮与泵壳有摩擦，而泵壳摩擦部位附着物较坚固，表明泵轮内有损坏；如果发现是外来物损伤了泵轮，或者泵轮轴漏油现象严重，均应对增压器进行维修。 (3)旋转组件检修若检查涡轮与泵轮没有明显损坏，用手迅速转动增压器转子，应该旋转自如，无明显的研磨噪声和阻滞现象，否则表明轴已烧损。用千分尺检查转子轴轴向间隙以及涡轮端和泵轮端的径向间隙，其值不得超过标准范围。分解拆装旋转组件时，必须做好压气机叶轮、转子轴及锁紧螺母的相对位置记号。更换压气机叶轮要做动平衡试验。安装涡轮端和泵轮端两密封环时，开口互成180o，相对中间壳进油口成90o。压气机叶轮锁紧螺母要按规定扭矩拧紧。 (4)涡轮机涡轮部分检修从涡轮机出气口将排气管道拆除，检查涡轮叶片以及壳体摩擦情况、漏油情况和叶片损坏情况。若发现叶片与壳体有摩擦，而壳体上的附着物坚硬而牢固，可能是涡轮内有损坏，此时必须拆卸修理。若发现积油严重，则应观察该油是从排气系统带来的，还是从涡轮中心排出的，若积油来自轴心且较严重，表明涡轮轴的密封环失效，应对增压器拆检维修。若积油来自排气系统，而叶轮上积油较多，就将涡轮拆卸清洗 六、涡轮增压维修实例 故障：发动机机油消耗高 车型：赛威 故障现象：客户反应说该车烧机油，拔出油尺一看已经到最底刻度线了，由于该车已经行驶了不到4000公里了，可以经行首次保养了，于是建议客户首保后行驶1000公里再到我站检查。行驶1000公里后到我站检查发现确实少了近350毫升机油。 检查分析：根据该车的具体结构分析，导致发动机机油消耗高的原因有5个：①气门油封漏油。②活塞与气缸筒密封不严。③曲轴箱强制通风PCV阀故障。④涡轮增压器油封漏油。⑤发动机油底壳衬垫、油封等处泄漏。 图1所示：涡轮增压器未漏油 该车行驶里程很短，基本全新，外观没有漏油现象，说明所减少的机油是进入气缸内消耗的。经检查排气管无明显蓝烟冒出的现象，然后拆开涡轮增压中冷器的连接管，发现中冷器内壁很干净，根据以往经验，如果涡轮增压器（图1）油封漏油，在中冷器内会积存大量机油，所以该发动机的涡轮增压器油封没有损坏。说明消耗机油的大部分在发动机内被加热而变成了积炭，进而怀疑气门油封泄漏。经拆下4只喷油器用内窥镜观察进气门，发现1缸进气门的背面有很多积炭，由此判断是1缸进气门油封损坏。 故障排除：由于该车行驶里程很短，不大可能存在其它损坏，我们决定只更换16只气门油封，并采用了不拆气缸盖换气门油封的方法。于是拆下气门室罩和1－4缸火花塞，将曲轴转动到第1缸压缩行程上止点，拆下进排气凸轮轴，向第1缸内充入压缩空气，更换了第1缸进排气门油封，其它3缸依此类推。更换了全部进排气门油封后，再将车辆交付用户并电话跟踪回访，用户反映该车在2次换机油保养之间未缺机油。七、结束语 本文介绍了涡轮增压器故障，现象，探索和研究了增压器的结构原因，通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障原因、解决办法，维修方式，以及如何正确使用、维护汽车涡轮增压器，尽量避免增压器的故障发生，延长使用寿命。 对于未来，随着汽车对动力性的需求量逐渐增大，涡轮增压的使用也会越来月频繁，不仅是在货车领域，在小汽车领域的的发展也将成为主流，而正确认识和使用涡轮增压器也将是我们每个人都应该象英语与开车一样被我们所接受。八、致谢 衷心感谢宁波交通技工学校和职业技能鉴定中心老师专家能够对本人精心指导，使本人对汽车维修能有一个全新的认识，在此表示诚恳感谢！由于本人水平有限，写作能力不强，如果有不够全面和深入的问题，请老师批评指正。参考文献：《2011凯迪拉克SLS 维修手册》 《汽车维修与保养》2007年第一期 主编：黄为 《汽车维修技师》2003年3月第一版 主编：丁鸣朝
先上图书馆找资料找 精密加工和特种加工 之类的书里面很全手写的很好
涡轮系统是增压发动机中最常见的增压系统之一。
如果在相同的单位时间里，能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸(燃烧室)进行压缩燃爆动作(小排气量的引擎能“吸入”和大排气量相同的空气，提高容积效率)，便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。情形就像你拿一台电风扇向汽缸内吹，硬是把风往里面灌，使里面的空气量增多，以得到较大的马力，只是这个扇子不是用电动马达，而是用引擎排出的废气来驱动。
一般而言，引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后，起码都能提升30%-40% 的额外动力，如此惊人的效果就是涡轮增压器令人爱不释手的原因。况且，获得完美的燃烧效率以及让动力得以大幅提升，原本就是涡轮增压系统所能提供给车辆最大的价值所在。
该系统包括涡轮增压器、中冷器、进气旁通阀、排气旁通阀及配套的进排气管道。
涡轮增压器在汽车中的连接方式如图：
工作顺序
我们希望用以下简单的步骤让你明白涡轮增压的工作顺序，从而便能清楚了解涡轮增压系统的工作原理。原理图如下：
一，发动机排出的废气，推动涡轮排气端的涡轮叶轮(Turbine Wheel)②，并使之旋转。由此便能带动与之相连的另一侧的压气机叶轮(Turbine Wheel) ③也同时转动。
二，压气机叶轮把空气从进风口强制吸进，并经叶片的旋转压缩后，再进入管径越来越大的扩压通道流出，这些经压缩的空气被注入汽缸内燃烧。
三，有的发动机设有中冷器，以此降低被压缩空气的温度、提高密度，防止发动机产生爆震。
四，被压缩(并被冷却后)的空气经进气管进入汽缸，参与燃烧做功。
五，燃烧后的废气从排气管排出，进入涡轮，再重复以上(一)的动作。
涡轮增压器
涡轮增压器本体是涡轮增压系统中最重要的部件，也就是我们一般所说的“蜗牛”或“螺仔”。因涡轮的外形与蜗牛背上的壳或海产摊内的海螺十分近似而得名。
涡轮增压器本体是提高容积效率的核心部件，其基本结构分为：进气端、排气端和中间的连接部分。
其中进气端包括压气机壳体(Compressor Housing，包括压气机进风口(Compressor Inlet)、压气机出风口(Compressor Discharge)、压气机叶轮(Compressor Wheel)。
而排气端包括涡轮壳体(Turbine Housing， 其中包括涡轮进风口(Turbine Inlet)、涡轮出风口(TurbineDischarge)、涡轮叶轮(Turbine Wheel)。
在两个壳体间负责连接两者的，还有一个轴承室(CenterHousing)，安装有负责连接并承托起压气机叶轮、涡轮叶轮，应付上万转速的涡轮轴(Shaft)，以及与之对应的机油入口(Oil Inlet)、机油出口(OilOutlet)等(甚至包括水入口和出口)。
“高温”是涡轮增压器运作时面临的最大考验。涡轮运转时，首先接触的便是由引擎排出的高温废气(第一热源)，其推动涡轮叶轮并带动了另一侧的压气机叶轮同步运转。整个叶片轮轴的转速动辄120000-160000rpm。所以涡轮轴高速转动所产生的热量非常惊人(第二热源)，再加上空气经压气机叶轮压缩后所提高的温度(第三热源)，这三者成为涡轮增压器最最严峻的高温负担。涡轮增压器成为一个集高温原件于一体的独立工作系统。所以“散热”对于涡轮增压器非常重要。涡轮本体内部有专门的机油道(散热及润滑)，有不少更同时设计有机油道以及水道，通过油冷及水冷双重散热，降低增压器温度。
涡轮轴
涡轮轴(Bearing)看起来只是简单的一根金属管，但实际上它是一个肩负120000-160000rpm 转动及超高温的精密零件。其精细的加工工差、精深的材料运用和处理正是所有涡轮厂最为核心的技术。传统的涡轮轴使用波司轴承(Bushing Bearing)结构。它确实只是一根金属管，其完全倚仗高压进入轴承室的机油实现承托散热，因此才能高速地转动。
而新近出现的滚珠轴承(Ball Bearing)逐渐成为涡轮轴发展的趋势。顾名思义，滚珠轴承就是在涡轮轴上安装滚珠，取代机油成为轴承。滚珠轴承有众多好处：摩擦力更小，因此将有更好的涡轮响应(可减少涡轮迟滞)，并对动力的极限榨取更有利;它对涡轮轴的转动动态控制更稳定(传统的是靠机油做轴承，行程漂浮);对机油压力和品质的要求相对可以降低，间接提高了涡轮的使用寿命。但其缺点是耐用性不如传统的波司轴承，大约7 万-8 万公里就到寿命极限，且不易维修、维修费昂贵。因此重视耐久性的涡轮制造厂( 如KKK) 就不会推出此型式涡轮。
涡轮叶轮
涡轮叶轮的叶片型式，可分为“水车式” 叶片(外形是直片设计，让废气冲撞而产生回旋力量，直接与回转运动结合)，及“风车式”叶片(外形为弯曲型叶片设计，除了利用冲撞的力量以外，还能有效利用气流进入叶片与叶片之间，获取废气膨胀能量)。涡轮叶轮的轮径及叶片数会影响马力线性，理论上来说，叶片数愈少，低速响应较差，但高速时的爆发力与持续力却不是多叶片可比拟的。
涡轮叶轮的叶片大多以耐高热的钢铁制造(有的使用陶瓷技术)，但由于铁本身的质量较大，于是又轻又强的钛合金叶片因此产生。只是在量产车中，现在只有三菱LancerEVO Ⅸ RS 车型有搭载钛合金叶片涡轮(EVO 的钛合金涡轮型号为TD05-HRA，一般的则为TD05-HR 请读者明鉴)。而改装品中，也只有Garrett 出品的赛车专用涡轮使用钛合金，除此以外暂没听说。
压气机叶轮
叶片是涡轮的动力来源。但压气机叶轮及涡轮叶轮各有不同的功用，因此叶片外形当然也不一样。压气机叶轮基本上是把如何将空气有效率地推挤入压缩信道视为首要任务，然后再加以决定其形状。
一般原厂涡轮的压气机叶轮(Compressor Wheel) 都使用全叶片的设计，即叶片是整片从顶端到末端的设计。而为了增加吸入空气的通路面积，提升高速回转时的效率，目前已出现了许多在全叶片旁穿插安装半块叶片的叶轮(此种设计多出现在改装品上)。
而压气机叶轮设计的另一个目的是让压缩空气的流速均等化。传统的叶轮为“放射型压缩轮”，其两叶片之间的气体流速变化很快：位于叶轮运转方向前方的空气，被叶片挤压，故流速很快。但叶片后方的空气则因为吸入阻力及回压力等因素，流速较慢。当节气门半开时，压气机叶轮转速下降，进入压缩轮的空气速度就会降低。而之前已被压缩的空气量如果此时相对过多，便会出现“真空”的状态，无法输送空气(压气机叶轮转速无法产生大于进气管中气压的压力)，相对压力也就无法产生了(压力回馈)，这也就是所谓的“气体剥离” (Compressor Surge) 现象。
所谓的Surge 效应，就好比我们用手去搅动水桶里的水，当手搅动的速度愈快，水桶里的水就会愈来愈向水桶边缘扩散，接着水桶里的水位也就会愈来愈低，到最后水桶里的水则变成只能在水桶周围旋转，而无法落下。这样的现象也会发生在空气流体力学上。大家可以试想：压气机进风口就好比是一个水桶，周围空气就像是水，至于涡轮叶片就好比是搅动的手，当涡轮叶片转速一旦提升，进气口内的气流就会逐渐向周围扩散，转速提升愈高，气流就愈向周围靠近，导致涡轮叶片中央位置会愈来愈吸不到空气，到最后甚至会呈现真空的状态，使得空气只能从叶片周围进入，进气效率当然也就会跟着下降，这样的现象就是所谓的Surge 效应。而迎风角度大的叶片，进气效率虽较好，但却容易在高转速时发生Surge 效应，而角度较小的叶片则反之。
为了防止“气体剥离”现象，把叶片角度设计成向运转方向缩小(与涡轮轴线方向更接近)，以维持流速均一化的“反向”压缩轮渐渐成为改装品的主流，而这也就是改装界所谓的“斜流”叶片。“斜流”叶片通常都在原有的主叶片下，多加半个叶片(一般其角度更接近涡轮轴线方向，即更竖直)。若从进气入口正视压气机叶轮，可看到两个叶片重叠，就代表这是“斜流” 叶轮。而Hybrid Turbine 的压气机叶轮通常亦会使用“斜流”叶片( 后方并加以切平) 搭配漏斗式的加大吸气口来增加出风量。此外，还有压气机进风口处加设循环排气孔，让流失的压缩空气2次循环来减少surge效应的新设计(此处不赘述，HKS T04Z 便有此设计)。
内置式旁通阀
内置式排气旁通阀(Internal Wastegate，俗称Actuator)，是目前涡轮系统中最常见的泄压装置，一般又被称为连动式排气泄压阀。“Actuator”直接配置在涡轮上，利用一支连杆来控制涡轮排气中的阀门，一旦涡轮压缩空气端的增压值达到限定的程度，进气压力便会推“Actuator”的连杆，使涡轮排气侧内的旁通阀门开启，部分废气不经涡轮叶轮(Turbine Wheel)直接排到排气管。这样减少“吹动”涡轮叶轮的废气流量，涡轮叶轮转速降低，同时带动压气机叶轮转速降低。因此“Actuator”既是限制涡轮最高转速的装置，也是使涡轮进气端增压压力维持一个稳定值(不会长时间过高)的装置。
外置式旁通阀
外置式排气旁通阀(External Wastegate，俗称Wastegate)也被称为排气泄压阀，功能与“Actuator”大致相同，但结构与安装位置有别。结构上“Wastegate”省去了连杆和在涡轮内的排气阀门。而位置上“Wastegate”以独立方式安装在涡轮与排气管头段之间，而无须像“Actuator”那样依附于涡轮增压器本体上。一旦涡轮增压值达到设定上限，“Wastegate”排出( 可直接排向大气或导回排气管内) 多余的废气，减少“吹动”涡轮叶轮的废气流量，进而使涡轮保持稳定的增压值。“Wastegate”比“Actuator”有更大的增压容量(可配用大的弹簧)且反应灵敏，所以更适合用在大马力或高增压涡轮发动机上，尤其是使用差异过大的Hybird 涡轮，更是必备用品!
中冷器
中冷器(中央冷却器，Intercooler)位于压气机出风口与节气门之间的“散热排”。其构造有点像水箱，就是运用横向的众多小扁铝管分割压缩空气，然后利用外界的冷风吹过与细管相连的散热鳍片，达到冷却压缩空气的目的，使进气温度较为接近常温。
引擎最不喜欢高温的气体，因为高温空气会使马力下降。特别是四季炎热的亚热带地区。但由于涡轮增压器会把吸进引擎的气体进行强制压缩，从而使空气密度提高，但与此同时，空气的温度也会急剧上升。温度上升又反过来造成被压缩空气的氧含量下降。此外这股热气未经冷却即进入高温的汽缸，将导致燃油的不规则预燃(爆震)，使引擎温升进一步加剧，增加了熔毁活塞的可能。
为了提升空气密度，同时兼顾空气中的含氧量，我们需要在压缩空气后(压缩程度较大)降低进气的温度。中冷器因此而产生。中冷器的面积及厚度越大，其散热能力越强。因为面积和厚度大，其内的小扁管数量、长度和散热叶片等皆随之增加，中冷器内的高温压缩空气及中冷器外的大气就有更多的接触面积及接触时间，热交换(散热)的面积和时间更充分，降温效果更好。虽然大容量中冷器有更好的冷却效能，但其加长了散热路径和增大了进气容度，会带来相对的压力损失，TurboLag 容易变大。
进气旁通阀
进气旁通阀(ReliefValve)一般又称为“进气泄压阀”。它安装在靠近节气门的进气管上，它是大部分涡轮增压发动机出厂时原配的泄压装置。
由于涡轮是利用废气排出的力量来驱动，当驾驶过程中收油门(如换挡、急刹车时)，节气门关闭。涡轮叶片(压气机叶轮)在惯性作用下仍旧持续转动。此时因节气门的截断和叶片的继续增压所致，进气管路中(在节气门与涡轮之间)的空气压力会迅速提高。为了保护增压系统，当压力达到某一限定值后，进气旁通阀打开，把过剩的空气(压力)导回至滤清器与涡轮之间，实现降压保护的功能。
Blow-Off Valve(BOV)即俗称的“放气哇佬”，同样属于进气旁通阀。只是它一般被用作取代Relief Valve的改装部件。其功能基本上和Relief Valve 相同，唯一的差异仅在于Blow-off Valve的阀门并不会像Relief Valve那样容易受到进气压力的影响而开启(导致进气压力下降)。而且在节气门关闭后，Blow-off Valve 是将剩余压力直接向大气释放，并非再导于涡轮与滤清器之间再度增压。因此BlowoffValve 除了同样具有保护涡轮系统的效果外，在泄压反应上也比起原厂配置的Relief Valve 更为优异。但对于小排量或小增压的涡轮发动机来说，Blow-off Valve对再加油的动力响应会变差。另外Blow-off Valve 泄压时会产生更大的泄气声，令人听得更为兴奋，也成为涡轮增压车最为特殊的音效。
在相同的单位时间里，能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸进行压缩燃爆动作，便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。一般而言，引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后，起码都能提升30%-40% 的额外动力。获得完美的燃烧效率以及让动力得以大幅提升，就是涡轮增压系统所能提供给车辆最大的价值所在。
压气机的功用是对气流做功，以提高气流的压力。一般燃气轮机的压气机通常有轴流式和离心式两种。轴流式压缩机会有许多的叶片，形状类似螺旋桨叶片，但是分为“静子”（stator）与“转子”（rotor）两种。转子就像螺旋桨一般地旋转，在旋转的过程中将对气流加功，增大气流总压P*和总温T*，这时气流的压力和温度就会提高。静子的功用是将因为转子的作用而产生旋转的气流导引回轴向，以正确的角度进入下一组转子，减小气流绝对速度C1。通常是一组转子和一组静子交互配置，而一组转子和静子就称为一级。离心式压缩机则是利用叶轮旋转时产生的离心力将气流向外推向机匣，而产生加压的效果。一级的离心式压缩机就能有数级轴流式压缩机的压缩比，对于较小型的燃气轮机来就是不错的选择，但是由于气流是向外辐射，必须以大幅弯曲的通道折回内部，故能量的耗损也较大，效率低。增压比是压气机的主要性能指标，指的是气流总压在加压后与加压前的比，通常增压比较高的燃气轮机，效率也较高，但是气流在压缩过程中温度会上升，考虑到涡轮所能承受的温度有一定的限度，压缩比太高反而不好。理想的压缩过程应该是等熵绝能过程，但是实际上压缩后的气流的温度和熵都会大于理想值，压力则低于理想值，而压缩机的效率则定义为。其中ηc代表压缩机效率，h1代表气流进入压缩机之前的焓，h2i代表理想状况下气流离开压缩机时的焓，h2a代表实际状况下气流离开压缩机时的焓。依据热力学定律，压缩机效率不可能大于1。燃烧室燃烧室由外壳（套）、火焰筒、喷（油）嘴、涡流器、点火装置等组成。由压气机扩散段出来的高压空气分成两股：一股（约占1/4～2/5）进入火焰筒前部，与喷嘴喷出来的燃油混合形成油气混合气，经点火装置点火后燃烧。另一股（占3/4～3/5）从火焰筒与外套间流过，对火焰筒壁面进行冷却，然后进入火焰筒与高温燃气掺混，使燃气温度降低，达到涡轮所要求的温度。通常要求燃烧室具有燃烧稳定、燃烧效率高、点火范围宽、流动阻力小以及结构简单、尺寸小、安全可靠和寿命长等特性。燃烧室按气流在燃烧室中流动的方向分为三种：①直流式：气流在燃烧室中沿轴向流动。多数发动机采用这种燃烧室。②折流式：气流由压气机流出后，折成两路流入火焰筒。一般与甩油盘配合使用。③回流式：压气机出口的空气由燃烧室的后端流入火焰筒头部。燃烧的燃气则向前形成回流。后两种形式气流流动损失大，但能缩短发动机的长度，一般用于采用离心式压气机的发动机中。燃烧室按结构形式又分为管形燃烧室、环形燃烧室和环管形燃烧室。管形燃烧室中的每个管形火焰筒有单独的外套，组成一个单管燃烧室。一台发动机可以有若干个单管燃烧室，沿周向装在发动机上，其中几个燃烧室装有点火装置。各燃烧室之间通过联焰管来传焰和均压。管形燃烧室易调试，强度与刚性好、装拆与维护方便，多用于早期的燃气涡轮发动机以及空气流量很小的发动机上。环形燃烧室中的火焰筒为一整体的环形腔。同心地装在环形的壳体内。这种燃烧室空间利用率高，迎风面积、重量、压力损失、火焰筒表面积和长度都小，所需的冷却空气量少，出口流场沿周向分布均匀，广泛用于各种新型发动机中。环管形燃烧室有若干个管形火焰筒沿圆周均匀地装在一个共同的环形壳体内。各火焰筒间装有联焰管。它的结构介于管形燃烧室与环形燃烧室之间。50～60年代的发动机多采用这种结构。 涡轮 电脑模拟燃气轮机通常使用轴流式涡轮，构造上与轴流式压缩机相似，同样是一组定子与一组转子合称为一级。涡轮叶片与螺旋桨及飞机机翼相似，气流流过时产生作用力，对转子叶片作功而使其转动，而能将气流的能量转换成机械能输出，因此气流在通过涡轮后，温度与压力都会下降。与压缩机不同的是，涡轮的目的是将气流的能量转换为机械能，因此叶片的形状与压缩机会稍有不同，重视的是气流通过时能产生的作用力，与飞机机翼希望升力大而阻力小的要求类似。涡轮叶片直接受到高温高压气流的冲击，为了提高燃烧温度以提升燃气轮机的效率，涡轮叶片必须使用耐高温、在高温下仍保有高强度及寿命的耐热材料制成。叶片结构上也常使用一些特殊设计，例如常见的作法是将叶片设计为中空，然后将冷空气或冷却液导入内部，在叶片内部流动时可以产生冷却效果，还有在表面设计许多小孔喷出冷空气，随着空气流动而覆盖整个叶片，阻隔以避免高温空气直接冲击叶片，以达到保护的效果。与压缩机相同，理想的涡轮应该是等熵过程，但是实际上通过涡轮后气流的温度和熵都会大于理想值，涡轮的效率定义为：其中ηt代表涡轮效率，h3代表气流进入涡轮之前的焓，h4i代表理想状况下气流离开涡轮时的焓，h4a代表实际状况下气流离开涡轮时的焓。依据热力学定律，涡轮效率不可能大于1。
汽 车 维 修 技 师 专 业 技 术 论文标题: 涡轮增压器故障原因分析及使用维护关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析工作单位：宁波凯迪汽车销售有限公司作 者： 何一建日 期： 二零一一年三月十八日目录前言摘要关键字一、引言二、涡轮增压的日常应用三、涡轮增压的原理与类型四、涡轮增压的使用与维护五、涡轮增压的常见故障及原因分析六、涡轮增压维修实例七、结束语八、致谢前言我国进入WTO以来，大量的进口汽车涌入国门，国外先进的维修技术、维修工艺、维修观念、管理模式等，对我国汽车维修企业的发展与改革起到了很好的借鉴作用，使得国内汽车制造维修技术上了一个新台阶。我们身处在汽车维修行业如何应对日新月异的汽车维修技术，使自己不落后于时代，我个人认为只有不断的学习充电，借鉴成功的经验，树立质量第一，用户至上的服务意识，才能使自己真正的与时俱进。涡轮增压器故障原因分析及使用维护摘 要：装有涡轮增压的车辆已经越来越多了，也越来越多的被人们所知悉，他的好坏决定着现代汽车动力性，本文主要浅谈凯迪拉克SLS车型 涡轮增压的使用维护及简单故障原因分析关键字：涡轮增压、使用维护、故障分析一、引言：随着国民经济的迅猛发展，我国汽车产量逐年增加，汽车保有量越来越多，2011年已达7400万辆，车型也越来越复杂。尤其是高科技的飞速发展，一些新技术、新材料在汽车上得到广泛应用，而涡轮增压在汽车上的应用则赋予汽车更加强大的动力性，且涡轮增压发动机的耗油量也并不比不增压的发动机耗油量高多少。在汽车使用中，增压器难免会有问题，而这将直接影响发动机的动力性，分析研究增压器故障，现象，探索和研究增压器的结构原因具有重大的现实意义。本文重点通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障，更好的使用和维护增压器。二、涡轮增压的日常应用：涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而增加发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的，宝来赛威等等三、涡轮增压的原理与类型分类（1）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了，其优点是增压器与发动机无任何机械联系，因此基本不会损耗发动机原有的功率。它是利用发动机工作所产生的高温高压废气推动涡轮高速运转，从而带动连到一根轴上的泵轮，泵轮将空气加压输送到进气歧管，增加了发动机进气效率，可以提供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率，降低了燃油的消耗，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中有害物质的排放，增压后发动机的功率可提高20%～40%左右。（2）机械增压系统：这个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。（3）复合增压系统：即废气涡轮增压和机械增压并用，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，从而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 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。在低转速时，由机械增压提供大部分的增压压力，在1 500rpm时，两个增压器同时提供增压压力。随着转速的提高，涡轮增压器能使发动机获得更大的功率，与此同时，机械增压器的增压压力逐渐降低。机械增压通过电磁离合器控制，它与水泵集合在一起。在转速超过3500rpm时，由涡轮增压器提供所有的增压压力，此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离，防止消耗发动机功率）采用了了这一系统。其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，只是结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易，因此很难普及（4）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，这里就不多做介绍了。原理众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，想再增加输出功率，只能通过压缩更多的空气进入汽缸内来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压器是一种利用内燃机作功所产生的废气驱动空气压缩机，从而令机器效率提升的装置。利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。如下图所示：首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上，然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和泵轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。这样一个整体的涡轮增压装置就做好。涡轮增压都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，涡轮又带动同轴的泵轮，泵轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，泵轮就压缩更多的空气进入汽缸，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。本文着重介绍凯迪拉克赛威 双涡流增压器的工作原理，如下图所示：可以使四缸发动机的1、4缸使用一条单独排气通道，而2、3缸使用另一条单独的排气通道，两条通道在涡轮处会和，共同作用到涡轮上，以避免出现各缸之间的排气压力干扰，提高发动机低速时的涡轮增压回应，减少涡轮迟滞的出现。排气旁通阀控制是指通过改变排气旁通阀开度，来控制涡轮增压器涡轮转速，然后控制进气增压的压力变化。排气旁通阀关闭，发动机废气全部作用到涡轮上，涡轮高速运转，以实现进气压力的增加。排气旁通阀打开，发动机废气部分通过涡轮，部分通过排气旁通阀泄放掉，涡轮速度下降，泵轮速度随之下降，进气压力稳定不再增加或减少，以防止增压压力过高损坏发动机。在车辆正常高速行驶时，进气旁通阀关闭，进气被涡轮增压器增压进入进气歧管，进气歧管保持高压。车辆突然减速，进气旁通阀打开，进气歧管内高压空气通过进气旁通阀形成内部循环，减少涡轮增压器阻力，使得涡轮增压器泵轮维持高速运转，并减小因进气阻力形成的噪音。重新加速后，因泵轮维持高速运转，避免出现重新加速的迟滞现象。四、涡轮增压的使用与维护凯迪拉克赛威车的涡轮增压器，是利用发动机排出的废气驱动涡轮，它再怎么先进也还是一套机械装置，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：汽车在起动时，高速空转或突然加速会导致涡轮增压器的轴承损坏，因此不能急踩加速踏板，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。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熄火后，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轴承中间，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。此外发动机突然熄火后，此时排气歧管的温度很高，其热量就会被吸收到涡轮增压器壳体上，将停留在增压器内部的机油熬成积炭。当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。因此发动机熄火前应怠速运转三分钟左右，使涡轮增压器转子转速下降，同时也降低了排气歧管的温度。此外值得注意的就是涡轮增压发动机同样也不适宜长时间怠速运转，一般应该保持在10分钟之内。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车用机油时，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，所以机油最好选用全合成机油、半合成机油等高质量润滑油或者凯迪拉克原厂专用机油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。需要按时清洁空气滤清器（另外注意：在空气滤清器或空气滤清器壳体已被拆下时，不要起动发动机），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。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。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。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。五、涡轮增压的常见故障及原因分析涡轮增压器(见图)利用发动机排出的废气驱动发动机主动叶轮，与主动叶轮同轴的从动叶轮也以同样转速转动。怠速时，叶轮转速约为12000r／min，当加速踏板踩到底时，叶轮转速约为135000r／min,，因从动叶轮在发动机进气端，故加大了进气压力和进气量，避免发动机在较高转速下进气迟滞；能大幅度提高发动机功率和转矩，且最大转矩峰值呈平直线状。故障原因（1）增压器突然停止运转。其原因多为增压器轴承损坏、转子组烧坏，外界物将涡轮、泵轮叶片打坏而卡死等。（2）增压器涡轮或泵轮端“排油”。当增压器转子轴磨损严重，转子轴密封环失去作用，或操作不当造成润滑条件恶劣致使密封环磨损、拉伤而失效时，涡轮端或泵轮端会出现“排油”故障。涡轮端“排油”，会使排气管、消声器产生大量油污和积炭，增大排气阻力，降低增压器的转速，使发动机动力下降；泵轮端“排油”，会使发动机进气管道存有大量机油，机油消耗加大，进气阻力增大，发动机动力便下降。（3）增压器振动剧烈且有噪声。其主要原因是由于转子轴严重磨损，使轴承间隙加大产生振动，涡轮与泵轮损坏或沾有油泥使转子动平衡被破坏而产生噪声和振动。若噪声明显表现出是金属摩擦，则是泵轮或涡轮叶片与壳体碰擦。（4）增压器气喘。因进气系统堵塞，如空气滤清器堵塞、进气道油灰沉积等原因，造成发动机增压压力下降且产生较大波动，在增压器泵轮端发出如气喘的异响，伴随发动机工作不稳，动力下降，排气管冒黑烟。（5）增压器增压力下降。进气管道堵塞、轴承与轴磨损、涡轮或泵轮叶片变形或损坏、与壳体摩擦等均会造成增压压力下降。故障检修(1)外观检查观察涡轮与泵轮以外排、进气联接法兰和接头有无裂纹、漏气等现象，特别要观察增压器“排油”现象是否严重。这点在压气机至进气管之间的橡胶管接头上最为明显。若该接头处仅表现为轻微地渗油，仍属正常现象。若此地漏油严重，表明增压器已不能再使用。此外发动机停机后，用听诊器可以听到增压器转子依靠惯性转动的声音，声音若持续1min以上的时间，表明增压器性能良好。(2)压气机泵轮部分检修拆卸压气机与进气管道的连接，观察压气机叶轮和泵壳的摩擦情况、漏油情况以及叶片的损坏情况。若发现叶轮与泵壳有摩擦，而泵壳摩擦部位附着物较坚固，表明泵轮内有损坏；如果发现是外来物损伤了泵轮，或者泵轮轴漏油现象严重，均应对增压器进行维修。(3)旋转组件检修若检查涡轮与泵轮没有明显损坏，用手迅速转动增压器转子，应该旋转自如，无明显的研磨噪声和阻滞现象，否则表明轴已烧损。用千分尺检查转子轴轴向间隙以及涡轮端和泵轮端的径向间隙，其值不得超过标准范围。分解拆装旋转组件时，必须做好压气机叶轮、转子轴及锁紧螺母的相对位置记号。更换压气机叶轮要做动平衡试验。安装涡轮端和泵轮端两密封环时，开口互成180o，相对中间壳进油口成90o。压气机叶轮锁紧螺母要按规定扭矩拧紧。(4)涡轮机涡轮部分检修从涡轮机出气口将排气管道拆除，检查涡轮叶片以及壳体摩擦情况、漏油情况和叶片损坏情况。若发现叶片与壳体有摩擦，而壳体上的附着物坚硬而牢固，可能是涡轮内有损坏，此时必须拆卸修理。若发现积油严重，则应观察该油是从排气系统带来的，还是从涡轮中心排出的，若积油来自轴心且较严重，表明涡轮轴的密封环失效，应对增压器拆检维修。若积油来自排气系统，而叶轮上积油较多，就将涡轮拆卸清洗六、涡轮增压维修实例故障：发动机机油消耗高车型：赛威 故障现象：客户反应说该车烧机油，拔出油尺一看已经到最底刻度线了，由于该车已经行驶了不到4000公里了，可以经行首次保养了，于是建议客户首保后行驶1000公里再到我站检查。行驶1000公里后到我站检查发现确实少了近350毫升机油。检查分析：根据该车的具体结构分析，导致发动机机油消耗高的原因有5个：①气门油封漏油。②活塞与气缸筒密封不严。③曲轴箱强制通风PCV阀故障。④涡轮增压器油封漏油。⑤发动机油底壳衬垫、油封等处泄漏。图1所示：涡轮增压器未漏油该车行驶里程很短，基本全新，外观没有漏油现象，说明所减少的机油是进入气缸内消耗的。经检查排气管无明显蓝烟冒出的现象，然后拆开涡轮增压中冷器的连接管，发现中冷器内壁很干净，根据以往经验，如果涡轮增压器（图1）油封漏油，在中冷器内会积存大量机油，所以该发动机的涡轮增压器油封没有损坏。说明消耗机油的大部分在发动机内被加热而变成了积炭，进而怀疑气门油封泄漏。经拆下4只喷油器用内窥镜观察进气门，发现1缸进气门的背面有很多积炭，由此判断是1缸进气门油封损坏。故障排除：由于该车行驶里程很短，不大可能存在其它损坏，我们决定只更换16只气门油封，并采用了不拆气缸盖换气门油封的方法。于是拆下气门室罩和1－4缸火花塞，将曲轴转动到第1缸压缩行程上止点，拆下进排气凸轮轴，向第1缸内充入压缩空气，更换了第1缸进排气门油封，其它3缸依此类推。更换了全部进排气门油封后，再将车辆交付用户并电话跟踪回访，用户反映该车在2次换机油保养之间未缺机油。七、结束语本文介绍了涡轮增压器故障，现象，探索和研究了增压器的结构原因，通过增压器的结构原理及一些日常维护，正确认识增压器故障原因、解决办法，维修方式，以及如何正确使用、维护汽车涡轮增压器，尽量避免增压器的故障发生，延长使用寿命。对于未来，随着汽车对动力性的需求量逐渐增大，涡轮增压的使用也会越来月频繁，不仅是在货车领域，在小汽车领域的的发展也将成为主流，而正确认识和使用涡轮增压器也将是我们每个人都应该象英语与开车一样被我们所接受。八、致谢衷心感谢宁波交通技工学校和职业技能鉴定中心老师专家能够对本人精心指导，使本人对汽车维修能有一个全新的认识，在此表示诚恳感谢！由于本人水平有限，写作能力不强，如果有不够全面和深入的问题，请老师批评指正。参考文献：《2011凯迪拉克SLS 维修手册》《汽车维修与保养》2007年第一期 主编：黄为《汽车维修技师》2003年3月第一版 主编：丁鸣朝
江苏激光联盟导读：本文从三个部分进行了研究：金属-金属、金属陶瓷和金属间梯度材料。本文为第三部分。3．3． Metal-intermetallic梯度材料虽然可以通过铸造或粉末冶金工艺从金属间化合物中制造接近最终几何形状的零件，但生产成本很高，而且由于在这些方法中使用了模具，最终产品的形状不能非常复杂。在新的制造方法中，AM在金属间化合物制造零件方面表现出了良好的潜力，因为它具有开发新合金的能力，并尽可能地将生产集成到接近最终形状(没有任何几何限制)。然而，关于金属间化合物的固化/低温开裂的高敏感性、孔隙的形成和化学成分的不均匀性是研究金属间化合物AM的主要挑战。Al-Si3N4纳米复合材料制备的不同步骤。为了制备不同的基于粉末冶金的纳米复合材料，各种材料被用作基体或增强剂。例如，Matli等人(2017)采用了一种新型的MW烧结，然后在高温下挤压，以开发不同vol%为、和的氮化硅增强纳米复合材料(上图);Simões等人(2017)制备了 wt%的CNTs增强铝和镍基复合材料;van Pham等人(2011)生产了一种碳纳米管增强纳米复合材料，碳纳米管含量为;Akbarpour等人(2014)开发了SiC纳米颗粒增强铜。这些论文都报道了纳米增强剂的加入可以提高机械性能。梯度金属间化合物在Qu等的研究中，研究了激光熔化沉积(LMD)方法处理的Ti/TiAl的梯度结构，为航空发动机涡轮叶片和涡轮盘材料提供了一种新的候选材料。沉积尺寸约为60 × 55 × 6 mm的薄壁形貌和室温拉伸试样的腐蚀形貌(可能是切割或抛光过程中与制备介质的反应)分别见图18a和图b。在微观结构评估中，在化学成分为(最终层)的区域观察到由γ-TiAl和α2-Ti3Al组成的全层状(FL)组织(图18c和d)，而由于铝含量的变化，在梯度区观察到不同层宽的α/β编织物的通常组织(图18e-h)。在不同工艺参数下制备的3个样品的极限抗拉强度(UTS)均可达，但Ti/TiAl梯度结构的延性很低。图18 a) LMD方法处理的Ti/TiAl薄壁梯度结构照片。b)室温拉伸试样的腐蚀形貌。c) 的光学显微组织。TEM亮场显微组织:d) , e), f) ti - 17al - zr - Mo, g) , h)(从上到下梯度结构顺序)在另一种方法中，考虑到激光增材制造技术中常见的断裂和氧化问题，Ge等人采用了清华大学开发的一种新的电子束选择性熔化(EBSM)技术来生产TiAl/Ti3Al和Ti6Al4V/Ti3Al梯度结构。在这种新技术中，一方面，对基体和粉末层进行预热可以降低热应力(这对于合成TiAl和Ti3Al等脆性化合物非常重要)。另一方面，真空环境可以防止杂质和合金元素的氧化。在本研究中，在实现无裂纹梯度结构和每个区独特的微观结构的同时，表明过渡区厚度及其化学成分受束流的显著影响。考虑到Ti-48Al有最大的多弧离子镀二元合金的室温延性和铬和铌元素的添加会导致改善低温韧性和抗氧化性能的合金，Yan等研究了Ti的梯度结构/Ti-48Al-2Cr-2Nb (Ti / Ti4822)通过LMD技术制作的。考虑到Ti - 48al在TiAl二元合金中具有最大的室温延性，而加入铬和铌元素可以提高合金的低温延性和抗氧化性，Yan等研究了LMD技术制备的Ti/Ti- 48al - 2cr - 2nb (Ti/Ti4822)的梯度结构。Fu和Chan (2013b)首先研究了两种尺寸情况下第一次剪切操作中不同状态的板料微观组织演化，如下图所示。变形初期形成连接凸模边缘的剪切带，随着参与变形的晶粒数量的减少，剪切带变得模糊。随着冲头运动，剪切过程中参与的晶粒增多，剪切带明显。当试样尺寸较大、晶粒尺寸较细时，沿剪切带方向的晶粒被严重旋转和拉长。侧向变形量在远离剪切带的区域减小。当尺度因子为，退火温度为750℃时，试样厚度上约有一粒晶粒时，只有少量滑移来完成变形。在两种尺寸情况下，不同状态和冲程的板料在一次成形过程中的微观组织。在另一项相关研究中，Wang等人使用WAAM体系生产了梯度氧化铝钛结构。在他们的研究中，除了之前考虑的特性外，还评估了TiAl分级金属间化合物的氧化行为(在800℃下100小时，然后在空气下冷却)。图19为铝化钛梯度结构沿沉积方向(从上到下)不同位置的氧化层截面。图19 氧化断面的扫描电镜、相应的EDS元素图以及氧化测试后不同基体上形成的氧化层示意图。在距离顶部 mm的位置A，基体通常由γ-TiAl组成。在此位置，氧化层可分为三部分。最外层和最内层由TiO2 + Al2O3的混合物组成。它们之间还存在致密连续的Al2O3层，作为O和Ti扩散的屏障。可以理解的是，由于TiO2的多孔性，连续的Al2O3层比TiO2层或Al2O3和TiO2的组合要好得多。从图19中对梯度结构不同位置的评价可以看出，高温氧化过程中，只有在γ-TiAl基体相(位置A，一定程度上位置B)上才能实现Al2O3层的稳定。 铁基梯度金属间化合物通常，将金属间化合物合金与常规合金以梯度切割的形式结合，可以作为克服第节开头提到的制造和加工问题的一种解决方案。在这方面，以及这次针对铁基金属间化合物，Durejko等人研究了Fe3Al/SS316L梯度管(可用于蒸汽动力装置)的AM的设计、工艺和冶金方面。在本研究中，考虑到管的工作条件，制备并检测了两种不同径向梯度的样品，根据哪个组件(SS316L或Fe3Al)在管的内侧，哪个组件在管的外侧(图20a, b)。得到的样品表面宏观检查显示有变形和多裂纹(图20c)，之后通过修改数据矩阵代码(datamatrix code, DMC)并通过试错实验得到无裂纹且几何形状符合要求的样品，从而获得最佳的处理参数。图20 a, b)分别为SS316L/Fe3Al和Fe3Al/SS316L样品的径向梯度截面示意图。c)部分变形开裂的试验梯度管。d, e) SS316L/Fe3Al试样截面的线性元素分析结果和硬度结果。f, g)分别为Fe3Al/SS316L试样截面的线性元素分析结果和硬度结果。虽然，与SS316L/ fe316l梯度样品不同，Fe3Al/SS316L梯度样品横断面的线性元素分析并没有清楚地显示出化学梯度(比较图20d, f)，两个样品横断面的硬度逐渐变化(图20e，g)表示两种样品的Fe3Al和SS316L之间都发生了平稳过渡。此外，可以看到，高显微硬度已记录为两个结构部件(约500 HV的SS316)，这是由于合金元素饱和，凝固的组织作为快速冷却的结果，和高度强化均匀性。在另一种产生铁铝化物的梯度结构的努力中，Shen等人尝试使用WAAM方法进行原位合金化。由于低碳钢基体的稀释，底层晶粒/晶界内的针状碳化物析出硬化，随着Al含量的增加，中层粗柱状Fe3Al晶粒向上层等轴状FeAl晶粒发生了明显的组织变化。设计和实际化学梯度的近似是他们最重要的发现。编织复合材料建模层次结构有限元分析微尺度模型确定基体/纤维的机械性能，中尺度模型确定编织复合材料的弹性性能，宏观模型确定复合材料结构的弹性响应。有限元模型通常采用多尺度建模方法。微观模型预测了注入树脂纱线的机械性能。通常，微尺度建模使用解析方程，如Halpin-Tsai半经验模型或CCM。在微尺度建模过程中考虑了纱线孔隙率、基体和纤维体积分数。编织复合材料的中尺度建模利用了由于编织复合材料的重复特性而存在的周期性边界条件。所有的有限元模型都专注于将编织体表示为RVE, RVE是表示整个编织体几何形状的最小子体积。中尺度模型可以预测编织复合材料的机械性能，并可以可视化RVE内部的应力和应变分布。最后，一个宏观模型可以预测整个编织复合材料结构的弹性响应。采用中尺度模型计算的均质弹性特性作为预测编织复合材料结构整体性能的输入。用于分析编织复合材料的建模层次结构如上图所示。使用有限元方法检测编织复合材料的路线图已由Lomov等人描述。同时，在拉伸试验中，中间部分含有约 at % Al合金的屈服率、抗拉强度和塑性分别为、 MPa和，这是由于合金的晶粒相对较细，FeAl硬相的含量相对较低。尽管有这些结果，但对于这种梯度结构的腐蚀行为评价的缺乏，在其应用方面仍有一些重要的问题有待解决。在其他地方，利用Fe-Fe3Ni梯度材料后热处理过程中的原位中子衍射，Shen等人表明，尽管Fe3Ni相的热膨胀系数(TEC)在加热过程中通过在Ni含量低的截面中α-Fe相的溶解而增加，Fe3Ni相中溶解的Fe通过增加晶格应变降低了TEC，从而更有效地限制了Fe3Ni的变形。这一发现有助于更好地理解和分析WAAM过程中的热裂现象。4. 数值研究除了大量的梯度材料AM的实验研究外，在材料科学和工程领域，特别是近年来，已经进行了一些数值研究。预测凝固组织和相变，实现安全梯度设计(最小开裂敏感性)，分析变形和残余应力，找到最佳工艺参数等。一般而言，只要理解AM加工fgf的原理和机制，包括熔化和凝固的概念、材料相互作用的热机械和动机械、转移现象、集中热通量(如激光与材料的相互作用)等，通过精确和尽可能精确的数值模拟，可以获得更详细和补充的实验结果信息。因此，鉴于数值研究的重要性，下面将尽可能对其中一些研究进行评述。如上所述，凝固行为一直是数值研究的课题之一。例如，Lin等人以SS316L/Rene88DT梯度材料的快速激光成形(LRF)为模型(图21a)。在平行于梯度方向的截面上的实验研究中，观察到凝固组织为柱状枝晶，在整个梯度沉积过程中外延生长，除了纯净的Rene88DT区顶部为等轴枝晶(图21c-e)。利用Hunt模型和Gäumann等人结合KGT和LKT模型，可以预测梯度沉积不同化学成分区枝晶柱状向等轴转变(CET)的有利凝固条件(图21b)。比较流行的固化条件(温度梯度和凝固速率)和预测显示,在每一层凝固的最后阶段,条件为各向等大的增长,但由于后续层的重熔过程中沉积,只有最后一层的顶部,等轴枝晶结构明显，因此柱状枝晶结构在梯度沉积中占主导地位。同样，Lin等讨论了Ti6Al4V/Rene88DT梯度材料中凝固组织从柱状向等轴状转变的有利条件。图21 a) SS316L/Rene88DT梯度沉积综述。b) CET曲线的不同化学成分区域梯度沉积温度梯度的函数(G)和凝固速度(V)(阴影区域和箭头路径显示凝固条件的范围的激光快速成型多层沉积和凝固条件下的熔池分别使用的处理参数)。c-e) SS316L、40%SS316L + 60% Rene88DT和Rene88DT微结构。另一个关键和值得注意的数值问题，特别是近年来，是预测梯度结构的相变和二次相的形成的可能性，因为它可以通过设计无不良相组成的梯度有效地避免在制造过程中开裂。例如，在Carroll等人的研究中，通过DED对由SS304L和IN625制备的梯度结构进行了实验研究，并通过计算相图(CALPHAD)方法进行了热机械建模。在实验研究中，在一个化学成分约为79 wt. %SS304L和21 wt. % IN625的区域发现了微裂纹(图22a)。图22 a)裂纹的BSE图像。b)裂纹区域测量和设计的化学成分表。c-h)裂纹周围主要元素的EDS图。i)平衡相分数作为裂化区化学成分的温度函数。j)在950-1100℃温度范围内，平衡相分数作为IN625合金重量分数的函数计算。尽管在裂纹附近这一区域测量(实际)和设计的化学成分相似(图22b)，但从图22c-h中裂纹周围区域的EDS图可以看出，裂纹内存在铌和钼碳化物。另一方面，对于裂化区附近的化学成分作为平衡相分数随温度变化的热机械计算结果(图22i)表明，单碳化物(MC)析出物在580到1100°C之间有一个稳定区域。其他几种金属间化合物和M23C6碳化物也在相对较低的温度下进行了预测，尽管它们在较宽的温度范围内具有热机械稳定性，这是因为它们的冷却速率高，而且在实验评估中没有观察到它们缓慢的沉淀动机械。裂纹BSE图像(a);计划和测量的成分表(重量百分率100微米)(b);组成元素(c-h)的EDS图。通过SEM和EDS进一步研究了79% wt%的SS304L区域，以确定是否成分或微观结构变化是裂纹发展的原因。上图a显示了在设计成分为约79 wt% SS304L和21 wt% IN625时发现的裂缝的高倍BSE图像。计划的成分和EDS测量的成分(重量百分比，两个光谱的平均值)列在图b中，表明裂纹附近的设计成分与实验获得的基本相同。几个百分点的变化很容易解释EDS技术的局限性，其固有的不确定性约为1 wt%。因此，使用SS304L和IN625粉末的线性组合，不可能防止MC相的形成以降低开裂的概率，因为很容易超过临界成分(该相稳定性的温度和化学成分范围太大)。研究人员建议，一个合适的解决方案是使用元素粉末非线性地改变铌和钼的浓度，而不是使用更多的粉末喂食器混合合金粉末。Bobbio等人也用实验计算方法证实了测量和预测Ti6Al4V/Invar梯度中二次相的方法。虽然AM的凝固过程是非平衡的，并且与随后的复杂热循环有关，实验结果与应用CALPHAD技术对各区域相组成的热机械计算结果具有良好的相关性，表明利用平衡相图(在适当温度下)对AM工艺制备的FGMs进行相研究是有益的。因此，如实验表征和计算预测方法所证明的，层33中存在严重偏析的FeTi和Fe2Ti相，以及热循环期间由于不均匀应变产生的残余应力，导致切割过程中FGM样品中观察到的开裂和失效。由于仅依靠冷却速率作为减少AM中有害相形成的工具的不足，Bobbio等人使用热机械和动机械计算来研究三种梯度系统中不同形式的sigma（σ）相的原因：Ti6Al4V/V/SS304L、SS420/V和SS420/V/Ti6Al4V。具体而言，本研究使用Thermo Calc软件的TC-PRISMA和DICTRA模块分别测定梯度系统中sigma相的成核速率和生长速率。图23a中的时间-温度转变（TTT）图显示了含σ相区域的SS304L-V和SS420-V合金中bcc相矩阵中σ相的温度和时间依赖沉淀。图23 σ相沉淀的)TTT曲线的矩阵bcc阶段(由TC-PRISMA计算)以及冷却曲线(CC)决定从最初的冷却率(有限元分析)和b)σ相体积分数作为时间的函数在温度1100K (DICTRA计算)SS420 V / V和SS304 L/σ的合金系统包含地区。此外，有限元分析得到的这些区域的冷却曲线在此图中。可以看出，由于SS420-V合金的冷却曲线与相应TTT曲线相交的部分较大，SS420-V合金中形核形成σ相的趋势似乎更大。同时，根据1100 K温度下SS304L-V和SS420-V合金中σ/bcc两相区σ相生长的结果(图23b)， SS420-V合金中σ相的生长速率要高得多。然而，与热机械和动机械计算结果截然相反的是，在SS420/V/Ti6Al4V梯度体系中发现的σ相比Ti6Al4V/V/SS304L梯度体系中少得多。考虑到在SS420/V(图24a-e)和Ti6Al4V/V/SS304L梯度体系中σ相的数量不同以及裂纹上下晶粒尺寸的显著差异，热机械和动机械计算与实验观测之间矛盾的原因由图24f提供的原理图加以解释。图24 a-e)从SS420/V梯度系统顶部的光学宏观图，以及由EBSD技术提供的相位分布和反极图(IPF)图。f)存在有限裂纹(黑色实心曲线)和较广泛裂纹(灰色虚线曲线)时的热循环。水平虚线表示σ相形成的高温范围。事实上，在SS420/V和Ti6Al4V/V/SS304L梯度系统中，由于过程中的热应力，出现了较为广泛的裂纹，从而破坏了以传导形式的传热。随着裂纹上方的热量积累，冷却速率变得低于理想值(图24f中的灰色虚线曲线)。因此，该区域暴露在较高温度下的时间较长，有利于σ相的生长。因此，在这两个梯度体系中，与热机械和动机械计算相反，σ相比SS420/V/Ti6Al4V梯度体系形成了更多的σ相。尽管通过热机械计算和平衡相图，在预测和设计避免有害化合物形成的梯度路径方面取得了成功，与一些实验观察结果的其余差异表明，需要提供精确的模型来预测增材制造结构中可能的相。参考AM过程中的快速凝固，Mustafa等人提出了一类新的非平衡相图，称为Scheil三元投影(STeP)图，用于设计最优梯度路径(不含具有高裂纹敏感性的脆性化合物)。虽然他们的研究缺乏实证验证,Fe-Cr-Al三元体系的步骤图计算梯度结构的铁素体不锈钢和铝Thermo-Calc软件并与同一系统的平衡等温图在650°C(略低于铝的熔化温度)。根据两图预测的相场的差异和重叠程度，STeP图中的金属间相通常跨越了更宽的组成范围。值得注意的是，由于STeP图不包含固相转变，AlCr2的低温相仅在平衡图中可见，Al5Fe4的高温相仅在STeP图中可见。Bocklund等还声明,是导致溶质偏析和快速凝固形成的阶段,不存在均衡凝固,Scheil-Gulliver凝固模型用来预测熔体的凝固阶段CP Ti / Invar-36和Ti6Al4V / Invar-36梯度结构。模型的关键假设是均匀熔池和否定固相反扩散。为了证明Scheil-Gulliver模型有效预测梯度结构AM中相的可能性，并将该模型的结果与Fe-Ni-Ti三元系的平衡凝固模型进行了计算和比较，研究人员使用电子反向散射衍射(EBSD)技术的相位表征来验证模型。尽管实验分析和预测相馏分之间存在一些差异，但总的来说，平衡凝固和Scheil-Gulliver模型能够很好地预测得到的相。然而，Scheil-Gulliver模型预测的结果与实际更接近，因此，Scheil-Gulliver模型可以预测两种以上不同化学成分的相，更接近于已有相分数的实验分析结果。在这方面，Liu等人进一步比较了平衡热机械、Scheil-Gulliver凝固模型的预测结果，基于Fick定律的扩散分析，实验表征了纯铁- ni25a梯度材料的相演化和元素分布。图25a显示了根据平衡热机械、Scheil-Gulliver凝固模型和扩散分析预测的梯度结构(100% Ni25A)第五区域的相演化随温度的函数。除了平衡热机械预测和Scheil-Gulliver凝固模型(在以前的类似研究中讨论过)之间的一些差异外，γ向渗碳体相变的扩散分析结果与Scheil-Gulliver凝固模型的结果具有较高的相似性，表明该模型能够较好地预测非平衡条件下的相。图25 a)通过平衡计算、Scheil-Gulliver凝固模型和扩散分析预测了梯度结构第五区(100% Ni25A)的相演化。b)梯度结构第五区XRD谱图。c)通过EDS分析、Scheil模型、Scheil背扩散和1D扩散计算，比较梯度结构五个区域中γ基体元素的分布此外，从图25b中第五区域的XRD图可以看出，虽然Scheil-Gulliver凝固模型存在一些差异，但可以正确预测该区域存在的大部分相，结果表明，该模型比平衡预测更适用于非平衡凝固条件下的相预测。对于元素在梯度结构中的分布，如图25c所示，在γ矩阵中各组成元素分布的实验测量和计算中，虽然Scheil-Gulliver凝固模型中考虑了向固相扩散(反向扩散)，根据实验测量结果提高了元素分布的预测精度，但仍不尽如人意，因为除此之外，其他因素也会影响非平衡凝固中元素的偏析。与实际冷却速率相比，DED过程(扩散和偏析时间更长)的冷却速率更低，循环热加载，扩散分析的预测结果与实验测量的元素分布结果存在差异的原因是重熔和再凝固。增材零件的残余应力和变形是最重要和不可避免的挑战之一，用实验方法测量和控制这些问题既费时又费钱。此外，样品的制备、尺寸和零件的形状，以及x射线或中子衍射等实验方法的准确性，都对实验结果有显著影响。一种方法是通过数值模拟计算各部位的残余应力和变形。例如，Mukherjee等人利用热机械建模研究了激光辅助定向能沉积过程中残余应力和变形的演变，以制备钢或Ti-6Al-4V合金到800H合金的不同梯度接头。作为一种新颖的方法，他们使用了传热和流体流动模型(也考虑了熔池对流的影响)来精确计算过程中的温度分布，并作为一个机械模型的输入。利用JMatPro热力计算软件计算各层随温度变化的热物理和机械性质，并作为模型的输入。图26 热模拟结果:a) 800H和钢接头沿沉积-基体界面的纵向残余应力，贯穿厚度b)残余应力，c)沿构建方向的应变。d)沿沉积-基板界面的纵向残余应力，贯穿厚度e)残余应力，f) 800H和Ti-6Al-4V接头合金沿构建方向的应变。图26显示了通过减少残余应力和变形来制造梯度连接比不同连接的优点。所有图都是在沉积第10层并将零件冷却到环境温度后绘制的。由于800H合金和钢的机械性能非常接近，因此在它们之间的不同接头界面处，残余应力和应变分布没有发生突变。因此，这两种合金之间的梯度接头在降低残余应力和变形方面并没有显示出任何优势(图26a-c)。然而，由于Ti-6Al-4V的机械性能与800H合金有很大的不同，通过在它们之间制造一个梯度接头，可以使这些合金的不同接头中残余应力和应变分布的急剧变化最小(图26d-f)。在另一项研究中，Li等人同样表明，纯铜通过DED工艺直接连接到SS304L，通过在两种材料之间添加IN718作为缓冲层，可以有效消除两种材料热膨胀系数差异引起的高残余应力导致的界面开裂问题。Zhang等人报道了在H13工具钢上直接沉积纯铜合金层的Deloro 22镍基合金作为中间层的类似效应，通过添加中间层，纵向残余应力由直接沉积界面处的~385 MPa减小到~192 MPa，得到了无裂纹的结构。5. 总结与展望5．1. 总结随着增材制造技术的出现，功能梯度材料的发展趋势日益明显。定向能沉积(DED)和一定程度上的粉床熔合(PBF)工艺是基于熔化和凝固的定向能沉积工艺的子集，在金属fgf的定向能沉积研究中占了主导地位。由于熔融和凝固现象被认为是材料科学和工程的基本概念，近年来，为了更好地理解和提高梯度金属材料的AM，在这一领域进行了一些实验和数值研究。这些研究的重要结果可概括如下:1）由于梯度结构层的不同性质和复杂的时空变化，使用适合每一层成分的优化工艺参数(特别是当相邻层的成分差异很大时)是必要的，以最大限度地减少缺陷，如未熔化颗粒、气孔、变形、残余应力、不良相、偏析和开裂。2）在金属-金属梯度材料的AM中，许多情况下，梯度结构的拉伸性能往往与最弱的母材相当，并且在该组分内发生断裂，表明母材的界面处有合适的冶金结合(梯度区)。3）在基合金(如铁基和钛基合金)之间的线性梯度结构中必然会形成脆性金属间化合物等有害化合物的情况下，开裂的敏感性很高。纯元素/其他合金粉末的非线性化学梯度或过渡路径可以有效地避免不良化合物的形成和裂纹的产生。4）在金属陶瓷梯度材料中，在微观结构中获得较高的陶瓷体积分数将有助于提高材料的硬度和耐磨性。然而，只有一定体积分数的增强颗粒才能改善梯度复合材料的拉伸性能，超过一定体积分数的增强颗粒会形成粗大的枝晶相，增加未熔体颗粒在组织中的密度，从而导致过早破坏。5）在可能的情况下，在金属-陶瓷梯度结构中应用硬和韧陶瓷相的组合，可以同时提供不开裂的富陶瓷层(由于AM工艺的高热应力)和提高力学性能。6）尽管有限的研究一直在进行梯度的金属间化合物,这些研究的结果表明,该方法有很好的能力合成高效金属间化合物合金,由于实现所需的可能性和控制每一层的微观结构梯度结构。7）现有的凝固模型能够很好地预测梯度金属材料的凝固组织和改变凝固模式的有利条件，如柱状向等轴转变(CET)。8）虽然CALPHAD方法的平衡热力学分析为预测平衡相关系和确定梯度结构中的二次相提供了有价值的信息，但由于在AM中凝固是一个非平衡过程，在加工过程中材料要经历复杂的热循环，非平衡凝固模型，如Scheil-Gulliver凝固模型，提供了一个更接近和更可靠的预测可能的相沿添加制造的梯度结构。9）先进Thermo-Calc软件及其各个模块已用于动力学分析调查的成核和增长阶段以及测量元素的化学势的梯度结构除了允许执行平衡和非平衡热力学计算。10）热机械建模具有计算热历史、变形和残余应力的高精度能力，可用于设计梯度结构和优化调幅参数。例如，通过对两种具有不同力学性能的合金之间的接头进行分级，可以有效地降低两种合金在不同接头中残余应力和应变的急剧变化。 前景尽管近年来进行了有价值的实验和数值研究，但梯度金属材料与AM体系的复杂相互作用不同于传统的冶金方法，还需要进一步研究以解决金属梯度材料的AM演变所面临的挑战。从材料科学和工程的角度来看，可以提出进一步研究的方面有:1）利用AM技术加工金属玻璃基复合材料的多个参数，需要一个针对不同梯度系统的综合优化加工条件数据库。对于更复杂的实际几何形状，AM在这方面具有独特的能力，使工业更认真地投资和参与这一领域，并根据金属FGMs的AM比例改变他们的生产线。除了在线反馈系统、实验设计的统计方法和迄今为止已经使用的体积/有限元法等数学模型外，应用人工智能(AI)和机器学习技术可以在这个问题上非常有帮助。2）当基合金系在冶金上不兼容，并且由于不需要的化合物(如脆性金属间化合物)的形成而非常容易开裂时，梯度路径的设计是非常重要的。热力学和动力学建模,特别是考虑到的非平衡条件是过程和数据库,覆盖尽可能多的梯度结构的合金元素(多组分数据库)应给予更多的关注阶段预测,因此梯度路径的设计用最少的不良的阶段。3）通过使用先进的现场表征技术(如数字图像相关(DIC)技术、现场显微技术、和同步辐射计算机断层扫描(SRCT))可以提供有用的信息，了解梯度材料在工作条件下的行为，并成为解决当前梯度结构弱点的关键一步。来源：Additive manufacturing of functionallygraded metallic materials: A review of experimental and numerical studies，Journal of Materials Research and Technology，参考文献：Koizumi M. FGM activities in Japan. ComposB Eites Part B:Engineering 1997;28(1e2):1e4.，Mahamood RM, Akinlabi E. Functionally graded materials.，Springer International Publishing; 2017.；StudartAR. Biological and bioinspired composites with spatially tunable heterogeneous Funct，Mater 2013;23(36):4423e36.
Engines are the "hearts" of all the spacecraft instrumentations. To planes in particular, engines determine the flying speed, mobility, voyage, effective load, reliability, economy and the ability to adapt the environment of them. As the most important part of an engine, the warm wheel not only transforms part of the heat and pressure of the high temperature gas into mechanical energy, but also drives compressor and some parts of accessories to work. The turbine blades are one of the essential parts of Aeroengine turbine with the most significance. Being the hot end components of high temperature, peak load and complicated structure, their designing and manufecturing performance as well as reliability will directly affect the performance level of durability and longevity of the whole machine. Therefore, the research on the problem of losing efficiency of tuibine blades has a great significance for improving the safety of operation of engines and correctly evaluating the damage form and degree. The paper first and foremost summerizes and introduces the working principles and structural composition of the warm wheels of engines; secondly, it briefly describes and analyses the form and cause of losing efficiency of turbine blades by understanding the working conditions and environment of them. Then it sums up and discusses the relevant problems of examining and preventing the failure of them. The ultimate goal of it is to avoid the accidents related to warm wheels, ensuring the safety of planes and flight.
清华大学许庆彦老师组的教师团队特别优秀，而且在学校里学书方面也是权威的，如果可以加入他的团队，一定要好好学习，锻炼。
清华大学许庆彦老师组很好。许庆彦团队在国内率先开展了航空发动机单晶高温合金涡轮叶片建模与仿真的系统深入研究，研发了具有完全自主知识产权的单晶高温合金定向凝固多尺度模拟软件系统。该获奖项目对单晶高温合金涡轮叶片定向凝固过程开展了宏、微观多尺度耦合建模，既能模拟宏观的温度场、溶质场，以及介观晶粒度，近能模拟枝晶的生长。项目成果已成功应用于涡轮叶片的制造，是国内航空发动机单晶涡轮叶片研制中首次应用的国产软件，填补了国内空白，打破了跨国公司的软件垄断，显著提升了我国单晶涡轮叶片的制备技术水平，为先进航空发动机的研制提供了坚实的技术支撑。
是SCI期刊engineering failure analysis 被收录情况 Science Citation Index Expanded Current Contents - Engineering, Computing & Technology 出版周期 Bimonthly 出版社或管理机构 杂志由 PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD 出版或管理。 ISSN号：1350-6307 Published by Elsevier Science. ISSN: 1350-6307.
好。1、工程失效分析这个期刊鼓励发表与工程材料的结构、性能和行为有关的论文，特别是那些还涉及材料参数详细应用于工程结构、组件和设计问题的论文。2、工程失效分析这个期刊重点放在材料的机械性能及其受结构、工艺和环境影响时的行为。金属、聚合物、陶瓷和天然材料都包括在内，应强调这些材料在实际工程情况中的应用。还鼓励使用基于案例研究的方法。
1978年－1982年在东北工学院（现东北大学）材料科学专业读本科，获学士学位；1983 年－1986年在东北重型机械学院（现燕山大学）读材料科学专业，获硕士学位；1986年10月－1990年6月在冶金部钢铁研究总院读金属物理专业，获博士学位；1990年6月－1992年6月在清华大学机械工程系焊接专业做博士后。1992年6月－1996年10月在清华大学机械系任实验室主任，副教授，教授；期间曾在韩国原子能研究院 (KAERI)做过访问科学家；1996年10月－1999年10月任清华大学材料系纳米结构研究室主任，教授，博士生导师；1999年10月－2000年12月，任德国Stuttgart大学理论与应用物理研究所客座教授，德国Max-Plank Institute for metallforschung客座研究员；2000年12月－2003年1月，先后任美国 University of Alaska Fairbanks大学访问教授和美国North Carolina State University大学访问教授，2003年3月起，任清华大学深圳研究生院教授，博士生导师。兼任中国机械工程学会失效分析委员会失效分析专家，金属制品杂志编委。