HXN5B机车VTG增压器原理和常见电气故障解析

HXN5B机车VTG增压器原理和常见电气故障解析

王海洋

(中国铁路上海局集团有限公司合肥机务段，安徽合肥 ，230011)

摘要：VTG增压器是一种智能化增压系统，其工作原理基于可变几何涡轮技术。这种技术使得涡轮可以在不同的柴油机负载和转速下产生更高的增压压力，并在柴油机高速运行时减小增压压力，以达到最佳燃油效率。

关键词： VTG  可变截面涡轮 涡轮增压

VTG增压器的工作原理是基于控制涡轮的进气量和排气量，以增加或减少增压压力。当柴油机需要更多的空气来燃烧燃油时，VTG增压器会调整涡轮叶片的角度，以增加进气量并提高增压压力。当柴油机负载降低时，VTG增压器会减小涡轮叶片的角度，以减少进气量并降低增压压力。此外，VTG增压器还可以通过控制涡轮的调压阀来改变涡轮的工作状态。当柴油机转速较低时，调压阀会关闭，使得涡轮叶片的角度变小，以便更快地旋转。当柴油机转速提高时，调压阀会打开，使得涡轮叶片的角度变大，从而增加增压压力。本文着重介绍了HXN5B机车VTG增压器的原理和常见电气故障解析的分析思路。

1 传统增压器和VTG增压器对比

1.1 传统涡轮增压器面临的问题

在此之前，我们要简单了解一下涡轮增压柴油机的原理和特性。增压柴油机区别于普通自然吸气柴油机，它是通过增压器进行强制进气的，这样可以大大提升进入气缸内的空气密度，从而达到提高机车功率的目的。涡轮增压柴油机的增压器由排气能量驱动。当柴油机转速较低时，排气能量往往比较小，此时有可能无法驱动增压器，会产生所谓的涡轮迟滞现象。

    涡轮迟滞与增压涡轮的尺寸有关。增压涡轮越大，涡轮就越难以被驱动，涡轮迟滞就越明显，反之如果增压涡轮很小，迟滞就会大幅度缓解。与此同时，涡轮尺寸又与增压能量相关，小尺寸的涡轮虽然可以缓解涡轮迟滞，但在需要增压器工作时它能提供的增压值不大，不利于提升柴油机的动力。

1.2VTG增压器的特点

VGT的核心在于它的增压器可以改变截面积，这就相当于改变了增压涡轮的大小。在转速较低时，增压涡轮会采用较小的截面积，即使转速很低的状态下涡轮也可以顺利启动，大大缓解了涡轮迟滞。在高转速状态下，增压涡轮会采用较大的截面积，这样可以大幅度提升增压值，从而提升发动机的最大功率和扭矩。

HXN5B机车采用了TPR56高压比增压器，应用可变涡轮（VTG）增压技术，可有效提高增压器在部分负荷工况与柴油机的匹配性能，降低柴油机在部分负荷时的燃油消耗率和热负荷。

2增压器控制系统

R12V280J型柴油机增压器采用VTG控制结构，组装到柴油机上，通过一系列的传感器、控制器等构成柴油机VTG控制系统（图1）。

图1

VTG控制结构根据柴油机的运行条件，通过步进电机B将可变截面涡轮增压器的可调喷嘴环叶片移动到要求位置并固定在此处，增压器的增压决定VTG的位置。发动机控制通过电源E向控制器D提供电气驱动电源。步进电机B和压力传感器F从控制器D处接收电源和控制信号。柴油机增压器压力相关的数据以及增压器转速G通过相应的连接电缆反馈给控制器，接线原理图2。

VTG增压器控制系统的电源E来自机车控制系统或柴油机供电系统：54~154V DC，250W。通过插头连接XC1向控制器D供电：16.8~30V DC，250W。

图2

3增压器VTG控制系统故障及处理

3.1 VTG控制系统故障保护模式

为了使增压器与柴油机间自动控制运行，VTG系统设置有一系列运行异常保护模式。故障状态由位于控制柜上的指示灯指示，如果系统未按照要求运行，该指示灯会熄灭或闪烁。具体故障模式见下表所示。

注：1）表中所述的复位是指从控制器（D）上引出的复位按钮的复位。2）当故障信号灯灭或闪烁时，应根据表中显示的故障模式进行故障排查，在排除故障后，按下复位按钮，柴油机重新起机即可。3）有些故障（如信号线松脱）在柴油机运行中即可排除，在这种情况下若需要复位，应将柴油机控制到1档（或最低工作转速档），并按下复位按钮，然后再进入需要的运行工况，否则复位无效。4）正常情况下，禁止按压复位按钮，以免引起意外。

3.2HXN5B机车VTG增压器常见故障及处理方法

VTG控制器内部损坏、VTG卡死、传感器故障等，对于增压器控制器故障判断逻辑是增压器控制器输入电压大于20V。

信号采集流程为：

增压器控制器状态（24V）→VTG:X10：16→N101：M3→CNA:43→cn15-54b→15#模拟量处理插件: HIN2+

增压器控制器返回（24V地）→VTG: X10：17→N101：M4→CNA:44→cn15-53c→15#模拟量处理插件: HIN2-

故障诊断步骤：检查控制器是否正常，测量控制器X10：16与X10：17之间的电压，若电压大于20V，则为控制器故障，更换控制器。检查信号反馈线路及模拟量处理插件，若控制器X10：16与X10：17之间的电压小于20V，则检查信号反馈线路及15#模拟量处理插件。

紧急情况下可以进行手动复位VTG控制器。下表总结了HXN5B机车VTG常见故障现象的原因和处理方法。

参考文献

[1]胡井波.增压器可变喷嘴(VTG)控制系统的管理[J].《航海技术》2012年第4期。

[2]朱文燕.VTG可变截面涡轮增压技术[J].《科技创新》2011年第17期。

作者简介：王海洋（1992年6月），男，汉族，安徽合肥，大学本科，工程师，研究方向：机车电气管理