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某款渦輪增壓器回?zé)嵩囼?yàn)研究

文檔作者：蔡韜文檔來源：同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2026年01月25日
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某款渦輪增壓器回?zé)嵩囼?yàn)研究
蔡韜(同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海201804)
【摘要】 用實(shí)例闡述了渦輪增壓器中間殼體的回?zé)嵩囼?yàn)的試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)測(cè)量，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析
對(duì)比，對(duì)該殼體設(shè)計(jì)進(jìn)行應(yīng)用評(píng)估和方案總結(jié)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該中間殼體的設(shè)計(jì)符合要求，同時(shí)證明在汽油機(jī)
的實(shí)際應(yīng)用條件下，必須采用水冷方案，同時(shí)優(yōu)先推薦底部供冷方案。
【Abstract】The article introduces the heat—soak back test on gasoline turbocharger center
housing including the preparation，measurement．The center housing is qualified with mandatory water
— cooling system by measurement analysis．And”Bottom in—out”will be preferred connection option
for engine layout．
【關(guān)鍵詞】 渦輪增壓器中間殼回?zé)嵩囼?yàn)
doi：10．3969／j．issn．1007-4554．2016．06．04
1 中間殼回?zé)嵩囼?yàn)
中間殼又可以稱作軸承殼體，是連接渦輪渦
殼端和壓氣機(jī)葉輪端的部體。在中間殼的中心軸
孔中從左至右依次裝配著壓氣機(jī)葉輪、密封套和
密封環(huán)、止推軸承、浮動(dòng)軸承和渦端的隔熱罩，這
些組成了渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，對(duì)渦輪增壓器
的高速旋轉(zhuǎn)起到了潤(rùn)滑、承載以及冷卻作用。同
時(shí)渦輪增壓器的工況相對(duì)惡劣，特別是對(duì)汽油機(jī)
增壓器來說，渦輪端的溫度基本都在900 oC以上，
而中間殼和渦輪殼體是通過螺紋或者卡箍剛性連
接，因此整個(gè)熱量會(huì)直接傳導(dǎo)到中間殼體，極大地
影響整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)，因此中間殼體的散熱性能對(duì)
可靠性有很大的影響。
對(duì)于乘用車用的渦輪增壓器來說，中間殼體
的回?zé)嵩囼?yàn)是用來試驗(yàn)分析中間殼在發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)
載的工作狀態(tài)下，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)熱停機(jī)極端工況(缺
乏潤(rùn)滑油和冷卻液冷卻以及足夠自然冷卻時(shí)間)，
收稿日期：2016—04—26
上海汽車2016．06
從而評(píng)估中間殼體在熱虹吸作用下的散熱性能以
及有關(guān)軸承功能區(qū)域由于渦殼端傳遞的熱量導(dǎo)致
結(jié)焦的潛在影響。回?zé)嵩囼?yàn)采用的是整個(gè)渦輪增
壓器的極限狀態(tài)，因此試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)備必須選擇
增壓器產(chǎn)品平臺(tái)系列中最大的匹配參數(shù)，比如選
擇最大流量A／R的渦輪殼體以及相應(yīng)的加工尺
寸，同時(shí)渦輪也要選擇最大流量和trim參數(shù)(trim
72)，穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)中，渦輪端的進(jìn)口廢氣溫度(Tlt)也
要采用極限的發(fā)動(dòng)機(jī)排溫。
2 試驗(yàn)過程
2．1 樣件準(zhǔn)備
選擇產(chǎn)品平臺(tái)現(xiàn)有的中間殼體，并匹配該平
臺(tái)中最大的渦輪體和壓氣機(jī)殼體，裝配樣機(jī)，完成
的樣品如圖1所示。
2．2 中間殼冷卻水套的連接
考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的多樣化安裝位置，為中
間殼體的冷卻水套進(jìn)出法蘭端設(shè)計(jì)了不同的連接
· 13 ·
圖1 渦輪增壓器樣品
方案，不同的冷卻水套接口方案如圖2所示。
聾o o
— 團(tuán)一— 團(tuán)一
o 蠹o(jì)
。囝。 。囤，
o k o k
圖2 冷卻水套連接方式
2．3 試驗(yàn)工況設(shè)定
2．3．1 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的極限工況設(shè)定
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)需要，首先確定極限工況參
數(shù)，見表1。
表2 試驗(yàn)極限參數(shù)
渦輪端進(jìn)氣溫度TlI／℃ 980
渦輪端的膨脹比 2．2
潤(rùn)滑油進(jìn)口溫度 ／℃ 150
潤(rùn)滑油進(jìn)口壓力P。。l／bar 3
冷卻液進(jìn)口溫度 r／℃ 13O
冷卻液流量(穩(wěn)態(tài))／(L／rain) 3
冷卻液流量(停機(jī)后)(L／rain) 0
· 14 ·
2．3．2測(cè)試工況
具體的測(cè)試工況設(shè)定如表2所示。
表2 試驗(yàn)工況設(shè)定
P。 ／ 冷卻液流量 冷卻液流量
序號(hào) rI／ 盯￡ 丁。。／℃ (穩(wěn)態(tài))／ (停機(jī))／ 水套連
bar ／℃ (I 接方案
Mmin) (L／min)
1 920 2．2 150 3 130 3 O 1
2 920 2．2 150 3 130 3 O 2
3 920 2．2 150 3 130 3 0 3
4 920 2．2 150 3 l3O 3 0 4
5 920 2．2 150 3 130 3 O 5
6 920 2．2 l50 3 130 3 0 6
7 92f】 1．9 15O 3 100 6 O 3
8 950 1．9 150 3 1oo 6 O 3
9 980 1 9 l50 3 1o0 6 O 3
10 920 1．9 15O 3 100 6 1 3
1l 950 1．9 150 3 100 6 l 3
12 980 1．9 15O 3 1o0 6 1 3
l3 920 1．9 15O 2 130 3 O．5 3
14 950 1．9 l50 2 130 3 0．5 3
l5 980 1．9 150 2 130 3 0．5 3
16 920 1．9 150 2 130 3 O 3
17 950 1．9 150 2 130 3 0 3
18 980 1．9 15O 2 130 3 0．O 3
19 920 2．2 150 3 130 3 1 3
2O 950 2．2 150 3 130 3 l 3
21 980 2．2 150 3 130 3 1 3
22 920 2．2 l50 3 130 3 O 3
23 950 2．2 150 3 130 3 0 3
24 980 2．2 151) 3 130 3 O 3
25 920 2．2 150 3 N／A N／A N／A N／A
26 950 2．2 150 3 N／A N／A N／A N／A
27 980 2．2 150 3 N／A N／A N／A N／A
上述工況設(shè)定的條件如下：
(1)水套的連接方式(序號(hào)1～6)
首先測(cè)試全部6種連接方式，確認(rèn)最極限的
連接方式為序號(hào)3方式，后續(xù)的連接方式都參用
該極限連接方式。
上海汽車2016．06

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)無明顯卡滯和磨損，密封環(huán)沒有明顯磨
損和變形，油腔沒有因?yàn)榻Y(jié)焦而堵塞，增壓器仍能
正常工作。
3．2．2試驗(yàn)結(jié)論
(1)序號(hào)1～6的數(shù)據(jù)分析(連接方式對(duì)比)
· 6個(gè)連接方式的溫度分布都低于臨界極
限值。
· 從溫度分布的對(duì)比可以看到，序號(hào)6連接
方式的極限溫度最低，可以判斷該冷卻效率最佳，
因此為了最大化地利用熱虹吸效果，優(yōu)先推薦在
底端連接水套的進(jìn)水口。
· 從溫度分布的對(duì)比可以看到，序號(hào)3連接
方式的極限溫度最高，可以判斷該冷卻效率最差。
(2)序號(hào)7～24的數(shù)據(jù)分析(復(fù)雜工況評(píng)估)
· 根據(jù)連接方式試驗(yàn)結(jié)果可以判斷，采用序
號(hào)3連接方式作為極限狀態(tài)是合理的。
· 在復(fù)雜的工況循環(huán)下，所有測(cè)試的連接方
式的溫度都低于溫度極限值，可以判定水冷模式
下的中間殼體滿足回?zé)嵩囼?yàn)要求。
(3)序號(hào)25～27工況評(píng)估(空冷模式)
· 可以看到，在空冷模式下，無論是回?zé)釥顟B(tài)
還是穩(wěn)態(tài)工況，所測(cè)溫度值都超過了極限值。
· 因此在本平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，在中間殼體的實(shí)
際應(yīng)用中必須考慮應(yīng)用水腔。
4 結(jié)語
本文主要研究了如何通過熱吹氣試驗(yàn)對(duì)樣機(jī)
進(jìn)行回?zé)嵩囼?yàn)，該試驗(yàn)主要是考核中間殼體在發(fā)
動(dòng)機(jī)熱停機(jī)的極限工況下的潤(rùn)滑油結(jié)焦的表現(xiàn)：
(1)包含了6組連接方式，18組不同的循環(huán)試驗(yàn)
工況，模擬實(shí)際極限工況；(2)通過對(duì)運(yùn)行狀態(tài)以
及試驗(yàn)后樣件的拆檢可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)焦的情況屬于
正常狀態(tài)，無明顯變形和失效狀況；(3)通過27組
試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)水冷狀態(tài)下的中間殼
體溫度分布滿足設(shè)計(jì)要求，但是風(fēng)冷的中間殼體
溫度分布存在較大的失效風(fēng)險(xiǎn)。
綜合上述可以證明，該渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)
熱停機(jī)的嚴(yán)苛工況下能正常工作，證明該中間殼
體的結(jié)構(gòu)符合性能和可靠性要求，同時(shí)通過多個(gè)
試驗(yàn)方案的背靠背對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可以判定，本平
臺(tái)在汽油機(jī)應(yīng)用中必須使用水冷方案，并且在具
體的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中優(yōu)先推薦底部冷卻連接方式
(序號(hào)6方案)。
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(上接第12頁)
出，從實(shí)際的表現(xiàn)來看，扭矩的增加有效地控制了
前輪的打滑，從而提高了車輛的穩(wěn)定性和操控性。
參考文獻(xiàn)
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