某增壓器機(jī)油密封性能影響因素研究

田國(guó)慶，韓丹

某增壓器機(jī)油密封性能影響因素研究

田國(guó)慶，韓丹

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

對(duì)某小型增壓汽油機(jī)的增壓器機(jī)油密封性能進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試和研究，發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)速、扭矩、進(jìn)氣壓力對(duì)增壓器壓氣機(jī)側(cè)和渦輪機(jī)側(cè)密封存在不同程度的影響。轉(zhuǎn)速對(duì)渦輪機(jī)側(cè)密封性能影響明顯，對(duì)壓氣機(jī)側(cè)影響不大；低負(fù)荷和進(jìn)氣負(fù)壓較大情況下，增壓器更容易發(fā)生漏油；壓氣機(jī)側(cè)的漏油風(fēng)險(xiǎn)比渦輪機(jī)側(cè)的漏油風(fēng)險(xiǎn)大。

增壓器；機(jī)油密封；轉(zhuǎn)速；扭矩；進(jìn)氣壓力

前言

隨著油耗和排放法規(guī)要求的日趨嚴(yán)格，降低二氧化碳排放成為汽車發(fā)展的目標(biāo)。目前主機(jī)廠多采用小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)替代更大排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)降低二氧化碳排量。

車用渦輪增壓器（下文簡(jiǎn)稱增壓器）中間體內(nèi)有潤(rùn)滑和冷卻軸承的油道，防止機(jī)油漏入壓氣機(jī)或渦輪機(jī)中的密封裝置。機(jī)油是否能實(shí)現(xiàn)完全密封，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、排放，以及增壓器、整機(jī)的使用壽命。

影響增壓器機(jī)油密封的因素有很多，如：進(jìn)氣負(fù)壓過(guò)大、曲軸箱壓力過(guò)高、回油不暢、增壓器油環(huán)、背板尺寸設(shè)計(jì)不合理等。本文以某發(fā)動(dòng)機(jī)為研究載體，主要分析發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩和進(jìn)氣壓力對(duì)增壓器機(jī)油密封性能的影響。

1 測(cè)試方案

在增壓器壓氣機(jī)與中間體之間的密封環(huán)兩側(cè)，及渦輪機(jī)與中間體之間的密封環(huán)兩側(cè)，分別布置傳感器。

圖1 增壓器基本結(jié)構(gòu)

壓力傳感器的布置如圖3所示，P1和P2布置在壓氣機(jī)密封環(huán)兩側(cè)，分別為機(jī)油側(cè)和進(jìn)氣側(cè)；P3和P4布置在渦輪機(jī)密封環(huán)兩側(cè)，分別為機(jī)油側(cè)和排氣側(cè)。

圖2 中間體基本結(jié)構(gòu)

圖3 壓力傳感器布置圖

通過(guò)傳感器測(cè)試出壓力值，計(jì)算密封環(huán)兩側(cè)壓力差，判定是否存在漏油及漏油風(fēng)險(xiǎn)。

表1 漏油風(fēng)險(xiǎn)判斷表

2 試驗(yàn)裝置與測(cè)試工況

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)

某工作狀況良好的1.2增壓缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠精確的計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量、噴油量；以及試驗(yàn)需求的低壓供油系統(tǒng)。

2.2 測(cè)功機(jī)

裝備完好的電力測(cè)功機(jī)，包絡(luò)機(jī)油外循環(huán)冷卻裝置、冷卻液外循環(huán)裝置、風(fēng)機(jī)、溫度壓力傳感器等。

2.3 測(cè)試工況

測(cè)試工況見(jiàn)表2，即：轉(zhuǎn)速1000rpm～5500rpm，每隔500rpm測(cè)試一組，扭矩及進(jìn)氣壓力分別測(cè)試三組。

表2 測(cè)試工況

3 測(cè)試結(jié)果及分析

3.1 轉(zhuǎn)速的影響

進(jìn)氣壓力-7kpa，輸出扭矩50N.m，轉(zhuǎn)速1000rpm～5000 rpm，每隔500rpm測(cè)試壓力值。壓氣機(jī)側(cè)和渦輪機(jī)側(cè)壓差曲線圖見(jiàn)圖4。

圖4 轉(zhuǎn)速影響的壓差曲線圖

（1）壓氣機(jī)側(cè)：油氣兩側(cè)的壓差隨轉(zhuǎn)速的變化不大，差值在3kpa以內(nèi)，且變化的趨勢(shì)無(wú)規(guī)律，在高轉(zhuǎn)速段（5000rpm以上），壓差隨著轉(zhuǎn)速升高，略有下降，在額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)（5500rpm）壓差為1kpa，無(wú)漏油風(fēng)險(xiǎn)。

（2）渦輪機(jī)側(cè)：油氣兩側(cè)的壓差隨著轉(zhuǎn)速的升高，呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)。可以得出，在高轉(zhuǎn)速下，渦輪機(jī)端壓差較大，不容易漏油；在低轉(zhuǎn)速下，可能存在漏油的風(fēng)險(xiǎn)。故在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，渦輪機(jī)端僅需對(duì)低轉(zhuǎn)速區(qū)間進(jìn)行漏油風(fēng)險(xiǎn)驗(yàn)證，主要關(guān)注怠速工況。引起低轉(zhuǎn)速壓差低的原因是：在低轉(zhuǎn)速時(shí)，排氣壓力較低。

從數(shù)據(jù)上可以看出：1000rpm以后，渦輪機(jī)側(cè)的漏油風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)小于壓氣機(jī)側(cè)。在同一條件下，對(duì)壓氣機(jī)端的密封設(shè)計(jì)要求更高，可以采取改善密封環(huán)材料、增加密封環(huán)數(shù)量、優(yōu)化密封環(huán)結(jié)構(gòu)等措施。

3.2 扭矩的影響

進(jìn)氣壓力-7kpa，輸出扭矩分別為10N.m、50N.m、100N.m，轉(zhuǎn)速1000rpm～5000rpm，每隔500rpm測(cè)試壓力值。壓氣機(jī)側(cè)壓差曲線圖見(jiàn)圖5，渦輪機(jī)側(cè)壓差曲線圖見(jiàn)圖6。

圖5 扭矩影響壓氣機(jī)側(cè)壓差曲線圖

由圖5壓氣機(jī)側(cè)10Nm、50Nm、100Nm三組不同扭矩的壓差曲線可以看出：

（1）與轉(zhuǎn)速相比，扭矩對(duì)壓氣機(jī)側(cè)的壓差影響規(guī)律較明顯。

（2）相同轉(zhuǎn)速下，扭矩越大，壓氣機(jī)側(cè)壓差越大，相對(duì)漏油的風(fēng)險(xiǎn)較小。

扭矩對(duì)渦輪機(jī)側(cè)壓差的影響，與壓氣機(jī)側(cè)有著相同的規(guī)律，且比壓氣機(jī)側(cè)更明顯，主要是因?yàn)闇u輪機(jī)端排氣側(cè)壓力變化較大。

圖6 扭矩影響渦輪機(jī)側(cè)壓差曲線圖

無(wú)論壓氣機(jī)側(cè)還是渦輪機(jī)側(cè)，輸出扭矩的提高，可以降低漏油風(fēng)險(xiǎn)，但是在低轉(zhuǎn)速段，尤其是低轉(zhuǎn)速段，壓差均在5kpa以下（進(jìn)氣壓力-7kpa），如果在極端惡劣的工作條件下，或曲軸箱壓力過(guò)高時(shí)，增壓器在低轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)首先出現(xiàn)漏油的可能。

3.3 進(jìn)氣壓力的影響

空濾后管路內(nèi)的壓力直接影響壓氣機(jī)側(cè)的壓力，也會(huì)影響進(jìn)氣性能，從而影響燃燒和排氣。

從圖7和圖8可以看出，相同轉(zhuǎn)速和扭矩下，空濾負(fù)壓越大，增壓器壓氣機(jī)側(cè)和渦輪機(jī)的側(cè)的壓差越小，即漏油風(fēng)險(xiǎn)越大。

圖7 空濾負(fù)壓對(duì)壓氣機(jī)兩側(cè)壓差影響曲線

圖8 空濾負(fù)壓對(duì)渦輪機(jī)兩側(cè)壓差影響曲線

在空濾、進(jìn)氣管路堵塞，或者高原條件下，進(jìn)氣壓力會(huì)下降，增加了增壓器漏油的風(fēng)險(xiǎn)。

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)某汽油機(jī)增壓器機(jī)油密封的影響因素測(cè)試分析，得出了不同轉(zhuǎn)速、扭矩、進(jìn)氣壓力對(duì)機(jī)油密封性能的影響。

（1）轉(zhuǎn)速對(duì)壓氣機(jī)端的影響不明顯，對(duì)渦輪機(jī)端的影響較大，轉(zhuǎn)速越低，渦輪機(jī)端的漏油風(fēng)險(xiǎn)越大；

（2）輸出扭矩越低，壓氣機(jī)端和渦輪機(jī)端漏油的風(fēng)險(xiǎn)越大；

（3）進(jìn)氣負(fù)壓越大，壓氣機(jī)端和渦輪機(jī)端漏油的風(fēng)險(xiǎn)越大。

故在產(chǎn)品試驗(yàn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需重點(diǎn)關(guān)注增壓器的壓氣機(jī)側(cè)漏油，同時(shí)重點(diǎn)關(guān)注低轉(zhuǎn)速、小負(fù)荷、進(jìn)氣負(fù)壓較大的試驗(yàn)工況。

[1] 馮堅(jiān).渦輪增壓器壓氣機(jī)機(jī)油密封能力試驗(yàn)及應(yīng)用[J].柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造,2018（1）.

[2] 鐘賢.增壓器機(jī)油密封能力研究與應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng),2016（7）.

Study on the Influence Factors of Oil Seals for a Certain Turbocharger

Tian Guoqing, Han Dan

（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Technical Center, Anhui Hefei 230601）

The paper focus on the analysis of the oil sealing performance for a certain turbocharged gasoline engine. Tests with different working conditions are carried out. It is found that such factors including speed, torque and intake pressure have different influences on the compressor and the turbine of the turbocharger. The turbocharger is more prone to oil leakage with working conditions of lower load and larger intake negative pressure. The risk of oil leakage of the compressor side is greater than the turbine side.

Supercharger;Oil Seal;Speed;Torque;Intake pressure

TH317.8+3

A

1671-7988(2019)24-90-03

TH317.8+3

A

1671-7988(2019)24-90-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.030

田國(guó)慶，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。