汽車渦輪增壓器使用壽命的分析

劉政伍

【摘 ?要】在汽車發動機中，渦輪增壓器的應用可以使其工作效率得到進一步提升。作為汽車發動機中的一個主要設備，渦輪增壓器的使用質量和使用壽命將會對汽車發動機的質量及其使用壽命起到直接的影響作用。基于此，論文對汽車渦輪增壓器的使用壽命進行分析。希望通過本次的分析，可以對汽車渦輪增壓器使用壽命的延長和汽車發動機使用質量的保障有所幫助。

【Abstract】In automobile engine， the application of turbocharger can further improve its working efficiency. As a major equipment in automobile engine， the service quality and service life of turbocharger will directly affect the quality and service life of automobile engine. Based on this， this paper analyzes the service life of automobile turbocharger. It is hoped that this paper will be helpful to prolong the service life of automobile turbocharger and guarantee the service quality of automobile engine.

【關鍵詞】汽車發動機;渦輪增壓器;內流場;使用壽命

【Keywords】automobile engine; turbocharger; internal flow field; service life

【中圖分類號】U464.135 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）11-0191-02

1 引言

隨著當今汽車制造行業的良好發展，在汽車發動機中，渦輪增壓器的作用效果也越來越顯著。因此，要想在不擴大空間的基礎上有效提升汽車發動機的工作效率，以此來保障汽車發動機使用質量，就應該對渦輪增壓器進行深入研究，通過延長其使用壽命來滿足發動機的實際需求，以此來提升發動機使用效果，延長其使用壽命。

2 汽車渦輪增壓器工作原理概述

汽車渦輪增壓器其實就是一種空氣壓縮機，借助于壓縮空氣的形式來提升進氣量。具體應用中，增壓器可以借助于汽車發動機排除的廢氣慣性沖力將渦輪室中的渦輪推動，使與其同軸的葉輪被帶動，葉輪會將來自于空氣濾清器管道內的空氣增壓之后壓送到氣缸。如果發動機增大轉速，排除廢氣的速度以及渦輪轉動的速度都會同步增加，而壓輪就會將更多的空氣壓送到氣缸內。隨著空氣密度和壓力的增加，燃料的燃燒量也就會加大[1]。因此，通過燃料的增加以及發動機轉速的調整，就可以實現發動機輸出功率的進一步增加。

3 汽車渦輪增壓器內流場計算

在汽車渦輪增壓器的應用過程中，內流場對于其使用效果有著直接的影響作用，因此，本次對某渦輪增壓器的內部流場進行了計算和研究。在計算的過程中，可以將假設計算介質是理想氣體，通過粘流形式的k-e紊流物理模型進行計算，具體求解中，可通過隱式格式耦合方法進行穩態解的求解。本次計算的是轉速為50000r/min情況下的渦輪增壓器內部流場分布，每一次的計算大約要通過300次迭代之后才可以獲得收斂結果，其準則為10-3。這里主要是對其內部流場進行分析。

3.1 速度場計算結果分析

首先是葉輪通道內的流場，在本次研究的整個葉輪通道中，不論是徑向方向還是軸向方向，流場分布速度都非常不均勻，整個流道內部的氣體速度呈現出了由上到下逐漸增加的趨勢，流道內部并無超音速區出現，馬赫數M都在1以下。其次是對擴壓器以及蝸殼部分進行速度分布的計算，通過計算發現，氣體從流出葉輪到進入無葉擴壓器的過程中，其速度會變小，而在蝸殼小斷面和大斷面之間接口位置附近的擴壓器中，氣體流速的下降速度比其他部位低很多。在蝸殼內部，氣體的流動速度呈大幅度降低趨勢，但是在與壓氣機出口臨近的位置，氣體流動速度則稍微增大，這樣的情況對發動機進氣十分有利[2]。氣流在通過無葉擴壓器時的損失比較大，這是因為葉輪流道出口位置沿著軸向的速度分布很不均勻，氣流在離開了葉輪并進入擴壓器之后就會在一定范圍之內出現急劇混合的情況，因此就導致了氣流損失。

3.2 壓力場計算結果分析

首先是長短葉片動壓分布的計算，通過計算發現，動壓在長葉片凸面的分布情況更為復雜，相比較凹面而言，凸面也有著更大的動壓值，且由上到下的增加趨勢也比較平緩。在短葉片中，凹凸面動壓分布并無明顯差距，都是葉尖位置最小，且由上到下呈現出逐漸增加的趨勢，但是在葉根位置和出口位置有所回落。因為動壓和速度之間有著緊密聯系，所以通過動壓分布情況的計算與分析也可以對葉輪流道內的速度分布情況做到基本掌握。其次是擴壓器以及蝸殼的靜壓分布計算，通過計算發現，壓力能會隨著氣體動能轉變，因此，在擴壓器以及蝸殼這兩個部分也就有著較大的靜壓增長，其中，擴壓器進口位置的增長趨勢最快，壓氣機出口位置的靜壓出現回落現象，是因為內部通道呈現出了逐漸擴展形式。

4 汽車渦輪增壓器使用壽命的延長策略

在汽車渦輪增壓器的運行過程中，如果內部流場出現問題，將會導致增壓器的很多故障，如喘振故障、雜音故障、壓力不足故障以及停止運行故障等。這些故障不僅會對渦輪增壓器的正常運行造成影響，同時也會在一定程度上影響到渦輪增壓器的使用壽命。因此，為進一步延長渦輪增壓器的使用壽命，以此來保障汽車發動機的運行質量和使用壽命，就應該采取相應的策略來避免這些故障。具體情況如下。

4.1 對零件質量做到良好控制

在汽車渦輪增壓器中，渦輪軸、軸承以及密封環等的這些零件質量都會影響到內部的流場，進而對渦輪增壓器整體質量及其使用壽命造成直接影響。因此，要想有效延長增壓器的使用壽命，就應該對這些零部件做到科學選用，使其精度和質量都達到足夠高的標準。就我國目前的渦輪增壓器來看，在具體的生產過程中，軸承質量還需要進一步提升，在材料方面，應該選擇具有更小摩擦力和更高耐熱性的軸承材料;在技術方面，應該對軸承生產的工藝技術加以不斷改進，并加大力度進行新技術的研究，以此來提升軸承生產質量。同時，在具體的渦輪增壓器生產過程中，也應該做好密封環的材料選擇與設計，在材料方面，應選擇抗強壓、抗高溫、抗腐蝕且抗摩擦型的密封環材料，并在設計過程中精確把控密封過盈量。這樣才可以讓汽車渦輪增壓器的生產質量得到良好控制，避免內部流場問題所導致的渦流增壓器故障，延長其使用壽命。

4.2 維護策略的科學應用

在汽車渦輪增壓器的具體應用過程中，為有效保障其使用壽命，不僅需要嚴格按照正確的應用方式來進行使用，同時也應該定期做好渦輪增壓器的維護工作。在增壓器安裝時，一定要嚴格按照規定的方法和流程進行安裝，并注意做好密封和潤滑工作。當發動機啟動之后，應先使其處在怠速范圍之內運行一小段時間，在軸承潤滑充分之后再按照實際需求進行工作負荷的提升;在發動機準備停止工作時，應逐漸將工作負荷減小，然后再使其怠速運轉一小段時間，最后再逐漸使其工作停止。當發動機累積工作到一定時限之后，應該對渦輪增壓器及時做一次徹底維護。具體維護中，應該對其外部情況、工作狀態、壓氣機葉輪、渦輪、鉆子、內部積炭情況以及密封環等進行檢查，并對存在問題的部分零部件進行維修或更換，以此來達到最佳的維護效果，保障渦輪增壓器使用壽命[3]。具體應用和維護過程中，需要控制的幾個重要參數如表1所示。

4.3 適當加強相應的技術學習

為了有效保障汽車渦輪增壓器的使用壽命，駕駛員應具備一定的操作、維修知識和技術。首先，駕駛員需要對渦輪增壓器的工作原理及其內流場等相關的理論知識進行學習，以此來明確各種故障的原因。其次，駕駛員需要對渦輪增壓器正確的操作方法做到足夠了解，避免操作不當對增壓器質量和使用壽命的不利影響。最后，駕駛員應該學習一些增壓器維修和養護方面的知識與技能，以此來實現增壓器的及時維修和養護。通過這樣的方式，才可以有效提升渦輪增壓器使用效果，保障其使用壽命。

5 結語

在汽車渦輪增壓器的生產和應用過程中，相關人員一定要加強對其工作原理以及內流場等方面知識的了解，并通過合理的策略來保障其使用壽命。這樣才可以使其在汽車發動機中發揮出充分的優勢，保障汽車發動機的使用性能，延長其使用壽命。

【參考文獻】

【1】徐永亮.基于卷積神經網絡的汽車渦輪增壓器制造缺陷檢測方法研究[J].電子設計工程，2020（10）：166-169.

【2】張斌，管秀峰.渦輪增壓器殼體鑄造工藝分析與改進[J].內燃機與配件，2020（13）：128-129.

【3】許海波，曹家勇，呂文壯，等.汽車渦輪增壓器襯套壓裝振動機理分析與壓力曲線平滑處理[J].制造技術與機床，2020（8）：182-187.