汽車渦輪增壓器使用壽命的分析

劉政伍

【摘 ?要】在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，渦輪增壓器的應(yīng)用可以使其工作效率得到進(jìn)一步提升。作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)主要設(shè)備，渦輪增壓器的使用質(zhì)量和使用壽命將會(huì)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量及其使用壽命起到直接的影響作用?；诖?，論文對(duì)汽車渦輪增壓器的使用壽命進(jìn)行分析。希望通過本次的分析，可以對(duì)汽車渦輪增壓器使用壽命的延長(zhǎng)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)使用質(zhì)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(guān)鍵詞】汽車發(fā)動(dòng)機(jī);渦輪增壓器;內(nèi)流場(chǎng);使用壽命

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

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

1 引言

隨著當(dāng)今汽車制造行業(yè)的良好發(fā)展，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，渦輪增壓器的作用效果也越來(lái)越顯著。因此，要想在不擴(kuò)大空間的基礎(chǔ)上有效提升汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，以此來(lái)保障汽車發(fā)動(dòng)機(jī)使用質(zhì)量，就應(yīng)該對(duì)渦輪增壓器進(jìn)行深入研究，通過延長(zhǎng)其使用壽命來(lái)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際需求，以此來(lái)提升發(fā)動(dòng)機(jī)使用效果，延長(zhǎng)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(shí)就是一種空氣壓縮機(jī)，借助于壓縮空氣的形式來(lái)提升進(jìn)氣量。具體應(yīng)用中，增壓器可以借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排除的廢氣慣性沖力將渦輪室中的渦輪推動(dòng)，使與其同軸的葉輪被帶動(dòng)，葉輪會(huì)將來(lái)自于空氣濾清器管道內(nèi)的空氣增壓之后壓送到氣缸。如果發(fā)動(dòng)機(jī)增大轉(zhuǎn)速，排除廢氣的速度以及渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度都會(huì)同步增加，而壓輪就會(huì)將更多的空氣壓送到氣缸內(nèi)。隨著空氣密度和壓力的增加，燃料的燃燒量也就會(huì)加大[1]。因此，通過燃料的增加以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，就可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的進(jìn)一步增加。

3 汽車渦輪增壓器內(nèi)流場(chǎng)計(jì)算

在汽車渦輪增壓器的應(yīng)用過程中，內(nèi)流場(chǎng)對(duì)于其使用效果有著直接的影響作用，因此，本次對(duì)某渦輪增壓器的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算和研究。在計(jì)算的過程中，可以將假設(shè)計(jì)算介質(zhì)是理想氣體，通過粘流形式的k-e紊流物理模型進(jìn)行計(jì)算，具體求解中，可通過隱式格式耦合方法進(jìn)行穩(wěn)態(tài)解的求解。本次計(jì)算的是轉(zhuǎn)速為50000r/min情況下的渦輪增壓器內(nèi)部流場(chǎng)分布，每一次的計(jì)算大約要通過300次迭代之后才可以獲得收斂結(jié)果，其準(zhǔn)則為10-3。這里主要是對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析。

3.1 速度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析

首先是葉輪通道內(nèi)的流場(chǎng)，在本次研究的整個(gè)葉輪通道中，不論是徑向方向還是軸向方向，流場(chǎng)分布速度都非常不均勻，整個(gè)流道內(nèi)部的氣體速度呈現(xiàn)出了由上到下逐漸增加的趨勢(shì)，流道內(nèi)部并無(wú)超音速區(qū)出現(xiàn)，馬赫數(shù)M都在1以下。其次是對(duì)擴(kuò)壓器以及蝸殼部分進(jìn)行速度分布的計(jì)算，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，氣體從流出葉輪到進(jìn)入無(wú)葉擴(kuò)壓器的過程中，其速度會(huì)變小，而在蝸殼小斷面和大斷面之間接口位置附近的擴(kuò)壓器中，氣體流速的下降速度比其他部位低很多。在蝸殼內(nèi)部，氣體的流動(dòng)速度呈大幅度降低趨勢(shì)，但是在與壓氣機(jī)出口臨近的位置，氣體流動(dòng)速度則稍微增大，這樣的情況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣十分有利[2]。氣流在通過無(wú)葉擴(kuò)壓器時(shí)的損失比較大，這是因?yàn)槿~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(jìn)入擴(kuò)壓器之后就會(huì)在一定范圍之內(nèi)出現(xiàn)急劇混合的情況，因此就導(dǎo)致了氣流損失。

3.2 壓力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析

首先是長(zhǎng)短葉片動(dòng)壓分布的計(jì)算，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，動(dòng)壓在長(zhǎng)葉片凸面的分布情況更為復(fù)雜，相比較凹面而言，凸面也有著更大的動(dòng)壓值，且由上到下的增加趨勢(shì)也比較平緩。在短葉片中，凹凸面動(dòng)壓分布并無(wú)明顯差距，都是葉尖位置最小，且由上到下呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，但是在葉根位置和出口位置有所回落。因?yàn)閯?dòng)壓和速度之間有著緊密聯(lián)系，所以通過動(dòng)壓分布情況的計(jì)算與分析也可以對(duì)葉輪流道內(nèi)的速度分布情況做到基本掌握。其次是擴(kuò)壓器以及蝸殼的靜壓分布計(jì)算，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，壓力能會(huì)隨著氣體動(dòng)能轉(zhuǎn)變，因此，在擴(kuò)壓器以及蝸殼這兩個(gè)部分也就有著較大的靜壓增長(zhǎng)，其中，擴(kuò)壓器進(jìn)口位置的增長(zhǎng)趨勢(shì)最快，壓氣機(jī)出口位置的靜壓出現(xiàn)回落現(xiàn)象，是因?yàn)閮?nèi)部通道呈現(xiàn)出了逐漸擴(kuò)展形式。

4 汽車渦輪增壓器使用壽命的延長(zhǎng)策略

在汽車渦輪增壓器的運(yùn)行過程中，如果內(nèi)部流場(chǎng)出現(xiàn)問題，將會(huì)導(dǎo)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(yùn)行故障等。這些故障不僅會(huì)對(duì)渦輪增壓器的正常運(yùn)行造成影響，同時(shí)也會(huì)在一定程度上影響到渦輪增壓器的使用壽命。因此，為進(jìn)一步延長(zhǎng)渦輪增壓器的使用壽命，以此來(lái)保障汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量和使用壽命，就應(yīng)該采取相應(yīng)的策略來(lái)避免這些故障。具體情況如下。

4.1 對(duì)零件質(zhì)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(huán)等的這些零件質(zhì)量都會(huì)影響到內(nèi)部的流場(chǎng)，進(jìn)而對(duì)渦輪增壓器整體質(zhì)量及其使用壽命造成直接影響。因此，要想有效延長(zhǎng)增壓器的使用壽命，就應(yīng)該對(duì)這些零部件做到科學(xué)選用，使其精度和質(zhì)量都達(dá)到足夠高的標(biāo)準(zhǔn)。就我國(guó)目前的渦輪增壓器來(lái)看，在具體的生產(chǎn)過程中，軸承質(zhì)量還需要進(jìn)一步提升，在材料方面，應(yīng)該選擇具有更小摩擦力和更高耐熱性的軸承材料;在技術(shù)方面，應(yīng)該對(duì)軸承生產(chǎn)的工藝技術(shù)加以不斷改進(jìn)，并加大力度進(jìn)行新技術(shù)的研究，以此來(lái)提升軸承生產(chǎn)質(zhì)量。同時(shí)，在具體的渦輪增壓器生產(chǎn)過程中，也應(yīng)該做好密封環(huán)的材料選擇與設(shè)計(jì)，在材料方面，應(yīng)選擇抗強(qiáng)壓、抗高溫、抗腐蝕且抗摩擦型的密封環(huán)材料，并在設(shè)計(jì)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(chǎn)質(zhì)量得到良好控制，避免內(nèi)部流場(chǎng)問題所導(dǎo)致的渦流增壓器故障，延長(zhǎng)其使用壽命。

4.2 維護(hù)策略的科學(xué)應(yīng)用

在汽車渦輪增壓器的具體應(yīng)用過程中，為有效保障其使用壽命，不僅需要嚴(yán)格按照正確的應(yīng)用方式來(lái)進(jìn)行使用，同時(shí)也應(yīng)該定期做好渦輪增壓器的維護(hù)工作。在增壓器安裝時(shí)，一定要嚴(yán)格按照規(guī)定的方法和流程進(jìn)行安裝，并注意做好密封和潤(rùn)滑工作。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后，應(yīng)先使其處在怠速范圍之內(nèi)運(yùn)行一小段時(shí)間，在軸承潤(rùn)滑充分之后再按照實(shí)際需求進(jìn)行工作負(fù)荷的提升;在發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備停止工作時(shí)，應(yīng)逐漸將工作負(fù)荷減小，然后再使其怠速運(yùn)轉(zhuǎn)一小段時(shí)間，最后再逐漸使其工作停止。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)累積工作到一定時(shí)限之后，應(yīng)該對(duì)渦輪增壓器及時(shí)做一次徹底維護(hù)。具體維護(hù)中，應(yīng)該對(duì)其外部情況、工作狀態(tài)、壓氣機(jī)葉輪、渦輪、鉆子、內(nèi)部積炭情況以及密封環(huán)等進(jìn)行檢查，并對(duì)存在問題的部分零部件進(jìn)行維修或更換，以此來(lái)達(dá)到最佳的維護(hù)效果，保障渦輪增壓器使用壽命[3]。具體應(yīng)用和維護(hù)過程中，需要控制的幾個(gè)重要參數(shù)如表1所示。

4.3 適當(dāng)加強(qiáng)相應(yīng)的技術(shù)學(xué)習(xí)

為了有效保障汽車渦輪增壓器的使用壽命，駕駛員應(yīng)具備一定的操作、維修知識(shí)和技術(shù)。首先，駕駛員需要對(duì)渦輪增壓器的工作原理及其內(nèi)流場(chǎng)等相關(guān)的理論知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，以此來(lái)明確各種故障的原因。其次，駕駛員需要對(duì)渦輪增壓器正確的操作方法做到足夠了解，避免操作不當(dāng)對(duì)增壓器質(zhì)量和使用壽命的不利影響。最后，駕駛員應(yīng)該學(xué)習(xí)一些增壓器維修和養(yǎng)護(hù)方面的知識(shí)與技能，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)增壓器的及時(shí)維修和養(yǎng)護(hù)。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(jié)語(yǔ)

在汽車渦輪增壓器的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，相關(guān)人員一定要加強(qiáng)對(duì)其工作原理以及內(nèi)流場(chǎng)等方面知識(shí)的了解，并通過合理的策略來(lái)保障其使用壽命。這樣才可以使其在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)揮出充分的優(yōu)勢(shì)，保障汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能，延長(zhǎng)其使用壽命。

【參考文獻(xiàn)】

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