某增壓器機油密封性能影響因素研究

田國慶，韓丹

某增壓器機油密封性能影響因素研究

田國慶，韓丹

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

對某小型增壓汽油機的增壓器機油密封性能進行了試驗測試和研究，發現：轉速、扭矩、進氣壓力對增壓器壓氣機側和渦輪機側密封存在不同程度的影響。轉速對渦輪機側密封性能影響明顯，對壓氣機側影響不大；低負荷和進氣負壓較大情況下，增壓器更容易發生漏油；壓氣機側的漏油風險比渦輪機側的漏油風險大。

增壓器；機油密封；轉速；扭矩；進氣壓力

前言

隨著油耗和排放法規要求的日趨嚴格，降低二氧化碳排放成為汽車發展的目標。目前主機廠多采用小排量渦輪增壓發動機替代更大排量的自然吸氣發動機來降低二氧化碳排量。

車用渦輪增壓器（下文簡稱增壓器）中間體內有潤滑和冷卻軸承的油道，防止機油漏入壓氣機或渦輪機中的密封裝置。機油是否能實現完全密封，直接影響發動機的動力性、排放，以及增壓器、整機的使用壽命。

影響增壓器機油密封的因素有很多，如：進氣負壓過大、曲軸箱壓力過高、回油不暢、增壓器油環、背板尺寸設計不合理等。本文以某發動機為研究載體，主要分析發動機轉速、扭矩和進氣壓力對增壓器機油密封性能的影響。

1 測試方案

在增壓器壓氣機與中間體之間的密封環兩側，及渦輪機與中間體之間的密封環兩側，分別布置傳感器。

圖1 增壓器基本結構

壓力傳感器的布置如圖3所示，P1和P2布置在壓氣機密封環兩側，分別為機油側和進氣側；P3和P4布置在渦輪機密封環兩側，分別為機油側和排氣側。

圖2 中間體基本結構

圖3 壓力傳感器布置圖

通過傳感器測試出壓力值，計算密封環兩側壓力差，判定是否存在漏油及漏油風險。

表1 漏油風險判斷表

2 試驗裝置與測試工況

2.1 發動機

某工作狀況良好的1.2增壓缸內直噴發動機，能夠精確的計算發動機的進氣量、噴油量；以及試驗需求的低壓供油系統。

2.2 測功機

裝備完好的電力測功機，包絡機油外循環冷卻裝置、冷卻液外循環裝置、風機、溫度壓力傳感器等。

2.3 測試工況

測試工況見表2，即：轉速1000rpm～5500rpm，每隔500rpm測試一組，扭矩及進氣壓力分別測試三組。

表2 測試工況

3 測試結果及分析

3.1 轉速的影響

進氣壓力-7kpa，輸出扭矩50N.m，轉速1000rpm～5000 rpm，每隔500rpm測試壓力值。壓氣機側和渦輪機側壓差曲線圖見圖4。

圖4 轉速影響的壓差曲線圖

（1）壓氣機側：油氣兩側的壓差隨轉速的變化不大，差值在3kpa以內，且變化的趨勢無規律，在高轉速段（5000rpm以上），壓差隨著轉速升高，略有下降，在額定轉速點（5500rpm）壓差為1kpa，無漏油風險。

（2）渦輪機側：油氣兩側的壓差隨著轉速的升高，呈現明顯的上升趨勢。可以得出，在高轉速下，渦輪機端壓差較大，不容易漏油；在低轉速下，可能存在漏油的風險。故在產品開發時，渦輪機端僅需對低轉速區間進行漏油風險驗證，主要關注怠速工況。引起低轉速壓差低的原因是：在低轉速時，排氣壓力較低。

從數據上可以看出：1000rpm以后，渦輪機側的漏油風險遠小于壓氣機側。在同一條件下，對壓氣機端的密封設計要求更高，可以采取改善密封環材料、增加密封環數量、優化密封環結構等措施。

3.2 扭矩的影響

進氣壓力-7kpa，輸出扭矩分別為10N.m、50N.m、100N.m，轉速1000rpm～5000rpm，每隔500rpm測試壓力值。壓氣機側壓差曲線圖見圖5，渦輪機側壓差曲線圖見圖6。

圖5 扭矩影響壓氣機側壓差曲線圖

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

（1）與轉速相比，扭矩對壓氣機側的壓差影響規律較明顯。

（2）相同轉速下，扭矩越大，壓氣機側壓差越大，相對漏油的風險較小。

扭矩對渦輪機側壓差的影響，與壓氣機側有著相同的規律，且比壓氣機側更明顯，主要是因為渦輪機端排氣側壓力變化較大。

圖6 扭矩影響渦輪機側壓差曲線圖

無論壓氣機側還是渦輪機側，輸出扭矩的提高，可以降低漏油風險，但是在低轉速段，尤其是低轉速段，壓差均在5kpa以下（進氣壓力-7kpa），如果在極端惡劣的工作條件下，或曲軸箱壓力過高時，增壓器在低轉速時會首先出現漏油的可能。

3.3 進氣壓力的影響

空濾后管路內的壓力直接影響壓氣機側的壓力，也會影響進氣性能，從而影響燃燒和排氣。

從圖7和圖8可以看出，相同轉速和扭矩下，空濾負壓越大，增壓器壓氣機側和渦輪機的側的壓差越小，即漏油風險越大。

圖7 空濾負壓對壓氣機兩側壓差影響曲線

圖8 空濾負壓對渦輪機兩側壓差影響曲線

在空濾、進氣管路堵塞，或者高原條件下，進氣壓力會下降，增加了增壓器漏油的風險。

4 總結

通過對某汽油機增壓器機油密封的影響因素測試分析，得出了不同轉速、扭矩、進氣壓力對機油密封性能的影響。

（1）轉速對壓氣機端的影響不明顯，對渦輪機端的影響較大，轉速越低，渦輪機端的漏油風險越大；

（2）輸出扭矩越低，壓氣機端和渦輪機端漏油的風險越大；

（3）進氣負壓越大，壓氣機端和渦輪機端漏油的風險越大。

故在產品試驗開發過程中，需重點關注增壓器的壓氣機側漏油，同時重點關注低轉速、小負荷、進氣負壓較大的試驗工況。

[1] 馮堅.渦輪增壓器壓氣機機油密封能力試驗及應用[J].柴油機設計與制造,2018（1）.

[2] 鐘賢.增壓器機油密封能力研究與應用[J].技術與市場,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

田國慶，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。