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VNT涡轮增压器涡轮箱与轴承体泄漏研究

文档作者：潘航字胡辽平刘麟曾辉兰新，潘伟文档来源：湖南天雁机械有限责任公		点击数：	更新时间： 2026年01月25日
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上一篇：柴油机涡轮增压技术发展历程与展望

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第4期
2017年8月
内燃机
Internal Combustion Engines
No．4
Aug．2017
VNT涡轮增压器涡轮箱与轴承体泄漏研究
潘航字，胡辽平，刘麟，曾辉，兰新，潘伟
(湖南天雁机械有限责任公司，湖南衡阳421005)
摘要：根据VNT涡轮增压器在发动机工作状态下出现轴承体与涡轮箱之间废气泄漏的情况，对增压器轴承体、涡轮箱的配
合接触提出优化方案，并进行台架试验验证对比，找到了最佳的优化办法，达到了防止泄漏的要求。
关键词：VNT；漏气；涡轮箱；轴承体；C型密封垫
中图分类号：TK413 文献标识码：B 文章编号：1000—6494(2017)04—0024—03
Research vNT Turbocharger Turbine Housing and Centre Housing L昀k
PAN Hangyu，HU Liaoping，LIU Lin，ZENG Hui，LAN Xin，PAN Wei
(Hunan Tyen Machinery Co．，Ltd．，Hengyang 421005)
Abstract：In this paper，based on exhaust gas leakage between centre housing and turbine housing of VNT turbocharger beating under
the engine work status，the supercharger bearing body，with the turbine case contact structure optimization scheme is put forward，and
carried out bench test comparison．Finally，the best ways to optimize are founds，which reached the requirement of leakage protection．
Keywords：VNT；gas leakage；turbine housing；centre housing；metal C—rings
0前言
可变截面涡轮增压器(VNT)由于其具有可调的
涡轮工作特性，已成为解决发动机国V以上排放
的最为有效的手段之一。越来越多的柴油机厂已将
可变截面涡轮增压器作为发动机的标准配置。随着
可变截面涡轮增压器的逐渐推广使用，也暴露出一
系列的应用问题。目前引起终端客户强烈关注的是
可变截面涡轮增压器涡轮箱与轴承体的漏气问题，
涡轮箱与轴承体若出现漏气，废气排到涡轮箱之外
会造成大气污染，同时废气会熏黑压气机蜗壳、背
盘等零件，影响外观质量，见图1。因此保证涡轮
箱与轴承体的密封性能尤为重要。
1现有可变截面涡轮增压器的结构特点
现有可变截面涡轮增压器的涡端结构布置见
图2，腔体A为轴承体、喷嘴环总成、涡轮箱围成
的空腔，腔体B为涡轮箱、喷嘴环总成围成的空
腔，腔体A和腔体B是相通的。轴承体外圆与涡
作者简介：潘航宇(1979一)，男，湖南醴陵人，高级
工程师，本科，主要从事VNT涡轮增压器产品设计及应用。
收稿日期：2017—04—12
图l熏黑的压气机蜗壳和背盘
图2现有VNT涡端装配简图
轮箱内孔为间隙配合，公差配合范围0．02～0．12
mm。轴承体与涡轮箱为端面刚性接触，接触面的
表面粗糙度值均为3．2。当发动机运行时，废气会
迅速充满腔体A和B，而涡轮箱外为大气压，由
于压差的关系，同时加上轴承体和涡轮箱接触的端
面不可能完全贴合到没有一丝缝隙，腔体A和腔
万方数据
第4期潘航宇，等：VNT涡轮增压器涡轮箱与轴承体if}}漏研究
体B的废气自然就泄漏出去。
2改进方案
任意接触的两平面仅通过提高表面粗糙度值
和平面度要求都不可能完全解决泄漏的难题。针对
上述结构存在的弊端，在保留轴承体和涡轮箱端面
接触结构的同时，在涡轮箱外圈增加矩形槽，用于
安装C型金属密封圈，整体装配见图3。c型金属
密封圈见图4，其工作原理是基于C型结构的弹性
变形。当轴承体装入涡轮箱时，在耐热螺钉和热端
压板的预紧力作用下，轴承体和涡轮箱两端面逐渐
压缩，致C型金属密封圈和接触密封面以线密封
方式紧密结合，从而达到密封的效果。
C型金属密封圈
图3改进方案的装配简图
劁4(：型金J禹糈H蚓模型
根据涡轮增压器在发动机上使用的环境条
件，C型金属密封圈选择GH4169镍基高温合金材
料。该材料在一253～700℃温度范围内具有良好
的综合性能，650℃以下的屈服强度居变形高温合
金的首位，并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧
化、耐腐蚀性能，以及良好的加工性能、焊接性能
和长期组织稳定性，适合制成盘、叶片、紧固件和
弹性元件、板材结构等零部件。
3试验验证
3．1自然状态泄漏试验对比
本试验在专用泄漏试验台架上进行，采用外
接冷气源加压方式进行。泄漏试验原理是将涡轮
箱进出口采用堵头或者工装封堵，同时保留轴承
体和涡轮箱的装配状态，使涡轮箱流道内形成一
个密封腔体，见图5。利用三通管道，一端连接
外气源，一端连接流量传感器，一端连接涡轮箱
进口。在三通管道与外气源之间接人空气稳压
阀，试验时，持续性向涡轮箱充入气体，调节空
气稳压阀，观察并记录不同压力下流量计数显的
数据。试验过程保证涡轮箱进出口及各连接管路
处密封不漏气。
试验安排了3种方案进行：第一种方案是在涡
轮箱与轴承体之间没有安装C型金属密封圈，即涡
轮箱与轴承体为刚性接触；第二种方案是在涡轮箱
与轴承体之间安装c型金属密封圈；第三种方案是
在涡轮箱与轴承体之间安装c型金属密封圈，但密
封圈表面进行了镀银处理。考虑到实际工况下涡轮
增压器的涡前压力小于300 kPa，本次试验压力设
置为300 kPa。泄漏量测试试验结果见表1。
表1各方案泄漏量
表1结果显示，方案一的泄漏量最大，方案
二的泄漏量非常轻微，方案三没有泄漏。
3．2热状态泄漏试验对比
本试验是在增压器台架上进行，主要是考证
涡轮增压器在实际工作状态下的泄漏情况。由于在
台架试验时不具备直接测试泄漏量的条件，只能将
泄漏剂喷涂在轴承体和涡轮箱的接触位置，通过观
察泡沫的情况来判断是否存在泄漏及泄漏量的大
小。首先安排涡轮增压器进行120 h额定工况运
转，随后转入怠速工况，将泄漏剂喷涂在轴承体和
涡轮箱的接触面位置。三种方案的情况见图6、图
7、图8。
图6方案一喷涂泄漏剂效果
万方数据
内燃机2017年8月
图7方案二喷涂泄漏剂效果
图8方案i喷涂泄漏剂效果
从图6、I斟7、㈥8¨j‘以开f}{，方案一化轴承
体与涡轮箱接触的整个周圈都围绕着泡沫，而方案
二、方案三没有明显泡沫，这与之前在自然状态下
的试验结果是一致的。在自然状态下泄漏量大的在
热状态下泡沫数量大且多，在自然状态下泄漏量如
果小到一定程度下可能在热状态下由于燃烧的颗粒
物填充间隙以致于没有泡沫，而在自然状态下没有
泄漏的在热状态下一定不会泄漏。
4结论
a．通过在轴承体和涡轮箱之间安装C型金属密
封圈可以实现完全密封，防止废气泄漏。
b．C型金属密封圈作镀银处理后致使其表面有
一层软膜，使得密封圈塑性更好。但是由于可变截
面涡轮增压器额定工况下的涡前温度通常在750 oC
以上，试验后在C型金属密封圈内外表面出现银
块脱落现象，存在可变截面涡轮增压器故障隐患，
还需进一步考虑别的镀层材料。
【参考文献】
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七。研究所，1997．
[2] 王延生，黄佑生．车用发动机废气涡轮增压【M】．北京：国
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(上接第23页)
时间提升1．3 S；同时电子增压器工作时从最小扭
矩到最大扭矩245 N·in仅需1．6 s，扭矩升高率高
达102 N·in s。1 dm～，见图10。
3结束语
电子增压器对低速瞬态响应性能提升显著，
发动机台架上瞬态扭矩响应斜率在1 500 r／min时
达到了102 N·in S’1 dm～，远优于涡轮增压的瞬态
扭矩响应值，与自然吸气机的水平相当。
电子增压器为“深度增压小型化”以匹配更
大整备质量车辆提供了条件，可以更大程度满足乘
用车第四阶段燃油消耗限值，降低车辆碳排放。
当前，电子增压器还面临一些需要解决的课
题，电子增压器主要难点在于双增压器逻辑控制，
需要不断优化和完善控制逻辑。各增压器供应商加
速电子增压器研发速度和市场推广力度，并都有明
确的量产计划。因此，电动涡轮双增压的市场成熟
可以预期。
【参考文献】
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