第5期（总第238期） 2018年10月
车用发动机 VEHICLEENGINE
增压器涡轮蜗壳开裂问题研究
谢正海"2，王应红"2.陈如彬2
No 5(Serial No 238)
Oct2018
（1上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海2018042上海市汽车动力总成重点实验室，上海201804）
摘要：对某车用增压汽油机开发过程中出现的国产涡轮蜗亮开裂问题进行了研究，从材料、生产工艺和设计试验等方面综合分析开裂失效因素，建立蜗壳流固揭合解析模型，应用热-机械疲劳分析方法进行设计优化。先用 CFD方法计算得到蜗亮热交换边界，然后求解蜗壳在周期冷热循环中的瞬态温度场，将解态温度结果输入FEA模型分析后得到蜗壳在周期冷热循环中的瞬态应变变化。根据应变变化幅度推测热-机械疲劳开裂风险,提出了可取代原进口A3K蜗壳的国产14837Nb蜗壳优化新方案，并通过了发动机冷热循环耐久试验。研究结果表明了所建方法对解决蜗壳开裂问题实用可行，能够满足工程要求。
关键词：涡轮增压器；蜗壳热-机械疲劳；开裂 DOI : 10 3969 /j issn 1001-2222 2018 05 005
中图分类号：TK4135文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)05-0026-07
日趋严苛的乘用车燃油经济性指标和排放法规
推动了废气涡轮增压器在乘用车汽油发动机中的应用，涡轮增压汽油机已成为当今乘用车传统动力的主角-4」。作为增压发动机的主要部件之一，涡轮增压器在提升发动机的比功率、比扭矩及降低比油耗的同时，也提高了排气温度和压力，导致废气涡轮蜗壳工作时承受更高温度和压力废气的冲刷，蜗壳的工作热负荷大，工作环境极其恶劣。
在发动机冷热循环耐久试验中,增压器的涡轮蜗壳周围常发生废气泄漏现象，既有蜗壳本体与相关零件连接处漏气5，也有蜗壳本体的贯穿性裂纹而导致漏气，无论何种废气泄漏都会构成重大安全隐患，成为增压发动机考核的关注重点之一。围绕蜗壳热强度和疲劳开裂相关回题，国内外学者展开了不懈的研究湖南天雁对蜗壳稳态温度应力进行了仿真和试验研究，美国霍尼韦尔对蜗壳热-机械疲劳解析方法进行了深人探讨17-]，日本三菱用数值解析方法开发了增压器双流道蜗壳L9和VGT涡轮蜗壳。目前，很少有公开文献介绍工程上解决蜗壳开裂问题的方法和手段
本研究针对国产蜗壳开发初期发生的开裂导致废气泄漏问题展开了具体研究，从材料分析、生产工艺和设计试验等方面综合分析其影响因系。通过建立仿真模型计算预测蜗壳热-机械疲劳开裂风险，指
收稿日期：2017-12-28；修回日期：2018-04-02
导优化蜗壳结构设计直至解决开裂回题。 1蜗壳开裂问题
图1示出某汽油发动机废气涡轮增压器产品外观，增压器通过废气涡轮蜗壳进口法兰直接安装于发动机缸盖上，在进口法兰后的蜗壳主流道和旁通流道分离形成流道分叉，废气从缸盖集成排气道直接流人涡轮蜗壳后，沿涡轮蜗壳主流道和旁通流道分流。在外形上呈现明显的三角形结构，这种结构可减少传统旁通废气对蜗壳内主流做功废气的扰动，有利于涡轮机效率的提高。但采用这种结构后，在主流道和废气旁通流道分叉口（见图1)处易产生应力集中导致蜗壳开裂，所以在设计和制造上应予以特别关洋。
废气涡轮蜗壳
蜗壳进口法兰
分支口
图1车用废气涡轮增压器
作者简介：谢正海（1963一），男，高级工程师，博士，主要从事发动机涡轮增压系统开发工作;xiezhengha@saicmotor eom，