[發明專利]渦輪增壓器熱沖擊可靠性測試試驗臺及測試方法

在審

• 申請號: 201510711250.0
• 申請日: 2015-10-28
• 公開（公告）號: CN105372049A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 張志強;曲荀之;鮑捷;馬朝臣
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及渦輪增壓器可靠性測試領域，具體涉及一種渦輪增壓器高低溫熱沖擊可靠性測試試驗臺及測試方法。

背景技術

渦輪增壓技術的應用在提高內燃機的比功率和燃油經濟性、降低排放等方面發揮了重要的作用，特別的，隨著排放法規的日益嚴格，越來越多的車輛生產廠家采用和即將采用該技術。

在增壓器的使用中，熱沖擊對于增壓器的損壞是一個非常嚴重的問題，在渦輪葉片上，經常可以觀察到由于熱沖擊引起的裂紋。這是由于發動機每次起動和停車以及工況變化使渦輪端受到驟然的加熱和冷卻，因而引起了熱應力。在發動機排氣熱負荷的沖擊下，渦輪增壓器的軸承系統和葉輪都可能因此發生各種問題。特別的，處于高溫狀態的渦輪，長期處于高溫以及快速、大范圍溫度及轉速變化狀態下，其渦殼、葉輪往往不是受力過大而損壞，而是由于不斷的承受高低溫冷熱沖擊和高低速循環工況，發生熱疲勞、機械疲勞以及蠕變等強度失效問題而損壞。因而，在增壓器設計和生產過程中，高低溫熱沖擊可靠性驗證試驗對于提高增壓器可靠性和使用壽命具有重要的意義和應用價值。

汽油機用增壓器渦輪進口溫度相對于柴油機用增壓器來說有大幅度的提高，汽油機增壓器高低溫熱沖擊可靠性考核試驗要求渦輪增壓器在高速運轉的同時，渦輪進口溫度高達1100℃，而在低溫運轉時，渦輪進口溫度則低于200℃，且渦輪增壓器須長時間交替進行高溫高速、低溫低速運轉。當前進行渦輪增壓器可靠性相關測試已公布或授權的試驗設備發明專利包括中國專利CN1793819A，中國專利CN102507202A以及申請者公布的發明專利CN104458238A；以上三種專利皆采用渦輪增壓器自循環的方式進行，其中專利CN102507202A已經對專利CN1793819A中存在的問題進行了較詳細的分析，并在此基礎上提出了一種新的基于渦輪增壓器自循環的低周疲勞試驗裝置，該試驗裝置采用一個三通高溫轉換閥總成進行燃氣的分配，使得一臺增壓器得到較多的燃氣工作在高速，另一臺得到較少的燃氣工作在低速，通過高溫轉換閥周期性的變換旋轉方向來改變兩臺增壓器的轉速，從而實現高低速循環低周疲勞試驗。發明專利CN104458238A則是在兩個獨立的自循環試驗臺基礎上完成高低溫熱沖擊試驗，其試驗方法為：在一臺增壓器運行在高速時，利用高速增壓器壓氣機產生的壓縮冷空氣與另一臺增壓器在低速運行的自循環試驗臺燃燒室后的燃氣進行摻混以降低燃燒室后的溫度，從而實現高溫高速和低溫低速熱沖擊試驗。發明專利CN102507202A和發明專利CN104458238A都能夠在一定程度上實現渦輪增壓器的低周疲勞或熱沖擊測試試驗，但其在速度變化范圍或溫度變化范圍上皆受到限制。發明專利CN102507202A在對高溫轉換閥總成進行冷卻的基礎上，渦輪進口溫度能夠達到700℃，其溫度進一步的提高受到高溫轉換閥可靠性的限制，且低速運轉的增壓器渦輪進口也必須同時工作在高溫狀態，無法得到低溫試驗狀態；同樣，發明專利CN104458238A所公布的試驗臺為了能夠保證增壓器低速運轉的自循環試驗臺燃燒室能夠正常工作，低速運轉的低溫段也受到限制(需大于350℃)。此外，對于采用自循環模式工作的試驗臺來說，渦輪增壓器在低速時無法實現自循環，因此，其運轉的最低轉速受到限制。發明專利CN102507202A和發明專利CN104458238A都無法滿足當前汽油機增壓器熱沖擊可靠性測試試驗所要求的高溫高速、低溫低速的熱沖擊測試要求。

發明內容

本發明旨在提供一種能夠提高測試溫度和轉速的渦輪增壓器熱沖擊可靠性測試試驗臺及測試方法。

本發明提供了一種渦輪增壓器熱沖擊可靠性測試試驗臺，該試驗臺包括：主燃燒室，與主燃燒室配合的主燃燒室噴油點火裝置和主燃燒室供油系統，主燃燒室具有與外氣源連通的主進氣管；第一副燃燒室，與第一副燃燒室配合的第一副燃燒室噴油系統和第一副燃燒室供油系統，第一副燃燒室的排氣與第一渦輪增壓器的渦輪的進氣口連通，第一副燃燒室具有與外氣源連通的第一副進氣管；第二副燃燒室，與第二副燃燒室配合的第二副燃燒室噴油系統和第二副燃燒室供油系統，第二副燃燒室的排氣與第二渦輪增壓器的渦輪的進氣口連通；第二副燃燒室具有與外氣源連通的第二副進氣管；高溫燃氣切換閥總成，主燃燒室的排氣通過高溫燃氣切換閥總成可切換地與第一副燃燒室和第二副燃燒室的進氣管路連通，第一副燃燒室噴油系統和第二副燃燒室噴油系統用于霧化燃油使得由主燃燒室生成的高溫燃氣可分別在第一副燃燒室和第二副燃燒室中發生二次燃燒，進一步提高燃氣溫度。