Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Redogörelse för lagerfriktion i turboladdare
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.), Internal Combustion Engines. KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.), Machine Elements.
2013 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Friction Characterization of TurbochargerBearings (English)
Abstract [sv]

I denna studie var huvudsyftet att bestämma de mekaniska friktionsförlusterna i en standardturboladdare för personbilar. För framtida arbete skulle resultatet ligga till grund för en formelsom beskriver friktionsförlusterna i turboaggregatet beroende på dess olika driftpunkter.I den metod som används för att uppskatta friktionsförlusterna ingick numerisk simulering,analytiska beräkningar och mätteknik. Isoviskösa simuleringsmodeller för radiallager ochaxiallager utvecklades och användes för att simulera lagerfriktion. Dessutom användes analytiskaberäkningar baserade på Petroff’s ekvation för att bestämma friktionsförlusterna. En tredjemetod baserad på kalorimetriska mättekniker användes för att bestämma friktionsförlusterna ochjämföra resultaten från analytiska beräkningar och simuleringar. Metoden involverade mätningav oljeflödet genom turboladdaren samt temperaturskillnaden av oljan mellan inloppet ochutloppet i turboladdaren. Från mätningen och för ett givet värde av oljans värmekapacitet kundeden totala effektförlusten bestämmas. Kylvattenflödet till turboladdaren justerades för att erhållaen lagerhustemperatur nära oljetemperaturen i lagerhuset och på så sätt minimeravärmeöverföringen mellan turboladdarens lagerhus och oljan.Den axiella kraften som verkar på turboladdarens axiallager har en stor inverkan påoljefilmstjockleken i lagret och så även friktionsförlusterna. Den axiella kraften mättes ochberäknades för att användas som indata till simuleringarna samt för att korrelera den till andraviktiga parametrar. Tre olika metoder användes för att bestämma kraften: beräkning av axialkraftmed kraftbalans, beräkning av axialkraft baserad på mätningen av den axiella förskjutningen avturboladdarens axel samt mätning av axialkraft med trådtöjningsgivare.Simuleringsmodellen för axiallagret gav en uppskattning av lagerfriktionsförlusterna iturboladdaren. Dock tenderar resultaten till att vara något överskattade på grund av detIVisoviskösa antagandet och approximationen av oljans viskositet baserat på antagandet attoljetemperaturen i lagret kan uppskattas som ett medelvärde av oljetemperaturen vid inloppetoch utloppet.De uppmätta friktionsförlusterna var något överskattade, vilket kan vara ett resultat av ogiltigaantaganden gällande värmeöverföring samt felaktigt uppmätt lagerhus- och oljetemperatur.Förutom approximationen av oljans viskositet, förklarar detta avvikelsen mellan simulerade ochuppmätta friktionsförluster.Slutligen kunde slutsatsen dras att den axiella kraften var starkt korrelerad till den axiellaförskjutningen av turboladdarens axel, trycket före turbinen och turboladdarensrotationshastighet. Trycket på kompressorhjulets baksida påverkas främst av turboladdarenrotationshastighet och är också en stor bidragsgivare till den totala axiella kraften på turboladdarens axel.

Abstract [en]

In this study the main objective was to determine the mechanical frictional losses in a standardautomotive turbocharger. For future work, the result should be the basis for a formula describingthe frictional losses in the turbocharger, dependent on its various operation conditions.The methodology used to estimate the frictional losses included numerical simulation, analyticalcalculations and measurement techniques. Isoviscous simulation models for journal bearings andthrust bearing were developed and used to simulate bearing friction. In addition, analyticalcalculations based on Petroff’s equation were used to determine frictional losses. A third methodbased on a calorimetric measurement technique was used to determine the frictional losses andcompare the results from analytical calculations and simulations. The method involvedmeasurement of the oil flow through the turbocharger and the temperature difference of theturbocharger oil between the inlet and outlet. From the measurement and for a given value of theoil heat capacity the total bearing power loss was determined. The cooling water flow to theturbocharger was adjusted to obtain a bearing housing temperature close to the oil temperature inthe bearing housing and so minimize heat transfer between the turbocharger bearing housing andthe oil.The axial force acting on the turbocharger thrust bearing has a great influence on the oil filmthickness in the bearing and so also the frictional losses. The axial force was measured andcalculated to be used as input for friction simulations and to correlate it to other significantparameters. Three different methods were used to determine the force: axial force calculationwith force balance analysis, axial force calculation based on the axial displacement measurementof the turbocharger shaft and axial force measurement with strain gauges.The thrust bearing simulation model gave an approximation of the bearing frictional losses in theturbocharger. However, the results tend to be overestimated due to the isoviscous assumptionIIand the approximation of the oil viscosity based on the assumption that the bearing oiltemperature could be estimated as an average of oil temperature at the inlet and outlet.The measurement of frictional losses was slightly overestimated, which might be a result ofinvalid heat transfer assumptions and inaccurate measured bearing housing and oil temperature.In addition to the approximation of the oil viscosity, this explains the deviation betweensimulated and measured frictional losses.Finally, it was found that the axial force was strongly correlated to the axial displacement of theturbocharger shaft, the pressure before the turbine and the turbocharger rotational speed. Thepressure on the compressor wheel back face is mainly affected by the turbocharger rotationalspeed and is also a large contributor to the total axial force on the turbocharger shaft.

Place, publisher, year, edition, pages
2013. , 74 p.
Series
MMK 2013:06 MFM 149
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-127666OAI: oai:DiVA.org:kth-127666DiVA: diva2:644848
Supervisors
Examiners
Available from: 2013-09-02 Created: 2013-09-02 Last updated: 2013-09-02Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Friction Characterization of Turbocharger Bearings(21071 kB)9415 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 21071 kBChecksum SHA-512
2a2d3be26764659b893e1716373d4d5b1548c4431b3af264547cc876db065c3a3576dee639e82b663ed229a3dc6d5a28775469742689f0e103240466beb99b99
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Internal Combustion EnginesMachine Elements
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 9415 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 265 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf