Wpływ uszkodzenia korpusu turbiny na wybrane parametry pracy turbosprężarki w silniku o ZI

Podobne dokumenty
Assessment of the impact turbocharger damage on selected parameters of the spark ignition engine

Wpływ stanu technicznego turbosprężarki samochodowej na emisję związków spalin silnika o zapłonie iskrowym

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

Rys. 2. Kolejne etapy pracy łopatek kierownicy turbiny (opis w tekście) Fig. 2. Successive stages of guide apparatus blades running

1. Wprowadzenie. 2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych. 3. Paliwa stosowane do zasilania silników

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

Wydajne wentylatory promieniowe Fulltech o wysokim ciśnieniu statycznym

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

Czyszczenie turbiny (krok po kroku) - zapieczone kierownice Passat B5

Przyczyny uszkodzeń łożysk ślizgowych

Dalsze informacje na temat przyporządkowania i obowiązywnania planu konserwacji: patrz Okólnik techniczny (TR) 2167

PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH Łódź, maja 1997 r.

Właściwy silnik do każdego zastosowania _BlueEfficiencyPower_Polnisch_Schrift_in_Pfade.indd :55:33

BADANIE WPŁYWU DODATKU PANTHER 2 NA TOKSYCZNOŚĆ SPALIN SILNIKA ZI

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów Wprowadzenie... 13

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

Badania wentylatora. Politechnika Lubelska. Katedra Termodynamiki, Mechaniki Płynów. i Napędów Lotniczych. Instrukcja laboratoryjna

SPIS TREŚCI. Przedmowa... 8

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

Badanie zmęczenia cieplnego żeliwa w Instytucie Odlewnictwa

TURBOSPRĘŻARKA: DEMONTAŻ-MONTAŻ

WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

TEMAT: PARAMETRY PRACY I CHARAKTERYSTYKI SILNIKA TŁOKOWEGO

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

Instrukcja obsługi. Model

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

1. BADANIA DIAGNOSTYCZNE POJAZDU NA HAMOWNI PODWOZIOWEJ

Cieplne Maszyny Przepływowe. Temat 1 Wstęp. Część I Podstawy teorii Cieplnych Maszyn Przepływowych.

WPŁYW KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU NA JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA ORAZ NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH W SILNIKU ZS ZASILANYM OLEJEM RZEPAKOWYM

STANOWISKOWE BADANIE ZESPOŁU PRZENIESIENIA NAPĘDU NA PRZYKŁADZIE WIELOSTOPNIOWEJ PRZEKŁADNI ZĘBATEJ

(57) turbiny promien owo-osiowej i sprężarki promieniowo-osiowej których (19) PL (11) (13)B1 (12) OPIS PATENTOWY PL B1 F02C 3/04

DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCH W UKŁADACH ŁOPATKOWYCH CZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCH

Meraserw-5 s.c Szczecin, ul.gen.j.bema 5, tel.(91) , fax (91) ,

In-Tech Andrzej M. Araszkiewicz. Sprężarki łopatkowe a śrubowe. Porównanie

PODSTAWOWY ZAKRES NAPRAWY CZĘŚCI AUTOBUSOWYCH

Nr katalogowy:

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

Mgr inż. Marta DROSIŃSKA Politechnika Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa

Jak eksploatować samochód wyposażony w TURBO

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

Doświadczenia eksploatacyjne po wdrożeniu nowego sposobu eksploatacji baterii koksowniczych przy zróżnicowanych ciśnieniach gazu surowego w

MODELOWANIE HAMULCA TARCZOWEGO SAMOCHODU OSOBOWEGO Z WYKORZYSTANIEM ZINTEGROWANYCH SYSTEMÓW KOMPUTEROWYCH CAD/CAE

Załącznik nr 1 do Specyfikacji. 1. Przedmiot Umowy

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

HDI_SID807 Informacje o obwodzie paliwa

PODSTAWOWY ZAKRES NAPRAWY CZĘŚCI AUTOBUSOWYCH

Łożyska ślizgowe - podstawowe rodzaje

BADANIA WPŁYWU WYBRANYCH USZKODZEŃ SILNIKÓW OKRĘTOWYCH NA PARAMETRY PRACY SILNIKA I SKŁAD SPALIN

Instrukcja obsługi. Model

PL B1. GULAK JAN, Kielce, PL BUP 13/07. JAN GULAK, Kielce, PL WUP 12/10. rzecz. pat. Fietko-Basa Sylwia

ZESZYTY NAUKOWE NR 5(77) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Wyznaczanie granicznej intensywności przedmuchów w czasie rozruchu

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

Temat ćwiczenia. Pomiary otworów na przykładzie tulei cylindrowej

Meraserw-5 s.c Szczecin, ul.gen.j.bema 5, tel.(91) , fax (91) ,

Inżynieria Rolnicza 5(93)/2007

Raport końcowy. Test km na LPG. Cel testu: Badanie wpływu LPG na elementy silnika wysokoprężnego.

Silnik AHU. Jałowy bieg (ciepły silnik, temperatura płynu chłodzącego nie niższa niż 80 C. Numer 0 (dziesiętne wartości wskazań)

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(93)/2013

Analiza drgań skrętnych wału śmigłowego silnika lotniczego PZL-200 podczas pracy z zapłonem awaryjnym

t E termostaty k r A M fazowe r c E t ja ta c k Af A u E M d or r AH f M In o p

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Instrukcja obsługi. Model

Moment obrotowy i moc silnika a jego obciążenie (4)

Pompy wody. Typowe uszkodzenia i ich przyczyny

technik mechanik kwalifikacji M.18. Numer ewidencyjny w wykazie podręczników MEN: 56/2015 Od autorów 9 1. Wiadomości wstępne

Żeby móc zacząć opowiadać trzeba przypomnieć sobie trochę podstaw z fizyki i mechaniki.

Przetwórstwo tworzyw sztucznych i gumy

Instrukcja obsługi. Model

Opis pojazdu oraz komputera DTA

Spis treści. Przedmowa 11

Analiza kosztów eksploatacji pojazdów komunikacji miejskiej na przykładzie Miejskiego Przedsiębiorstwa Komunikacyjnego w Lublinie

CUMMINS ORYGINALNE CZĘŚCI FIRMY JEST RÓŻNICA. Lepsze części. Lepsza dostępność.

ENERGY+ energetyzer paliwa

Prezentacja działalno

Spis treści Przedmowa

ELASTYCZNOŚĆ WSPÓŁCZESNYCH SILNIKÓW O ZAPŁONIE ISKROWYM

TEMAT: KADŁUBY SILNIKA

Normowe pompy klasyczne

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

INNOWACYJNY SILNIK z aktywną komorą spalania

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK LII NR 4 (187) 2011

mocniejszy silnik i oszczędność paliwa dla wymagających kierowców.


Układy zasilania samochodowych silników spalinowych. Bartosz Ponczek AiR W10

Pompy odśrodkowe wielostopniowe z uszczelnieniem wału Typ HZ / HZA / HZAR

Skrócony opis patentowy rotacyjnego silnika spalinowego i doładowarki do tego silnika lub maszyna chłodnicza i grzewcza

RHEOTEST Medingen Reometr RHEOTEST RN: Zakres zastosowań Smary

Napełnianie płynem chłodzącym

Temat: Układy pneumatyczno - hydrauliczne

PL B1. POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL BUP 05/18. WOJCIECH SAWCZUK, Bogucin, PL MAŁGORZATA ORCZYK, Poznań, PL

PL B1. INSTYTUT MASZYN PRZEPŁYWOWYCH IM. ROBERTA SZEWALSKIEGO POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Gdańsk, PL BUP 20/14

PL B1. Politechnika Warszawska,Warszawa,PL BUP 25/03. Mateusz Turkowski,Warszawa,PL Tadeusz Strzałkowski,Warszawa,PL

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

Metody badań materiałów konstrukcyjnych

DRGANIA ELEMENTÓW KONSTRUKCJI

Zespól B-D Elektrotechniki

OBLICZANIE KÓŁK ZĘBATYCH

Transkrypt:

BIELIŃSKI Maciej 1 KARPIUK Wojciech 2 BOROWCZYK Tomasz 3 IDZIOR Marek 4 Wpływ uszkodzenia korpusu turbiny na wybrane parametry pracy turbosprężarki w silniku o ZI WSTĘP Turbodoładowanie silnika spalinowego jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych sposobów poprawy wskaźników pracy silnika przez wpływanie na podnoszenie sprawności ogólnej silnika, zwiększanie objętościowego i masowego współczynnika mocy, zmniejszanie jednostkowej emisji toksycznych składników spalin itd. Z tego względu prowadzi się badania m.in. z zakresu konstrukcji, produkcji, eksploatacji. Turbosprężarka mimo, iż jest stosunkowo prostą maszyną przepływową to precyzja wykonania oraz używane do jej budowy materiały są bardzo zaawansowane technologicznie. Również warunki w jakich pracuje są niezwykle trudne. I tak, dla silników o ZS temperatura spalin, które omywają łopatki wirnika turbiny wynosi około 800 ºC, a dla porównania w silniku o ZI temperatura ta kształtuje się na poziomie 1100 ºC. Turbosprężarka musi być urządzeniem trwałym, odpornym jednocześnie na uszkodzenia. W związku z tym istnieje konieczność prowadzenia badań wytrzymałościowych i trwałościowych. Analizy wykazują, iż uszkodzenia układów doładowania spowodowane są zazwyczaj warunkami zewnętrznymi opisanymi w dalszej części artykułu. Uszkodzenia najczęściej mają charakter lawinowy i pojawienie się drobnej niesprawności w szybkim tempie prowadzi do całkowitej destrukcji urządzenia. Niekiedy bywa jednak inaczej turbosprężarka uszkodzona jest w sposób niepowodujący bezpośredniego zagrożenia dla pozostałych elementów. Głównym celem prac badawczych prezentowanych w artykule była odpowiedź na pytanie, jakie wymierne korzyści następują w wyniku naprawy lub wymiany używanej, działającej, pozornie sprawnej turbosprężarki. W tym celu porównano w warunkach rzeczywistych parametry pracy uszkodzonej turbosprężarki firmy KKK (rysunek 1. 1) typ K03-011A (fabrycznie montowanej w samochodach z grupy VW Golf o oznaczeniu handlowym 1.8 GTI) z turbosprężarką regenerowaną. Uszkodzenie badanej turbosprężarki miało charakter termiczny i dotyczyło żeliwnego korpusu turbiny. Rys. 1.1. Widok turbosprężarki KKK typ K 03-011A 1 Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu; 60-965 Poznań; pl. Marii Skłodowskiej Curie 5. Tel: +48 501 644 876, maciej.bielinski@doctorate.put.poznan.pl 2 Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu; 60-965 Poznań; pl. Marii Skłodowskiej Curie 5. Tel: +48 501 460 680, wojciech.karpiuk@put.poznan.pl 3 Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu; 60-965 Poznań; pl. Marii Skłodowskiej Curie 5. Tel: +48 604 401 766, tomaszborowczyk@wp.pl 4 Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu; 60-965 Poznań; pl. Marii Skłodowskiej Curie 5. Tel: +48 693 301 938, marek.idzior@put.poznan.pl 1916

1 PROCESY NISZCZĄCE TURBOSPRĘŻARKI Procesy niszczące turbosprężarki można sklasyfikować na wiele sposobów. Jednym z nich jest powszechnie znany podział ze względu na przyczynę uszkodzenia, który wraz ze skutkami krótko scharakteryzowano i przedstawiono poniżej. 1.1 1.1 Uszkodzenia spowodowane olejem niewłaściwej jakości Uszkodzenie turbosprężarki wywołane olejem złej jakości skutkuje m.in.: pogorszeniem warunków pracy łożyska ślizgowego i wzdłużnego, w wyniku zmniejszenia przekrojów czynnych otworków smarujących, miejscowym przegrzewania się elementów, wzrostem temperatury styku, szybkim zniszczeniem turbosprężarki objawiającym się m.in.: głębokimi rysami na czopach wału wirnika i powierzchniach łożyska, zmianą parametrów warstw wierzchnich styku, rozkalibrowaniem otworów mocujących łożyska korpusu środkowego, zapieczeniem pierścieni uszczelniających w rowkach. 1.2 Uszkodzenia spowodowane spadkiem ciśnienia oleju lub chwilowym jego brakiem Uszkodzenie turbosprężarki wywołane przerwą w dostarczeniu oleju objawia się: zniszczeniem w obrębie warstw wierzchnich materiału łożysk i czopu wału wirnika, w zmianie właściwości fizycznych materiału wału wirnika i łożysk, zapieczeniem tulei łożysk w otworach korpusu środkowego, termolizą składników oleju (koksowanie) produkty w postaci nagaru osadzają się w otworach smarujących korpusu środkowego doprowadzając do ich niedrożności. 1.3 Uszkodzenia spowodowane brakiem oleju Uszkodzenie turbosprężarki wywołane brakiem oleju objawia się : natychmiastowym zatarciem wału wirnika w łożyskach poprzecznych w wyniku tego procesu dochodzi także do ścięcia zabezpieczeń utrzymujących pojedynczą tulejkę łożyska we właściwym położeniu a nawet do rozerwania wału, zniekształceniem płytki łożyska wzdłużnego, zapieczeniem pierścieni uszczelniających w rowkach. 1.4 Uszkodzenia spowodowane przegrzaniem Uszkodzenie turbosprężarki wywołane zbyt wysoką temperaturą gazów spalinowych objawia się: zniekształceniem (w wyniku nadtopienia) oraz korozją wysokotemperaturową łopatek turbiny obserwowane jest także zjawisko ablacji (erozja materiału pod wpływem przepływu gazów o dużej entalpii ) pęknięciem korpusu turbiny szczególnie niebezpieczne są naprężenia termiczne powstałe w wyniku nagłego schłodzenia (np. strumieniem wody padającym na rozgrzaną turbinę), zniekształceniem innych elementów mających kontakt z gorącymi spalinami szczególnie przylgni zaworu upustowego, mechanizmu zmiennej geometrii łopatek kierownicy, gromadzeniem się nagaru (powstałego w wyniku koksowania oleju) w wewnętrznych przekrojach turbiny w rowkach pierścieni, oraz na samych pierścieniach uszczelniających na wałku wirnika turbiny i korpusie, w kanałach doprowadzających olej do łożysk jak i w samych łożyskach. 1.5 Uszkodzenia spowodowane przez ciało obce Objawy związane z uszkodzeniem turbosprężarki przez ciało obce: zniekształcenie geometrii łopatek koła wirnikowego turbiny i sprężarki od niewielkich ubytków materiału na zewnętrznych powierzchniach łopatek po całkowite zniszczenie wirnika, pęknięcie korpusu, ubytek materiału w kanałach korpusu (turbiny i sprężarki), zniekształcenie, zniszczenie innych elementów łopatek zmiennej geometrii stojana turbiny, przylgni zaworu upustowego. 1917

W wyniku przedostania się ciała obcego w obręb pracy wirników turbosprężarki powstają rozległe uszkodzenia, w najlepszym przypadku doprowadzając do spadku sprawności sprężania lub rozprężania. Spadek sprawności objawia się dyssypacją energii w postaci szmerów i gwizdów. Nawet najmniejsze uszkodzenie wywołuje niewyrównoważenie sił i w związku z tym szybko postępujące zniszczenie zespołu. Często zdarzają się uszkodzenia tak rozległe, że wykluczają jakąkolwiek naprawę. 1.6 Uszkodzenia spowodowane przez zmęczenie termiczne Korpusy turbin produkowane są najczęściej z żeliwa. Jest to materiał najbardziej odporny na warunki panujące w atmosferze za komorą spalania, przy relatywnie niskich kosztach produkcji. Ze względu na szybkozmienność temperatur, ciśnień oraz agresywne środowisko gazów wylotowych, a także ryzyko wystąpienia szoku termicznego związanego z możliwością kontaktu korpusu z wodą, elementy te szczególnie narażone są na korozje i zmęczenia termiczne. Żeliwo charakteryzuje się dużą odpornością na korozję wodną. Jest również odporne na korozję chemiczną i elektrochemiczną. Znacznie lepiej niż stale węglowe znosi pracę w środowiskach korozyjnych wysoko-temperaturowych oraz w atmosferach zawierających związki siarki, fosforu, węgla. Przy długotrwałym przebywaniu żeliwa w środowisku spalin o wysokiej temperaturze, jedynie cienka warstwa zewnętrzna ulega przemianom z powodu wypalania płatków grafitu lub przejścia w strukturę cementytową (pow. 570 ºC). Długotrwałe przebywanie żeliwa szarego w strefie nawęglania (C + wysoka temp.) nie wpływa ujemnie na ogólne właściwości żeliwa. Odlewy żeliwne ze względu na swoją strukturę są pozbawione dużych naprężeń wewnątrzmateriałowych oraz dobrze tłumią drgania. W zakresie temperatur pracy do 400 ºC żeliwo szare jest całkowicie odporne na zmiany rozszerzalności cieplnej (naprężenia wewnątrz-materiałowe wywołane podwyższoną temperaturą są bliskie zera) [1]. Korpusy turbosprężarek pracują jednak w temperaturach dużo wyższych niż 400 ºC. W wysilonych silnikach o zapłonie iskrowym temperatura spalin może dochodzić do 1200 ºC (rysunek 1.2 i 1.3) i dla poprawienia sprawności, turbosprężarki instaluje się maksymalnie blisko komory spalania. Przy tak dużym gradiencie temperatur nie trudno o cykliczne zmiany naprężeń termicznych. Rys. 1.2. Widok stanowiska do badań turbosprężarek, wykorzystującego silnik spalinowy na hamowni silnikowej. Fotografia wykonana kamerą termowizyjną. Rys. 1.3. Widok żeliwnego korpusu turbiny rozgrzanego do 800 ºC Prawo Wohlera mówi, że materiał może ulec uszkodzeniu wskutek cyklicznych zmian naprężeń termicznych, przy czym każde z nich jest mniejsze od wytrzymałości statycznej. Na spójność materiału największy wpływ ma amplituda naprężeń badanego materiału. Im wyższa wartość naprężeń tym mniejsza ich amplituda prowadzi do zniszczenia zmęczeniowego [3]. Tego typu zjawisko zachodzi prawdopodobnie w korpusach turbin turbosprężarek, które poddano badaniom. Autorzy artykułu nie wnikali w istotę pęknięć na tle zmęczenia termicznego. Wskazali 1918

jedynie genezę problemu i rozległy zakres zagadnień związany z uszkodzeniami jakie występują w żeliwnych elementach turbosprężarki danego typu przeznaczonych do pracy z silnikami o zapłonie iskrowym. W artykule skupiono się na wpływie pęknięć oraz następstwach z nimi związanych w odniesieniu do parametrów pracy turbosprężarki. Poniżej zaprezentowano kilka uszkodzonych korpusów danego typoszeregu turbosprężarek (rysunek 1.4, 1.5). Rys. 1.4. Widok uszkodzonego korpusu turbosprężarki Rys. 1.5. Widok uszkodzonego kołnierza korpusu turbosprężarki Badania wykonano na turbosprężarce wybranej spośród dziesięciu sztuk cechujących się takim samym uszkodzeniem. Charakter i rozległość uszkodzeń przedstawiono na rysunku 1.6, 1.7. Rys. 1.6. Widok uszkodzonej przylgni zaworu upustowego oraz kanału wylotowego Rys. 1.7. Widok przełomu zmęczeniowego na żeberku korpusu turbiny 2 OBIEKT BADAWCZY Badaniom poddana została turbosprężarka firmy KKK typ K03-011A montowana fabrycznie w samochodach marki VW Golf o oznaczeniu handlowym 1.8 GTI. Jest to typowa turbosprężarka wyposażona w jedno łożysko poprzeczne i jedno wzdłużne. Regulacja wydatku powietrza odbywa się za pomocą zaworu upustowego (waste gate). Ciśnienie kalibracyjne zaworu wynosi 0,43 bara i jest równe 4 mm wysunięcia popychacza siłownika. Korpus środkowy chłodzony jest cieczą pochodzącą z układu chłodzenia silnika. Średnica wirnika turbiny wynosi 45 mm, liczba łopatek 11 szt. Wirnik sprężarki (typu superback) ma średnicę 50 mm i zbudowany jest z 12 łopatek. 1919

Turbosprężarkę wyposażono w czujniki temperatury i przetworniki ciśnień oraz czujnik laserowy do pomiaru prędkości obrotowej wału. Ponadto zastosowano dwustanowy pomiar położenia zaworu upustowego bazujący na zasadzie prostego wyłącznika krańcowego (rysunek 2). Charakterystykę i opis czujników zamieszczono w następnym punkcie. Rys. 2. Sposób montażu wyłącznika krańcowego do określania stanu otwarcia zaworu upustowego badanej turbosprężarki 3 METODYKA, APARATURA I PRZEBIEG BADAŃ Zastosowaną metodą badawczą były pomiary wielkości mechanicznych wykonywane na turbosprężarce zamontowanej w pojeździe poruszającym się w ruchu mieszanym. Wykorzystano w nich dynamiczny zapis cyfrowy mierzonych parametrów zrealizowany za pomocą karty analogowocyfrowej iotech firmy Daq (rysunek 3.1). Do rejestracji parametrów pracy silnika wykorzystano urządzenie VAG-COM komunikujące się z portem OBD w pojeździe (rysunek 3.2). W obu przypadkach pomiar i zapis odbywał się w trybie on-line. Rys. 3.1. Widok karty anologowo-cyfrowej iotech firmy Daq Rys. 3.2. Zrzut ekranowy systemu VAG-COM Prędkość obrotowa wału turbosprężarki mierzona była dzięki zastosowaniu optycznego czujnika TurboSpeed sensor firmy AVL (rysunek 3.3 i 3.4). Ze względu na sposób działania czujnika konieczna była modyfikacja układu dolotowego. Do tego celu wykorzystano dodatkowy króciec, w którym zamontowano czujnik. Zakres pomiaru wynosi od 6 do 250 tys. obr/min. 1920

Rys. 3.3. Sposób montażu czujnika do pomiaru prędkości obrotowej wału turbosprężarki Rys. 3.4. Widok optycznego sensora oświetlającego nakrętkę wirnika sprężarki Temperatury w kanałach dolotowych i wylotowych sprężarki jak i turbiny mierzono za pomocą czterech termopar typu K. Ciśnienia w kanałach dolotowych i wylotowych turbiny jak i sprężarki mierzono za pomocą czujnika. Wszystkie pomiary rejestrowano z częstotliwością 1 Hz. Pomiary prowadzono przy temperaturze cieczy chłodzącej wynoszącej 85 ºC. Temperatura otoczenia wynosiła 10 ºC, a ciśnienie było równe 997 hpa. Badania przeprowadzone zostały w II etapach i miały charakter porównawczy. W pierwszym, turbosprężarka nosiła ślady uszkodzeń przedstawionych w punkcie 1.6. Drugi etap przeprowadzony został na zregenerowanej (w kompleksowo zajmującym się tego typu naprawami zakładzie) turbosprężarce pokazanej na rysunku 3.5. Rys. 3.5. Widok korpusu turbiny wraz z zaworem upustowym turbosprężarki po regeneracji. Rejestrację wyników badań wykonano podczas przejazdów na wybranej trasie. Dla każdego etapu starano się odtworzyć te same parametry pracy silnika. 4 WYNIKI BADAŃ Na podstawie wykonanych badań wyznaczono charakterystyczne punkty pracy, a następnie porównano wartości parametrów turbosprężarki uszkodzonej i zregenerowanej. Starano się 1921

odwzorować obie próby w ten sam sposób, a testy wykonano w liczbie trzech powtórzeń. Wyniki badań przedstawiono z uśrednionych wartości wszystkich prób. Na rysunku 4.1 porównano godzinowe zużycie paliwa dla silnika z zamontowaną turbosprężarką uszkodzoną oraz zregenerowaną. Kolorem czerwonym zaznaczono punkty, w których dokonano pomiaru zużycia paliwa w funkcji prędkości obrotowej wału korbowego silnika z zamontowaną uszkodzoną turbosprężarką przy maksymalnym otwarciu przepustnicy. Kolorem zielonym zaznaczono punkty pomiaru zużycia paliwa turbosprężarki, w której dokonano wymiany korpusu turbiny, wymieniono łożyska poprzeczne oraz wzdłużne, a następnie poddano procesowi wyważania wałka. Na szeregi punktów pomiarowych nałożono linie trendu. Pomiary odbywały się w jednosekundowym interwale czasowym. Zapis rozpoczęto przy stałej prędkości pojazdu wynoszącym 40 km/h, a następnie przez maksymalne wciśnięcie pedału przyspieszenia zwiększano prędkość do 80 km/h. Omawiany przypadek dotyczy przełożenia III biegu pięciobiegowej skrzyni. Rejestrację wyników prowadzono do chwili otwarcia zaworu upustowego. Dla każdej charakterystyki czas wtrysku w pierwszej fazie przyspieszania narastał stopniowo, jednak częstotliwość zapisu punktów pomiarowych była zbyt mała, aby można było analizować prędkość wchodzenia na charakterystykę zewnętrzną. Po ustaleniu warunków wtrysku czas otwarcia wtryskiwaczy był w obu przypadkach stały i utrzymywał się na poziomie 16,32 ms. Rys. 4.1. Zależność godzinowego zużycia paliwa w funkcji prędkości obrotowej wału korbowego silnika dla turbosprężarki uszkodzonej i zregenerowanej Z przedstawionych zależności wynika, iż wartości zużycia paliwa różnią się w całym zakresie pomiarowym i wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wału korbowego silnika różnice nieznacznie zwiększają się. Odmienne wartości wynikają z poprawy sprawności ogólnej obiegu. W turbosprężarce po regeneracji poprawie uległa przede wszystkim szczelność korpusu turbiny, (mniejsza dyssypacja energii) zatem na łopatki turbiny docierał większy strumień gorących spalin. Wirnik turbiny szybciej rozpędzał wirnik sprężarki, przez co więcej powietrza pod zwiększonym ciśnieniem trafiało do komory spalania. Ponadto, jak wcześniej wspomniano, zregenerowana turbosprężarka posiadała nowe łożyska co dodatkowo poprzez ograniczenie tolerancji promieniowego przemieszczania się wałka 1922

poprawiło uzyskanie szczelności na połączeniu wirniki-obudowa. Dowodem na poprawę szczelności zregenerowanej turbosprężarki jest wykres ciśnienia doładowania w funkcji prędkości obrotowej wału turbosprężarki (rysunek 4.2). Rys. 4.2. Zależność ciśnienia doładowania w funkcji prędkości obrotowej wału turbosprężarki uszkodzonej i zregenerowanej Z zależności tej wynika również, iż szybkość narastania ciśnienia w funkcji prędkości obrotowej wirnika wału turbosprężarki różni się nieco między turbosprężarką sprawną, a uszkodzoną. Można tutaj mówić zarówno o wpływie nieszczelności między wirnikiem sprężarki i obudową, a także o tolerancji pasowania łożysk ślizgowych. Wał uszkodzonej turbosprężarki w wielu próbach osiągał bowiem wyższe prędkości obrotowe, niż wał urządzenia zregenerowanego. Ciekawym zjawiskiem jest jednak fakt, iż w pewnym zakresie, różnice obu przebiegów mają zbliżone wartości, co jest nieco sprzeczne z teorią nieszczelności w funkcji przyrostu ciśnienia. Im większy gradient ciśnienia, przy tej samej szczelności, tym krzywa wartości prędkości obrotowej wałka turbosprężarki powinna mieć bardziej charakter logarytmiczny. W tym przypadku podejrzewa się, iż odmienny niż można by się spodziewać, charakter przebiegu krzywej jest skompensowany mniejszymi oporami zużytych łożysk z większym luzem, co w rezultacie daje wymierną korzyść. WNIOSKI I PODSUMOWANIE Problem związany z awaryjnością i uszkodzeniami turbosprężarek jest powszechnie znany, zatem uzasadnione i konieczne jest prowadzenie badań naukowych nad procesami niszczącymi, skutkami uszkodzeń oraz metodami poprawiania trwałości urządzeń. Przeprowadzone badania są częścią prac badawczych nad procesami niszczącymi turbosprężarki i służyły do pozyskania informacji dotyczących wpływu uszkodzeń turbosprężarki na parametry pracy silnika oraz emisję szkodliwych związków spalin. W artykule opisano jedynie wybrany fragment wyników. 1923

Na podstawie przeprowadzonych badań drogowych i analiz statystycznych w zakładzie zajmującym się regeneracja turbosprężarek wynika, iż pojazdy wyposażone w turbodoładowane silniki spalinowe eksploatowane są do chwili całkowitej destrukcji turbosprężarki. Naprawa następuje dopiero po unieruchomieniu silnika. Z ekonomicznego punktu widzenia, nie prowadzi się okresowej wymiany tych elementów, a producenci nie przewidują naprawy turbosprężarki i nie produkują części zamiennych, a turbosprężarka występuje jako cały podzespół. Z założenia niewielkie choć zauważalne uszkodzenia turbosprężarki mają wpływ na poprawne jej funkcjonowanie, co widać na wykresie w postaci różnic w zużyciu paliwa, które wynosiły od 8 do 15 % w fazie rozpędzania wału turbosprężarki do prędkości pracy. Wirniki turbosprężarki są stosunkowo niewielkich gabarytów o małej bezwładności, zatem czas potrzebny do rozpędzenia jest niewielki, dlatego pozornie znaczące różnice w zużyciu paliwa są niezauważalne przez użytkownika. Ponadto utraty mocy związane z obniżeniem sprawności są niewielkie, a jej spadek postępuje powoli. Pogorszone parametry pracy turbosprężarki wywołane uszkodzeniem mogą prowadzić do przedwczesnej destrukcji całego urządzenia. Z analiz wynika, że nie tylko uszkodzenia turbosprężarki mogą brać udział w nieszczelnościach układu doładowania, ale również uszkodzenie odpowietrzenia skrzyni korbowej może powodować uszkodzenie turbosprężarki. Streszczenie W artykule omówiono zagadnienia wpływu uszkodzenia żeliwnego korpusu turbiny na parametry związane z pracą turbosprężarki. Zbadano wpływ nieszczelności pękniętego elementu na ciśnienie powietrza doładowującego, prędkość obrotową wału turbosprężarki oraz zużycie paliwa w wybranych zakresach pracy. Podczas prób rejestrowano zarówno ciśnienia, temperatury czynników jak i parametry pracy silnika oraz pojazdu (takie jak prędkość obrotową wału korbowego silnika, zużycie paliwa itd.). Następnie powtórzono badania dla turbosprężarki zregenerowanej. Testy przeprowadzono w rzeczywistych warunkach drogowych w pojeździe marki VW Golf GTI serii czwartej. Wybór pojazdu oraz typu turbosprężarki (firmy KKK typ K03-011A) był podyktowany analizą przeprowadzoną przy współpracy z zakładem zajmującym się regeneracją układów doładowania. Podczas praktyk warsztatowych zaobserwowano szereg uszkodzeń tego samego typu związanych ze zwiększonym naprężeniem termicznym prowadzącym do uszkodzenia korpusu. Istotny jest fakt, iż turbosprężarki trafiły do regeneracji z powodu innej awarii, zatem do czasu naprawy były eksploatowane z wymienionym wyżej uszkodzeniem. Wybrane wyniki badań oraz analizę przedstawiono w niniejszym artykule. Impact of damage turbine housing on selected parameters of the turbocharger in spark ignition engine Abstract The article discusses the problem related to the effect of cast iron turbine body damage on operation parameters of the turbocharger. Influence of cracked element s leakage on charged air pressure, as well as, turbocharger shaft speed and fuel consumption have been investigated during research. Moreover, air pressure and temperature, parameters of the engine and vehicle (speed of the engine crankshaft, fuel consumption and many more) have been recorded. Next, tests for regenerated turbocharger have been repeated. Investigations were conducted in real drive operating conditions with the use of VW Golf GTI Mk4. The choice of vehicle and type of turbocharger (KKK type K03-011A) was the result of analysis conducted in cooperation with the company which is involved in the regeneration of turbocharger systems. It was possible to observed during the workshop practices a number of defects of the same type related to increased thermal stress which as a result can lead to the body damage. Important is, that the turbocharger was in fact regenerated due to another failure so till overhaul it has been operated with the above-mentioned damage. Selected results of research and analysis was presented in this article. BIBLIOGRAFIA 1. Fydrych D., Technologie Materiałowe II, Warszawa 2004 2. Filipczyk J.,Causes Of Automotive Turbocharger Faults, Problemy Transportu 2013 3. Wróbel J., Odporność na zmęczenie cieplne żeliwa, Rozprawa doktorska, Kraków 2013 4. Mahle, Turbosprężarki: Uszkodzenia, przyczyny i zapobieganie, informacje techniczne, 2012 1924