Abstract
Turbocharging is becoming a key technology for both diesel and gasoline engines. Regarding gasoline engines, turbocharging can help reduce carbon dioxide (CO2) emissions when used in conjunction with other technologies. This paper presents measurements of the turbine efficiency of pulsating flow in a twin-scroll turbocharger for gasoline engines. A cold gas test bench with a pulse generator was manufactured. The turbine efficiencies were calculated using the measured data of the instantaneous pressure and temperature of the inlet and exit of the turbine. The measurements were carried out at turbine speeds from 60,000 to 100,000 rpm under a pulsating flow of 25.0 Hz and 33.0 Hz. The turbine efficiencies ranged from 0.517 to 0.544. At the pulse frequency, 33.3 Hz, the variations in efficiency were 7.7% and 2.6% at turbine speeds of 60,000 rpm and 100,000 rpm, respectively. The turbine efficiency of the pulsating flow compared to those of steady flow was 7.0% and 3.0% lower at a turbine speed of 60,000 rpm and 100,000 rpm, respectively. The pulsating flow deteriorated the turbine efficiency, but the effects of pulsating flow decreased with increasing turbine speed.
터터보 과급은 디젤엔진과 가솔린엔진 모두에서 핵심기술이다. 특히 가솔린엔진에서 엔진 다운사이징 등 다른 제어 기술과 결합하여 이산화탄소(CO2) 배출을 감소시키는 데 효과적이다. 본 연구에서는 승용차용 가솔린엔진에 장착되는 트윈 스크롤 터빈 터보과급기에서 맥동유동의 터빈 효율을 측정하였다. 맥동 생성장치가 있는 저온 테스트 벤치를 제작하여 맥동 유동이 있는 비정상상태의 압력과 온도를 측정하고 터빈 효율을 산출하였다. 테스트 벤치는 공기 압축기, 트윈 스크롤 터빈, 온도 및 압력 측정 장치 등으로 구성되었다. 실제 승용차용 엔진에서 주로 사용되는 중저속 엔진 작동 영역에 해당하는 맥동 주파수 25.0 Hz와 33.3 Hz를 공급하면서 터보과급기 회전속도를 60,000 rpm에서 100,000 rpm까지 변화시키며 측정을 수행하였다. 이때 압축비를 1.088에서 1.600 사이의 값으로 조정하였다. 이 측정 조건에서 터빈 효율은 0.517~0.544 값을 보였다. 맥동 주파수 33.3 Hz의 경우, 터빈 회전수 60,000 rpm에서 터빈 효율의 변동은 7.7%이나 터빈 회전수 100,000 rpm에서 변동은 2.6%로 터빈 회전수가 증가함에 따라 맥동의 영향은 감소하였다. 맥동 유동에서의 터빈 효율은 정상 유동 터빈 효율에 비해 터빈 회전수 60,000 rpm 인 경우 7.0%, 회전수 100,000 rpm 인 경우 3.0% 낮은 값을 보이고 있어 맥동 유동이 터빈 효율을 악화시키는 결과를 보였으며 이러한 영향은 터빈 회전수가 증가함에 따라 감소하였다.
