Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.24
no.6
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pp.642-648
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2016
This paper deals with an analytical and experimental investigation to predict the axial thrust load that results from turbocharger operating conditions. The Axial forces acting on the turbocharger thrust bearing are caused by the unbalance between turbine wheel gas forces and compressor wheel air forces. It has a great influence on the friction losses, which reduces the efficiency and performance of high-speed turbocharger. This paper presents the calculation procedure for the axial thrust forces under operating conditions in a turbocharger. The first step is to determine the relationship between thrust forces and strains by experimental and numerical methods. The analysis results were verified by measuring the strains on a thrust bearing with the specially designed test device. And then, the operating strains and temperatures were measured to inversely calculate the thrust strains which were compensated the thermal effects. Therefore it's possible to calculate the magnitudes of the thrust forces under operating turbocharger by comparing the regenerated strains with the rig test results. It will possible to optimize the design of a thrust bearing for reducing the mechanical friction losses using the results.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.3
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pp.29-37
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2011
The modal characteristics of a compressor wheel of an automotive turbocharger have been investigated using an experimental method based on an acoustic frequency response function, p/f(${\omega}$), where p is sound pressure radiated from a structure, and f is impact force. First, a well-defined annular disc with narrow radial slots was examined to check whether the vibro-acoustic test could precisely determine natural quencies and vibration modes of structures showing that the vibro-acoustic test proposed in this paper was comparable to the conventional modal test with an accelerometer and the numerical analysis. The conventional method has been found to be inappropriate for compressor wheel because of additional mass due to the accelerometer and additional damping from the accelerometer cable alter the dynamic responses of the wheel blades. odal characteristics of the wheel have been defined using vibro-acoustic test and verified with the results from another conventional method using a laser vibrometer. Natural quencies and mode shapes of a turbocharger wheel, which can't be precisely obtained with onventional method, could be defined accurately without the additional effects from sensor and cable. Proposed method can be applied to small structures where conventional sensors and cables could generate troubles.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.24
no.1
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pp.33-38
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2016
The turbocharger is an essential component to realize the engine down-sizing. The moment of inertia of turbocharger rotor is an important parameter with respect to acceleration performance of the vehicle. It can be calculated from the CAD software based the geometry data and the material properties. But the accurate value of the inertia of turbocharger rotor must be measured through the experimental method. In this study, the measurement of moment of inertia of turbocharger rotor for 2.0 L spark-ignition engine was carried out. First, an experimental equipment using a trifilar method was designed and fabricated. Some optical devices, that is, photo sensor, counter, convex lens, etc, were used to increase the accuracy of the measurement. Second, error sensitivity for the equipment was analyzed. The error of period time and the radius can give big affects to the accuracy of the moment of inertia. When the amount of error of these two were each 1.0 %, maximum error of the moment of inertia was under 3.0 %. Third, the calibration for the equipment was performed using a calibration rotor which has similar shape to turbine rotor but simple. Calculated value from CAD software and measured one for the calibration rotor were compared. The total error of the equipment and the measurement is about 1.3 %. This result shows that the equipment can give the good result with resonable accuracy. Finally the moment of inertia of the turbine rotor and compressor wheel were measured. The coefficient of variations, the ratio of standard deviation to mean value, were reasonably small at 0.57 % and 0.73 % respectively. Therefore this equipment is suitable for the measurement of the moment of inertia of the turbine rotor and compressor wheel.
In order to compliant the stringent exhaust emission regulations, higher fuel efficiency and cleaner exhaust gas in combustion engines have been required. To improve combustion efficiency, an exhaust gas temperature is increasing, therefore higher temperature resistance is required for components in exhaust system, especially turbine wheel in turbocharger. IN100 looks quite attractive candidate as it has high temperature properties with low density, however it has low castability due to poor ductility at high temperature. In this study, the balance of Al and Ti composition was optimized from the base alloy IN100 to improve the high temperature ductility by expanding the γ single phase region below the solidification temperature, while obtaining the high temperature strength by maintaining the volume fraction of γ' phase equivalent to IN100 around 1000℃. Furthermore, the high temperature creep rupture life increased by adding a small amount of Ta. The alloy developed in this study has high castability, low density and high specific strength at high temperature.
Based on its good compatibility with high-temperature environments, the Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy is used for high-temperature materials of industrial equipment. In this study, a Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy turbocharger turbine wheel was fabricated by a vacuum centrifugal casting method. The conditions that prevent misrun defects of the turbocharger turbine wheel blade from centrifugal casting using alumina molds were investigated. The microstructure of the alloy prepared by vacuum centrifugal casting was studied by means of optical microscopy (OM), with a micro-Vickers hardness analyzer (HV), by X-ray diffraction (XRD) and by SEM-EDS. The HV and SEM-EDS examinations of the as-cast Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy showed that the thickness of the oxide layer (α-case) was typically less than 50 ㎛. At a high preheating temperature of 1,100℃, a moderate RPM of 260, and with an alumina mold with a large gate size, there were almost no misrun defects. Therefore, it was confirmed that a Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy turbocharger turbine wheel with fewer misrun defects could be achieved through a high preheating temperature, a moderate RPM, a large gate size and an alumina mold to suppress the formation of alpha-case components.
The purpose of this paper is to study for turbocharger system in a vehicle of diesel engine. The first example, it certified the fact that a car engine is not to accelerate by clogged the exhaust tube as the turbine was damaged because of turbine wheel broken. The a vehicle with turbocharger must to stop engine operation after maintaining the appropriate idle revolution as it can be the sticking phenomenon if the operator immediately stop the engine being high revolution. The second example, it knew the phenomenon of acceleration faulty that the rod of VGT actuator that operating the turbocharger adhered with the bracket of VGT. The third example, it confirmed the power insufficiency phenomenon when driving by of alternator resistor and fan intercooler fan relay connector mistaken assembly. Therefore, the operator have to scrutinize manage no the failure of turbocharger system.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.3
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pp.711-717
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2017
Measurements of the moment of inertia of a small turbocharger rotor were studied. A measuring device was manufactured using the trifilar method and the moment of inertia of the calibration rotor was measured to verify the device. The coefficient of variation was 0.43% and the error was 0.75%. The results showed that the device is suitable for measuring the moment of inertia of a turbocharger rotor. Next, the moment of inertia for two turbine rotors and compressor wheels was measured. Those for the turbine rotors showed precise and accurate results in that the coefficients were under 1.0% and the errors were under 3.0%. On the other hand, those for the compressor wheel were precise but inaccurate in that the coefficients were under 1.0% and the errors were over 24.4%. Therefore an indirect method for the compressor wheel was suggested. The results showed that the coefficients were under 1.2% and the errors were under 7.88%.
Due to the superior corrosion resistance and mechanical properties of TiAl alloy at high temperature, it has been utilized as a turbine wheel of a turbocharger. The dissimilar metallic bonding is usually applied to combine the TiAl turbine wheel with the SCM440 structural steel which is used as a driving shaft. In this study, the TiAl and SCM440 joint were fabricated by using a friction welding technique. During bonding process, to suppress the martensitic transformation and the formation of cracks, which might reduce a strength of the joints, Cu was used as an insert metal to relieve stress. As a result, the intermetallic compounds (IMCs) layer was observed at TiAl/Cu interface while no IMC formation was formed at SCM440/Cu interface. Since understanding of the IMCs effects on the mechanical performance of welded joint is also essential for ensuring the reliability and integrity of the turbocharger system, we estimated the nanohardness of welded joint region through nanoindentation. The relation between the microstructural feature and its mechanical property is discussed in detail.
Park, Ho-Il;Eom, Sang-Bong;Seo, Ju-Bong;Lee, Seung-Hyun
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.04a
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pp.851-856
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2012
Automotive turbochargers have become common in gasoline engines as well as diesel engines. They are excellent devices to effectively increase fuel efficiency and power of the engines, but they unfortunately cause several noise problems. The noises are classified into mechanical noises induced from movement of a rotating shaft and aerodynamic noises by air flow in turbochargers. The mechanical noises are whine and howling noises, and the aerodynamic noises are BPF (blade-passing frequency), pulsation, surge, some special frequency noises. These noises are bothering passengers because their levels are higher or their frequencies are clearly separated from engine or vehicle noises. The noise investigated in this paper is a BPF noise induced by compressor wheels, whose frequency is the multiplication of the number of compressor wheel blades and its rotational speed. The noise is strongly dependent upon the geometry of wheels and the number of blades. This study tried to apply a groove close to the inlet side of compressor wheels in order to reduce the BPF noise. The groove has successfully reduced the noise of narrow band frequency of a turbocharger. It shows that the groove could reduce the wide band frequency noise, the compressor BPF noise with a best shape of the groove.
This paper deals with the development of analytical model of a turbocharger and its detail rotordynamic analysis. Two analytical models, which are verified by experimental modal testing, are proposed and the analytical model including rotor shaft extended to compressor and turbine wheel end side is chosen. A rotordynamic analysis includes the critical map, Campbell diagram, stability, and unbalance response, especially nonlinear transient response considering nonlinear fluid film force at bearings. Although the linearized analysis accurately predicts the critical speeds, stability limit, and stability threshold speed, the predicted vibration results are not valid for speeds above the stability threshold speed since the rotor vibrates with a subsynchronous component much larger than the one synchronous with rotor speed. Hence, for operating speed above the stability threshold, a nonlinear transient analysis considering nonlinear fluid film force must be performed in order to accurately predict vibration responses of rotor and guarantee results of analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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