1. IntroductionDownsizing automotiv

1. Introduction
Downsizing automotive engines is currently considered as one of the most promising ways to improve fuel economy with an acceptable cost-to-benefit ratio. The challenge is to reduce the engine displacement while keeping the same performance in terms of torque and power as the initial larger engine and to simultaneously ensure an improvement in engine efficiency. This cannot be done without increasing the density of the air introduced into the engine. Turbocharging is the boosting technology generally used in today’s market and is the subject of extensive research, which seeks to overcome its drawbacks, such as low-end torque, turbo-lag [1] and [2] and compressor surge [3] and [4].

When it comes to matching a turbocharger to a given engine, one problem is the operation of these two machines which have highly different characteristics. The turbocharger is a continuous flow machine whereas the reciprocating engine is a discontinuous flow machine, which generally operates over a wide range of speed and torque [5] and [6].

Consequently, improving the operation of highly downsized, turbocharged engines requires knowledge of the turbine and compressor maps over the entire operating area. At low part loads corresponding to urban traffic according to the NEDC (New European Driving Cycle) test, the turbocharger speed is less than 100,000 rpm [9] and [16]. Unfortunately in this area, the compressor map is not provided by the turbocharger manufacturer. If the maximum turbocharger speed is 150,000 rpm, characteristic curves are not given for speeds less than 70,000 rpm, or 90,000 rpm if the maximum speed is 240,000 rpm. The reason is that these maps are based on the assumption of adiabatic behavior of the compressor, an assumption that is no longer valid at low turbocharger speeds [7].

The isentropic efficiency of the compressor is deduced from measurements of compressor inlet and outlet parameters such as pressure and temperature. At low speeds, the inlet–outlet variation in temperature is small, so the inherent measurement errors become important and adversely influence the accuracy of the calculation of compressor power and isentropic efficiency. Moreover, in this case, thermal transfer cannot be neglected and standard calculations can no longer be used, [7] and [8], especially on hot gas stands which are widely used by turbocharger manufacturers.

Concerning turbine performances, on a hot gas stand, the turbine obviously cannot be considered adiabatic and a common practice is to give the efficiency as the product of mechanical efficiency and isentropic efficiency of the compressor, which implies doing the usual measurements on the compressor during turbine tests.

Worldwide, there are no standard guidelines for the correct measurement and calculation of turbocharger maps at low speeds.

To achieve a better understanding of turbocharger performances, tests can be done on a cold test rig. This enables the isentropic efficiency of the turbine to be determined. In the present study, this is the approach adopted. Similar experiments have been conducted at low speed [8], using a water-cooled turbo to minimize heat exchange.

Another way to improve our knowledge of turbocharger efficiency is to assess mechanical power losses. In our case, this has been accomplished thanks to a torquemeter: if power losses are known, we are able to calculate the power given to the air flow in spite of heat exchange. Work is also in progress on bearing losses, using a combined experimental and numerical approach [9].

Experiments on measurements of bearing losses have been done by Honeywell Turbocharger Technologies [10]. The turbine was carefully insulated (adiabatic conditions) and experiments were performed at 100 °C. The compressor blades were removed, so compressor power could be neglected. The laboratory at Stuttgart University [11] has designed a specific test bench for the direct study of bearing losses. Turbocharger wheels were removed and axial forces were generated by an electromagnetic device. Torque was measured with a high degree of precision for a rotary strain gauge torque sensor. Results are expressed in terms of percentage of power and torque; while this does not provide access to the real value, the results of power or torque evolution are in agreement with our experiments.

An interesting method based on turbocharger inertia and measurements of speed deceleration has been proposed by the University of Hanover [12]. Unfortunately, it seems that the friction power determined by this method is overestimated.

The calculations presented in the above-mentioned papers highlight the difficulties of approximating bearing losses on the basis of empirical calculations.

In collaboration with a French automotive manufacturer, a special method was therefore designed and applied within the laboratory LGP2ES at Cnam Paris in order to obtain the compressor low speed map. A special torquemeter was fitted on a standard turbocharger test bench, affording measurements from 30,000 rpm to 120,000 rpm [7] and [14].

2. Turbocharger test rig setup
Turbocharger maps are usually acquired on hot test benches [13], or cold test benches [7] and [8]. In the former case, the heat flux between the hot turbine and the cold compressor causes overestimation of the calculated compressor power and underestimation of isentropic efficiency. This error, due to the assumption of adiabatic behavior of the compressor, becomes even greater at low turbocharger speeds, as stated before [7], [8] and [13].

As there is no standard that provides detailed descriptions of the correct measurement and calculation method to obtain turbocharger maps, experiments were conducted in the LGP2ES laboratory at Cnam Paris on a standard cold turbocharger test rig fitted with a torquemeter specially designed for such applications. Torque was measured from shaft twist, which was deduced from the phase difference between two toothed wheels located at either end of the shaft [14]. The same device gives the rotational speed and hence the power. The main characteristics of the torquemeter are as follows:

-
Maximum speed: 120,000 rpm
-
Shaft diameter: 2.46 mm
-
Maximum power: 5 kW
-
Accuracy: ±0.0016 N m
-
Grease lubricating ceramic ball bearings
The test rig layout is shown in Fig. 1 and a picture of the torquemeter and the turbocharger in Fig. 2.

Schematic of test rig.
Fig. 1.
Schematic of test rig.
Figure options
Test bench.
Fig. 2.
Test bench.
Figure options
The turbine is fed by dry compressed air under steady flow and in this application is used only for driving the compressor. The air source is a 700 m3 tank under 25 bar. The turbine flow rate is controlled by a valve and a second valve is used to modify the operating conditions of the compressor. The compressor map can thus be found by adjusting these valves. Both center housings are fed by the lubricating unit with SAE 15–30 W oil. Oil inlet temperature and pressure are adjustable, respectively from 20 to 120 °C and from 0.5 to 4 bar.

3. Determination of compressor performance
As mentioned above, usually the compressor is presumed to have an adiabatic behavior, which means its isentropic efficiency is calculated as follows:

equation(1)
View the MathML source
Turn MathJax on

where Wis and Wreal are the isentropic and real compression work, ΔTis, ΔTreal are respectively the isentropic and real temperature variation between compressor inlet and outlet ( Fig. 3) and k is the specific heat ratio, Ti1, Ti2 are the compressor inlet and outlet total temperatures, and pi1and pi2 are the compressor inlet and outlet total pressures.
Entropic diagram for the compressor.
Fig. 3.
Entropic diagram for the compressor.
Figure options
Furthermore, based on measurements, the following can also be calculated:

-
compression ratio:
equation(2)
View the MathML source
Turn MathJax on

-
compressor power, i.e. the power received by the air flow rate:
equation(3)
P=qm·cp(Ti2−Ti1),
Turn MathJax on

where qm is the air mass flow rate, and cp is the air specific heat at constant pressure.
The pressure is evaluated by different strain gauge transducers adapted to the measurement scale, while the temperature is measured by platinum resistance thermometers. The mass air flow rate is determined by a sharp edge orifice.

All sensor signals are converted to 0–5 voltage and sent to a data acquisition card. For each signal, 100 data acquisitions are done at 10 Hz, and the mean values recorded.

Thanks to the special torquemeter fitted between the turbine and compressor, the turbocharger’s mechanical efficiency is found with the following relation:

equation(4)
View the MathML source
Turn MathJax on

where Pm is the mechanical power given to the compressor shaft by the turbine, which is provided by the torquemeter, and Pf is the power loss to overcome friction within the turbocharger shaft bearings.
The friction losses can thus be estimated, provided that correct values for the compressor power are available. This is the case if heat exchange is minimized. In general, particularly at low turbocharger speeds, the compressor outlet total temperature is affected by the temperature conditions of the lubricating oil, air flow inside the compressor and ambient temperature. In the situation presented in this paper (cold test bench), minimizing heat exchange simply means handling the lubricating oil temperature parameters, as explained hereafter.

This experimental study was conducted as a parametric study, in order to assess the combined effect of lubricating oil temperature and pressure on the compressor performance. It was expected that the results thus obtained would advance our knowledge of the compressor map in the low speed range. More than 60 experiments were therefore performed but only the most relevant results are presented hereafter.

4. Experimental results
4.1. Influence of lubricating oil temperature on the compressor performan

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

1. บทนำปัจจุบันถือว่า downsizing เครื่องยนต์ยานยนต์เป็นหนึ่งในวิธีที่ว่าประหยัดเชื้อเพลิง ด้วยอัตราส่วนต้นทุนเพื่อประโยชน์ของการยอมรับการปรับปรุง ความท้าทายคือ การลดปริมาณกระบอกสูบเครื่องยนต์ในขณะที่รักษาประสิทธิภาพเดียวกันแรงบิดและกำลังเป็นเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ที่เริ่มต้น และพร้อมให้การปรับปรุงในประสิทธิภาพเครื่องยนต์ นี้ไม่สามารถทำได้โดยไม่ต้องเพิ่มความหนาแน่นของอากาศที่นำเข้าสู่เครื่องยนต์ Turbocharging เป็นเทคโนโลยีกระจายโดยทั่วไปใช้ในตลาดปัจจุบัน และเป็นเรื่องของการวิจัย ที่พยายามที่จะเอาชนะข้อเสียของ แรงบิดที่มี ความล่า ช้าเทอร์โบ [1] และ [2] และอัดกระแส [3] และ [4]เมื่อมาถึงตรงเทอร์โบกับเครื่องยนต์ที่กำหนด ปัญหาหนึ่งคือ การทำงานของเครื่องจักรเหล่านี้สองซึ่งมีลักษณะแตกต่างกันมาก เทอร์โบเป็นเครื่องที่ต่อเนื่องในขณะที่เครื่องยนต์ reciprocating เป็นเครื่องไหลไม่ต่อเนื่อง ซึ่งโดยทั่วไปดำเนินการช่วงกว้างของความเร็ว และแรงบิด [5] [6]ดังนั้น ปรับปรุงการทำงานของเครื่องยนต์สูง downsized, turbocharged ต้องใช้ความรู้แผนที่กังหันและคอมเพรสเซอร์ผ่านพื้นที่ปฏิบัติงานทั้งหมด ที่โหลดต่ำส่วนที่สอดคล้องกับเมืองจราจรตามทดสอบ NEDC (ยุโรปขับวงจรใหม่) เทอร์โบความเร็วไม่น้อยกว่า 100000 รอบต่อนาที [9] และ [16] แต่นี่ แผนที่ปั๊มไม่มีผู้ผลิตเทอร์โบ ถ้า บริการ 150000 rpm ความเร็วสูงสุดเทอร์โบ ลักษณะเส้นโค้งไม่ได้สำหรับความเร็วน้อยกว่า rpm 70000, 90000 rpm ถ้า ละ 240000 ซอง rpm ความเร็วสูงสุด เหตุผลคือ ว่า แผนที่เหล่านี้อยู่บนสมมติฐานของลักษณะการอะเดียแบติกของคอมเพรสเซอร์ อัสสัมชัญที่ไม่ถูกต้องที่ความเร็วต่ำสุดที่เทอร์โบ [7]ประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์ isentropic มี deduced จากวัดปั๊มร้านและทางเข้าของพารามิเตอร์เช่นความดันและอุณหภูมิ ที่ความเร็วต่ำ การปรับเปลี่ยนทางเข้าของ – ร้านอุณหภูมิมีขนาดเล็ก ข้อผิดพลาดโดยธรรมชาติวัดเป็นสำคัญ และมีอิทธิพลต่อความถูกต้องของการคำนวณกำลังอัดและประสิทธิภาพ isentropic กระทบ ยิ่งไปกว่านั้น ในกรณีนี้ การถ่ายโอนความร้อนไม่ได้ที่ไม่มีกิจกรรม และไม่สามารถ ใช้การคำนวณมาตรฐาน, [7] [8], และก๊าซร้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งการยืนซึ่งใช้ โดยผู้ผลิตเทอร์โบเกี่ยวกับสมรรถนะกังหัน บนยืนก๊าซร้อน กังหันลมชัดไม่เป็นการอะเดียแบติก และปฏิบัติทั่วไปจะให้มีประสิทธิภาพเป็นผลิตภัณฑ์ของประสิทธิภาพเชิงกลและประสิทธิภาพ isentropic ของคอมเพรสเซอร์ ซึ่งหมายถึงการทำการวัดปกติคอมเพรสเซอร์ในระหว่างทดสอบกังหันทั่วโลก มีแนวทางไม่มาตรฐานการประเมินถูกต้องและคำนวณแผนที่เทอร์โบที่ความเร็วต่ำเพื่อให้บรรลุความเข้าใจประสิทธิภาพเทอร์โบ ทดสอบสามารถทำได้บนอุปกรณ์ทดสอบเย็น ทำให้ประสิทธิภาพของกังหันจะแจ้ง isentropic ในการศึกษาปัจจุบัน นี้เป็นวิธีที่นำมาใช้ ได้ดำเนินการทดลองที่คล้ายกันที่ความเร็วต่ำ [8], การใช้เทอร์โบ water-cooled ลดแลกเปลี่ยนความร้อนปรับปรุงเพิ่มประสิทธิภาพเทอร์โบอีกวิธีคือการ ประเมินการสูญเสียพลังงานกล ในกรณี นี้มีได้สำเร็จ ด้วยการ torquemeter: ถ้าขาดพลังงานทราบว่า เราจะสามารถคำนวณพลังงานที่ให้อากาศไหลแม้ว่าการแลกเปลี่ยนความร้อน งานยังยู่บนแบกขาดทุน ใช้รวมตัวเลข และทดลองวิธีการ [9]ได้ทดลองในขนาดของตลับลูกปืนสูญเสีย โดยเทคโนโลยีเทอร์โบ Honeywell [10] กังหันลมมีฉนวนอย่างระมัดระวัง (เงื่อนไขการอะเดียแบติก) และดำเนินการทดลองที่ 100 องศาเซลเซียส ใบพัดคอมเพรสเซอร์ออก เพื่ออัดพลังอาจจะที่ไม่มีกิจกรรม ห้องปฏิบัติการที่สตุทการ์ทมหาวิทยาลัย [11] ได้ทำการออกแบบทดสอบเฉพาะผู้พิพากษาของแบกขาดทุนการศึกษาโดยตรง ล้อเทอร์โบถูกเอาออก และสร้างขึ้น โดยมีอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าแกนบังคับ แรงบิดที่วัดกับระดับสูงของความแม่นยำสำหรับเซนเซอร์โรตารี่ต้องใช้เครื่องวัดแรงบิด ผลลัพธ์จะแสดงในรูปของเปอร์เซ็นต์ของพลังงานและแรงบิด ขณะนี้มีการเข้าถึงมูลค่าแท้จริง ผลลัพธ์ของวิวัฒนาการพลังงานหรือแรงบิดจะยังคงทดลองของเราวิธีการน่าสนใจตามแรงเฉื่อยเทอร์โบและวัดชะลอตัวเร็วได้รับการเสนอชื่อ โดยมหาวิทยาลัยของฮันโนเวอร์ [12] อับ มันดูเหมือนว่า overestimated พลังแรงเสียดทานตามวิธีนี้การคำนวณที่นำเสนอในเอกสารดังกล่าวเน้นความยากของการแบกขาดทุนตามผลการคำนวณระหว่างในความร่วมมือกับผู้ผลิตยานยนต์ฝรั่งเศส วิธีพิเศษดังนั้นการออกแบบ และแนะนำให้ใช้ภายในห้องปฏิบัติการ LGP2ES ที่ Cnam ในปารีสได้รับแผนที่ปั๊มลมความเร็วต่ำ Torquemeter พิเศษถูกติดตั้งบนตัวเทอร์โบมาตรฐานทดสอบม้า ซาวน่าวัดจาก 30000 รอบต่อนาที rpm 120000 [7] และ [14]2. ติดตั้งอุปกรณ์ทดสอบเทอร์โบแผนที่เทอร์โบโดยทั่วไปมักจะมา บนม้านั่งทดสอบร้อน [13], หรือม้านั่งทดสอบเย็น [7] [8] ในกรณีอดีต ฟลักซ์ความร้อนระหว่างกังหันลมร้อนและอัดเย็นทำ overestimation กำลังอัดคำนวณและ underestimation isentropic ประสิทธิภาพ ข้อผิดพลาดนี้ จากสมมติฐานของลักษณะการทำงานของคอมเพรสเซอร์ การอะเดียแบติกจะยิ่งใหญ่กว่าที่ความเร็วต่ำสุดที่เทอร์โบ ตามที่ระบุไว้ก่อน [7], [8] และ [13]มีมาตรฐานไม่มีคำอธิบายรายละเอียดของการวัดถูกต้องและวิธีการคำนวณเพื่อให้ได้แผนที่เทอร์โบ ได้ดำเนินการทดลองในห้องปฏิบัติการ LGP2ES Cnam ปารีสบนอุปกรณ์ทดสอบเทอร์โบเย็นมาตรฐานที่มี torquemeter ที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานดังกล่าว เป็นวัดแรงบิดจากเพลาบิด ซึ่งมี deduced จากระยะความแตกต่างระหว่างสองล้อ toothed อยู่ทั้งสิ้นเพลา [14] อุปกรณ์เดียวกันทำให้ความเร็วในการหมุน และดังนั้นอำนาจการ ลักษณะหลักของ torquemeter จะเป็นดังนี้:-ความเร็วสูงสุด: 120000 rpm-เส้นผ่าศูนย์กลางเพลา: 2.46 มม.-อำนาจสูงสุด: 5 กิโลวัตต์-ความถูกต้อง: m ±0.0016 N-จารบีหล่อลื่นลูกปืนเซรามิคแบบอุปกรณ์ทดสอบจะแสดงใน Fig. 1 และรูป torquemeter และเทอร์โบใน Fig. 2แผนผังวงจรของอุปกรณ์ทดสอบFig. 1 แผนผังวงจรของอุปกรณ์ทดสอบตัวเลือกรูปม้านั่งทดสอบFig. 2 ม้านั่งทดสอบตัวเลือกรูปกังหันที่เลี้ยง โดยลมแห้งภายใต้กระแสมั่นคง และในโปรแกรมประยุกต์นี้ถูกใช้เฉพาะสำหรับการขับคอมเพรสเซอร์ แหล่งอากาศเป็นถัง 700 m3 ใต้แถบ 25 ควบคุมอัตราการไหลของกังหัน โดยมีวาล์ว และวาล์วสองใช้ในการปรับเปลี่ยนเงื่อนไขการปฏิบัติงานของคอมเพรสเซอร์ แผนที่ปั๊มสามารถพบได้ โดยการปรับวาล์วเหล่านี้ดังนี้ รูปร่างศูนย์ทั้งจะเลี้ยง โดยหน่วยหล่อลื่นด้วยแซ่น้ำมัน W 15 – 30 น้ำมันทางเข้าของอุณหภูมิและความดันจะปรับ จาก 20 ถึง 120 ° C ตามลำดับ และ จาก 0.5 4 แถบ3. กำหนดประสิทธิภาพการทำงานของคอมเพรสเซอร์ดังกล่าวข้างต้น ปกติคอมเพรสเซอร์จะ presumed มีการทำการอะเดียแบติก ซึ่งหมายความว่า ประสิทธิภาพของ isentropic คำนวณได้ดังนี้:equation(1)ดูต้น MathMLเปิด MathJaxWis และ Wreal งานบีบอัด isentropic และจริง ΔTis, ΔTreal ได้ตามลำดับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ isentropic และจริงระหว่างทางเข้าของปั๊ม และเต้าเสียบ (Fig. 3) และ k คือ อัตราส่วนความร้อนเฉพาะ Ti1, Ti2 บีบทางเข้าของและร้านรวมอุณหภูมิ และ pi1and pi2 คอมเพรสเซอร์ทางเข้าของและร้านรวมความดันแผนภาพที่ entropic สำหรับคอมเพรสเซอร์Fig. 3 แผนภาพที่ entropic สำหรับคอมเพรสเซอร์ตัวเลือกรูปนอกจากนี้ ตามวัด ต่อไปนี้ยังสามารถคำนวณได้:-อัตราการบีบอัด:equation(2)ดูต้น MathMLเปิด MathJax-ปั๊มลมไฟฟ้า เช่นพลังงานที่ได้รับตามอัตราการไหลของอากาศ:equation(3)P=qm·cp(Ti2−Ti1)เปิด MathJaxที่ qm เป็นอัตราการไหลมวลของอากาศ และ cp ร้อนเฉพาะอากาศที่ความดันคงความดันจะถูกประเมิน โดยหัววัดต่าง ๆ ต้องใช้เกจปรับสเกลวัด ในขณะที่อุณหภูมิที่วัด โดยความต้านทานที่แพลตตินั่ม thermometers อัตราการไหลของอากาศโดยรวมจะถูกกำหนด โดย orifice คมสัญญาณเซ็นเซอร์ทั้งหมดจะถูกแปลงเป็น 0-5 แรงดันไฟฟ้า และส่งข้อมูลซื้อบัตร สำหรับแต่ละสัญญาณ ทำข้อมูล 100 ซื้อที่ 10 Hz และบันทึกค่าเฉลี่ยขอบคุณ torquemeter พิเศษที่ติดตั้งระหว่างกังหันและคอมเพรสเซอร์ ประสิทธิภาพเครื่องจักรกลของเทอร์โบอยู่กับความสัมพันธ์ต่อไปนี้:equation(4)ดูต้น MathMLเปิด MathJaxที่ Pm ให้เพลาปั๊มลม โดยใช้กังหัน ซึ่งทำได้ โดยการ torquemeter พลังงานกล และ Pf เป็นกระแสไฟฟ้าเพื่อเอาชนะแรงเสียดทานในตลับลูกปืนเพลาเทอร์โบการสูญเสียแรงเสียดทานดังความ ได้ค่าถูกต้องสำหรับการใช้พลังงานปั๊มมีการ นี่คือกรณีถ้าย่อแลกเปลี่ยนความร้อน ทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความเร็วต่ำสุดที่เทอร์โบ อุณหภูมิรวมร้านอัดจะมีผลต่อสภาพอุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่น กระแสอากาศภายในปั๊มลมและอุณหภูมิ ในสถานการณ์ที่นำเสนอในเอกสารนี้ (ม้านั่งทดสอบเย็น), ลดความร้อน แลกเปลี่ยนถึง พารามิเตอร์อุณหภูมิหล่อลื่นของน้ำมัน การจัดการตามที่อธิบายไว้โดยการศึกษานี้ได้ดำเนินการเป็นศึกษาพาราเมตริก การประเมินผลรวมทั้งน้ำมันอุณหภูมิและความดันในประสิทธิภาพการทำงานของคอมเพรสเซอร์ มันถูกคาดหวังว่า ผลที่ได้รับจึง จะเลื่อนเพิ่มแผนที่ปั๊มในช่วงความเร็วต่ำ จึงดำเนินการทดลองมากกว่า 60 แต่แสดงเฉพาะผลลัพธ์มากที่สุดโดย4. ทดลองผล4.1. อิทธิพลของการหล่อลื่นอุณหภูมิน้ำมันใน performan คอมเพรสเซอร์

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

1.
บทนำเครื่องยนต์ของรถยนต์Downsizing อยู่ในขณะนี้ถือได้ว่าเป็นหนึ่งในวิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดที่จะปรับปรุงการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีสัดส่วนค่าใช้จ่ายเพื่อประโยชน์ที่ยอมรับได้ ความท้าทายคือการลดการแทนที่เครื่องยนต์ขณะที่การรักษาประสิทธิภาพการทำงานที่เหมือนกันในแง่ของแรงบิดและพลังเป็นเครื่องยนต์ขนาดใหญ่เริ่มต้นและให้แน่ใจว่าการไปพร้อม ๆ กันในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ นี้ไม่สามารถทำได้โดยไม่ต้องเพิ่มความหนาแน่นของอากาศที่นำเข้าไปในเครื่องยนต์ turbocharging เป็นเทคโนโลยีการส่งเสริมการใช้โดยทั่วไปในตลาดวันนี้และเป็นเรื่องของการวิจัยซึ่งพยายามที่จะเอาชนะข้อเสียของมันเช่นแรงบิดต่ำสุดเทอร์โบล่าช้า [1] และ [2] และไฟกระชากคอมเพรสเซอร์ [3] และ [ 4]. เมื่อมาถึงการจับคู่กับเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จเจอร์ได้รับหนึ่งปัญหาคือการดำเนินงานของทั้งสองเครื่องที่มีลักษณะแตกต่างกันอย่างมาก เทอร์โบชาร์จเจอร์เป็นเครื่องที่ไหลอย่างต่อเนื่องในขณะที่เครื่องยนต์ลูกสูบเป็นเครื่องที่ไหลต่อเนื่องซึ่งโดยทั่วไปจะดำเนินในช่วงที่กว้างของความเร็วและแรงบิด [5] และ [6]. ดังนั้นการปรับปรุงการดำเนินงานของห่ะสูงองคาพยพต้องมีความรู้ของ กังหันและแผนที่คอมเพรสเซอร์เหนือพื้นที่ปฏิบัติการทั้งหมด ที่โหลดต่ำส่วนหนึ่งที่สอดคล้องกับการจราจรในเขตเมืองตาม NEDC (New ยุโรปขับรถรอบ) การทดสอบความเร็วเทอร์โบน้อยกว่า 100,000 รอบต่อนาที [9] และ [16] แต่น่าเสียดายที่ในบริเวณนี้แผนที่คอมเพรสเซอร์ไม่ให้โดยผู้ผลิตเทอร์โบชาร์จเจอร์ ถ้าเทอร์โบความเร็วสูงสุด 150,000 รอบต่อนาทีลักษณะโค้งไม่ได้รับความเร็วน้อยกว่า 70,000 รอบต่อนาทีหรือ 90,000 รอบต่อนาทีถ้าความเร็วสูงสุดอยู่ที่ 240,000 รอบต่อนาที เหตุผลก็คือว่าแผนที่เหล่านี้จะขึ้นอยู่กับสมมติฐานของพฤติกรรมอะเดียแบติกของคอมเพรสเซอร์สมมติฐานที่ไม่ถูกต้องที่ความเร็วเทอร์โบต่ำ [7]. ประสิทธิภาพ isentropic ของคอมเพรสเซอร์จะอนุมานได้จากการวัดของอ่าวคอมเพรสเซอร์และพารามิเตอร์ที่ร้านดังกล่าว เป็นความดันและอุณหภูมิ ที่ความเร็วต่ำ, การเปลี่ยนแปลงทางเข้า-เต้าเสียบในอุณหภูมิที่มีขนาดเล็กดังนั้นข้อผิดพลาดการวัดโดยธรรมชาติกลายเป็นสิ่งสำคัญและมีอิทธิพลต่อกระทบต่อความถูกต้องของการคำนวณของการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพคอมเพรสเซอร์และ isentropic นอกจากนี้ในกรณีนี้ถ่ายโอนความร้อนไม่สามารถละเลยและการคำนวณมาตรฐานไม่สามารถนำมาใช้ [7] และ [8] โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการยืนก๊าซร้อนที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยผู้ผลิตเทอร์โบ. เกี่ยวกับการแสดงกังหันบนขาตั้งก๊าซร้อน , กังหันเห็นได้ชัดว่าไม่สามารถได้รับการพิจารณาอะเดียแบติกและการปฏิบัติร่วมกันคือการให้มีประสิทธิภาพเป็นผลิตภัณฑ์ของประสิทธิภาพการใช้เครื่องจักรกลและประสิทธิภาพ isentropic ของคอมเพรสเซอร์ซึ่งหมายถึงการทำวัดตามปกติในคอมเพรสเซอร์ในระหว่างการทดสอบกังหัน. ทั่วโลกไม่มีแนวทางมาตรฐาน สำหรับการวัดที่ถูกต้องและการคำนวณของแผนที่เทอร์โบชาร์จเจอร์ที่ความเร็วต่ำ. เพื่อให้เกิดความเข้าใจที่ดีขึ้นของการแสดงเทอร์โบการทดสอบสามารถทำได้บนแท่นขุดเจาะทดสอบเย็น ซึ่งจะช่วยให้ประสิทธิภาพของกังหัน isentropic ที่จะได้รับการพิจารณา ในการศึกษาครั้งนี้เป็นวิธีการที่นำมาใช้ การทดลองที่คล้ายกันได้รับการดำเนินการที่ความเร็วต่ำ [8] โดยใช้เทอร์โบน้ำเย็นเพื่อลดการแลกเปลี่ยนความร้อน. วิธีที่จะปรับปรุงความรู้ของเรามีประสิทธิภาพเทอร์โบชาร์จเจอร์ก็คือการประเมินการสูญเสียพลังงานกล ในกรณีของเรานี้ได้รับความสำเร็จขอบคุณ torquemeter ถ้าการสูญเสียพลังงานเป็นที่รู้จักกันเราสามารถที่จะคำนวณพลังงานที่กำหนดให้การไหลของอากาศทั้งๆที่มีการแลกเปลี่ยนความร้อน การทำงานยังอยู่ในความคืบหน้าในการสูญเสียแบริ่งโดยใช้วิธีการทดลองรวมและตัวเลข [9]. การทดลองการวัดของการสูญเสียแบริ่งได้รับการทำโดย Honeywell เทอร์โบเทคโนโลยี [10] กังหันถูกฉนวนอย่างระมัดระวัง (เงื่อนไขอะเดียแบติก) และการทดลองได้ดำเนินการที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส ใบมีดคอมเพรสเซอร์ถูกลบออกเพื่ออำนาจคอมเพรสเซอร์อาจจะละเลย ห้องปฏิบัติการที่สตุตกามหาวิทยาลัย [11] ได้รับการออกแบบม้านั่งทดสอบที่เฉพาะเจาะจงสำหรับการศึกษาโดยตรงของการสูญเสียแบริ่ง เทอร์โบล้อถูกถอดออกและกองกำลังตามแนวแกนที่ถูกสร้างขึ้นโดยอุปกรณ์ไฟฟ้า วัดแรงบิดที่มีระดับสูงของความแม่นยำสำหรับเซ็นเซอร์วัดความเครียดแรงบิดหมุน ผลการค้นหาจะแสดงในรูปของร้อยละของกำลังและแรงบิด; ในขณะนี้ไม่ได้ให้การเข้าถึงมูลค่าที่แท้จริงผลของวิวัฒนาการไฟหรือแรงบิดที่อยู่ในข้อตกลงกับการทดสอบของเรา. วิธีการที่น่าสนใจขึ้นอยู่กับแรงเฉื่อยเทอร์โบชาร์จเจอร์และการวัดความเร็วของการชะลอตัวได้รับการเสนอโดยมหาวิทยาลัยฮันโนเวอร์ [12] แต่น่าเสียดายที่มันก็ดูเหมือนว่าพลังแรงเสียดทานที่กำหนดโดยวิธีนี้เกินไป. การคำนวณที่นำเสนอในเอกสารดังกล่าวข้างต้นเน้นความยากลำบากของการใกล้เคียงกับความสูญเสียที่แบกอยู่บนพื้นฐานของการคำนวณเชิงประจักษ์ที่. ในความร่วมมือกับผู้ผลิตยานยนต์ฝรั่งเศส, วิธีการพิเศษ จึงได้รับการออกแบบและนำไปใช้ในห้องปฏิบัติการที่ LGP2ES CNAM ปารีสเพื่อให้ได้แผนที่คอมเพรสเซอร์ความเร็วต่ำ torquemeter พิเศษติดตั้งอยู่บนม้านั่งทดสอบเทอร์โบมาตรฐานเจตนารมณ์วัดจาก 30,000 รอบต่อนาที 120,000 รอบต่อนาที [7] และ [14]. 2 การทดสอบการติดตั้งแท่นขุดเจาะเทอร์โบแผนที่เทอร์โบจะได้รับมักจะอยู่บนม้านั่งทดสอบร้อน [13] หรือม้านั่งทดสอบเย็น [7] และ [8] ในกรณีที่อดีตไหลของความร้อนระหว่างกังหันร้อนและเย็นคอมเพรสเซอร์ทำให้เกิดการประเมินค่าสูงของอำนาจคอมเพรสเซอร์คำนวณและเบาของประสิทธิภาพ isentropic ข้อผิดพลาดนี้เนื่องจากสมมติฐานของพฤติกรรมอะเดียแบติกของคอมเพรสเซอร์กลายเป็นที่ยิ่งใหญ่กว่าที่ความเร็วเทอร์โบต่ำตามที่ระบุไว้ก่อน [7] [8] และ [13]. ในฐานะที่มีความเป็นมาตรฐานที่ให้คำอธิบายรายละเอียดของการวัดที่ถูกต้องไม่มี และวิธีการคำนวณที่จะได้รับแผนที่เทอร์โบทดลองในห้องปฏิบัติการที่ LGP2ES CNAM ปารีสเทอร์โบชาร์จเจอร์เย็นมาตรฐานอุปกรณ์ทดสอบการติดตั้ง torquemeter ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานดังกล่าว วัดแรงบิดจากบิดเพลาซึ่งอนุมานได้จากความแตกต่างของเฟสระหว่างสองล้อฟันตั้งอยู่ที่ปลายสุดของเพลา [14] อุปกรณ์เดียวกันให้ความเร็วในการหมุนและด้วยเหตุนี้อำนาจ ลักษณะสำคัญของ torquemeter มีดังนี้: - ความเร็วสูงสุด: 120,000 รอบต่อนาที- ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเพลา: 2.46 มม- กำลังไฟสูงสุด: 5 กิโลวัตต์- ความแม่นยำ± 0.0016 n M - จาระบีหล่อลื่นลูกปืนเซรามิกรูปแบบอุปกรณ์ทดสอบแสดงในรูป ที่ 1 และภาพของ torquemeter และเทอร์โบชาร์จเจอร์ในรูป 2. แผนผังของอุปกรณ์ทดสอบ. รูป 1. แผนผังของอุปกรณ์ทดสอบ. รูปที่ตัวเลือกม้านั่งทดสอบ. รูป 2. ม้านั่งทดสอบ. เลือกรูปกังหันจะถูกป้อนโดยการบีบอัดอากาศแห้งภายใต้การไหลคงที่และในโปรแกรมนี้จะใช้เฉพาะสำหรับการขับรถคอมเพรสเซอร์ แหล่งที่มาของอากาศเป็น 700 m3 ถังอายุต่ำกว่า 25 บาร์ อัตราการไหลกังหันจะถูกควบคุมโดยวาล์วและวาล์วที่สองจะใช้ในการปรับเปลี่ยนสภาพการใช้งานของคอมเพรสเซอร์ แผนที่คอมเพรสเซอร์จึงสามารถพบได้โดยการปรับวาล์วเหล่านี้ ทั้งเรือนศูนย์เป็นอาหารโดยหน่วยหล่อลื่นด้วยน้ำมัน SAE 15-30 W อุณหภูมิน้ำมันที่ไหลเข้าและความดันจะปรับตามลำดับ 20-120 องศาเซลเซียสและ 0.5-4 บาร์. 3 ความมุ่งมั่นของประสิทธิภาพการทำงานของคอมเพรสเซอร์ดังกล่าวข้างต้นมักจะอัดขึ้นอยู่กับสถานการณ์ที่จะมีพฤติกรรมอะเดียแบติกซึ่งหมายถึงประสิทธิภาพ isentropic ของมันคือการคำนวณดังนี้สมการ(1) ดูแหล่งที่มา MathML เปิด MathJax ในที่Wis และ Wreal มีการบีบอัด isentropic และเป็นจริง ทำงานΔTis, ΔTrealเป็นลำดับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ isentropic และจริงระหว่างคอมเพรสเซอร์ทางเข้าและทางออก (รูปที่. 3) และ k เป็นอัตราส่วนความร้อนที่เฉพาะเจาะจง Ti1, Ti2 มีทางเข้าคอมเพรสเซอร์และ outlet อุณหภูมิทั้งหมดและ pi1and pi2 มีทางเข้าคอมเพรสเซอร์ และแรงกดดันรวม outlet. แผนภาพสึกกร่อนสำหรับคอมเพรสเซอร์. รูป 3. . แผนภาพสึกกร่อนสำหรับคอมเพรสเซอร์รูปที่ตัวเลือกนอกจากนี้ขึ้นอยู่กับการวัดต่อไปนอกจากนี้ยังสามารถคำนวณ: - อัตราการบีบอัด: สมการ (2) ดูแหล่งที่มา MathML เปิด MathJax บน- อำนาจคอมเพรสเซอร์คือพลังงานที่ได้รับจากการไหลของอากาศ อัตรา: สมการ (3) P = ตารางเมตร·ซีพี (Ti2-Ti1) เปิด MathJax ในที่ตารางเมตรเป็นมวลอากาศอัตราการไหลและซีพีเป็นอากาศร้อนเฉพาะที่ความดันคงที่. ความดันได้รับการประเมินโดยก้อนวัดความเครียดที่แตกต่างกันไปปรับใช้ ขนาดวัดในขณะที่อุณหภูมิที่วัดโดยเครื่องวัดอุณหภูมิความต้านทานทองคำขาว อัตราการไหลของอากาศมวลจะถูกกำหนดโดยปากคม. สัญญาณเซ็นเซอร์ทั้งหมดจะถูกแปลงเป็น 0-5 แรงดันไฟฟ้าและส่งไปยังการ์ดเก็บข้อมูล . สำหรับแต่ละสัญญาณ 100 กิจการข้อมูลทำที่ 10 เฮิร์ตซ์และค่าเฉลี่ยที่บันทึกไว้ขอบคุณที่torquemeter พิเศษติดตั้งระหว่างกังหันและคอมเพรสเซอร์ที่มีประสิทธิภาพกลเทอร์โบชาร์จเจอร์ที่จะพบกับความสัมพันธ์ต่อไปนี้: สมการ (4) ดูแหล่งที่มา MathML MathJax เปิดที่Pm เป็นพลังงานกลได้รับการเพลาคอมเพรสเซอร์โดยกังหันที่ให้บริการโดย torquemeter และ Pf คือการสูญเสียอำนาจที่จะเอาชนะแรงเสียดทานภายในแบริ่งเพลาเทอร์โบ. ความเสียหายที่เกิดแรงเสียดทานจึงสามารถประมาณโดยมีเงื่อนไขว่า ค่าที่ถูกต้องสำหรับการใช้พลังงานคอมเพรสเซอร์ที่มีอยู่ นี่คือกรณีที่การแลกเปลี่ยนความร้อนจะลดลง โดยทั่วไปโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความเร็วเทอร์โบต่ำคอมเพรสเซอร์ outlet อุณหภูมิโดยรวมได้รับผลกระทบจากสภาพอุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่นไหลของอากาศภายในคอมเพรสเซอร์และอุณหภูมิ ในสถานการณ์ที่นำเสนอในบทความนี้ (ม้านั่งทดสอบเย็น) ลดการแลกเปลี่ยนความร้อนก็หมายถึงการจัดการพารามิเตอร์อุณหภูมิน้ำมันหล่อลื่นตามที่อธิบายต่อจากนี้. นี้ศึกษาทดลองได้ดำเนินการในขณะที่การศึกษาตัวแปรเพื่อประเมินผลรวมของอุณหภูมิน้ำมันหล่อลื่น และความดันประสิทธิภาพการทำงานของคอมเพรสเซอร์ มันเป็นที่คาดว่าผลที่ได้รับจะทำให้ความก้าวหน้าของความรู้ของเราแผนที่คอมเพรสเซอร์อยู่ในช่วงความเร็วต่ำ กว่า 60 การทดลองจึงได้ดำเนินการ แต่เพียงผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องส่วนใหญ่จะนำเสนอต่อจากนี้. 4 ผลการทดลอง4.1 อิทธิพลของอุณหภูมิหล่อลื่นน้ำมันบน performan คอมเพรสเซอร์

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

1 . แนะนำรถยนต์เครื่องยนต์ downsizing
ขณะนี้ถือว่าเป็นหนึ่งในวิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดเพื่อปรับปรุงการประหยัดเชื้อเพลิงที่มีต้นทุนที่ยอมรับได้เพื่อประโยชน์ของอัตราส่วน ความท้าทายคือการลดเครื่องยนต์แทนที่ในขณะที่รักษาประสิทธิภาพเดียวกันในแง่ของแรงบิดและอำนาจเป็นครั้งแรกขนาดใหญ่เครื่องยนต์ และพร้อมกันให้มีการปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์นี้ไม่สามารถทำได้ โดยไม่มีการเพิ่มความหนาแน่นของอากาศเข้าไปในเครื่องยนต์ turbocharging เป็นการส่งเสริมเทคโนโลยีที่ใช้โดยทั่วไปในตลาดวันนี้ และเป็นเรื่องของการวิจัยที่กว้างขวางซึ่งพยายามที่จะเอาชนะข้อเสียของมัน เช่น ประเภทบิด turbo lag [ 1 ] และ [ 2 ] และคอมเพรสเซอร์กระชาก [ 3 ] และ [ 4 ] .

เมื่อมันมาพร้อมกับการจับคู่เทอร์โบ เพื่อให้เครื่องยนต์ ,ปัญหาหนึ่งคือ การดำเนินงานของเครื่องเหล่านี้สองซึ่งมีลักษณะที่แตกต่างกันอย่างมาก ส่วนเทอร์โบ เป็นเครื่องไหลอย่างต่อเนื่องในขณะที่ลูกสูบเครื่องยนต์เป็นเครื่องไหลไม่ต่อเนื่อง ซึ่งโดยทั่วไปทำงานผ่านหลากหลายของความเร็วและแรงบิด [ 5 ] และ [ 6 ] .

ดังนั้นการปรับปรุงการดำเนินงานสูงด้านล่างเทอร์โบเครื่องยนต์ต้องมีความรู้ของกังหันและแผนที่ลมเหนือพื้นที่ปฏิบัติการทั้งหมด ส่วนที่โหลดต่ำ ซึ่งสอดคล้องกับจราจรในเมืองแรก ( ตามวงจรขับรถยุโรปใหม่ ) ทดสอบความเร็วเทอร์โบน้อยกว่า 100000 รอบต่อนาที [ 9 ] และ [ 16 ] แต่น่าเสียดายที่ในพื้นที่นี้ แผนที่ปั๊มไม่โดยเทอร์โบผู้ผลิตถ้าความเร็วเทอร์โบสูงสุดคือ 150 , 000 รอบต่อนาที เส้นโค้งลักษณะไม่ได้ให้ความเร็วน้อยกว่า 70 , 000 รอบต่อนาที หรือ 90 , 000 รอบต่อนาทีถ้าความเร็วสูงสุด 240 , 000 รอบต่อนาที เหตุผลคือ แผนที่เหล่านี้มีพื้นฐานอยู่บนสมมติฐานของพฤติกรรมสารของคอมเพรสเซอร์ เป็นสมมติฐานที่ไม่ถูกต้องที่ความเร็วต่ำเทอร์โบ

[ 7 ]ไอเซนโทรปิกประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์ได้จากการวัดเข้าคอมเพรสเซอร์และเต้าเสียบพารามิเตอร์ เช่น ความดันและอุณหภูมิ ที่ความเร็วต่ำ และการเปลี่ยนแปลงในอุณหภูมิขาเข้าร้านมีขนาดเล็ก ดังนั้น ความคลาดเคลื่อนของการวัดที่แท้จริงเป็นสำคัญ และส่งผลลบต่อความถูกต้องของการคำนวณพลังงานคอมเพรสเซอร์และประสิทธิภาพของไอเซนโทรปิก . นอกจากนี้ ในกรณีนี้ถ่ายโอนความร้อนที่ไม่สามารถละเลยและการคำนวณมาตรฐานไม่สามารถใช้ [ 7 ] และ [ 8 ] โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ก๊าซร้อนซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายโดยผู้ผลิตเทอร์โบ

เกี่ยวกับการแสดงกังหันบนขาตั้งแก๊สร้อนกังหันที่เห็นได้ชัดว่าไม่ถือเป็นสารและการปฏิบัติทั่วไปให้มีประสิทธิภาพ เช่น ผลิตภัณฑ์ประสิทธิภาพของเครื่องจักรกล และประสิทธิภาพของเครื่องอัดไอเซนโทรปิก ซึ่งบางทำการวัดปกติในอากาศในระหว่างการทดสอบกังหัน

ทั่วโลก ไม่มีมาตรฐาน แนวทางการวัดที่ถูกต้องและการคำนวณแผนที่เทอร์โบที่ความเร็วต่ำ

เพื่อให้เกิดความเข้าใจที่ดีของการแสดง เทอร์โบ , การทดสอบสามารถทำได้ในการทดสอบเย็นรถ นี้จะช่วยให้ประสิทธิภาพของกังหันไอเซนโทรปิกสามารถกําหนด ในการศึกษานี้เป็นแนวทางที่ใช้ การทดลองที่คล้ายกันได้รับการดำเนินการที่ความเร็วต่ำ [ 8 ] , ใช้เทอร์โบด้วย

เพื่อลดการแลกเปลี่ยนความร้อนอีกวิธีหนึ่งที่จะเพิ่มความรู้ของเราประสิทธิภาพของเทอร์โบ เพื่อประเมินความเสียหาย พลังกล ในกรณีของเรานี้ได้สำเร็จด้วยการ torquemeter : พลังงานถ้าขาดทุนว่า เราจะสามารถคำนวณพลังงานให้อากาศไหลในทั้งๆที่มีการแลกเปลี่ยนความร้อน ทำงานอยู่ในความคืบหน้าในการแบกขาดทุน ใช้วิธีการทดลองและตัวเลขรวมกัน

[ 9 ]การทดลองการวัดแบกขาดทุนได้กระทําโดย Honeywell เทอร์โบเทคโนโลยี [ 10 ] กังหันเป็นอย่างดีหุ้มฉนวน ( เงื่อนไขสำหรับ ) และทดลองที่อุณหภูมิ 100 องศา คอมเพรสเซอร์ใบพัดออก แล้วอัดพลังอาจจะหลงห้องปฏิบัติการที่มหาวิทยาลัยชตุทท์การ์ท [ 11 ] ออกแบบม้านั่งทดสอบเฉพาะสำหรับการศึกษาโดยตรงของแบกขาดทุน เทอร์โบ ล้อถูกถอดออกและแรงตามแนวแกนถูกสร้างขึ้นโดยอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า แรงบิดคือวัดที่มีระดับสูงของความถูกต้องสำหรับแบบวัดความเครียดแรงบิด เซ็นเซอร์ ผลลัพธ์ที่ได้จะแสดงในแง่ของค่าพลังและแรงบิด ;