Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권7호
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pp.951-962
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2010
An experimental study was performed to investigate the improvement of response performance of a turbocharged diesel engine under the operating conditions of low speed and fast acceleration. In this study, the experiment for improving the low speed and acceleration performance is performed by means of injecting air into the intake manifold of compressor exit during the period of low speed and application of a fast acceleration from low speed. The effects of air injection into the intake manifold on the response performance were investigated at various applicant parameters such as air injection pressure, accelerating rate, accelerating time, engine speed and load. The experimental results show that air injection into the intake manifold at compressor exit is closely related to the improvement of turbocharger lag under low speed and accelerating conditions of a turbocharged diesel engine. During the rapid acceleration period, the air injection into the intake manifold of turbocharged diesel engine indicates the improvement of the combustion characteristics and gas pressure in the cylinder. At low speed range of the engine, the effect of air injection shows the improvement of the pressure distribution of turbocharger and combustion pressure during the period of gas exchange pressure.
In this paper, a study based on engine operating conditions versus hybrid excavator engines was conducted about the engine performance and fuel consumption via the 1-D engine simulation model. First of all, engine operating points with performance and emission were determined by driving patterns. The 1-D HFEM(High Frequency Engine Model) was developed for deep insight into engine combustion and the energy conversion phenomena. In accordance with changing operating points, especially High Idle and Rated output conditions, engine parameters and systems such as turbocharger(Waste Gate Turbocharger and Variable Geometry Turbocharger) injection strategies and EGR(Exhaust Gas Recirculation) should be considered. Therefore, various configurations and parametric analysis with optimization methods in hybrid excavator were simulated and optimized by NLPQL(Non-linear Programming by Quadratic Lagrangian algorithm) in 1-D HFEM. As a result, the fuel consumption with the developed hybrid electric excavator engine could be significantly decreased and bsfc(Brake Specific Fuel Consumption) was also reduced about 5 % to 7 % without any performance degradation.
Turbocharger has been widely used in many passenger cars in application with diesel engines because of high power and fuel efficiency. However, flow-induced noise (whoosh or hissing noise) which is generated within a compressor during its operation at marginal surge line can deteriorate noise characteristics. Hissing noise excitation is associated with the generation of turbulence within the turbocharger compressor and radiated through the transmission path in a turbocharger system. In this study, a expansion muffler with lids is devised and installed in the transmission path to reduce the hissing noise. Acoustic and fluid dynamic characteristics for the muffler are investigated which are related to the unsteadiness of turbulence and pressure in the turbocharger system. A transfer matrix method is used to analyze the transmission loss of the muffler. A simple expansion muffler with lids is proposed for the reduction of high frequency component noise. Turbulence simulation is carried out by a standard k - ${\varepsilon}$ model. An optimal design condition of the muffler is obtained by extensive acoustic and fluid dynamic analysis on the engine dynamometer with anechoic chamber. A significant reduction of the hissing noise is achieved at the optimal design of the muffler as compared with the conventional muffler.
Current diesel engines are usually equipped with turbochargers for improving fuel economy as well as meeting more stringent emission regulations. These turbochargers usually cause noise problems because they spins vey high such as 100,000 to 200,000 rpm, These noises are largely divided into whistle and whine noises. The frequency of whistle noise corresponds to their rotation speed, and the frequency of whine noise does to the multiplication of their rotation speed and the number of compressor blades. Turbocharger manufacturers developed a special type of compressor, effectively compressing air sucked from a duct; Recirculation Compressor Cover (RCC) or Map Width Enhancement (MWE). This special structure improves turbocharger's capability by expanding compressor's working area, but it seriously causes a noise problem, whine noise. There were many trials to surpress the noise occurred inside a compressor such as modification of a compressor, noise baffles or secondary measurements. However, it was currently concluded that the whine noise caused by the special compressor can not be reduced to that done by a standard compressor, and the strength difference of whine noises between the two compressors is not negligible. Thus, the standard compressor is decided to be applied to a newly developing heavy-duty diesel engine in order to resolve the turbocharger noise problem with a stiffened suction duct directly connected to a compressor.
In this paper, the effect of oil conditions in rotor dynamic behaviors of a FFRB (Fully-Floating Ring Bearing) is investigated. Through the characteristic of a FFRB has two films, it has several advantages such as less friction loss and better stability over a wide speed range. However, it is difficult to supply a oil to the inner film. Thus, turbocharger makers have been paid significant attention to the lubrication of a FFRB because of its importance. This work focuses on the influence of oil inlet pressure and temperature. The methodologies of computational simulation and experimental test were used to estimate the rotor dynamic behaviors. In experimental test, the single-scroll turbocharger for the 1.4L diesel engine was used. The results show that the oil inlet pressure and temperature will place considerable influence on the rotor response. Oil conditions affect RSR (Ring Speed Ratio) which is cause of sub-synchronous vibrations, which also cause of oil whirling and whip even a critical speed. At higher speed range, the phenomenon of self-excited vibrations which is cause of instability of fluid whirl is investigated through the orbit shapes that consist of small orbit and large amplitude orbit. It is shown that some performance of a FFRB can be controlled by the conditions of oil supply. Finally, it was revealed that the oil induced operating conditions will strongly affect the turbocharger rotor dynamics behaviors.
This paper describes aerodynamic preliminary design performance prediction and flow analysis for centrifugal compressor of the marine middle engine turbocharger. The performance characteristics of turbocharger compressor are investigated at various operating conditions using mass flow rate and revolution speed, and computational flow analysis for impeller and diffuser at design point are performed. Preliminary design results correspond to actual compressor geometric values comparatively by applying modified slip factor. Performance prediction and flow analysis results show good agreement with experiments. Therefore, this will provide the performance prediction in preliminary design, and help to increase the design capability for optimized impeller.
In this study, using the governing equation for thermohydrodyamic lubrication involving the homogeneous mixture of incompressible fluid derived by based on the principle of continuum mechanics, it is discussed the effects of water within engine oil on the performance of high speed journal bearing of a turbocharger. The governing equations are the general equations being able to be applied on the mixture of Newtonian fluid and non- Newtonian fluid. Here, the fluid viscosity index, n of power-law non-Newtonian fluid is supposed to be 1 for the application of the journal bearing in a turbocharger lubricated with the mixture of two Newtonian fluid, for example, water within engine oil. The results related with the bearing performance are shown that the bearing friction is to decrease and the side leakage and bearing load increase as increasing the water content in an engine oil.
The turbocharger for a vehicle is consisting of a centrifugal compressor and turbine. These compressor and turbine are vibrating and emitting noises through the T/C body, exhaust system (Catalyst, Bellows, Pipe, etc) and Intake system (Hoses, Intercooler pipes, Intercooler) as rotating. A turbocharger cold test bench is constructed to reduce these noises, especially for the purpose of realizing transient operating environment and oil temperature control to simulate the vehicle operating characteristics with intake system and exhaust system. This research laid the groundwork to develop a lower noise level T/C through understanding the mechanism of the noise source of T/C.
In this study, using the governing equations for thermohydrodyamic lubrication involving the homogeneous mixture of incompressible fluid derived by based on the principle of continuum mechanics, it is discussed the effects of water dispersed within engine oil on the performance of high speed journal bearing of a turbocharger. The governing equations are the general equations being able to be applied on the mixture of Newtonian fluid and non-Newtonian fluid. Here, the fluid viscosity index, n of power-law non-Newtonian fluid is supposed to be 1 for the application of the journal bearing on a turbocharger lubricated with the mixture of two Newtonian fluids, water dispersed within engine oil. The results related with the bearing performance are showed that the friction force and bearing load capacity decrease as increasing the volume percent of water.
The floating ring journal bearing is attraction for high-speed turbo machinery applications, including turbochargers and aircraft accessory equipment, because it is not only simple and easy to make and to replace in the field but also it seems to have adequate high speed stability characteristics. Therefore, an analysis method of dynamic properties of floating ring journal bearing is presented. The static equilibrium locus of inner film and outer film are calculated by using the impedance description. The equivalent stiffness and damping coefficients of floating ring journal bearing are composed by using the equilibrium of torque between inner film and outer film. Then, a stability analysis of turbocharger shaft system supported with floating ring journal bearing has been performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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