Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5890
Main Title: Akustik wälzgelagerter Abgasturbolader
Translated Title: Acoustics of ball bearing turbochargers
Author(s): Biet, Clemens
Advisor(s): Baar, Roland
Referee(s): Baar, Roland
Schwarze, Hubert
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wälzlagerung für Abgasturbolader mit besonderem Blick auf das akustische Verhalten experimentell untersucht. Die Motivation entstand aus dem theoretischen Potenzial dieser Innovation, welche durch die Verringerung der Reibleistung sowohl Vorteile im transienten als auch im stationären Betrieb ermöglicht. Der Fokus auf die Akustik resultiert aus der Herausforderung, trotz der prinzipbedingt schlechteren Dämpfungseigenschaften der Wälzlagerung ein ähnlich gutes akustisches Verhalten, gemessen am Serienstand gleitgelagerter ATL, zu erreichen. Zur Quantifizierung der Reibverlustvorteile wurden stationäre und transiente Versuche am Motor- und Heißgasprüfstand durchgeführt. Auf diese Weise konnten die Auswirkungen des Einsatzes einer Wälzlagerung an der Einzelkomponente Abgasturbolader und auch am Gesamtmotor beurteilt werden. Im Vergleich zur Gleitlagerung zeigte sich, dass sowohl niedrige Turboladerdrehzahlen als auch geringen Öltemperaturen eine Verminderung der Reibleistung durch die Wälzlagerung begünstigt. Für die Betrachtung des akustischen Verhaltens wurde der Heißgasprüfstand um eine Klima- und Akustikkammer erweitert. Der vorgestellte Messaufbau ermöglichte somit die simultane Erfassung von Wellenverlaufsbahn, Körperschall und Luftschall und bietet gleichzeitig die Möglichkeit der Vorkonditionierung der Versuchsträger. Für die Bewertung des akustischen Verhaltens wurden Drehzahlhochläufe in einem breiten Temperaturbereich durchgeführt. Diese beinhalteten ebenfalls Kaltstartszenarien mit Temperaturen bis deutlich unter den Gefrierpunkt. Mit Hilfe von eigens für diese Versuche entwickelten Auswertungsroutinen konnten grundlegende Abhängigkeiten der Akustik wälzgelagerter Abgasturbolader in Bezug auf Temperatur, Öldruck und Unwucht ermittelt werden. Die Auswertung der Versuchsergebnisse zeigt in dieser Hinsicht sowohl quantitative Einflüsse auf die gemessenen Amplituden aller Schwingungsgrößen als auch qualitative Veränderungen in der Rotordynamik. Dazu zählen unter anderem die Neigung wälzgelagerter ATL zu erhöhten Schallamplituden bei geringen Temperaturen sowie das Auftreten subsynchroner Effekte bei niedriger Wuchtgüte. Die Arbeit zeigt jedoch auch, dass wälzgelagerte Abgasturbolader unter günstigen Bedingungen das akustische Niveau der gleitgelagerten Referenzturbolader erreichen können.
In this experimental study rolling contact bearings for exhaust gas turbocharger are being examined particularly with regard to their acoustic behavior. The motivation of this project arises from the theoretical potential of this innovation which allows advantages in both transient and steady state operation due to reduced friction. The focus on the bearing acoustics results from the challenge to archive a similar acoustic behavior compared to the state of the art turbocharger with journal bearings despite the inherent inferior dampening properties of rolling contact bearings. For quantification of friction losses, steady state and transient experiments were carried out at test benches for engine and turbocharger. That way the effects of using rolling contact bearings can be evaluated for the individual component exhaust gas turbocharger as well as its impact on the whole combustion engine. In comparison to regular journal bearings it appeared that the reduction of friction losses due to rolling contact bearings is promoted by reduced turbocharger speeds as well as low oil temperatures. In order to investigate the acoustic behavior the turbocharger test bench was upgraded with a climate and acoustic chamber. The presented measurement setup allows a simultaneous recording of shaft motion, structure borne sound and air borne sound while offering the opportunity to precondition the test carrier. For the evaluation of the acoustic behavior turbocharger speed ramp-ups have been run at a wide range of temperatures. This included cold start scenarios with temperatures well below the freezing point too. With the help newly developed analysis routines for these experiments basic dependencies of the acoustic behavior of turbocharger with rolling contact bearings in regard of temperature, oil pressure and unbalances were identified. The analysis of the experimental results showed a quantitative influence on the recorded amplitudes of all vibration measurements as well as qualitative changes in rotordynamics. Amongst others this includes the tendency of turbocharger with rolling contact bearings to show increased acoustic amplitudes at low temperatures as well as the appearance of subsynchronous effects at low balance qualities. However, the study also indicates that turbocharger with rolling bearings can achieve the acoustic noise level of their journal bearing references at certain conditions.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6334
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5890
Exam Date: 19-Oct-2016
Issue Date: 2017
Date Available: 10-May-2017
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Abgasturbolader
Wälzlager
Kugellager
Akustik
Reibung
Rotordynamik
Wirkungsgrad
Dynamik
turbocharger
rolling contact bearing
ball bearing
acoustics
friction
rotordynamics
efficiency
dynamics
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Institut für Land- und Seeverkehr (ILS) » Fachgebiet Verbrennungskraftmaschinen » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
biet_clemens.pdf20.99 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.