بررسي تجربي تاثير مدار خنك كاري بر روي توزيع دماي بدنه توربوشارژر موتور بنزيني

An experimental investigation of effect of gasoline engine cooling system on temperature distribution of turbocharger

پديده انتقال حرارت توربوشارژر در شرايط ناپايا (مانند آزمون رسوخ حرارتي) اهميت بسيار زيادي دارد كه در پژوهش هاي اخير كمتر مورد بررسي قرار گرفته است. در صورت خاموش شدن ناگهاني موتور بعد از شرايط تمام بار، حرارت موجود در محفظه گردا به سمت محفظه ياتاقان منتقل شده و پديده رسوخ حرارتي اتفاق مي افتد. رسوخ حرارتي منجر به افزايش دماي بدنه، ياتاقان ها، آب بندها و روغن ميشود كه احتمال خرابي ياتاقان هاي توربوشارژر را افزايش ميدهد. در اين پژوهش بررسي تجربي بر روي توربوشارژر موتور بنزيني با در نظر گرفتن آزمون رسوخ حرارتي انجام شد و تاثير تلمبه آب برقي در توزيع دماي توربوشارژر نيز بررسي شد. ميزان شار حرارتي منتقل شده به محلول خنك كاري در شرايط پايا محاسبه شد و رابطه تجربي براي عدد ناسلت پيشنهاد شد. همچنين با تغيير دبي محلول خنك كاري عبوري از توربوشارژر، مقدار بهينه دبي محلول خنك كاري تعيين شد. براي تعيين دماي بدنه توربوشارژر، مجموعه اي از حسگرهاي دما بر روي سطوح محفظه هاي گردا، تنجار و ياتاقان نصب شدند. همچنين دبي، دما و فشار محلول خنك كاري عبوري از توربوشارژر نيز اندازه گيري شدند. بر اساس نتايج آزمون رسوخ حرارتي براي موتور با مدارخنك كاري اصلي، بعد از خاموش شدن موتور، دماي محفظه ياتاقان 60 درجه سانتيگراد افزايش يافت و بيشينه دماي محفظه ياتاقان در نزديكي گردا 220 درجه سانتيگراد شد. در حاليكه با اضافه شدن تلمبه آب برقي توربوشارژر، ميزان افزايش دماي محفظه ياتاقان 10 درجه سانتيگراد بود. مقدار بيشينه شار حرارتي منتقل شده به محلول خنك كاري عبوري از توربوشارژر در سرعت 4500 دور در دقيقه موتور، 1568 وات بود.

Many researches have been performed on turbocharger heat transfer, however, there are not enough investigation on unsteady condition of turbocharger (such as heat soak test). According to heat soak test procedure, engine runs at maximum power until all temperatures are stabilized, then the engine stops suddenly. After the engine has been shut down, heat which is stored in the turbine housing soaks back into the bearing housing of the turbocharger. This heat can potentially destroy the bearing system and the oil-sealing piston rings. The aim of the paper is to investigate the effect of turbocharger temperature distribution in heat soak test and considering effect of electrical water pump on temperature distribution. Heat flux which is recovered by coolant was determined for different engine speed. Moreover, an empirical correlation was proposed for Nusselt number. In addition, optimum flow of water was specified by changing water flow rate in each working point of engine. Experimental investigation performed on gasoline engine turbocharger, which several thermocouples were inserted on accessible surfaces of the turbocharger. Temperature of turbine, compressor and bearing housings were measured. Moreover, temperature, pressure and flow rates of water was measured. Results of engine heat soak test with original cooling circuit show that bearing housing temperature increased 60°C after engine shutdown and maximum temperature reached 220°C. Using electrical water pump after engine shutdown caused only 10°C increase in temperature of bearing housing. Maximum coolant heat flux was 1568 Watt at 4500 rpm and full load condition.