Wear analysis of bypass valves applied on regulated-two-stages turbocharger

• Main Author: Nomura, Paula Watanabe, 1983-
• Other Authors: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
• Format: Others
• Language: Inglês
• Published: [s.n.] 2014
• Subjects: Desgaste mecânico; Eixos; Automóveis - Motores - Turbocompressores; Mechanic wear; Shaft; Vehicle - Engine - Turbocharger
• Online Access: NOMURA, Paula Watanabe. Wear analysis of bypass valves applied on regulated-two-stages turbocharger. 2014. 83 p. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/265937>. Acesso em: 25 ago. 2018.; http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265937

Orientador: Milton Dias Júnior === Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica === Made available in DSpace on 2018-08-25T09:48:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nomura_PaulaWatanabe_M.pdf: 4842075 bytes, checksum: fb2b3e20baadde947cb7b9aad16227d8 (MD5) Previous issue date: 2014 === Resumo: As novas legislações de emissões demandam das montadoras de veículos automotores, o desenvolvimento de tecnologias para melhorar o consumo de combustível e emissão de poluentes. Seguindo esta tendência, os sistemas de turbocompressores inovam junto e lançam ao mercado novas arquiteturas de turbos. Uma delas é o turbocompressor regulado de dois estágios, que otimiza a eficiência em um intervalo de rotação mais amplo. Neste sistema, há dois turbocompressores: o estágio de baixa pressão e de alta pressão. O primeiro tem maior influência nas baixas rotações, enquanto o segundo nas altas rotações do motor. Entre os dois estágios, existe uma válvula bypass que controla a passagem do gás de escape para o estágio de baixa pressão, evitando assim, sobrecarregar o estágio de alta pressão. Esta válvula bypass é composta por um eixo rotativo e uma bucha fixa, e exatamente entre estes dois componentes foi detectado desgaste, aumentando as folgas e causando vazamento de gás. Com o objetivo de diminuir este vazamento e resolver o problema, uma investigação sobre este desgaste prematuro foi iniciada dentro da empresa onde a autora da presente dissertação trabalha. Neste trabalho a análise de forças das condições estática e dinâmica que envolve a bucha e o eixo, as forças e momentos para abrir e fechar o prato da válvula, e as equações de movimento são apresentadas. A análise experimental inclui medições feitas em dois motores reais: um deles conectado a um dinamômetro e o outro instalado em um veículo usado na mesma aplicação onde o desgaste excessivo foi observado. Além disso, a análise de desgaste de dez pares bucha-eixo que retornaram de testes de durabilidade é apresentado. A comparação do desgaste entre dois sistemas de bucha e eixo foi realizada. Ambos os sistemas rodaram na mesma condição, exceto pela frequência de operação da válvula de controle, assim a influência desta frequência pôde ser analisada. Ao final, todo este dado foi coletado e usado para o cálculo de taxa de desgaste que avalia a influência de diferentes parâmetros de design sobre a taxa de desgaste === Abstract: The new emission legislations demand, from vehicle manufactures the development of technologies to improve fuel consumption and pollutants emission. Following this trend, the turbocharging systems innovate together and release new turbocharger architectures in the market. One of them is the regulated-two-stages turbocharger, which optimizes the efficiency in a broader engine speed range. In this system, there are two turbochargers, the high and low pressure stages. The former has a bigger influence on the low engine speeds, and the latter in the higher engine speeds. Between both stages there is a bypass valve that controls the gas flow to the low pressure stage, avoiding overpressure in the high pressure stage. This bypass valve is composed by a rotating shaft and a fixed bushing, and exactly between these two components it was detected wear, increasing the clearances and causing gas leakage. In order to reduce this leakage and solve the problem, an investigation about this premature wear has started inside the company where the author of the present dissertation works. In the present work the force analysis of the static and dynamic conditions that involve the shaft and bushing, the forces and momentum to open and close the valve plate, and the equations of motion are presented. The experimental analysis includes measurements made on two real engines: one of them connected to a dynamometer and the other installed on a vehicle used on the same application where the excessive wear was observed. Also, the wear analysis of ten shafts and bushings returned from durability tests is presented. The wear comparison between two shaft-bushing systems was performed. Both systems run in the same condition except for the control valve operational frequency, so the influence of this frequency could be evaluated. In the end, this entire data base collected could be used as input to a wear rate calculation that evaluates the influence of different design parameters on the wear rate === Mestrado === Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico === Mestra em Engenharia Mecânica