Identyfikacja przyczyn uszkodzeń turbosprężarek silników spalinowych w aspekcie ich wskaźników pracy i emisji toksycznych składników spalin
[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu, Politechnika Poznańska | [ D ] phd student
[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
EN Identification of the causes of turbocharger's damage in terms of their operational parameters and emission of harmful substances
polish
- turbosprężarka
- przyczyny uszkodzeń
- wykrywalność
- niezawodność
- turbocharger
- faults
PL Przedmiotem dysertacji jest identyfikacja czynników mających wpływ na nieprawidłową pracę turbosprężarki samochodowej, które w perspektywie dalszej eksploatacji prowadzą do uszkodzenia urządzenia. Dążeniem autora było wykonanie analizy umożliwiającej zwiększenie wykrywalności pojawiających się niesprawności prowadzących do pogorszenia warunków funkcjonowania maszyny. Działanie to wykonano m.in. przy użyciu narzędzi takich jak FMEA (ang. Failure Mode and Effect Analysis) oraz ETA (ang. Event Tree Analysis). Wprowadzenie w problematykę rozprawy zrealizowano na Przeprowadzona analiza wraz z wykonanym rozpoznaniem literaturowym popartym wiedzą ekspercką pozwoliła na sformułowanie celu oraz tez pracy. Cel główny dotyczy ilościowego określenia wybranych parametrów związanych z pracą turbosprężarek samochodowych mających negatywny wpływ na ich eksploatację i emisję związków szkodliwych z silnika w rzeczywistych warunkach ruchu. Zadania te mają w rezultacie prowadzić do zaproponowania zmian konstrukcyjnych zmniejszających zarówno awaryjność urządzeń, jak i emisję związków szkodliwych. W tezach pracy stwierdzono, że możliwe jest precyzyjne ilościowe określenie wpływu wybranych parametrów związanych z pracą turbosprężarki samochodowej (np. zmniejszenia ciśnienia oleju smarującego) na jej parametry eksploatacyjne (np. prędkość obrotową wału) i emisję związków szkodliwych ze współpracującym z nią silnikiem. Weryfikację słuszności przyjętych tez zrealizowano przez wykonanie badań zarówno stanowiskowych, jak i badań prowadzonych w rzeczywistych warunkach ruchu. W badaniach stanowiskowych symulowano wybrane procesy, które uznano za zjawiska inicjujące uszkodzenia. Pomiary podzielono na pięć bloków, a każdy z nich związany był z konkretnym rodzajem uszkodzenia. Drugi typ badań dotyczył określenia wpływu parametrów pracy turbosprężarki na emisję związków szkodliwych spalin w wybranych zakresach pracy współpracującego z nią silnika. Obiektem badań było w tym przypadku mobilne stanowisko, wykorzystujące m.in. analizator spalin, zbudowane na pojeździe samochodowym poruszającym się w rzeczywistych warunkach ruchu. Analiza otrzymanych wyników badań poparta walidacją w postaci zastosowania metody ETA pozwoliła wykazać, że przy obecnym stanie wiedzy i rozwoju techniki, możliwe jest zastosowanie dodatkowych czujników monitorujących działanie turbosprężarki. Proponowane modyfikacje uznano za nieznaczne zmiany konstrukcyjne w istotny sposób zwiększające trwałość urządzenia, przy jednoczesnym zmniejszaniu emisji związków szkodliwych emitowanych przez silnik spalinowy. Podsumowanie pracy stanowią wytyczne dotyczące proponowanych zmian. Z uwagi na niewyczerpanie podjętego zagadnienia przedstawiono ponadto kierunki dalszych prac.
EN The subject of the paper is the identification of factors behind the incorrect operation of a car turbocharger that, in longer perspective, lead to the damage of the device. The author aims at performing an analysis allowing to increase the detectability of emerging malfunctions that lead to deterioration of operating conditions of the device. For this task tools such as FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) and ETA (Event Tree Analysis) were used, among else. The introduction into the problems considered in the paper was done on the basis of the author's analysis of damage to car turbochargers - their components were presented and described on the basis of examples of damaged devices. With the employment of FMEA and ETA methods this allowed a detailed analysis and sorting out of causes and effects of defects in turbochargers. The analysis and the examination of references, supported with expert knowledge, allowed to formulated the paper's goal and theses. The main goal is related to the quantitative determination of selected parameters connected to the operation of car turbochargers that have negative impact on their operation and on the emission of harmful substances by the engine in real traffic conditions. Ultimately, these tasks are to lead to proposing design changes that would reduce both the failure rate of the devices and the emission of harmful substances. The paper's theses claim that it is possible to determine, quantitatively and with high precision, the impact of selected parameters related to the operation of a car turbocharger (e.g. the reduction of pressure of the lubricating oil) on its operating parameters (e.g. the shaft's rotational speed) and the emission of harmful substances with the coupled engine. The verification of the merit of the assumed theses was done by conducting examinations both on test beds and in real traffic conditions. The test bed examinations simulated selected processes deemed to initiate damage. The measurements were divided into five blocks, with each block related to a specific type of damage. The second type of examinations was aimed at determining the impact of operating parameters of the turbocharger on the emission of harmful substances in specific ranges of operation of a coupled engine. In this case the examinations were done on a mobile test bed with, among others, a device for analyzing exhaust fumes, installed on a vehicle driving in real traffic conditions. The analysis of the obtained results, supported with validation by means of ETA, allowed to prove that, given the current state of knowledge and advancements in technology, it is possible to apply additional sensors for monitoring the operation of a turbocharger. The proposed modifications were considered to be minor design changes that significantly increase the reliability of the device and, at the same time, reduce the emission of harmful substances by the combustion engine. The paper concludes with guidelines referring to the proposed changes. As the subject remains unexhausted, directions for further works were presented as well.
138
engineering and technical sciences
construction and operation of machinery
DrOIN 1775
public
Piotr Lijewski
Poznań, Polska
14.06.2016
polish
public
Andrzej Piętak
Olsztyn, Polska
10.06.2016
polish
public
dissertation
Poznań, Polska
06.07.2016
Rada Wydziału Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej
doktor nauk technicznych w dyscyplinie: budowa i eksploatacja maszyn, w specjalności: silniki spalinowe