Experimentelle Untersuchung subsynchroner Schwingungen an Abgasturboladern

Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die messtechnische Untersuchung der Entstehung und Maßnahmen zur Minderung des am Abgasturbolader (ATL) auftretenden und als Konstantton bekannten akustischen Phänomens. Ein Schwerpunkt der Untersuchung liegt auf dem Erarbeiten eines geeigneten Messverfahrens zur Beurteilung der Entstehung und Verbreitung des Konstanttons. Die Messungen erfolgen am ATL eines 1.6l Ottomotors. Dieser besitzt eine radiale Rotorlagerung mit rotierenden Schwimmbuchsen und eine Ladedruckregelung über ein Wastegate. Im ATL-Lagergehäuse sind sechs subminiatur Wegmesssensoren appliziert. Diese messen zum einen die Verlagerungsbahn des Rotorschaftes auf Turbinen- und Verdichterseite und zum anderen die Drehzahl der beiden rotierenden Schwimmbuchsenlager (SBL). Um vibroakustischeWechselwirkungen zwischen Verbrennungsmotor und ATL zu vermeiden, werden die Messungen mit einem Versuchsaufbau durchgeführt, bei dem diese schwingungstechnisch voneinander entkoppelt sind. Der ATL wird mit einer eigenständige Ölversorgung betrieben um bei Öltemperatur und -druck nicht von den vom Verbrennungsmotor vorgegebenen Randbedingungen abhängig zu sein. Dadurch ist es möglich, den Einfluss dieser Parameter auf den Konstantton genauer zu untersuchen. Die Testläufe erfolgen als quasistationäre Drehzahlhochläufe, bei denen neben den Signalen der Wegmesssensoren auch Beschleunigungen, der Luftschall, die hochaufgelöste Rotordrehzahl und Betriebsparameter erfasst werden. Ausgehend vom Serienzustand und den typischen Betriebsparametern werden die Einflüsse des Öldrucks, der Öltemperatur, der Wuchtgüte des Rotors und des Ladedrucks untersucht. Geometrievarianten der Schwimmbuchsenlager, wie die Innen- und Außenspiele, sowie eine radial umlaufende Nut in der inneren Lagerfläche werden ebenfalls betrachtet. Im Hinblick auf zukünftige Maßnahmen zur Reibungsreduzierung am Verbrennungsmotor werden auch Messungen mit einem Schmieröl niederer Viskosität der Klasse SAE 0W-16 durchgefürt. Die Ergebnisse spektraler Analysen des Luft- und Körperschall und der Wegmesssignale erörtert. Diese werden mit den Messergebnissen der SBL-Drehzahlen, sowie den Trajektorien des Rotorschafts verglichen. Als wirksame Maßnahmen zur Reduzierung des Konstanttonpegels erweisen sich dabei eine Absenkung des Versorgungsöldrucks, ein kleines inneres und großes äußeres Radialspiel, sowie eine Nut in der inneren Lagerfläche.