Indagine sperimentale delle prestazioni di una turbina di sovralimentazione in condizioni di flusso non stazionario

Abstract

La campagna sperimentale trattata di seguito è stata effettuata presso il Laboratorio MCI dell’Università di Genova – Dipartimento DIME in collaborazione con una nota azienda attiva nel settore delle auto sportive. La presente trattazione si inserisce all’interno di un ampio progetto, che si prefigge come obiettivo lo studio delle prestazioni e la definizione delle curve caratteristiche di turbina di un gruppo di sovralimentazione per motore a combustione interna, destinato ad applicazioni automotive. È stato allestito un set-up sperimentale per permettere il flussaggio della turbina in condizioni di flusso instazionario, tramite l’accoppiamento con una testa motore, installata su un finto basamento, con geometrie del tutto uguali a quelle del motore reale. I collettori di scarico sono direttamente collegati all’ingresso della turbina, mentre l’albero a camme viene trascinato tramite pulegge e cinghia dentata da un motore elettrico. La prima fase prevede la taratura dell’anemometro a film caldo in condizione di flusso stazionario, a tre differenti temperature, inserendo all’interno della testa motore un asse pieno che mantiene le valvole costantemente aperte. Nella seconda fase, dedicata all’analisi prestazionale in condizione di flusso non stazionario, si sostituisce l’asse pieno con uno a camme per simulare la reale apertura e chiusura delle valvole di scarico; il motore a combustione interna (MCI) genera infatti un flusso unsteady, con conseguenti onde di pressione e variazione delle curve caratteristiche di turbina. In particolare, verranno definiti gli andamenti pseudoadimensionali di portata e rendimento in funzione del rapporto di espansione static-to-static, per determinati regimi di rotazione del turbogruppo e del motore.

The experimental campaign described below was conducted at the ICE Laboratory of the University of Genoa - Department of DIME in collaboration with a well-known company operating in the sports car sector. This discussion is part of a larger project that aims to study the performance and define the characteristic curves of a turbocharger turbine for internal combustion engines, for automotive applications. A specifically designed test bench was set up to allow the flow of the turbine under steady flow conditions, through coupling with a cylinder head installed on a false block, with geometries identical to those of a real engine. The exhaust manifolds are directly connected to the turbine inlet, while the camshaft is driven by pulleys and a timing belt connected to an electric motor. The first phase involves the calibration of the hot-film anemometer under steady flow conditions at three different temperatures, by inserting a solid shaft into the engine head to keep the valves constantly open. In the second phase, dedicated to the performance analysis under unsteady flow conditions, the solid shaft is replaced with a camshaft to simulate the actual opening and closing of the exhaust valves. The internal combustion engine (ICE) generates an unsteady flow, resulting in pressure waves and variations in the turbine characteristic curves. In particular, the Adimensional variations of flow rate and efficiency will be defined as a function of the static-to-static expansion ratio, for specific rotational speeds of the turbocharger and the engine.