Vergleich: TDI-Lader in dünner Luft

Hallo,

wenn man in verschiedenen MSG-Files die "Lader-Höhenschutz-Kennfelder" bei 4000 rpm vergleicht (max. LD je nach Umgebungsdruck), dann scheinen die Entwickler die Leistungsstufen in der Höhe etwas durcheinanderzuwürfeln.

Die y-Achse im Anhang zeigt das Verhältnis zwischen Lade- und Außendruck, weil sich die Verdichterleistung u.a. aus dieser Größe berechnet und die Linien bei konstanter Verdichterbelastung im Pmax-Bereich (bei abnehmendem Außendruck) in etwa waagerecht verlaufen würden.

Dem BPX mit nominell 160 PS geht in dünner Luft recht bald die Puste aus: unter 950 mbar (das sind etwa 500 m über dem Meer oder höher) liefert er nur noch einen Ladedruck wie der ASZ (130 PS) im Polo mit dem "kleinen" KP39B-Lader.

Bei 900 mbar liegt soger der AXR (100 PS) beim Ladedruck gleichauf mit dem BPX.

Der ASZ-Lader im G4 (GT1749VA) darf unterhalb 700 mbar (etwa 2500 m über dem Meer oder höher) sogar mehr Druck liefern als der ARL und liegt damit in ganz dünner Luft an der Spitze aller von mir ausgewerteter TDIs.

Welche technischen Hintergründe führen zu solchen Höhenkennfeldern für die Ladedruckbegrenzung

Moin,

ich denke mal, die maximale Drehzahl des Turbos begenzt hier. In dünner Luft muß der ja wesentlich höher drehen um die Verdichterleistung zu bringen. Ich spekuliere mal, die großen Turbos dürfen nicht so hoch drehen.

Gruß
Jens

was macht das MSG denn in solchen "Extremsituationenen" wird dann versucht die (normale) Leistung bei "Meeresspiegel" (1000mbar Umgebubgsdruck) zu erreichen oder nimmt das MSG Leistung zurück um die Komponenten (Turbo..) nicht zu beschädigen.
Es ist ja zu erkennen, das der Ladedruck weit über die zulässige Grenze des ASV Laders eingeregelt wird (was heftig wäre wenn das so eintritt ohne das es kurz dannach Notlauf gibt). Das wären bei 700mbar Umgebungsdruck ja 0,3 Bar über Serie.
Ansonsten schließe ich mich der Aussage meines Vorredners an.

Zak1976 hat folgendes geschrieben:

Es ist ja zu erkennen, das der Ladedruck weit über die zulässige Grenze des ASV Laders eingeregelt wird.

Nein, da hast Du die Tabelle falsch gedeutet:
Der max. LD ergibt sich aus Umgebungsdruck x Druckverhältnis:
Also z.B. beim G4 ASZ für 700 mbar: 700 x 2,65 = ca 1850 mbar absolut. Bei 1000 mbar sinds 2350 mbar absolut.

Die Höhenanpassung der Turbomotoren zieht den Ladedruck bei sinkendem Umgebungsdruck (also steigender Höhe über NN) zurück um ein Überdrehen des Turbos zu verhindern.
Damit sinkt natürlich auch die Motorleistung.
Man kann probieren durch Überfettung diesen Leistungsverlust etwas zu verringern, aber prinzipell geht den Turbos in der Höhe im wahrsten Sinne des Wortes 'die Luft aus'

Typische Erprobungsstrecken für diesen Kalibrationszweck sind AnhängerBerg-Fahrten am Gross Glockner.

Gruss Jochen

Jochen_145 hat folgendes geschrieben:

Die Höhenanpassung der Turbomotoren zieht den Ladedruck bei sinkendem Umgebungsdruck (also steigender Höhe über NN) zurück um ein Überdrehen des Turbos zu verhindern. Damit sinkt natürlich auch die Motorleistung.

Hi Jochen,

das ist schon klar.
Die Frage ist aber: Wieso wird z.B. der "größte" BPX-Lader in der Höhe auf einen niedrigeren LD runtergezogen als etwa der "kleine" ASZ-Lader vom G4, der immerhin 2 Leistungsstufen tiefer spielt?

Also ich habe direkt nur thermisch mit den Turbos zu tun gehabt. Das was mechanisch passiert, habe ich mir immer nur soweit erklären lassen, dass meine Fragen beantwortet wurden.
Somit gibt es sicher hier den ein oder anderen Turbofachmann, der hier genauer Auskunft geben kann.
Aber was ich weiss:
Die Turbos werden immer an einer Drehzahlgrenze gefahren, die der Turbo dauerhaft vertragen kann.
Diese Drezahl ist proportional zum Ladedruck, aber nicht proportional zur Motordrehzahl
(warum ist mir auch noch nicht so wirklich klar, jedoch ist die Laderdrehzahl bei max Ladedruck und 2000rpm ähnlich wie bei 4000rpm und max Ladedruck. Hierspiel wohl das Abgasvolumen und die darin enthaltene Energie eine Rolle. Wer dies genauer beschreiben kann, bitte melden, denn hier fand ich es auch nicht mehr wirklich logisch...)
Somit wird das Tastverhältniss der Turboansteuerung immer geringer mit steigender Motordrehzahl und diese Drehzahl konstant gehalten.

Da in einem älteren Threat über Turbos schon mal über Stopffaktoren und das nicht lineare Ansprechverhalten von verschiednen Turbogrössen berichtet wird, denke ich, dass der grösse Turbo bei der Höhenanpassung genau unter dieser Nichtlinarität leidet und seine max Drehzahl so liegt, dass er bei entsprechendem Aussendruck nicht optimal fördern kann.

Aber wie gesagt, das sollen die Turboprofils noch mal genau erklären

Gruss Jochen

ich denke auch das hängt mit dem mechanischen aufbau zusammen. ein kleines massives laderrad kann ich viel höher drehen lassen als ein großes mit vielleicht filigranen (weil leichteren) schaufeln. ich könnte mir auch vorstellen, daß bei ladern mit großen schaufelrädern der rote drehazhlbereich in dünner schneller erreicht wird als bei kleineren patenten.

Hallo,

wenn man in verschiedenen MSG-Files die 'Lader-Höhenschutz-Kennfelder' bei 4000 rpm vergleicht (max. LD je nach Umgebungsdruck), dann scheinen die Entwickler die Leistungsstufen in der Höhe etwas durcheinanderzuwürfeln.

Die y-Achse im Anhang zeigt das Verhältnis zwischen Lade- und Außendruck, weil sich die Verdichterleistung u.a. aus dieser Größe berechnet und die Linien bei konstanter Verdichterbelastung im Pmax-Bereich (bei abnehmendem Außendruck) in etwa waagerecht verlaufen würden.

Dem BPX mit nominell 160 PS geht in dünner Luft recht bald die Puste aus: unter 950 mbar (das sind etwa 500 m über dem Meer oder höher) liefert er nur noch einen Ladedruck wie der ASZ (130 PS) im Polo mit dem 'kleinen' KP39B-Lader.

Bei 900 mbar liegt soger der AXR (100 PS) beim Ladedruck gleichauf mit dem BPX.

Der ASZ-Lader im G4 (GT1749VA) darf unterhalb 700 mbar (etwa 2500 m über dem Meer oder höher) sogar mehr Druck liefern als der ARL und liegt damit in ganz dünner Luft an der Spitze aller von mir ausgewerteter TDIs.

Welche technischen Hintergründe führen zu solchen Höhenkennfeldern für die Ladedruckbegrenzung

Ohne deine Messergebnisse anzweifeln zu wollen, ist es bestimmt nicht einfach auf den verschiedenen Höhen immer bei gleicher Last zu fahren (Straßenbelag, Luftwiderstand bei geringerer Dichte.......). In den Ergebnissen ist allso schon eine gewisse Unschärfe enthalten.

Interessant zu wissen wäre auch, bei welcher Last denn gemessen wurde (ich denk bei Nennleistung), und vor allem welche Motoren sich denn im Serienzustand befunden haben, d.h. nicht softwaretechnisch manipuliert wurden.

Einen Effekt solltest du vielleicht noch in deine Überlegungen mit einbeziehen. Richtig erkannt hast du, dass mit der Hohe auch das Verdichterdruckverhältnis ansteigen muss um die Nennleistung halten zu können. Das Turbinendruckverhältnis und somit die Turbinenleistung steigt in der Höhe allerdings automatisch an und erhöht somit auch das Verdichterdruckverhältnis, natürlich unter ansteigender Laderdrehzahl. Die Höhenanpassung eines Turbomotor (Anstieg der Laderdrehzahl) läuft ohne einen Regeleingriff ab. Darum muss immer eine Höhen(drehzahl)reserve am Turbolader vorgesehen werden. Übrigens wie kann eigentlich bei Nennleistung und somit voll geöffneter VTG der Ladedruck beeinflusst werden? Aussagen wie 'dem Turbomotor geht in der Höhe schnell die Luft aus' sind eigentlich falsch, vielmehr müsste es heissen 'dem Saugmotor geht in der Höhe schnell die Luft aus'.

Bei einem softwaretechnisch manipulierten Motor wird diese Höhenreserve schon zur Leistungssteigerung genutzt. Wobei jeder wissen sollte, wie dort die Leistungs der Turbine erhöht wird. Fährt man jetzt mit solch einem Fahrzeug in höhere Regionen, gerät der Verdichter an die Stopfgrenze unter sich stark verschlechternden Verdichterwirkungsgraden. Zudem wird die Verdichterdrehzahl wohl auf ein sehr gefährliches Niveau angehoben.

vanilla299 hat folgendes geschrieben:

Ohne deine Messergebnisse anzweifeln zu wollen, ist es bestimmt nicht einfach auf den verschiedenen Höhen immer bei gleicher Last zu fahren (Straßenbelag, Luftwiderstand bei geringerer Dichte.......). In den Ergebnissen ist allso schon eine gewisse Unschärfe enthalten.

Hi,

die Werte habe ich nicht gemessen, sondern aus den Datensätzen der entsprechenden MSG abgeschrieben. Daher sind sie "100% präzise".

Zitat:

Interessant zu wissen wäre auch, bei welcher Last denn gemessen wurde (ich denk bei Nennleistung), und vor allem welche Motoren sich denn im Serienzustand befunden haben, d.h. nicht softwaretechnisch manipuliert wurden.

Die Daten kommen aus den Kennfeldern mit max.LD = f(Umgebungsdruck; Drehzahl).
Für mein Diagramm habe ich aus diesen KF pro Motor nur die Daten für 4000 rpm genommen, um das LD-Verhalten im Nennleistungspunkt vergleichen zu können.

Zitat:

Übrigens wie kann eigentlich bei Nennleistung und somit voll geöffneter VTG der Ladedruck beeinflusst werden? Aussagen wie 'dem Turbomotor geht in der Höhe schnell die Luft aus' sind eigentlich falsch, vielmehr müsste es heissen 'dem Saugmotor geht in der Höhe schnell die Luft aus'.

Die VTG ist bei Serien-Pmax noch nicht ganz geöffnet. Diese Öffnungsreserve erlaubt es, den LD auch bei Volllast ein paar 100 mbar unter den Serien-Sollwert zu regeln, indem man die VTG ganz öffnet.
Bezogen auf das Diagramm müßte es also z.B. korrekt heißen "dem BPX wird in der Höhe per Software eher die Luft abgedreht als dem ASZ".

Die VTG ist bei Serien-Pmax noch nicht ganz geöffnet. Diese Öffnungsreserve erlaubt es, den LD auch bei Volllast ein paar 100 mbar unter den Serien-Sollwert zu regeln, indem man die VTG ganz öffnet.


Sicherlich ist die VTG bei Nennleistung nicht ganz geöffnet. Dass allerdings ein paar 100mbar Regelabstand zur ganz geöffneten Stellung vorgesehen werden ist mir neu. Woher hast du diese Information? Ich kann mir nicht vorstellen, dass so viel verschenkt wird, da man sich durch die größere Turbine wieder ein größeres Turboloch einfängt. Aber gut möglich, dass an älteren Motoren so etwas gemacht wurde.

Interessant wäre, auf welche Stellgrößen deine Kennfelder weiterhin Einfluss haben (evtl. Einspritzmenge, Lambda....). Um manche Kennlinien (BPX) genau zu ergründen sollte man vielleicht noch andere Kennfelder anschauen (Einspritzmenge, Ansauglufttemperatur, Lambda....) und evtl. die verbaute Hardware kennen (Verdichtergröße, Turbinegröße, LLK).

Bei allen Kennlinien ist auf großer Höhe ein ansteigendes Verdichterdruckverhältnis, was zeigt, dass hier der Leistungsverlust ausgeglichen wird, was beim Saugmotor niemals möglich ist. Zumindest einige Kurven zeigen den erwarteten, leicht ansteigenden Verlauf.

Hi,

Zitat:

Aber gut möglich, dass an älteren Motoren so etwas gemacht wurde.

wenn der 2.0l TDI 16V ein alter Motor bei Dir ist, dann ist da auch noch Reserve. Wie übrigens den mit bekannten älteren Motoren mit VTG Lader auch.

Wenn Du Dir mal ansiehst, wie empfindlich die Ladedruckregelung auf minimale Änderungen des VTG Winkels der Leitschaufeln reagiert, ist auch klar warum.

Grüße, Rainer

Wenn Du Dir mal ansiehst, wie empfindlich die Ladedruckregelung auf minimale Änderungen des VTG Winkels der Leitschaufeln reagiert, ist auch klar warum.


Ich dachte immer die VTG-Stellung ist die Stellgröße der Ladedruckregelung. Ausserdem sollte auch klar sein, dass es sich bei der Funktion Turbinenöffnungsquerschnitt=f(Leitschaufelwinkel) nicht um einen linearen Zusammenhang handelt. Gerade bei einer weit geöffneten VTG hat die Änderung des Leitschaufelwinkels doch einen zunehmend geringeren Einfluss.


wenn der 2.0l TDI 16V ein alter Motor bei Dir ist, dann ist da auch noch Reserve. Wie übrigens den mit bekannten älteren Motoren mit VTG Lader auch.


Was meinst du jetzt mit Reserve? Reserve für eine Leistungssteigerung, oder eine Reserve um in der Höhe den Ladedruck zurücknehmen zu können. Das Turbinenrad wird immer auf den Nennleistungspunkt hin ausgelegt, dort haben die Leitschaufeln keinen oder nur noch einen geringen Einfluss. Dass Verdichter und Turbine nicht vollkommen ausgequetscht werden liegt daran, dass am Limit die Wirkungsgrade zu schlecht sind. Gerade bei der Auslegung des Turboladers und somit auch dem Fahrverhalten sind durchaus unterschiedliche Philosophien der Hersteller zu erkennen. Nur weil VW die verbrauchsorientierte Auslegung (u.a. mit größerer Turbine) verfolgt, kann man daraus nicht auf extra vorgesehene Reserven schließen.

vanilla299 hat folgendes geschrieben:

Sicherlich ist die VTG bei Nennleistung nicht ganz geöffnet. Dass allerdings ein paar 100mbar Regelabstand zur ganz geöffneten Stellung vorgesehen werden ist mir neu. Woher hast du diese Information?

Die Info ist nicht durch harte Fakten gesichert, sondern anhand von LD- und Tastverhältnis-Verläufen getunter und ungetunter Motoren (im Pmax-Bereich) geschätzt.

Vielleicht sind ein paar 100 mbar "Runterregel-Reserve" auch zu hoch geschätzt, darüber will ich nicht streiten.

Zitat:

Ausserdem sollte auch klar sein, dass es sich bei der Funktion Turbinenöffnungsquerschnitt=f(Leitschaufelwinkel) nicht um einen linearen Zusammenhang handelt.

Richtig.
Problematisch wird die Gesamtpeilung aber, weil wir als Stellgröße im LD-Vorsteuer-Kennfeld nur das Tastverhältnis sehen. Dazwischen und der VTG-Schaufelstellung liegen noch etliche Umsetzungen, über deren Linearität man allgemein nur spekulieren kann:
Tastverhältnis Ankerhub des EPW Unterdruck am EPW-Ausgang Hub der VTG-Dose Drehwinkel des VTG-Stellringes Schaufelwinkel.

Bei jedem dieser können Unlinearitäten in die Steuerstrecke (?) kommen, so daß man bei geschickter Kombination am Ende möglicherweise doch einen annähernd linearen Zusammenhang zwischen TV und Turbinenöffnungsquerschnitt erreichen könnte, wenn man es als Konstrukteur wollte.
Scheinbar ist das Gesamtsystem ungefähr derart ausgelegt, denn die LD-Regelung reagiert auch im Pmax-Bereich (also bei weit geöffneter VTG) schon auf Änderungen des Vorsteuer-TV von wenigen % recht deutlich, und zwar durch die Höhe von Regelfehlern und Überschwingern.
Daraus zog ich meine Vermutung, daß die Gesamt-Regelstrecke im Serien-Setup unserer TDIs nicht schon knallhart am Offen-Anschlag der VTG steht.