@Motorenfachleute: Grenzen des TDI-Prinzips

Hallo allerseits,

nein, ich will nicht tunen, aber ich hab mich mal das folgende gefragt:

Wie weit kann man das Grundprinzip unserer TDI treiben, wenn man ausreichend haltbare Mechanik annimmt?

Bis zu welchem Ladedruck (mit entsprechender Einspritzung) wuerde das ganze noch effizient funktionieren? Oder wuerde es nach oben hin sogar effizienter werden?

Ich rede dabei jetzt nicht von Steigerungen von 1 Bar auf 1,5 Bar oder so, sondern eher in der Groessenordnung 5 Bar oder mehr.

Logisch ist, dass das weder die heutigen Bloecke noch die ueblichen Turbos koennen, aber wenn wir "Hardware" annehmen, die das kann (das ganze also quasi als Gedankenspiel nehmen): Was wuerde passieren?

Ohne viel Hintergrundwissen zu haben, vermute ich mal, dass die theoretische Grenze spaetestens da liegen muss, wo man mit dem Ladedruck in die Regionen der Verdichtung der Motoren kommt... aber selbst das liesse ja einen sehr grossen Spielraum.

Was denkt ihr?

Waere es machbar, mit einem gewaltigen Ladedruck einen kleinen 0,5 Liter TDI zu bauen, der die Leistung und das Drehmoment unserer 1.9er Maschinen erreicht?

Viele Gruesse,

Jan

Hallo,

mit zunehmender Verdichtung des Laders im Verhältnis zur Motorverdichtung geht die Motor-Lader-Kombination immer mehr in eine Gasturbine mit dem Motor als Brennkammer über. Man kann ihn dann in Gedanken auch weglassen und ist bei einer reinrassigen Gasturbine angelangt. Die maximale Verdichtung einer Gasturbine ist durch die Chemie der Verbrennung bestimmt. Oberhalb der Zersetzungstemperatur (alles hat eine Zersetzungstemperatur) von CO2 kann man keinen Kohlenstoff verbrennen und oberhalb der von Wasser keinen Wasserstoff. Herrscht in der Brennkammer nun eine Temperatur oberhalb dieser Werte findet in ihr überhaupt keine Verbrennung mehr statt (sondern erst dahinter).

Fazit:
Wenn das Ganze ein TDI-Motor bleiben soll, muß das Verhältnis von Laderverdichtung zu Motorverdichtung erhalten bleiben. Man könnte beides solange erhöhen bis die Temperatur so hoch wird, daß überhaupt keine Verbrennung mehr stattfindet.

So, jetzt sitze ich schon seit 15min vor diesem Thread und überlege.
Habe zwar keine Ahnung vom Motorenbau, jedoch kann ich mir vorstellen das die Ladedruckerhöhung in deine Dimensionen zwar viel mehr Leistung bringt, aber der Verbrauch darunter stark leidet.
Kenne das von Turbobenzinern die mit ca 5 bar Ladedruck fahren. Da steigt der Verbrauch dann ins unendliche.
Ist halt nur die Frage das wenn man den Hubraum dann auf 0,5l und 1 oder 2 Zylinder reduziert, die Mehrmenge sich dann auch wieder so reduziert das man auf das Verbrauchs- und Leistungsniveau eines 1,9 Tdi kommt.
Man würde erheblich an Gewicht und Platz sparen und hätte neue Einbaumöglichkeiten.
Für solch aufwendige Motorenkonzepte werden aber Technik, Entwicklung und Materialien sehr teuer.
Denke mal das da viele Motorenbauer schon drüber nachdenken. Die sind ja meist weiter als der gewöhnliche Hobbyschrauber.

Hi,
mit Benzinern würde ich das nicht vergleichen, da muß man mit zunehmenden Ladedruck die Verdichung stark zurücknehmen um Klopfen zu vermeiden. Das wollte Ulf aber sicher nicht bei seiner Überlegung zum TDI.
Problem bei realexistierenden Gasturbinen ist zur Zeit und wohl noch für lange Zeit die Turbineneintrittstemperatur oder genauer gesagt die Schaufeltemperatur am Eintritt. Ich weiß nicht ab welcher Temperatur Wasser und CO2 dissoziieren oder sonst warum nicht mehr verbrennen mögen, die ist aber bestimmt noch viel höher als es aktuelle Werkstoffe und Kühlverfahren vertragen.
Kommt hinzu, daß das den Bauaufwand erhöht, so daß eine solche Turbine für die Luftfahrt zu schwer und für bodengebundene Zwecke zu teuer würde.
Der Wirkungsgrad sollte zunächst noch steigen (effektive LLK vorausgesetzt).
Ich befürchte aber auch, daß die Charakteristik des Triebwerks dann zunehmend turbinenartig wird, sprich Leistung nur in einem schmalen Drehzahlband. Spätestens wenn wegen der hohen Abgastemperaturen keine VTG´s mehr möglich sind müssen Abstriche gemacht werden

Der Grenzfall ist die Turbine, wie sie in Flugzeugen eingesetzt wird. IMHO sind die Vorteile eines Kolbenmotors als "Brennkammer und Turbine":

1. das durch die diskontinuierliche Verbrennung die Bauteiltemperaturen des "Expansionsteils oder Motors" deutlich unterhalb der Verbrennungstemperatur liegen. Damit kann die Verbrennungstemperatur höher gewählt werden und der thermische Wirkungsgrad steigt. Der Flugzeugturbinen geht das nur zum Teil. Dort werden die Turbinenflügel durch eine Schicht kälteren Gases vor den Verbrennungstemperaturen geschützt.

2. Das Teillastverhalten und der Wirkungsgrad im Teillastbetrieb ist viel grösser als bei einer Turbine, da das Verdichtungsverhältnis mechanisch vorgegeben ist. Turbinen im Fahrzeugbau werden nur in extremen Nischen verwendet ( Amerikanischer Kampfpanzer, Traktor-Pullingwettbewerbe, seltene Lokomotiven).

Mit freundlichem Gruß
Christian

Hallo allerseits,

erst einmal Danke fuer die kompetenten und interessanten Antworten.

Wenn wir also eine Skala nehmen, auf der unsere TDI das eine Ende markieren, und die Fkugzeugturbine das andere... wie weit in Richtung Mitte wuerde sich der Weg eurer Meinung nach lohnen (mal unter der Voraussetzung, dass materialtechnische Probleme aus dem Weg geraeumt werden)?

Viele Gruesse,

Jan

Was denkt ihr?
Waere es machbar, mit einem gewaltigen Ladedruck einen kleinen 0,5 Liter TDI zu bauen, der die Leistung und das Drehmoment unserer 1.9er Maschinen erreicht?


das mit sicherheit. siehe renn-TDI

aber die grenze wird sich da einpendeln, wo der aufwand für die ladedruckerzeugung zu gross wird. wenn du 5bar ladedruck haben willst müssen die ja auch irgendwo herkommen.
du brauchst dann also entweder kompressoren oder mehrere turbolader in reihen/parallelschaltung. sowas wird z.b. im schiffsbau gemacht. mit turboladern wird das aber nicht für einen fahrzeugmotor machbar sein, der wird IMHO etwas unfahrbar werden.
du musst aber auch bedenken, dass mit höherem ladedruck auch die verdichtungsenddrücke riessengross werden und damit die lufttemperaturen. das dürfte ziemliche probleme mit der einspritzausrüstung geben.

andererseits wird der wirkungsgrad irgendwann wieder fallen, da die mechanischen und thermischen verluste schlicht zu gross werden.

wenn du mit turboladern arbeitest wird sich der strömungmaschinencharakter auch immer mehr auf den motor übertragen je mehr ladedruck du fahren willst. er läuft dann immer mehr auf der propellerkurve, was für einen fahrzeugmotor eher weniger tauglich ist.
TKN hats schon angesprochen. irgendwann hast du dann eine freikolben-gasturbine

CU Gremlin

Hallo Leute,

ich hatte mal Unterlagen eines Diesel-Höhenflugmotors in der Hand. War so weit ich mich erinnere geplant für die GROB Strato. Die Motoren sollten in 18Km Höhe noch Leistung bringen. Propellerdurchmesser 6 Meter !


Dieser Diesel sollte mit 2 Turbos in Registeraufladung bei 4 Bar Ladedruck arbeiten.
Es war dann wohl billiger vorhandene Benziner aufzumotzen, als ein vollkommen neues Triebwerk zu bauen.


Unterlagen hab ich keine mehr gefunden, nur den Link zum Flugzeug

http://www.grob-aerospace.de/get.php4?pageid=205

Zurück zur Frage : Ich würde vermuten dass die Materialbelastung dem Ganzen ein Ende setzt, bevor es Verbrennungstechnische Probleme gibt.
Bis 4 Bar scheint's jedenfalls zu gehen.

Ein höherer Ladedruck im Verhältnis zum Verdichtungsdruck hat m.E. noch einen Vorteil, der noch nicht genannt wurde: Die Literleistung (kW pro L Hubraum) steigt, dadurch kann der eigentliche Kolbenmotor bei gleicher Leistung kleiner konstruiert werden. Das wiederum bedeutet: Geringere innere Motorreibung des eigentlichen Motors. Das bedeutet: Geringerer Leerlaufverbrauch. Zwar hat ein größerer & stärkerer Turbolader, der ja auch Teil des gesamten Prozesses ist, auch einen größeren Anteil an den gesamten Verlusten. Aber im Leerlauf ist der Turbolader praktisch unwirksam. Somit hat man ein ganz kleines Motörchen mit kleinen Kölbchen, was im Leerlauf und in der 30er Zone ganz genügsam ist.

extremes Beispiel: Leerlaufverbrauch-Vergleich Lupo 1,7SDI mit Lupo3L (beide ungefähr gleiche Nennleistung).[/b]