Wann beginnen TDIs zu rußen?

Hallo,

zur theoretisch vollständigen Verbrennung von 1 kg Diesel werden ca. 14,5 kg Luft benötigt (wenn meine Recherchen stimmen). Wegen der inhomogenen Gemischbildung und Verbrennung im Motor würde das aber schon ziemlich rußen.

Um das zu vermeiden, werden unsere TDIs ab Werk mit einigem Luftüberschuß (AFAIK um 20%) betrieben, den man ja bekanntlich beim Tuning anknabbern kann.

Also: kein Luftüberschuß -> viel Ruß
20% Luftüberschuß -> kein direkt sichtbarer Ruß.

Im Zusammenhang mit (Chip)Tuning und Ladedruckerhöhungen würde mich interessieren, ab welchem Rest-Luftüberschuß der Rußausstoß so deutlich sichtbar wird, daß man spontan sagt "der da ist getunt oder defekt".

Ich weiß, die Frage ist ziemlich unscharf, daher geht es mir auch nur um Daumenwerte. Ggf. getrennt nach VP und PD, denn PDs könnten ja dank besser Zerstäubung und kürzerer Pmax-Spritzdauer womöglich etwas fetter (besser: weniger mager) fahren, bevor die Qualmerei anfängt . . .?

Hi Ulf!

LiFi ist auch oft schuld. Ich sag nur: 'alle 60tkm' bei Longlife (dazwischen nur Kontrolle). Meiner kommt alle 15tkm raus.

Grüße

Dazu etwas weiter ausholend ne Frage:

Haben alle TDI 5 Loch Duesen ?

m.W. haben zumindest die 1.9er VPs 5 Loecher.

Denn die Strahlenform ist im Zusammenhang mit dem Drall entscheidend. Pkw haben lange, schmale Strahlen, die sich im starken Drall drehen aber sich nicht beruheren sollen, weil sonst eine Verbrennung in schon verbrannter Luft stattfindet, was Rußbildung bedeutet.

(zur Vollstandigkeit: Lkw haben kurze, bauchige Strahlen, weil weniger Drall)

m;

Hi Ulf,

was sagst du zu folgendem Ansatz?

Eine Vergleichsrechnung mit einem SDI:

Dieser läuft ja bekanntermaßen ziemlich nahe an der Grenze zu sichtbarem Russ.

Vorab muss gesagt werden, dass das Ganze nur als SEHR grobe Annäherung zu sehen ist. In einem SDI sind einige Parameter doch sehr anders als in einem TDI (z.B. Ladelufttemp. bzw. Ansaugtemp....)


Ein Vergleich mit einem ALH:

SDI: 50 kW und 1 Bar (real natürlich etwas weniger)
ALH: 66 kW und 1,95 Bar

50/1 = 50 kW/Bar
66/1,95 = 33,8 kW/Bar

Um bei einem ALH den selben Lambdawert wie bei einem SDI zu erhalten, könnte man nach dieser Rechung die Einspritzmenge um 48 % erhöhen.
Weiter gedacht: Diese 48 % wären aber im optimalen Einspritzfenster 'unterzubringen', also ev. größere Einspritzdüsen notwendig.

Mit einem ARL gerechnet:

ARL: 110 kW und 2,5 Bar --> 44 kW/Bar

Also etwa 14 % 'zusätzliche Reserve'.


Auch wenn diese Werte ungenau sind, so zeigen sie zumindest, dass nicht alle TDI's mit dem selben Luftüberschuss laufen.

VG,
Joe

joe* hat folgendes geschrieben:

SDI: 50 kW und 1 Bar (real natürlich etwas weniger) ALH: 66 kW und 1,95 Bar ARL: 110 kW und 2,5 Bar --> 44 kW/Bar

. . . wobei allerdings die scheinbar hohe Luftreserve der TDIs durch die erhöhte LLT wieder reduziert wird, aber dieser Effekt beim SDI naturgemäß gar nicht auftritt

In dem Hochschulpraktikum Verbrennungsmotoren war unter anderem auch ein 2,0l BMW TDI-Motor M47 mit VP44-ESP auf dem Prüfstand.
Von dem hab ich die kompletten Kennfelder, z.T. in den Ausarbeitungen auch selber per Hand erstellen dürfen
Hab jetzt keine reine Kennlinie "Rußzahl - Lambda global" vorliegen, die müsste ich erst selbst wieder rauszeichnen. Außerdem hängts auch gleichzeitig noch von der Drehzahl ab. Was ich jetzt grob aus den Kennfeldern sehen kann, gehts ab ca. Lambda 1,5 dramatisch mit dem Rußen hoch. Kleinster gemessener Lambdawert war 1,32 bei 1500 U/min Volllast.

hallo

ich denke ein paar feste werte wären für die weitere spekulationsrunde nützlich.

lambda > 0,7, dass gemisch wird zündfähig. aber nur in einer kleinen diffusions- und reaktionszonen um das einzelne tröpfchen welches von einer kraftstoffdampfschicht umgeben wird -> inhomogen

ruß tritt unter extremen luftmangel auf, was eben durch diese inhomogenität gegeben ist. die moleküle des diesels zerbrechen bei zunehmendem luftmangel und verbrennungstemperatur unter abscheidung von wasserstoff. durch den wasserstoff kommt es zur polymerisation von kohlenstoffreichen molekülen -> rußbildung

aus den oben genannten gründen müssen dieselmotoren mit einem lambda > 1,1 betrieben werden, hauptsächlich wegen der oben schon angesprochenen inhomogenitäten, sowohl der ladung als auch der thermischen im brennraum


die rußbildung nimmt in richtung lambda = 1 zu, da aufgrund des fetteren gemisches und der inhomogenität fette gemischzonen entstehen



wenn sowohl nox als auch ruß vermieden werden sollen, solte lambda zwischen 1,6 und 1,7 liegen



Um bei einem ALH den selben Lambdawert wie bei einem SDI zu erhalten, könnte man nach dieser Rechung die Einspritzmenge um 48 % erhöhen.

welches lambda soll voraus gesetzt werden ? wo sollen die 48 % drauf, vorallem wann ?

Denn die Strahlenform ist im Zusammenhang mit dem Drall entscheidend.

drall ist aber auch schlecht, da es für den liefergrad nachteilig ist -> strömungsverluste
weiterhin gibt es noch tumble und die verbindung aus drall und tumble, nämlich tipped.
das wichtigste drall + squish (einströmen am rand der kolbenmulde ) gibt das spray


Dieser läuft ja bekanntermaßen ziemlich nahe an der Grenze zu sichtbarem Russ.

wo soll die liegen ? das würde ja dann einen exakten wert voraussetzen, oder verstehe ich es falsch ?

Hi!

. . . wobei allerdings die scheinbar hohe Luftreserve der TDIs durch die erhöhte LLT wieder reduziert wird, aber dieser Effekt beim SDI naturgemäß gar nicht auftritt
Jo, hab ich auch geschrieben.
In einem SDI sind einige Parameter doch sehr anders als in einem TDI (z.B. Ladelufttemp. bzw. Ansaugtemp....)

wo soll die liegen ? das würde ja dann einen exakten wert voraussetzen, oder verstehe ich es falsch ?
Wenn man bei einem SDI nur die Einspritzmenge erhöht, erntet man sehr schnell viel Russ (wurde auch hier im Forum schon geschrieben). Daraus habe ich gefolgert: 'Ein SDI läuft nahe an der Grenze zu sichtbarem Russ.'

welches lambda soll voraus gesetzt werden ?
Das Lambdaverhältnis, mit dem ein SDI unter Volllast unterwegs ist.

wo sollen die 48 % drauf, vorallem wann ?
Meinst du das?
Diese 48 % wären aber im optimalen Einspritzfenster 'unterzubringen', also ev. größere Einspritzdüsen notwendig.
In diesem Fall beim ALH 48% mehr Vollastmenge. (aber wie schon erwähnt, diese Zahl ist nur eine grobe Näherung, vieles vernachlässigt!)
Ausserdem: Größere Einspritzdüsen verschlechtern wiederum die Zerstäubung, was tendenziell die Rußbildung fördert.... Aber ich wollte eigentlich gar nicht so weit ins Detail gehen.

Ich habe meinen Beitrag eher als Anreiz verstanden, die Größenordnungen um die es hier geht aufzuzeigen. Ebenso wollte ich darstellen, dass die TDI's im Serienzustand bei Volllast teilw. erheblich unterschiedliche Luftüberschüsse haben, man also nicht verallgemeinern kann und z.B. sagen: 15 % Mehrmenge gehn bei jedem TDI und dann fängts an zu russen.

VG,
Joe

M47-BMW

da ja hier nur Volllastlinie interessiert:

1000 U/min 114,6Nm Rußzahl 2,1 Lambda 1,42
1500 U/min 240,7Nm Rußzahl 2,9 Lambda 1,32 im Vergleich zu Rußzahl 1,3 bei Lambda 1,56
2000 U/min 271,2Nm Rußzahl 2,5 Lambda 1,35 im Vergleich zu Rußzahl 0,2 bei Lambda 1,74
2500 U/min 275,0Nm Rußzahl 2,3 Lambda 1,35 im Vergleich zu Rußzahl 0,3 bei Lambda 1,73
3000 U/min 259,8Nm Rußzahl 2,8 Lambda 1,41 im Vergleich zu Rußzahl 0,8 bei Lambda 1,82
3500 U/min 240,7Nm Rußzahl 3,0 Lambda 1,42 im Vergleich zu Rußzahl 1,2 bei Lambda 1,82
4000 U/min 214,9Nm Rußzahl 3,6 Lambda 1,45 im Vergleich zu Rußzahl 1,6 bei Lambda 1,83

wie man sieht, verdreifacht sich der Ruß ab Lambda 1,5 innerhalb kurzer Werte.

zusätzlich noch die Volllastlinie vom AGR-Motor von VAG
(habs aus Rainers Beitrag vom Thread http://community.dieselschrauber.de/viewtopic.php?p=12956)

faz hat folgendes geschrieben:

M47-BMW 4000 U/min 214,9Nm Rußzahl 3,6 Lambda 1,45 im Vergleich zu Rußzahl 1,6 bei Lambda 1,83 wie man sieht, verdreifacht sich der Ruß ab Lambda 1,5 innerhalb kurzer Werte. . . . zusätzlich noch die Volllastlinie vom AGR-Motor von VAG

Boah, das sind beim BMW ja 80% mehr Rußanteil als beim AGR mit der VP 37.

Ich werde heute abend mal in ein paar TDI-Datensätzen stöbern und die "fettesten" Lambdawerte aus verschiedenen Original-Trübungs-KF berechnen.

Ich gehe mal davon aus, daß das z.B. bei 850 mg Luft und einer zulässigen Einspritzmenge von 48,6 mg wie folgt geht:

1. 850 mg Luft / 14,5 = 58,6 mg Diesel für Lambda 1
(wobei 14,5 das "stöchiometrische Massenverhältnis" ist)

2. 58,6 mg Diesel / 48,6 mg Diesel = Lambda 1,206

oder kurz:
Lambda(Diesel) = Luftmasse / (Dieselmasse * 14,5)


Stimmt das so?
Wenn nicht, bitte den korrekten Rechenweg posten!

Das Lambdaverhältnis, mit dem ein SDI unter Volllast unterwegs ist.

ok, mir schon klar, aber welcher zahlenwert?


(wobei 14,5 das 'stöchiometrische Massenverhältnis' ist)


wenn lambda = 14,5 , heißt das nur, dass man 14, 5 kg luft benötigt um 1 kg kraftstoff vollständig zu verbrennen.

also

--lambda = mluft/mkraftstoff--


das stöchimetrische Gemisch wird mir lambda = 1 bezeichnet

--Lambda = Ltat/Lmin--

Ltat ist die tatsächlich zur verfügung gestellte Luftmenge

Lmin ist der Mindestluftbedarf der gerade noch zur vollständigen verbrennung ausreicht.

deshalb kann das nicht stimmen

58,6 mg Diesel / 48,6 mg Diesel = Lambda 1,206



wenn, was aber eigentlich falsch ist, denn wir berücksichtigen hier nicht das die formel für lmin mehr beinhaltet, dann würde die gleichung so aussehen.

lambda = Ltat/[ (14,5*mkraftstoff) *faktor]



noch was interessantes.

erforderliche luftverhältnisse

vorkammer diesel klein 1,2
direkteinspritzer klein 1,3

mit aufladung plus 0,2

ein vorkammer hat im normalfall weniger ruß als ein direkteinspritzer, bauartbedingt

daraus kann man abeleiten

verbrennungsluftmenge für 1kg (1m3 ) kraftstoff = lambda * Lmin m3


interessantes thema

Da komm ich jetzt nicht ganz mit.

Ich würds mal so formulieren, wies auch definiert ist:
Lambda = tatsächliche Luftmasse/benötigte Luftmasse
= tatsächliche Luftmasse/(eingespritzte Kraftstoffmenge*14,5)

= 850mg/(48,6mg*14,5)=1,206

--> Ulfs Rechnung stimmt schon. Er hat zwar ein Kraftstoffverhältniss ausgerechnet statt einem Luftmassenverhältnis, aber auch das führt zum ziel.

Ulfs Rechnung stimmt schon. Er hat zwar ein Kraftstoffverhältniss ausgerechnet statt einem Luftmassenverhältnis, aber auch das führt zum ziel.

da hast du recht

ich habe ein wenig in der literatur geblättert, meiner meinung nach ist der weg über die luft der korrekte.

meine überlegung:

850 mg / 14,5kg/kg kr = 58,6 mg

wenn ich jetzt die 48,6 mg nehme, wären das 17,5 kg / kg kr

also

850 mg / 17,5 kg/ kg kr = 48,6 mg

in die formel von ulf eingesetzt; ohne einheiten

(850/14,5) / ( 850/17,5) = 17,5 / 14,5 = 1,2

ok, is auf die goldwaage gelegt, aber ich bin halt der meinung, dass man es so formulieren sollte, dass außenstehende es auch ohne große probleme nachvollziehen können und es mit der literatur einheitlich ist.



mal abgesehen davon ist dieser wert in der realität sicher zu niedrig, den sonst würde das auto massiv rußen

Vergesst bitte nicht, dass die ganze Rechnerei nur Laborcharakter hat.

Im realen Motor sieht das alles etwas anders aus. Dort hängt es von der Zerstäubung des Kraftstoffes ab, vom Ladedruck, den Steuerzeiten, der Brennraumform, der Drehzahl, der Motorlast und noch ein paar Dingen.

Vor allem die Gemischaufbereitung hat grossen Einfluss auf das Russverhalten. Letztendlich bekommt man nur durch den Versuch ein endgültiges Ergebnis. Das Luftverhältniss ist für jeden Motortyp anders und lässt sich nur schwer exakt im Voraus berechnen.

Wie schwierig das ist sieht man an Fahrzeugen mit Chiptuning.
Bei gleicher Leistungssteigerung russt ein Fahrzeug bei Tuner A , nicht aber bei Tuner B.

CU

Eine Vergleichsrechnung mit einem SDI:

Dieser läuft ja bekanntermaßen ziemlich nahe an der Grenze zu sichtbarem Russ.


Dafür entfällt der Beschleunigungs-Rußstoß infolge Turboloch.

SeatArosa1.7SDI hat folgendes geschrieben:

Dafür entfällt der Beschleunigungs-Rußstoß infolge Turboloch.

Es war eigentlich klar, dass ein solcher Kommentar von dir als Turbo-Hasser kommen musste.

Der Richtigkeit halber möchte ich hier aber nochmal anmerken, dass ein "Beschleunigungs-Rußstoß infolge Turboloch" bei einem intakten TDI nicht auftreten kann. (Stichwort: LMM), Dass man es trotzdem öfters mal sieht liegt schlicht und einfach an vielen nicht 100 prozentig korrekt getunten Turbomotoren (10cent etc), oder anderen Basteleien (Diode statt LMM, etc).

Gruß
Guste