TDI: Confronto turbocompressori in aria rarefatta

Ciao,

Confrontando i "campi di dati relativi all'altezza di carico" presenti in diversi file MSG a 4000 giri/min (con la massima velocità di carico variabile in base alla pressione ambientale), sembra che gli ingegneri abbiano commesso alcune incongruenze nella definizione dei livelli di potenza in funzione dell'altitudine.

L'asse y nell'appendice mostra il rapporto tra la pressione di mandata e la pressione di aspirazione, poiché la potenza del compressore è calcolata anche in base a questo valore, e le linee che rappresentano una costante carico del compressore nell'intervallo di Pmax (con pressione di aspirazione decrescente) tenderebbero ad essere approssimativamente orizzontali.

Il motore BPX, con una potenza nominale di 160 cavalli, perde rapidamente prestazioni in aria rarefatta: al di sotto di 950 mbar (circa 500 metri sopra il livello del mare o superiore), fornisce solo una pressione di sovralimentazione equivalente a quella del motore ASZ (130 cavalli) nella Polo, equipaggiato con il turbocompressore "piccolo" KP39B.

A 900 mbar, persino il modello AXR (100 CV) raggiunge la stessa pressione di sovralimentazione del modello BPX.

Il caricatore ASZ nel modello G4 (GT1749VA) può erogare una pressione superiore a quella del turbocompressore ARL anche al di sotto di 700 mbar (circa 2500 metri sopra il livello del mare o più in alto), posizionandosi così al vertice di tutti i modelli TDI che ho analizzato in termini di prestazioni.

Quali sono le basi tecniche che portano a tali mappe di altezza per la limitazione della pressione di sovralimentazione ?

Ciao.

Credo che qui si raggiunga la velocità massima del turbocompressore. In aria rarefatta, deve girare molto più velocemente per fornire la stessa potenza di compressione. Suppongo che i turbocompressori più grandi non possano raggiungere velocità così elevate.

Saluti.
Jens.

Cosa fa esattamente il sistema di gestione del motore (MSG) in queste "situazioni estreme"? Si cerca di mantenere la (normale) potenza operativa alle condizioni standard ("livello del mare", pressione ambiente di 1000 mbar), oppure il MSG riduce la potenza per proteggere i componenti (come il turbocompressore) da danni?
Si può notare che la pressione di sovralimentazione è regolata ben al di sopra del limite consentito per il turbocompressore ASV (il che sarebbe grave se ciò avvenisse senza che immediatamente si attivasse una modalità di emergenza). Con una pressione atmosferica di 700 mbar, questo significherebbe uno 0,3 bar in più rispetto alla configurazione standard.
Altrimenti, mi associo all'affermazione del mio predecessore.

Zak1976 ha scritto:

È evidente che la pressione di sovralimentazione è regolata ben al di sopra del limite consentito dal turbocompressore ASV.

No, hai interpretato la tabella in modo errato:
La pressione massima (LD) si ottiene dalla pressione ambiente moltiplicata per il rapporto di pressione:
Ad esempio, nel caso del G4 ASZ per una pressione di 700 mbar: 700 x 2,65 = circa 1850 mbar assoluti. A 1000 mbar, si ottengono 2350 mbar assoluti.

La regolazione dell'altitudine dei turbomotori riduce la pressione di sovralimentazione quando la pressione atmosferica diminuisce (ovvero, all'aumentare dell'altitudine), per evitare che il turbo giri troppo velocemente.
Di conseguenza, anche la potenza del motore diminuisce.
Si può cercare di ridurre leggermente questa perdita di prestazioni aumentando la quantità di grasso, ma fondamentalmente, ai turbocompressori che operano ad alta quota, manca letteralmente l'aria.

Le tipiche piste di prova utilizzate per questo scopo di calibrazione sono le strade di montagna del Großglockner.

Ciao Jochen,

Jochen_145 ha scritto:

La regolazione dell'altitudine dei turbomotori riduce la pressione di sovralimentazione quando la pressione atmosferica diminuisce (ovvero, all'aumentare dell'altezza sopra il livello del mare) per evitare che il turbo giri troppo velocemente. In questo modo, ovviamente, anche la potenza del motore diminuisce.

Ciao Jochen,

Questo è già chiaro.
La domanda è: perché, ad esempio, il "più grande" caricatore BPX viene abbassato in altezza a un livello inferiore rispetto al "piccolo" caricatore ASZ del G4, che comunque opera con due livelli di potenza inferiori?

Ho avuto direttamente a che fare solo con i turbocompressori dal punto di vista termico. Per quanto riguarda ciò che accade meccanicamente, mi sono sempre limitato a farmi spiegare le cose necessarie per rispondere alle mie domande.
Certo che qui ci sono sicuramente alcuni esperti del settore in grado di fornire informazioni più precise.
Ma quello che so è:
I turbocompressori vengono sempre utilizzati a un limite di giri che il turbo può sopportare in modo continuativo.
Questa pressione è proporzionale alla pressione di sovralimentazione, ma non è proporzionale al regime del motore.
(non ho ancora capito bene il motivo, tuttavia, la velocità del turbocompressore è simile sia a 2000 giri/min con pressione di sovralimentazione massima che a 4000 giri/min con pressione di sovralimentazione massima. Probabilmente, in questo caso, il volume dei gas di scarico e l'energia contenuta al loro interno giocano un ruolo importante. Chi può descrivere questo fenomeno più dettagliatamente, si faccia avanti, perché anche io non sono riuscito a trovare una spiegazione logica).
Di conseguenza, il rapporto di corsa della turbina diminuisce progressivamente all'aumentare del regime del motore, mantenendo costante quest'ultimo.

In una discussione precedente sui turbocompressori, si era già parlato dei fattori di strozzamento e del comportamento non lineare delle diverse dimensioni dei turbocompressori. Credo che il turbocompressore più grande, quando utilizzato in altitudine, soffra proprio di questa non linearità e che la sua velocità massima sia tale da impedirgli di funzionare in modo ottimale con una determinata pressione atmosferica.

Come ho detto, i profili Turbo dovrebbero fornire una spiegazione più dettagliata.

Ciao Jochen,

Credo che questo dipenda anche dalla struttura meccanica. Una piccola ruota di carico massiccia può essere fatta girare a una velocità molto più alta rispetto a una grande, con pale forse più delicate (e quindi più leggere). Potrei anche immaginare che, nei caricatori con grandi ruote di carico, la zona rossa del contagiri venga raggiunta più rapidamente rispetto ai modelli più piccoli.

Ciao,

Confrontando i 'campi di altezza di protezione del carico' presenti in diversi file MSG a 4000 giri/min (con una pressione ambientale massima per ogni caso), sembra che gli ingegneri abbiano creato un po' di confusione riguardo ai livelli di potenza in funzione dell'altitudine.

L'asse y nell'allegato mostra il rapporto tra la pressione di mandata e la pressione di aspirazione, poiché la potenza del compressore è calcolata anche in base a questo valore, e le linee che rappresentano una costante carico del compressore nell'intervallo di Pmax (con pressione di aspirazione decrescente) tenderebbero ad essere orizzontali.

Il motore BPX, con una potenza nominale di 160 cavalli, perde rapidamente prestazioni in aria rarefatta: al di sotto di 950 mbar (circa 500 metri sopra il livello del mare o superiore), fornisce solo una pressione di sovralimentazione equivalente a quella del modello ASZ (130 cavalli) nella Polo, equipaggiata con il turbocompressore 'piccolo' KP39B.

A 900 mbar, persino il modello AXR (100 CV) raggiunge la stessa pressione di sovralimentazione del modello BPX.

Il caricatore ASZ nel modello G4 (GT1749VA) può erogare una pressione superiore a quella del turbocompressore ARL, anche al di sotto di 700 mbar (circa 2500 metri sopra il livello del mare o superiore), e si posiziona quindi al vertice di tutti i modelli TDI che ho analizzato in termini di prestazioni in condizioni di aria rarefatta.

Quali sono le basi tecniche che portano a tali mappe di altezza per la limitazione della pressione di sovralimentazione ?

Senza voler mettere in discussione i tuoi risultati di misurazione, è sicuramente difficile mantenere le stesse condizioni di carico durante la guida alle diverse altitudini (superficie stradale, resistenza dell'aria a causa della minore densità...). Pertanto, nei risultati sono già presenti alcune incertezze.

Sarebbe interessante sapere a quale carico sono state effettuate le misurazioni (immagino alla potenza nominale) e, soprattutto, quali motori erano presenti nello stato originale, ovvero non modificati a livello di software.

Forse dovresti considerare un altro fattore. Hai ragione nel dire che, con l'aumentare dell'altitudine, anche il rapporto di compressione del compressore deve aumentare per mantenere la potenza nominale. Tuttavia, il rapporto di pressione della turbina e, di conseguenza, la sua potenza aumentano automaticamente con l'altitudine, aumentando così anche il rapporto di compressione del compressore, ovviamente con un aumento della velocità del turbocompressore. La regolazione dell'altitudine di un motore turbo (aumento della velocità del turbocompressore) avviene senza alcun intervento di controllo. Per questo motivo, è sempre necessario prevedere una riserva di altezza (velocità) nel turbocompressore. A proposito, come si può influenzare la pressione di sovralimentazione a potenza nominale e quindi con la valvola VTG completamente aperta? Affermazioni come 'un motore turbo esaurisce rapidamente l'aria in alta quota' sono in realtà errate; sarebbe più corretto dire che 'un motore aspirato esaurisce rapidamente l'aria in alta quota'.

In un motore modificato a livello software, la riserva di altezza viene già sfruttata per aumentare le prestazioni. È importante che tutti sappiano come viene aumentata la potenza della turbina in questi casi. Se si guida un veicolo del genere in zone più elevate, il compressore raggiunge il limite massimo con una significativa diminuzione dell'efficienza e, inoltre, la velocità di rotazione del compressore viene probabilmente portata a livelli molto pericolosi.

vanilla299 ha scritto:

Nonostante non voglia mettere in discussione i tuoi risultati di misurazione, è sicuramente difficile mantenere la stessa velocità e carico su diverse altitudini (superficie stradale, resistenza dell'aria a causa della minore densità...). Pertanto, i risultati contengono già una certa incertezza.

Ciao,

I valori non sono stati misurati direttamente, ma sono stati ricavati dai dataset del messaggio corrispondente. Pertanto, si possono considerare "precisi al 100%".

Citazione:

Sarebbe interessante sapere anche a quale carico sono state effettuate le misurazioni (penso alla potenza nominale), e soprattutto quali motori si trovavano nelle condizioni di serie, ovvero non erano stati modificati a livello software.

I dati provengono dalle curve caratteristiche che mostrano la massima portata (LD) in funzione della pressione ambiente e della velocità di rotazione.
Per il mio diagramma, ho preso solo i dati relativi a 4000 giri al minuto per ogni motore, in modo da poter confrontare il comportamento del carico dinamico nel punto di funzionamento nominale.

Citazione:

A proposito, come si può influenzare la pressione di sovralimentazione quando si utilizza la potenza nominale e quindi il VTG è completamente aperto? Affermazioni come "a un motore turbo perde rapidamente l'aria in altitudine" sono in realtà errate; sarebbe più corretto dire "un motore aspirato perde rapidamente l'aria in altitudine".

La valvola di regolazione della pressione (VTG) non è ancora completamente aperta alla massima pressione nominale (Pmax). Questa riserva di apertura consente di regolare la pressione di mandata (LD) anche a pieno carico di alcuni centinaia di mbar al di sotto del valore desiderato, aprendo completamente la VTG.
In relazione al diagramma, ad esempio, sarebbe corretto dire: "al sistema BPX viene interrotta l'alimentazione in altezza tramite software più frequentemente che al sistema ASZ".

La valvola di regolazione VTG non è ancora completamente aperta alla pressione massima nominale. Questa riserva di apertura consente di regolare la pressione del gas LD anche a pieno carico di alcuni centinaia di mbar al di sotto del valore desiderato, aprendo completamente la valvola VTG.


Certamente, la valvola a farfalla (VTG) non è completamente aperta alla potenza nominale. Tuttavia, mi risulta nuovo che sia previsto un margine di regolazione di alcune centinaia di mbar rispetto alla posizione completamente aperta. Da dove hai ottenuto questa informazione? Non riesco a immaginare che si sprechino così tante risorse, dato che una turbina più grande potrebbe compensare con un maggiore effetto 'turbo-lag'. Ma è possibile che su motori più vecchi sia stata adottata questa soluzione.

Sarebbe interessante capire quali parametri continuano ad essere influenzati dalle tue mappe di calibrazione (ad esempio, la quantità di iniezione, il lambda...). Per analizzare accuratamente alcune curve (BPX), potrebbe essere utile esaminare altre mappe (quantità di iniezione, temperatura dell'aria aspirata, lambda...) e conoscere eventualmente l'hardware utilizzato (dimensioni del compressore, dimensioni della turbina, intercooler).

In tutte le curve caratteristiche, ad alta quota, si osserva un aumento del rapporto di compressione, il che indica che in questa zona si compensano le perdite di potenza, cosa impossibile nei motori aspirati. Almeno alcune curve mostrano l'andamento previsto, con una leggera tendenza all'aumento.

Ciao,

Citazione:

Ma è molto possibile che su motori più vecchi sia stata fatta una cosa del genere.

Se il motore 2.0 TDI 16V è un modello obsoleto per te, allora c'è ancora margine di miglioramento. Come, del resto, accade con i motori più vecchi dotati di turbocompressore a geometria variabile (VTG).

Se osservi quanto sia sensibile il sistema di regolazione della pressione di sovralimentazione alle minime variazioni dell'angolo delle palette di guida del turbocompressore, diventa chiaro perché.

Saluti, Rainer.

Se osservi quanto sia sensibile il sistema di regolazione della pressione di sovralimentazione alle minime variazioni dell'angolo delle palette di guida del turbocompressore, diventa chiaro perché.


Pensavo sempre che la posizione della VTG (Variable Turbine Geometry, geometria variabile della turbina) fosse il valore di riferimento per la regolazione della pressione di sovralimentazione. Inoltre, è importante sottolineare che la relazione tra l'area di apertura della turbina e l'angolo delle palette direttrici non è lineare. In particolare, quando la VTG è molto aperta, una variazione dell'angolo delle palette direttrici ha un impatto sempre minore.


Se il motore 2.0 TDI 16V è un modello obsoleto per te, allora c'è ancora margine di miglioramento. Come, del resto, accade con i motori più vecchi dotati di turbocompressore a geometria variabile (VTG).


Cosa intendi esattamente con 'riserva'? Ti riferisci a una riserva per aumentare le prestazioni, oppure a una riserva che permette di ridurre la pressione di sovralimentazione in altitudine? La turbina è sempre progettata per funzionare al suo punto di massima potenza, dove le palette deflettrici hanno poca o nessuna influenza. Il fatto che il compressore e la turbina non vengano sfruttati al massimo delle loro capacità è dovuto al fatto che, ai limiti massimi, l'efficienza diventa troppo bassa. Nella progettazione del turbocompressore, e quindi anche nel comportamento dell'auto, si possono notare filosofie molto diverse tra i vari produttori. Il solo fatto che la Volkswagen adotti un approccio orientato al consumo (ad esempio, con una turbina più grande) non significa necessariamente che siano state previste delle riserve aggiuntive.

vanilla299 ha scritto:

Certo, la valvola di sicurezza (VTG) non è completamente aperta a piena potenza. Tuttavia, mi risulta nuovo che sia previsto un margine di regolazione di alcune centinaia di mbar rispetto alla posizione completamente aperta. Da dove hai ottenuto questa informazione?

L'informazione non è supportata da dati oggettivi, ma è stata stimata analizzando i diagrammi di carico e le variazioni del rapporto ciclo di lavoro di motori regolati e non regolati (nell'area della potenza massima).

Forse qualche centinaio di mbar di "riserva di regolazione in discesa" sono stati stimati troppo elevati, e non voglio discutere a riguardo.

Citazione:

Inoltre, è importante sottolineare che la relazione tra la sezione di apertura della turbina e l'angolo delle palette di deflessione non è lineare.

Corretto.
Il problema principale risiede nel fatto che, nella mappa di controllo del sistema LD (Low Drag), abbiamo come variabile di controllo solo il rapporto di duty cycle. Tra questo e la posizione delle pale del VTG (Variable Turbine Geometry) ci sono diverse trasformazioni, la cui linearità può essere valutata solo in modo speculativo.
Rapport di pressione Corsa dell'attuatore del sistema EPW Pressione negativa all'uscita del sistema EPW Corsa della cella VTG Angolo di rotazione dell'anello di regolazione VTG Angolo della pala.

In ognuno di questi , possono insorgere non linearità nel circuito di controllo (?), in modo che, con una combinazione accurata, si potrebbe eventualmente ottenere alla fine una relazione approssimativamente lineare tra la TV e la sezione di apertura delle turbine potrebbe, se lo desiderasse un progettista.
Sembra che l'intero sistema sia progettato in questo modo, poiché il sistema di controllo LD reagisce già nell'intervallo di Pmax (cioè con la valvola a farfalla quasi completamente aperta) a variazioni di pochi percento del valore di riferimento TV, e ciò si manifesta attraverso l'entità degli errori di regolazione e delle sovraelongazioni.
Da ne ho dedotto la mia ipotesi che la lunghezza totale della corsa del regolatore di pressione nei motori TDI prodotti in serie non sia ancora impostata al massimo limite di apertura del sistema di controllo della geometria variabile (VTG).