Compensazione temperatura LMM errata? Fisica semplice.

Ciao,

Dopo aver raccolto una grande quantità di dati di log provenienti da diversi veicoli equipaggiati con l'unità di controllo EDC15, ho voluto confrontare l'efficienza di diverse serie di compressori, analizzando il rapporto tra la massa d'aria e la pressione di sovralimentazione (valore reale) a pieno carico.
Inizialmente, i dati hanno mostrato una dipendenza generale tra il regime di rotazione e il rapporto LuMa/LD: a 4500 giri/min, il valore è diminuito di circa il 15% rispetto al valore di partenza a circa 2000 giri/min, a seconda del turbocompressore.

Naturalmente, è evidente che questa relazione peggiora progressivamente con l'aumentare della LLT (limite superiore di tolleranza).
Per eliminare questa fonte di errore, ho normalizzato la luminosità (LuMa) in tutti i log a una temperatura uniforme di 50°C (valore scelto arbitrariamente), utilizzando la seguente formula:

LuMa(50) = Valore logaritmico di LuMa * (LLT + 273) / (50 + 273), dove LLT è espresso in °C.

Con questa procedura standardizzata di calcolo della luminosità, ho ricalcolato il rapporto tra la luminosità e la distanza e ho ipotizzato che il risultato, almeno per lo stesso veicolo, non fosse più influenzato dalla lunghezza totale del veicolo.
Ma è sbagliato: più alti sono i valori di LLT registrati, maggiore è anche il rapporto LuMa/LD normalizzato a 50°C!
A cosa potrebbe essere dovuto?

Ho commesso un errore nella parte relativa alla fisica dei gas nel calcolo precedente, ad esempio, perché questa considerazione è valida solo per una pressione assoluta di 1 bar e quindi non è più applicabile a pressioni di 2 bar o superiori?

Oppure, il blocco motore, che è ampiamente mantenuto a una temperatura costante, e attraverso il quale scorre l'aria di raffreddamento, ha un ruolo in questo? In tal caso, il calcolo di cui sopra sarebbe valido solo se la temperatura del blocco motore cambiasse parallelamente alla temperatura dell'aria di raffreddamento?
Tuttavia, ciò implicherebbe che la temperatura del liquido di raffreddamento cambierebbe significativamente verso la temperatura del blocco motore in un brevissimo istante, durante l'apertura delle valvole di aspirazione, e questo mi risulta difficile da immaginare.

Oppure, è possibile che la compensazione della temperatura del sensore di flusso Bosch sia semplicemente insufficiente?

Ciao Ulf,


Posso fornirti una risposta alla tua domanda reale, ma posso almeno rassicurarti sul fatto che la tua formula di normalizzazione è corretta.

Dall'equazione dei gas ideali, pV = nRT, si deduce che n è inversamente proporzionale a T, ovvero n ~ 1/T.
Con una massa pari a *n*, si ottengono i seguenti valori per due masse M_1 e M_2 a temperature T_1 e T_2:

(1) M1 ≈ 1/T1
(2) M2 ≈ 1/T2

Dividendo un'equazione per l'altra, si ottiene...

M2 = (M1 * T1) / T2.

Qual è esattamente la formula di conversione a cui fai riferimento?


Purtroppo, non so come l'efficienza del turbocompressore dipenda dalla temperatura sul lato del compressore. Tuttavia, tengo presente che la compressibilità del gas è una funzione della temperatura, e quindi ci saranno sicuramente effetti dipendenti dalla temperatura.



Cordiali saluti,
Georg.

Ciao Ulf,
Il fatto che la massa d'aria aspirata (LM) diminuisca con l'aumentare della temperatura dell'aria di carica (LLT) e a parità di pressione di carica, è semplicemente dovuto alla termodinamica. Quindi, non è una fonte di errore.
È probabile che la relazione tra le masse d'aria cambi in modo inversamente proporzionale alla relazione tra le temperature, ma ciò dipenderà da diversi fattori.
Le condizioni di misurazione sono effettivamente le stesse, ovvero giri al minuto, carico, temperatura del motore? I gas di blow-by che vengono espulsi attraverso il sistema di ventilazione del carter non vengono misurati dal misuratore di massa d'aria, ma contribuiscono al riempimento dei cilindri. La contropressione dei gas di scarico modifica il grado di riempimento dei cilindri.
Eventualmente, è necessario considerare l'aria di raffreddamento non come un gas ideale, ma come un gas reale. In questo caso, si ottiene un valore di correzione approssimativo per la relazione tra il rapporto di compressione (LM) e il rapporto di diluizione dell'aria di raffreddamento (LLT), che fa sì che il rapporto di compressione diminuisca leggermente meno rispetto a una proporzionalità inversa con il rapporto di temperatura. Un esempio numerico: T1 = 323 K, T2 = 343 K, V = 0,5 l (cioè un motore a 4 cilindri da 2 litri) - T1/T2 = 0,942; da sottrarre 0,0035 * M1 (g).
Come puoi vedere, la vera variazione avviene nell'ordine percentuale, mentre la correzione è di un ordine di grandezza inferiore. La fisica alla base è che, durante la compressione, le molecole tendono ad attrarsi maggiormente. Ho escluso, per il momento, il contributo del volume proprio delle molecole, perché è ancora più piccolo.
Questo potrebbe spiegare la tua osservazione.
Non potendo conoscere i tuoi dati, non posso esprimere un giudizio più preciso. Inoltre, è importante valutare l'accuratezza delle misurazioni di LM e LLT.
Mi dispiace, ma non ho ricevuto alcun testo da tradurre. Per favore, forniscimi il testo che desideri tradurre dal tedesco all'italiano.
Herbert.

Herbert ha scritto:

Le condizioni di misurazione sono veramente le stesse, cioè giri al minuto, carico, temperatura del motore?

Ciao Herbert,

In poche settimane, ho registrato i dati del mio motore, sempre a massima potenza a 4000 giri/min e con una pressione di sovralimentazione (LD) impostata a 1,5 bar, con il motore già caldo.

A LLT di 12°C -> LuMa / LD = 0,461, normalizzato a 50°C = 0,407.

A LLT di 45°C -> LuMa / LD = 0,44, normalizzato a 50°C = 0,432.

Citazione:

La domanda è anche quale sia l'accuratezza delle misurazioni di LM e LLT.

A mio parere, questo non ha un ruolo così importante, dato che è stata utilizzata la stessa apparecchiatura di misurazione al 100%, e io considero principalmente i dati relativi: le relazioni normalizzate tra LuMa e LD differiscono del 6,1% con una differenza di 33K nella LLT.

Ciao Ulf,
Forniscimi i valori delle masse d'aria. Non riesco a fare i calcoli con solo i rapporti numerici.
Mi dispiace, ma non ho ricevuto alcun testo da tradurre. Per favore, forniscimi il testo che desideri tradurre dal tedesco all'italiano.
Herbert.

Herbert ha scritto:

Ciao Ulf, Forniscimi i valori delle masse d'aria. Non riesco a fare i calcoli con solo i rapporti numerici. Mi dispiace, ma non ho ricevuto alcun testo da tradurre. Per favore, forniscimi il testo che desideri tradurre dal tedesco all'italiano. Herbert

Certo, dimmi il testo che vuoi tradurre.

A LLT di 12°C -> LuMa = 1168 mg / LD = 2532 mbar.

A 45°C, LLT = 1071 mg / LD = 2436 mbar.

Ciao Ulf,
Ciò che fai con la "normalizzazione" e il confronto dei tuoi dati è, in linea di principio, l'applicazione della formula pV=nRT (valida per un gas ideale) a coppie di valori m,T, presupponendo che pV=costante, in modo che si verifichi la relazione m1/m2=T2/T1.
La condizione pV=costante non si verifica nelle tue misurazioni, come hai scritto tu stesso: nella misurazione 1, LD=2532 mbar, mentre nella misurazione 2, LD=2436 mbar.
Con questo, il paragone perde di significato.
Mi dispiace, ma non ho ricevuto alcun testo da tradurre. Per favore, forniscimi il testo che desideri tradurre dal tedesco all'italiano.
Herbert.

Herbert ha scritto:

La condizione pV=costante non si verifica nelle tue misurazioni, come hai scritto tu stesso: nella misurazione 1, LD=2532 mbar, mentre nella misurazione 2, LD=2436 mbar. Con questo, il confronto diventa irrilevante.

Ciao Herbert,

Significa che il prodotto di pressione (p) e volume (V) di una determinata massa di gas è costante?
Dovrebbe essere presente lì, nella tubazione dell'aria di raffreddamento (almeno in linea di principio)?

Creerò un grafico che mostri l'andamento della relazione LuMa/LD durante le mie misurazioni (insieme all'andamento normalizzato a 50°C): così si capirà meglio cosa intendo.

Ciao Ulf,
Cito ancora:

Citazione:

significa che pV=costante indica che il prodotto di pressione (p) e volume (V) di una determinata massa di gas è costante? Dovrebbe essere presente lì, nella tubazione dell'aria di raffreddamento (almeno in linea di principio)?

L'espressione p*V = costante viene utilizzata per confrontare due stati.
Inizialmente, assumendo un gas ideale per l'aria compressa (il che potrebbe non essere corretto), si applica la relazione p*V=m/M*R*T. In questa equazione, p rappresenta la pressione di sovralimentazione, V il volume del cilindro per ogni corsa, m la massa dell'aria per ogni corsa, M la massa molare dell'aria, R la costante dei gas e T la temperatura dell'aria compressa.
Ora si confrontano due stati con i parametri p1, V1, m1, T1 e p2, V2, m2, T2 (senza fare altro, solo con il passaggio intermedio di "normalizzazione"). Se vale p1*V1=p2*V2 (=costante), si può applicare la relazione m1/m2=T2/T1, a condizione che si tratti di un "gas ideale". In pratica, si sta facendo esattamente questo con la normalizzazione, convertendo tutti i valori di m in funzione di T=50.
Se, però, p1 non è uguale a p2, come nell'esempio che hai fornito, allora il principio stesso non funziona.
Ciò che vuoi fare è possibile solo con valori di M e T che siano stati misurati in condizioni di pressione di carica e stato del motore veramente identiche (temperatura del motore, anticipo di accensione, carico, giri/min). In condizioni di stato del motore identico, inizialmente si potrebbe assumere V=costante. In questo modo, si può anche valutare quanto bene l'assunzione di un gas ideale sia valida, oppure se sia necessario utilizzare un modello più realistico per un gas reale.
Mi dispiace, ma non ho ricevuto alcun testo da tradurre. Per favore, forniscimi il testo che desideri tradurre dal tedesco all'italiano.
Herbert.

Mmm, al momento, non riesco proprio a seguire le tue spiegazioni...

Ecco qui il grafico che mi insospettisce.
Il terzo e il quarto log sembrano più brevi perché in quel momento stavo eseguendo altre attività di elaborazione dati che non sono rilevanti in questo contesto.

Das Verhältnis LuMa/LD (gelb dünn, Faktor = 100) läßt sich vom obenraus deutlich sinkendem LD offenbar nicht beeindrucken. Selbst der LD-Unterschied zwischen Serie und Tuning ändert die Relation nicht merklich - solange die LLT gleich bleibt, siehe 2. und 4. Log.
Più mi aspettavo che il valore LuMa, normalizzato a 50°C, mostrasse un andamento LuMa/LD allo stesso livello in tutti i log... la mia personale perplessità è più evidente nel confronto tra il 3° e il 4° log .

Ciao Ulf,

Citazione:

Più mi aspettavo che il valore LuMa, normalizzato a 50°C, mostrasse un andamento LuMa/LD allo stesso livello in tutti i log

.
Ecco esattamente il tuo errore. Ti sei lasciato intrappolare in un contesto che, dal punto di vista della termodinamica, non è corretto.
Mi dispiace, ma non ho ricevuto alcun testo da tradurre. Per favore, forniscimi il testo che desideri tradurre dal tedesco all'italiano.
Herbert.

Herbert ha scritto:

Ti sei confuso in un contesto che, dal punto di vista della termodinamica, non è corretto.

OK, comunque grazie.
Forse, un giorno, lo capirò.

Ciao Ulf,
Non dovresti ancora arrenderti. Devi semplicemente effettuare le misurazioni nelle stesse condizioni (pressione di sovralimentazione, carico del motore) e non introdurre una logica troppo presto. Anche a me interessa, e sono felice di discutere i risultati.
ciao
Herbert.

Herbert ha scritto:

Devi effettuare le tue misurazioni solo in condizioni al contorno identiche (pressione di sovralimentazione, carico del motore). . .

Mmm, "uguali" a quanto mostrano i log, in realtà non si può andare oltre. Il motore era sempre alla temperatura di esercizio, e le diverse curve di pressione di sovralimentazione in funzione del regime di giri sono dovute alle normali tolleranze di regolazione o a una riduzione della pressione di sovralimentazione desiderata a regimi di giri "alti".

Mi confonde il fatto che il rapporto LuMa/LD in ogni log sembra essere indipendente dall'andamento della pressione di sovralimentazione, tanto che non viene influenzato affatto dal punto di flesso discendente della pressione di sovralimentazione a partire da circa 3700 giri/min, ma allo stesso tempo, "estrarre" la temperatura dell'aria aspirata tramite la normalizzazione della massa d'aria, ad esempio a 50°C, fallisce in modo relativamente evidente.

Ciao Ulf,
Non si possono semplicemente ignorare diverse pressioni e dire: "Non importa, converto tutto a 50°C e poi dovrebbe combaciare".
Immagina di voler confrontare il peso specifico dell'acqua e dell'olio. Hai un litro di ciascuno, uno in una lattina di metallo pesante a 80°C e l'altro in un contenitore di plastica leggera a 10°C. Anche se correggi i valori di volume per l'espansione termica, non puoi semplicemente pesare con i contenitori e ignorare le differenze tra i contenitori. Ma è proprio questo che stai facendo.
Con i due valori di pressione indicati, il rapporto è 2532/2436 = 1,04. Le temperature corrispondenti hanno un rapporto di 318/285 = 1,09, quindi sono dello stesso ordine di grandezza. Massa, temperatura, pressione e volume sono direttamente correlati.
Per questo motivo, la tua analisi è sbagliata fin dal metodo utilizzato.
Mi dispiace, ma non ho ricevuto alcun testo da tradurre. Per favore, forniscimi il testo che desideri tradurre dal tedesco all'italiano.
Herbert.

Certo, ho fatto qualche esperimento con gli esponenti nella formula.
LuMa(50°C) = Valore logaritmico di LuMa * (LLT + 273) / (50 + 273)
È stato testato più volte, ma il fattore di correzione (LLT + 273) / (50 + 273) sembra compensare eccessivamente l'effetto della LLT sul flusso volumetrico.

"Se dovessi ridurre, in un certo senso, il fattore di correzione del 40%..."
LuMa(50°C) = Valore logaritmico di LuMa * ((LLT + 273) / (50 + 273))^0,6
Se calcolato, i valori "normalizzati" di LuMa/LD nell'intervallo di temperatura ambiente da 14 a 48°C (per Pmax) coincidono quasi perfettamente per lo stesso veicolo. In allegato, di nuovo il diagramma di cui sopra con le nuove curve di LuMa/LD calcolate per una temperatura ambiente di 50°C.

Non so perché funzioni in questo modo, ma il risultato mi permette di effettuare un confronto più preciso tra diversi tipi di turbocompressore dei motori 1.9 TDI in termini di efficienza.