Uscita: "Rapporto tra giri motore, pressione e massa d'aria"

Ciao.

Utilizzando una curva di pressione di sovralimentazione del VNT 15 (per quanto ne so), vorrei provare a capire fino a che punto è possibile aumentare la pressione di sovralimentazione per un tuning, senza sovraccaricare il turbocompressore.

Partendo da una massa d'aria ottimale di 1 grammo per ciclo, secondo la tabella dei valori di riferimento AFN, a 3000 giri/min e 1 bar di pressione di sovralimentazione, vorrei sapere quanta massa d'aria, a circa 4500 giri/min e con la stessa pressione di sovralimentazione, potrebbe entrare approssimativamente nei cilindri.

Se la massa d'aria aspirata per ogni giro rimanesse costante con l'aumentare della velocità di rotazione, il turbocompressore dovrebbe già erogare circa 9 kg/min a 4500 giri al minuto del motore e con un rapporto di pressione di circa 2,0 (ovvero, in termini semplici, 1 bar di pressione di sovralimentazione, ovvero ancora senza aumento di pressione), e questo a circa 140.000 giri al minuto del turbocompressore.
Secondo la curva di carico, in quel punto inizia la zona di instabilità del disco di lavoro della pala.
Aumentando la pressione di sovralimentazione di soli 0,2 bar, si raggiunge rapidamente un punto vicino al limite della curva di funzionamento del turbocompressore, a una velocità di 158.000 giri al minuto (la velocità massima indicata dalla curva è di 165.000 giri al minuto). In questa condizione, l'efficienza del turbocompressore diminuisce già da circa il 76% al 71%.

Nella realtà, a quanto ne so, il riempimento dei cilindri peggiora con l'aumentare della velocità di rotazione, ma resta da vedere di quanto.
Se, ad esempio, a 4500 giri/min e con una pressione di sovralimentazione, solo 0,9 grammi di aria per ciclo entrassero nei cilindri, si dovrebbe partire da 8,1 kg/min e raggiungere nuovamente un valore vicino al limite della curva di erogazione del turbocompressore solo con un aumento di pressione di 0,3 bar.

Quindi: Esistono regole semplici con cui si può stimare la perdita di riempimento all'aumentare della velocità di rotazione e a parità di pressione di sovralimentazione ?

È corretto il mio presupposto che la portata massica dell'aria nel motore sia proporzionale alla pressione assoluta di sovralimentazione, oppure la crescente temperatura dell'aria in aspirazione agisce come un freno ?
Se sì, di quanto diminuisce la portata massica di un aumento della pressione di sovralimentazione, mantenendo costante il rapporto aria/carburante? (Regola empirica).


@Rainer
La funzione di allegato è davvero fantastica: non è necessario un "server pubblico" ( ), e persino io sono riuscito ad utilizzarla con successo al primo tentativo - il che significa che è evidentemente a prova di errore

ulf ha scritto:

Quindi: Esistono regole semplici con cui si può stimare la perdita di riempimento all'aumentare della velocità di rotazione e a parità di pressione di sovralimentazione :?:? È corretto il mio presupposto che la portata massica dell'aria nel motore sia proporzionale alla pressione assoluta di sovralimentazione, oppure la crescente temperatura dell'aria in aspirazione agisce come un freno :?:?

Ciao, questo agisce come una resistenza: m2/m1 = (p2/P1) ^ (1/k). k per l'aria è circa 1,4, quindi approssimativamente m2 = m1 * (p2/p1) ^ 0.7.

Non esiste probabilmente una regola semplice, poiché la sovrapposizione delle valvole e le risonanze nel collettore di aspirazione giocano un ruolo importante.

christians ha scritto:

Ciao, questo agisce come un freno: m2/m1 = (p2/P1) ^ (1/k). k per l'aria è circa 1,4, quindi approssimativamente m2 = m1 * (p2/p1) ^ 0.7. Non dovrebbe esistere una regola semplice, perché la sovrapposizione delle valvole e le risonanze nel collettore di aspirazione giocano un ruolo.

Ciao Christian,

Nella tua formula, intendi "m" come massa e "p" come pressione, corretto?

Allora, la tua risposta si riferisce solo alla domanda sulla temperatura del liquido di raffreddamento, e lo spazio per gli aumenti della pressione di sovralimentazione, secondo la mappa, dovrebbe essere valutato nuovamente in modo diverso.

Tuttavia, a mio parere, il "fattore di riduzione 0,7" non dovrebbe essere applicato completamente, poiché l'aumento di temperatura dovuto alla pressione viene parzialmente compensato dal sistema di raffreddamento a liquido.

Se si punta al valore intermedio tra il tuo valore di 0,7 e il valore ottenuto "senza sistema di controllo della temperatura", si otterrebbe un risultato nella zona di...
m2 = m1 * (p2/p1)^0.85.

Ho capito correttamente il calcolo?
- errato senza correzione di temperatura: 2 -> 2,2 bar assoluti = 1,1 volte = 10% di massa d'aria in più.
- con correzione di +0,7 (senza componenti a bassa densità) = 1,1 ^ 0,7 = aumento del 6,9% della massa dell'aria.
- con correzione ^0,85 (stimata con LLK) = 1,1 ^ 0,85 = 8,4% in più di massa d'aria



Mi ha confuso il fatto che tu abbia incluso, nella mia citazione, la (non risolta?) questione della velocità di rotazione.

Ciao.

La formula è valida anche per una trasformazione isentropica, ovvero senza produzione di calore per attrito (o con una quantità di calore persa per attrito pari a quella fornita).

Certo, ecco la traduzione:

'Allora, innanzitutto calcolerei la temperatura isentropica dopo il compressore, poi determinerei la temperatura reale tenendo conto del rendimento. Successivamente, utilizzando il flusso di massa dell'aria aspirata e il flusso di massa dell'aria che passa attraverso l'intercooler, calcolerei il raffreddamento dell'aria aspirata. Infine, avrei uno stato definito a partire dal quale potrei calcolare la densità dell'aria e, di conseguenza, il flusso di massa a diverse velocità. ...so che è un po' teorico.'
Ecco la traduzione:

Per questo motivo: Ulf: prova ad aumentare la pressione di sovralimentazione della quantità indicata e misura la temperatura dell'aria di aspirazione. (le stesse condizioni di misurazione... quindi anche la stessa velocità per il raffreddamento dell'aria di aspirazione, ecc., immagino che tu ci penserai da solo).

Era tutto solo a proposito dell'aumento di pressione... credo di aver anche qualcosa da dire sulla velocità di rotazione, ma devo cercarlo.

Cordiali saluti, Ernst.

Ok, ho capito.

ma la funzione di allegato non è a prova di errore, come funziona...? Soprattutto, dove si trova il pulsante per utilizzarla?
Oppure devo usare di nuovo il tag 'img' e posso inserire un indirizzo locale?


Cordiali saluti, Ernst.

Ernst S. ha scritto:

quindi, l'ho già fatto. ma la funzione di allegato non è a prova di errore, come funziona...? Soprattutto, dove si trova il pulsante per utilizzarla? Oppure devo usare di nuovo il tag "img" e posso inserire un indirizzo locale? Saluti Ernst

Il pulsante si trova nella parte inferiore della schermata di scrittura (o di citazione).

Clicca su "Sfoglia" -> potrai navigare nel tuo computer fino al file desiderato.

Invia e fine.

La temperatura dopo il compressore è calcolata, come si vede nell'immagine allegata, all'inizio del processo. Purtroppo, la temperatura dopo il turbocompressore è molto più complicata da calcolare (non c'è una trasformazione di stato predefinita, nemmeno isobara), quindi preferirei misurarla (anche se non ho un VAGCom).

Calcolare la densità dell'aria di carica a partire dalla temperatura e inserirla nella formula del flusso volumetrico. La principale dipendenza è la velocità di rotazione. Il resto è più complicato. Il simbolo dopo il '+' è una funzione del rapporto di compressione tra l'ingresso e l'uscita. L'integrale rappresenta l'area di flusso durante la sovrapposizione.
Per ottenere una stima precisa, è necessario conoscere molte più informazioni. E per determinare il valore reale, sono necessarie ancora più informazioni (come le risonanze di cui ha parlato Christian, ecc.).

Cordiali saluti, Ernst.

Ciao Ernst,

Il diagramma inferiore, secondo me, non mostra esattamente quello che volevo sapere.
ovvero la dipendenza della portata volumetrica dalla velocità di rotazione, a parità di altre condizioni.
Hai forse anche un'immagine o una regola generale a riguardo?
Capisco solo piccole frazioni della formula del flusso volumetrico, a causa della mancanza di studi.

Quali pressioni sono indicate con P1 e P2?

@Rainer:
Non ha ogni membro del forum la funzione di allegato ?

ulf ha scritto:

Ciao Christian, Nella tua formula, intendi "m" come massa e "p" come pressione, corretto?

Sì. Avrei dovuto scriverlo.
Questo, ovviamente, vale solo senza intercooler e con un rendimento del 100% del compressore. Dovrebbe solo indicare la direzione in cui si sta andando. Non è possibile calcolare facilmente come l'intercooler gestisce il calore aggiuntivo.
Sarebbero più utili i dati misurati relativi al veicolo in esame, piuttosto che considerazioni teoriche.

ulf ha scritto:

Mi ha solo confuso il fatto che tu abbia incluso, nella mia citazione, la (non ancora risolta?) domanda sulla velocità.

Scusa, non mi sentivo molto bene.
Anche con la formula di Ernst non si ottengono risultati soddisfacenti. Mi mancano ancora alcune definizioni di variabili, ma credo che la formula calcoli in condizioni quasi stazionarie. Nella realtà, però, la pressione dell'aria prima delle valvole non è la pressione media, ma è una pressione dovuta alla colonna d'aria oscillante nel collettore di aspirazione, che può essere superiore al punto di progetto, ma anche inferiore.

Ciao.

p1 si trova prima del compressore e p2 si trova prima della valvola di aspirazione... come si può vedere nella figura 4.5.

Nella formula del flusso volumetrico, i simboli ρ1 e ρ2 rappresentano la densità dell'aria in quei punti. (Forse li hai scambiati per la lettera 'p'.)

Dal punto di vista della comprensione, la formula è composta da:
Volume = Volume di aspirazione (principalmente dipendente dal regime di giri) + Volume di lavaggio (principalmente dipendente dalla pressione)

Certo, ecco la traduzione:

'Per la prima parte:'
Volume del cilindro moltiplicato per la velocità di rotazione, diviso per 2, moltiplicato per il rapporto di densità (pressione di sovralimentazione rispetto alla pressione atmosferica) e per il grado di erogazione.
Questo era già il punto più importante.

Quindi, la tua affermazione sulla proporzionalità diretta alla velocità di rotazione è corretta.
E anche una proporzionalità diretta con la pressione di sovralimentazione (che è inclusa nella densità).
E poi c'è la divisione per la temperatura dell'aria di raffreddamento (che è inclusa nella densità) che aumenta con un rapporto di compressione più elevato (quanto? si può misurare solo).

Alla seconda parte si aggiunge quella della prima.
Il volume d'aria che passa durante la sovrapposizione delle valvole dipende da molti fattori, ma non dalla velocità di rotazione.

Non so se il valore di 1 mg/siringa si riferisca alla quantità effettiva che finisce nel cilindro o se includa anche la quantità che viene sprecata. Quindi, non so se puoi utilizzare quel valore per fare calcoli proporzionali.

Le differenze causate dalle vibrazioni del collettore di aspirazione possono essere compensate, a seconda del regime di giri, regolando la portata. (La pressione media a monte della valvola non viene modificata. Si parla di sovralimentazione per risonanza quando, poco prima della chiusura della valvola, un'onda di sovrapressione raggiunge ancora il cilindro). Tuttavia, i motori turbocompressi sono generalmente progettati in modo che altri effetti di sovralimentazione siano trascurabili, quindi non ci si aspetta grandi cambiamenti. Temo che il calcolo fallirà comunque, perché ci sono così tante variabili che influenzano il risultato.


Cordiali saluti, Ernst.

Ernst S. ha scritto:

Dal punto di vista della comprensione, la formula è composta da: Volume = Volume di aspirazione (principalmente dipendente dal regime di giri) + Volume di lavaggio (principalmente dipendente dalla pressione) Certo, ecco la traduzione: "Per la prima parte:" Volume del cilindro moltiplicato per la velocità di rotazione, diviso per 2, moltiplicato per il rapporto di densità (pressione di sovralimentazione rispetto alla pressione atmosferica) e per il grado di erogazione. Questo era anche l'aspetto più importante

.
Ciao Ernst,

A quanto ne so io, in generale, con l'aumentare della velocità di rotazione, la quantità di miscela aspirata (cioè la massa per corsa) tende a diminuire (escludendo effetti come le risonanze nel collettore di aspirazione). Quale sarebbe quindi il senso di alberi a camme "aggressivi" che migliorano la potenza agli alti regimi?

Forse la portata di consegna (cosa significa esattamente?) dipende dalla velocità di rotazione.

Citazione:

Il volume d'aria che viene aspirato durante la sovrapposizione delle valvole. Questo dipende da molte cose, ma non dalla velocità di rotazione.

Le perdite di carico possono essere trascurate in questo caso, dato che si assume una pressione di sovralimentazione costante durante l'aumento della velocità.

Forse la portata di consegna (cosa significa esattamente?) è dipendente dalla velocità di rotazione .

Sì, è così. È sicuramente scritto così nel documento. Mi sono proprio sorpreso/a.
La sua definizione è il rapporto tra la massa d'aria presente nel cilindro dopo la chiusura della valvola di aspirazione e la massa d'aria che occuperebbe nel volume del cilindro se si trovasse nelle condizioni ambientali.
L'aumento della temperatura (ad esempio, a causa delle pareti del cilindro) riduce la massa dell'aria e, di conseguenza, la portata di aspirazione, nonché le perdite di pressione dovute alle resistenze del flusso e alla presenza di gas residui.
AFAIK, la quantità di miscela aspirata (cioè la massa per corsa) tende a diminuire con l'aumento della velocità di rotazione, a meno che non si utilizzino tecniche come le risonanze del collettore di aspirazione - qual è quindi il senso delle albero a camme 'aggressivi' che migliorano le prestazioni nella gamma di giri più alta?

Credo che in questo caso non si possano più eliminare le vibrazioni del collettore di aspirazione. Gli alberi a camme con profili aggressivi prolungano, in linea di principio, il tempo in cui le valvole rimangono aperte. Successivamente, la forma degli alberi a camme determina come le vibrazioni del collettore di aspirazione si sincronizzano con i tempi di apertura delle valvole. Inoltre, le velocità dell'aria variabili a diverse velocità del motore vengono a volte sfruttate meglio a seconda del profilo dell'albero a camme.
Credo che tu abbia ragione, e si può dire che a regimi di giri più elevati le perdite sono maggiori, e che una regolazione della fasatura delle valvole è particolarmente efficace proprio in quelle condizioni.


Cordiali saluti, Ernst.

Ernst S. ha scritto:

ulf ha scritto: Forse la portata di consegna (cosa significa esattamente?) è dipendente dalla velocità di rotazione . Sì, lo è. È sicuramente così indicato nello script. Mi sono proprio stupito da poco. E la sua definizione è il rapporto tra la massa d'aria presente nel cilindro dopo la chiusura della valvola di aspirazione e la massa d'aria che occuperebbe nel volume del cilindro se fosse allo stato ambiente.

Ciao Ernst,

Ecco l'affermazione di base che avevo richiesto .

Citazione:

Spero che ora venga visualizzato il valore di 1g dal misuratore di massa

e che includa le perdite di lavaggio... A quel punto, si potrebbe dire che di questi 1-0,85 = 0,15g sono perdite di lavaggio a 3000 giri/min, quindi 0,9 kg/min di perdite di lavaggio. E queste perdite di lavaggio dovrebbero rimanere più o meno costanti in funzione della velocità di rotazione. A velocità più elevate, semplicemente c'è meno tempo per il lavaggio.
Ci vuole anche meno tempo per il riempimento, quindi probabilmente è per questo che si ottiene una qualità di riempimento inferiore a velocità elevate.}
Ursprünglich geht es mir ja um den Massenstrom durch den Lader, und der muß ja incl. SEssere perdite di polvere.
Nonostante ciò, l'aumento di questo flusso di massa, dovuto all'aumentare della velocità di rotazione, sarà probabilmente in parte limitato dal peggioramento della portata di alimentazione.

Ho trovato, tra l'altro, un diagramma interessante sul flusso di massa dell'aria aspirata. È un diagramma relativo a un motore TDI industriale, ma ha la stessa geometria di base dei motori "veri".
Successivamente, la portata massica aumenta "non in modo perfettamente proporzionale" con la velocità di rotazione: a 3000 giri al minuto, essa è "solo" l'1,40 volte il valore a 2000 giri al minuto (292 kg/h rispetto a 208 kg/h).
Basandosi solo sulla velocità di rotazione, ci si aspetterebbe un flusso di massa 1,5 volte maggiore; ciò significa che la diminuzione del grado di riempimento cilindri influisce, per ogni 1000 giri al minuto, sull'efficienza di riempimento dei cilindri di circa il 7% (presupponendo una pressione di sovralimentazione costante, anche se il documento non fornisce informazioni a riguardo).

Successivamente, la portata massica aumenta 'non in modo perfettamente proporzionale' con la velocità di rotazione: a 3000 giri/min, essa è 'solo' l'1,40 volte il valore di 2000 giri/min (292 rispettivamente 208 kg/h).
Solo basandosi sulla velocità di rotazione, ci si aspetterebbe un flusso di massa 1,5 volte maggiore, ovvero, la diminuzione del grado di riempimento indica che, a 1000 giri al minuto, il riempimento dei cilindri si riduce di circa il 7% (assumendo una pressione di sovralimentazione identica, ma purtroppo il documento non fornisce informazioni a riguardo).

Si potrebbe anche sottrarre dai valori ottenuti una quantità di 40 kg/h per le perdite di risciacquo. In questo caso, il rapporto tra i volumi dei cilindri in funzione della velocità di rotazione sarebbe 252 / 168 = 1,5 !!! e non ci sarebbe alcun peggioramento nella resa di riempimento... ma solo le perdite di risciacquo indipendenti dalla velocità di rotazione avrebbero un'influenza diversa sui due flussi di massa.

In realtà, la perdita di carico sarà inferiore e anche la diminuzione della portata contribuirà a questo. Volevo solo mostrare come influiscono le perdite di carico.

Esistono programmi di simulazione per la dinamica dei fluidi che potrebbero esserti di grande aiuto. Tuttavia, è necessario inserire dati precisi, come la geometria del condotto di aspirazione e le curve di sollevamento delle valvole. Inoltre, non esiste una formula semplice, poiché la progettazione del sistema di aspirazione può variare notevolmente.


Con l'indicazione di 1g/hub a 3000 rpm, è possibile calcolare almeno in quel punto il grado di fornitura. (Ho eliminato il calcolo precedente, era un disastro).

Densità dell'aria di aspirazione (2 bar, 313 K): 2,2541 kg/m³.
Volume di un cilindro: 0,000474 m³.
La moltiplicazione di entrambi i valori dà: 0,001068 kg = 1,068 g (massa teoricamente presente per ogni corsa del pistone nel cilindro).

Hai detto che 1g per corsa è la massa effettiva di gas fresco che si trova nel cilindro.
1 / 1,068 = 0,94... Questo valore corrisponde alla definizione del grado di riempimento (calcolato in base allo stato precedente alla valvola di aspirazione).

Non posso fare previsioni sull'andamento futuro della velocità di erogazione e sulle perdite di pressione. Forse con il valore complessivo del 7%/1000rpm potresti ottenere un risultato accettabile, ma sarebbe più una questione di fortuna.


Cordiali saluti, Ernst.

Ernst S. ha scritto:

Tuttavia, non posso fare previsioni sull'andamento futuro della quantità di materiale fornito e sulle perdite durante il processo di lavaggio. Forse riuscirai a ottenere un rendimento complessivo del 7%/1000rpm, ma sarebbe più una questione di fortuna.

Ciao Ernst,

Il grafico del flusso di massa/giri al minuto è una retta semplice, quindi, secondo me, si potrebbe "simulare" il comportamento del motore da 81 kW estendendo la retta fino a 4500 giri/min e traslandola parallelamente per ottenere un flusso di massa maggiore.

Il diagramma di origine per l'AFD arriva solo fino a 3400 giri/min / 350 kg/h.
Come si può facilmente intuire, ho modificato le sezioni superiori.

È possibile che si possano "proiettare" le condizioni relative ai motori da 81 kW in questa forma direttamente dal partito AfD?

Ritieni possibile che si possano 'proiettare' le condizioni relative ai motori da 81 kW in questa forma direttamente dall'AFD?

Ora che si tratta di una linea retta, si possono trarre più conclusioni.
Area compresa tra 2000 e 3400 giri al minuto: matematicamente:
Una retta è definita da una pendenza costante. La pendenza, a sua volta, non è altro che la massa d'aria per unità di volume (con alcune conversioni dimensionali). Pertanto, la massa d'aria per unità di volume deve rimanere costante affinché la linea rimanga retta. Quindi, non c'è nulla al suo interno che possa indicare, ad esempio, un peggioramento della portata.

Se il grado di erogazione peggiorasse, si creerebbe una curva decrescente. Nel diagramma, invece, è tracciata semplicemente una retta che non passa per l'origine. Il che significa che l'entità rimane costante con la variazione della velocità, causando quindi perdite di flusso.

Ora si potrebbe semplicemente estendere la retta fino a 0 rpm (è necessario prima disegnare lo zero rpm) e poi dire: queste sono le perdite dovute allo spurgo. Tuttavia, questo non è possibile perché:
Non credo che questo grafico sia molto preciso... le tre linee sono semplicemente delle approssimazioni. Tra 2000 e 3400 giri, il valore del TDI dovrebbe rimanere abbastanza costante, quindi una linea retta è sufficiente. A regimi più alti, soprattutto al di sopra della potenza massima, la massa oraria diminuirà sicuramente in modo più graduale, perché in quel punto si noterà anche un peggioramento della resa.

Ritengo che la zona compresa tra 1000 e 2000 giri abbia una pendenza così elevata perché in quella zona si accumulano la pressione di sovralimentazione e le perdite dovute allo scarico, e non perché la quantità d'aria per ciclo sia maggiore.

Cordiali saluti, Ernst.