Potenza caricatore: problemi con tubo aspirazione.

Ciao,

Dopo diverse misurazioni effettuate su diversi conducenti, nei motori TDI, si è riscontrato un vuoto di circa 50 mbar nella zona di massima pressione (Pmax), immediatamente a monte del condotto di aspirazione.
Questa perdita di pressione deve essere compensata dal turbocompressore durante il percorso verso il motore.

Ho provato a calcolare quanta potenza fosse necessaria.

La resa di un sistema di pompaggio si calcola moltiplicando la portata volumetrica per l'aumento di pressione.

Con una pressione di sovralimentazione di 1 bar, un flusso di massa di circa 0,85 g/ciclo e 4000 giri al minuto, si ottiene un flusso volumetrico aspirato di 0,088 m³/sec, e di conseguenza, una potenza utile del compressore di circa 8,6 kW.

Partendo da un'efficienza del compressore di circa il 75%, ipotizzo un'efficienza simile anche per la parte di trasmissione, il che si traduce in un rapporto tra la potenza utile e la potenza prelevata dal flusso dei gas di scarico (efficienza totale) di circa 0,56.

Secondo quanto riferito, i gas di scarico alimentano il turbocompressore con circa 8,6 kW, che, divisi per 0,56, equivalgono a 15,3 kW, per generare una pressione di sovralimentazione di 1 bar a 4000 giri al minuto.

A causa della riduzione della pressione sul lato aspirazione, il fabbisogno di potenza (sia per l'utilizzo che per l'azionamento) aumenta di circa il 5% (una differenza di pressione di 1,05 bar invece di 1,0 bar), quindi sul lato scarico si arriva a quasi 16,1 kW.
Si tratterebbe di circa 1 cavallo di potenza del turbocompressore che si potrebbe risparmiare eliminando le restrizioni del sistema di aspirazione.

Secondo la credenza popolare, il dispositivo di ricarica utilizza solo l'energia che altrimenti andrebbe persa attraverso lo scarico.
D'altra parte, sappiamo che un aumento della richiesta di potenza del turbocompressore porta a un aumento della contropressione dei gas di scarico, il che a sua volta provoca un aumento delle perdite di pompaggio del motore.

La domanda è ora: Di quanto diminuisce la potenza effettiva del motore se il turbocompressore estrae 1 cavallo vapore in più dal flusso dei gas di scarico?
Secondo me, questa modifica dovrebbe portare a un aumento delle prestazioni, se si rimuovono completamente le restrizioni all'aspirazione.

Anche se tutta la potenza nominale venisse effettivamente erogata dal motore, non sarebbe una rivoluzione, ma mi sembra comunque un aspetto interessante, soprattutto in relazione al classico filtro dell'aria sportivo.

Ciao Ulf,

La tua competenza nella progettazione di sistemi mi impressiona sempre, continua così.

C'è solo una piccola aggiunta, dato che ne avevo già parlato in precedenza:
tu scrivi:
'Secondo quanto riportato, i gas di scarico alimentano il turbocompressore con circa 8,6 kW, che, divisi per 0,56, equivalgono a 15,3 kW, per generare una pressione di sovralimentazione di 1 bar a 4000 giri al minuto.'

Grazie alla riduzione della pressione sul lato aspirazione, il fabbisogno di potenza (sia per l'utilizzo che per la trasmissione) aumenta di circa il 5% (una differenza di pressione di 1,05 bar invece di 1,0 bar), quindi sul lato dei gas di scarico si arriva a quasi 16,1 kW.

Se ipotizziamo che un compressore più grande abbia già un'efficienza significativamente maggiore, si può facilmente capire che con il VNT17, che secondo la mia stima dovrebbe funzionare con un rendimento di circa 0,7, il fabbisogno di potenza sarebbe 8,6/0,7 = 12,28 kW, il che significa che rimarrebbero circa 3 kW in più. E prima che qualcuno si opponga, credo che sia possibile sottrarre direttamente questa potenza dai kW totali, poiché la potenza necessaria per il turbocompressore viene generata attraverso la contropressione dei gas di scarico.

Ciao.

Si può anche approfondire ulteriormente la questione, poiché la pressione dei gas di scarico che precede il turbocompressore aumenta quando quest'ultimo deve lavorare di più. Questo, a sua volta, comporta che una maggiore quantità di gas di scarico rimanga nei cilindri, e di conseguenza la pressione di sovralimentazione dovrebbe essere ancora più alta per immettere la stessa quantità di aria fresca nei cilindri, e così via.
A partire dalla cilindrata e dal rapporto di compressione, dovrebbe essere possibile calcolare il volume dei gas di scarico residui all'interno dei cilindri e, di conseguenza, la massa dei gas di scarico rimanenti.
Kann man denn davon ausgehen, daß eine Aufladung von 0 auf 1 bar eine Verdoppelung der Luftmasse bewirkt (ideales System)? Vermutlich nicht, sonst hätte ein SDI nur die halbe Leistung wie ein auf 1bar geladener TDI bei identischem Luftsauerstoffüberschuß? Wer Lo sai?

Saluti.

Eike.

garth.brooks ha scritto:

Se si assume che un caricabatterie più grande abbia già un'efficienza significativamente maggiore, allora si può facilmente capire che, secondo la mia valutazione, il VNT17 dovrebbe funzionare in un intervallo intorno a 0,7.

*qua qua* Incomprensione?

0,7 - 0,75 sono valori di efficienza derivati dalle curve caratteristiche del caricabatterie.
Secondo la mia interpretazione, questi dati si riferiscono solo alla parte del compressore, perché includono la velocità di rotazione e, di conseguenza, non importa se la turbina sia alimentata da gas di scarico, da un motore elettrico o da 50.000 criceti su ruote con un cambio intermedio.

Nel mio calcolo, sto considerando un fattore di compressione di 0,75 anche per il lato del compressore.
Tuttavia, anche dal punto di vista delle emissioni, è improbabile che si raggiunga una perfetta correlazione tra i gas e la turbina.
In mancanza di altri dati, assumo (per il momento) un'efficienza del 75%.
L'efficienza complessiva tra i gas di scarico e l'aria fresca, o il rapporto tra la potenza utile del turbocompressore e la sua potenza assorbita, dovrebbe essere di 0,75 * 0,75 = 0,56 , anche nel caso del VNT17.

A meno che io non stia sbagliando nell'interpretazione dei campi di identificazione del caricatore, e che il massimo del 75% rappresenti già l'efficienza complessiva. In tal caso, ciò varrebbe anche per il modello VNT 15.

garth.brooks ha scritto:

E prima di che qualcuno si esprima su questo - credo che sia possibile sottrarre direttamente questa potenza dalla potenza nominale, dato che la potenza necessaria per il turbocompressore viene generata attraverso la contropressione dei gas di scarico.

Non aiuta
Nella KW, aumenta solo la potenza di scarico. Tuttavia, parte della potenza che viene convertita nella turbina proviene anche dall'espansione, motivo per cui i gas di scarico si raffreddano all'interno della turbina, cosa che non accadrebbe se la pressione venisse ridotta tramite una valvola di strozzamento. L'efficienza della turbina dovrebbe essere piuttosto bassa affinché tu abbia ragione.
Purtroppo, non ho i dati a disposizione e non ho tempo per verificarli.

Dopo diverse misurazioni effettuate su vari conducenti, nei motori TDI, a monte del condotto di aspirazione stretto e nell'area della pressione massima (Pmax), si verifica una depressione di circa 50 mbar.


I progettisti sono pazzi ? Perché installano dei tubi di aspirazione così stretti che si creano 50 mbar di depressione?

Oppure, la depressione potrebbe essere causata dalla resistenza del filtro dell'aria? Verificherò prima questo.

Si può presumere che un aumento di pressione da 0 a 1 bar comporti un raddoppio della massa dell'aria (in un sistema ideale)? Probabilmente no, altrimenti un motore SDI avrebbe solo la metà della potenza di un motore TDI con una pressione di 1 bar, a parità di eccesso di aria/ossigeno?

Eine sehr interessante Frage. Bedeutet denn doppelter Druck überhaupt doppelte Luftmasse? Meinem Gefühl nach ja, denn der Abstand zwischen Vakuum und Atmosphärendruck ist ja 1 bar, und pro bar muß man immer die gleiche Anzahl Luftmoleküle in einen Raum pressen. Vielleicht bin ich aber auch auf dem Holzweg, und der Zusammenhang zwischen Dichte und Druckanstieg ist nichtlinear. Ich glaube, mich entsinnen zu können, daß der Verdichtungs-Enddruck nicht identisch ist mit dem Verdichtungsverhältnis, also nicht 19 bar bei 19:1. WeLo sai di più?

Se considerata l'argomentazione sopra indicata, un motore TDI a 1 bar avrebbe un flusso d'aria doppio rispetto a un motore SDI dello stesso cilindrata. Inoltre, avrebbe una pressione finale di compressione doppia, mantenendo lo stesso rapporto di compressione geometrico.

Con un flusso d'aria doppio, dovrebbe essere in grado di bruciare il doppio della quantità di carburante e, mantenendo lo stesso rendimento, dovrebbe avere il doppio della potenza! Nella pratica, però, ha solo circa il 50% di potenza in più. Qualcosa non torna assolutamente.

Chi sa continuare?

perché i gas di scarico si raffreddano nella turbina, il che impedirebbe loro di espandersi attraverso una valvola di strozzamento.

Certo che fanno bene! I gas che favoriscono il rilassamento raffreddano sempre. Avete mai toccato il regolatore di pressione di una bombola di ossigeno (utilizzata per il taglio con fiamma ossidrica)?

SeatArosa1.7SDI ha scritto:

Ma gli ingegneri sono pazzi ? Perché installano dei condotti di aspirazione così stretti che si creano 50 mbar di depressione?

Forse solo i progettisti, che hanno un produttore/fornitore di abbigliamento sportivo nella loro famiglia, fanno questo, così da non rimanere senza argomenti pubblicitari .

Citazione:

Oppure, potrebbe essere causato dalla resistenza del filtro dell'aria? Verificherò prima questo.

Assolutamente no nel mio caso: senza il tubo di aspirazione con l'apertura relativamente grande sul corpo farfallato, non ho rilevato alcuna depressione sul mio indicatore di depressione (LDA).
Con (un tubo di aspirazione ulteriormente allungato), la pressione era di circa 40 mbar.

Citazione:

Con un doppio flusso d'aria, dovrebbe essere in grado di bruciare il doppio della quantità di carburante e, mantenendo lo stesso rendimento, dovrebbe avere il doppio della potenza! Nella pratica, però, ha solo circa il 50% di potenza in più. Qualcosa qui non va proprio.

Sì, e secondo me, solo l'eccesso di aria.
Ecco perché è possibile ottenere fino al 15% di potenza in più dai motori TDI senza aumentare la pressione di sovralimentazione e senza generare maggiori quantità di fumo nero.
Prova a fare questo con un SDI -> Buona notte nello specchietto retrovisore

Inoltre, l'aumento di potenza da 64 a 110 cavalli rappresenta un incremento di poco più del 50%.

Ciao a tutti!

In una turbina a turbocompressore, la differenza di entalpia del gas tra l'ingresso e l'uscita è fondamentale per la potenza massima raggiungibile dalla turbina. Come giustamente indicato, l'espansione (che comporta un aumento della velocità del flusso) gioca un ruolo importante. La potenza necessaria per azionare il turbocompressore non può essere semplicemente ricondotta alla differenza di pressione e alla portata volumetrica; le relazioni sono molto più complesse.

In una compressione isoterma (cioè nel caso ideale), la densità dell'aria aspirata si raddoppierebbe circa a 1 bar di pressione di sovralimentazione. Purtroppo, la compressione è generalmente associata a un aumento della temperatura, il che porta a una diminuzione della densità dell'aria. Per questo motivo, si cerca di avvicinarsi alla compressione isoterma mediante il raffreddamento dell'aria di sovralimentazione.

Saluti.
Alex.

In una compressione isoterma (=caso ideale), la densità dell'aria aspirata si raddoppierebbe circa a 1 bar di pressione di sovralimentazione.

Quindi, in sostanza:

- compressione isoterma: la pressione aumenta linearmente con la densità -> la pressione è direttamente proporzionale alla densità.
- Termodinamica della compressione: la pressione aumenta progressivamente con la densità -> (relazione quadratica? funzione esponenziale?...)

Saluti.

Citazione:

Dichte und Druckanstieg ist nichtlinear. Ich glaube, mich entsinnen zu können, daß der Verdichtungs-Enddruck nicht identisch ist mit dem Verdichtungsverhältnis, also nicht 19 bar bei 19:1. WeLo sai di più? Se considerata l'argomentazione sopra indicata, un motore TDI a 1 bar avrebbe un flusso d'aria doppio rispetto a un motore SDI dello stesso cilindrata. Inoltre, avrebbe una pressione finale di compressione doppia, mantenendo lo stesso rapporto di compressione geometrico. Con un flusso d'aria doppio, dovrebbe essere in grado di bruciare il doppio della quantità di carburante e, mantenendo lo stesso rendimento, dovrebbe avere il doppio della potenza! Nella pratica, però, ha solo circa il 50% di potenza in più. Qualcosa non torna affatto. Chi sa continuare?

Ciao,

La non linearità si manifesta solo a pressioni di 200-300 bar. In questo caso, possiamo tranquillamente utilizzare le formule ideali per i gas, senza commettere errori significativi. Quindi, un rapporto di compressione di 1:19 produce una sovrapressione di 19 bar. Il fatto che le misurazioni di compressione a volte forniscano risultati superiori è dovuto alla dinamica del flusso.

La potenza di un motore dipende, in prima approssimazione, dalla quantità di aria che vi fluisce. Si può considerare il motore come una pompa d'aria con combustione interna. Il fatto che un motore alimentato con una sovrapressione di 1 bar (2 bar assoluti) non abbia il doppio della potenza è dovuto, in gran parte, al fatto che si utilizza un eccesso di aria (si inietta meno del necessario) per migliorare le emissioni (fuliggine, NOx). Una vecchia regola empirica a pressione normale: 1 m³/secondo = 1000 cavalli.

Cordiali saluti.
Christian.

Quindi, un rapporto di compressione di 1:19 genera una sovrapressione di 19 bar.

Donalexo scrive che esiste una relazione lineare tra densità e pressione solo durante la compressione isoterma, ovvero quando il gas compresso viene raffreddato in modo da mantenere la stessa temperatura di prima.

La compressione nel motore è tutt'altro che isotermica, anzi, è il contrario. Questo è anche desiderabile, in modo che il carburante possa incendiarsi a contatto con l'aria calda.

Chi ha ragione?

Saluti.

donalexo ha scritto:

In una turbina a turbocompressore, la differenza di entalpia del gas tra l'ingresso e l'uscita è fondamentale per la potenza massima raggiungibile dalla turbina. Come giustamente indicato in precedenza, l'espansione (che comporta un aumento della velocità del flusso) gioca un ruolo importante. La potenza necessaria per azionare il turbocompressore non può essere semplicemente ridotta alla differenza di pressione e alla portata volumetrica; le relazioni sono molto più complesse.

Ciao Alex,

Ok, quindi il sistema di recupero converte una parte dell'energia "dispersa" dei gas di scarico, che altrimenti andrebbe sprecata, trasformandola (parzialmente) in energia utile.

Contemporaneamente, secondo la mia opinione, il lato di scarico del turbocompressore potrebbe rappresentare una sorta di resistenza al flusso, che aumenta ulteriormente la pressione media dei gas di scarico a monte del turbocompressore, in proporzione alla quantità di potenza assorbita da quest'ultimo.
Ciò, a sua volta, oppone una forza maggiore al pistone di compressione, riducendo così la percentuale di potenza utile del motore.

. . . in modo che la potenza di spinta del turbocompressore (semplicemente detto) derivi dall'energia di espansione e dalla maggiore contropressione dei gas di scarico, ma solo quest'ultima componente si traduce in una perdita di potenza del motore (quindi, nel nostro esempio, 1 cavallo in più di potenza di spinta per il turbocompressore non si traduce completamente in un aumento dei cavalli disponibili).

Oppure sbaglio completamente quando affermo che la contropressione dei gas di scarico è in aumento?

UIUIUIU – Ho di nuovo scatenato qualcosa, immagino – Comunque:

@ Ulf - No, non c'è alcun malinteso - È risaputo che il VNT 15 non è dotato di riserve di potenza elevate. Con una leggera modifica, anche solo per ottimizzarlo, tende a funzionare al limite delle sue prestazioni, o addirittura al di fuori di esse. Volevo dire questo. Il VNT 17, invece, con la stessa potenza di compressione, si trova nel punto ottimale. Ho riguardato le curve e potrebbe essere così.


@ christians – quello che dici riguardo alla potenza dei gas di scarico, altrimenti sprecata, che viene utilizzata per azionare la turbina, è vero solo finché non si inizia a ostruire lo scarico per ottenere più potenza per la turbina. Esattamente quello che succede nei sistemi VNT!
Comunque, la contropressione dei gas di scarico è superiore alla pressione di sovralimentazione; altrimenti, il sistema EGR non funzionerebbe mai. Questo comporta una significativa perdita di potenza.
La potenza in kilowatt può scendere a zero, come nel mio caso, se lo scarico, o il catalizzatore, si ostruisce. All'epoca, ho avuto molta difficoltà a portare l'auto fino alla prossima area di servizio dell'autostrada (anche perché, a causa del traffico, la quantità di aria aspirata diminuisce).
La potenza, come hai già scritto, deriva dall'espansione! Questo perché i gas, a causa dell'apertura della valvola di scarico, non sono riusciti a espandersi completamente e devono quindi essere spinti fuori dal pistone, contro una pressione esterna di diversi bar invece di un solo bar. Il pistone compie un lavoro contro questa pressione esterna, e questa energia proviene dall'albero motore.

@Donalexo – sono pienamente d'accordo, è complesso, ma in una semplificazione approssimativa si può rendere più facile da capire.

Ciao a tutti!

Per un gas ideale, vale la seguente relazione: p*V/T = costante.

L'aria di intercooler viene compressa nel compressore del turbocompressore secondo un processo politropico (p*V^n=costante, dove n è l'esponente politropico) e successivamente raffreddata a pressione costante nel circuito di raffreddamento dell'aria di intercooler. Nel motore (fase di compressione), avviene quindi un'ulteriore compressione politropica.

La ragione per cui un motore sovralimentato non ottiene un aumento di potenza proporzionale all'aumento del rapporto tra la pressione atmosferica e la pressione di sovralimentazione è dovuta ai seguenti effetti:

Il riscaldamento dell'aria di aspirazione provoca una diminuzione della densità.
2. Una maggiore pressione di compressione nel motore porta a un aumento del livello di temperatura nella camera di combustione.

I limiti meccanici e termici (motivo 2) sono spesso il fattore limitante nella progettazione dei motori moderni.
A complicare ulteriormente la situazione, anche un piccolo aumento della temperatura media della camera di combustione porta a un notevole aumento della formazione di NOx.

Saluti.
Alex.

Ciao Ulf,

Conosci il condotto di aspirazione del G3, e immagino che anche il filtro dell'aria forato ti sia familiare. Tuttavia, non mi piaceva il condotto di aspirazione posizionato direttamente sulla turbina, quindi l'ho tagliato a circa 55 mm di diametro e ho utilizzato un tubo a 90° per collegarlo.

L'effetto era lo stesso che si ottiene con uno scarico sportivo o con un filtro dell'aria sportivo.
Nessuna differenza percepibile. Ad essere onesti, non mi aspettavo niente di diverso. Ma la sensazione di sapere che questa difficoltà esisteva, sono riuscito a superarla con successo!

Avrei dovuto misurare le pressioni con il sistema di aspirazione originale e poi confrontarle. Purtroppo, ho perso questa opportunità.

Saluti.
Thomas.