Turbolader pumpt im Bereich um 2000-2500 U/Min

Hallo zusammen,
kann mir jemand was zum "Pumpen" des Turboladers erklären?
Hatte mir folgendes überlegt:
Das Pumpen könnte durch fehlende "Luft" zustande kommen. Durch die hohe Drehzahl der des Verdichterrades wird Luft (sehr schnell) angesaugt, kann die Luft durch z.B zu klein bemessene Ansaugrohre nicht in der Menge angesaugt werden läuft der Turbo für Sekundenbruchteile "leer", dieses wird als Pumpen wargenommen.
Hoffe es ist einigermaßen zu verstehen, ist schwer zu beschreiben, hört sich an wie eine Art "Flattern".
Gibt es eine Möglichkeit, die optimale "Größe" für das Ansaugsystem (bis Verdichtereingang) zu Berechnen, um das Pumpen zu vermeiden ?
Wie wird das Berechnet und was fürDaten werden benötigt.
Wenn der Strömungswiederstand des Ansaugsystemes nicht optimal ist könnte das auch zum Pumpeffekt führen (Verwirbelung vor Verdichtereingang / Strömungshindernisse z.B 90° Biegung)?

Hi.

Wurde hier schon öfter (ausführlich) diskutiert. Such mal nach Pumpgrenze.

Würde ihn an deiner Stelle nicht allzulange im 'Pumpbetrieb' laufen lassen, da er dadurch überdrehen kann

Deine Überlegungen zum Verdichterpumpen sind leider nicht ganz korrekt.

Pumpen tritt bei geringen Massenströmen und hohen Druckverhältnissen auf (z.B. beim Lastwegnehmen an einem Ottomotor). Dabei löst sich die Strömung von den Verdichterschaufeln ab, anschließend wird wieder Druck aufgebaut. Dieser Ablauf wiederholt sich immer wieder. Zu hören an diesem 'Flattern'.

Warum pumpt dein Verdichter denn überhaupt? Bei einem Motor im Orginalzustand sollten solche Pumpeffekte eigentlich nicht auftreten. Die Pumpgrenze ist eine physikalische Grenze an die jeder gebunden ist, egal ob Hersteller oder dubioser Garagentuner. Die Volllastdrehmomente im unteren und mittleren Drehzahlbereich werden maßgeblich von der Pumpgrenze begrenzt.

Optimal ist der Verdichtereintritt dann gestaltet, wenn ein längeres Rohr (>1m) vor den Verdichter gesetzt wird. Da so etwas im Fahrzeug aus Packagegründen allerdings nicht möglich ist, sollte zumindest darauf geachtet werden, dass sich unmittelbar vor dem V-Eintritt kein scharfer Rohrbogen befindet. Es gibt eine Vielzahl von Anti-Pump-Massnahmen. Häufig können solche Massnahmen aufgrund der komplexen Strömungsverhältnisse am Verdichter allerdings nicht vorausberechnet werden, darum werden Versuche durchgeführt.

@ Nebelwerfer
Pumpen kann nur an der Pumpgrenze auftreten. Ein Radialverdichter in einem Turbolader gerät nie in den Betriebsbereich wo sich Pumpgrenze und Grenzdrehzahl schneiden, eine solche Auslegung würde keinen Sinn ergeben (Verdichterwirkungsgrade). Gefährlich für den Verdichter beim Pumpen ist, dass die Ablöseeffekte die Verdichterschaufeln zum schwingen bringen. Liegt diese Anregung nahe der Resonanzfrequenz der Verdichterschaufeln werden diese irgendwann brechen.

vanilla299 hat folgendes geschrieben:

Ein Radialverdichter in einem Turbolader gerät nie in den Betriebsbereich wo sich Pumpgrenze und Grenzdrehzahl schneiden, eine solche Auslegung würde keinen Sinn ergeben (Verdichterwirkungsgrade).

Hi,

wenn sich die Strömung vom Verdichterrad löst, kann der Verdichter "durchdrehen", wie ein Reifen, der bei Vollgas plötzlich auf eine Eisfläche kommt.
Wenn dann an der Turbine noch der volle Antrieb der eben verbrannten Zyl.Füllungen anliegt, wird der Lader beim Pumpen IMO schon etwas hochdrehen, oder nicht?

Fragt sich nur, ob er dabei aus seiner eher niedrigen Ausgangsdrehzahl (im Motor-Drehzahlkeller!) wirklich in bis in seinen roten Bereich hochjubeln kann . . . ?
Ich denke, so etwas meine Nebelwerfer.

danke für die Richtigstellung.
Vorweg es handelt sich um ein getuntes Fahrzeug.
Ich fahre auf dem ARL einen Hybridturbo bestehend aus Abgasseite vom GT1749VB und Verdichterseite vom GT2052V, das ganze wurde natürlich gewuchtet.
Ansonsten wird das Original Ansaugrohr und LMM+Lufi weiterverwendet. Auch die Ansaugschlauchtrichterreduzierung wurde original weiterverwendet. Nun tritt wenn ich bei 2000 U/Min vom Teillast in den Vollast berieb wechsel das Pumpen bis 2500 U/Min auf ab da verschwindet es dann und tritt auch bei höherer Drezahl nicht mehr auf. das finde ich schon verwunderlich, da der Volumenstrom in den oberen Drezahlbereichen größer werden müsste.
Nun muss mann dazu sagen, das der Serienansaugbereich nicht grad optimal ist. Das Alu Ansaugrohr verjüngt sich macht dann einen 90° knick und dann kommt auch schon die Gummi Reduziermuffe, die Verdichtereingang (55mm) und das Ansaugrohr (um die 58mm) verbindet. Desweiteren ist das Ansaugrohr nich grad Strömungsgünstig beschaffen und geformt, denke da ist eine optimierung möglich, ist halt schwer zu erkennen warum der Volumenstrom abreisst, gibt es weiter Möglichkeiten die Ansaugführung zu optimieren, wenn ja welche?

wenn sich die Strömung vom Verdichterrad löst, kann der Verdichter 'durchdrehen', wie ein Reifen, der bei Vollgas plötzlich auf eine Eisfläche kommt.
Wenn dann an der Turbine noch der volle Antrieb der eben verbrannten Zyl.Füllungen anliegt, wird der Lader beim Pumpen IMO schon etwas hochdrehen, oder nicht?

Fragt sich nur, ob er dabei aus seiner eher niedrigen Ausgangsdrehzahl (im Motor-Drehzahlkeller!) wirklich in bis in seinen roten Bereich hochjubeln kann . . . ?
Ich denke, so etwas meine Nebelwerfer.

Ja, das meinte ich. Da moderne PKW Diesellader auf geringes Massenträgheitsmoment optimiert sind, wird die Drehzahl bei Strömungsabriss sprunghaft ansteigen, und sich eventuell von Strömungsabriss- zu Strömungsabriss aufschaukeln, da auch die Motordrehzahl ansteigt (es wird ja in den meisten Fällen beschleunigt). Wird der kritische Drehzahlbereich nicht verlassen, bevor die Pumpeffekte aufhören, und ist der Lader aufgrund von brutalem Tuning schon vorgeschädigt, so besteht sicherlich die Gefahr dass er überdreht.

Zak1976 hat folgendes geschrieben:

Nun tritt wenn ich bei 2000 U/Min vom Teillast in den Vollast berieb wechsel das Pumpen bis 2500 U/Min auf ab da verschwindet es dann und tritt auch bei höherer Drezahl nicht mehr auf. das finde ich schon verwunderlich, da der Volumenstrom in den oberen Drezahlbereichen größer werden müsste.

Das ist nicht verwunderlich, weil das Pumpen nur dann auftritt, wenn bei geringem Volumenstrom (= niedrige Motordrehzahl) hohe Ladedrücke produziert werden sollen.

Bei höheren Volumenströmen ist die Diskrepanz zwischen (milttlerer) Strömungsgeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit des Verdichterrades einfach geringer

Wenn man die Ursache packen will, ist Abhilfe gegen Dein Pumpen eigentlich nur per Chiptuning möglich -> Senkung des LD-Solls im Drehzahlkeller.
Das ist nun mal der Preis für "Rennlader" . . . .

@ Ulf
meinst Du ich bekomme das "Pumpen" nicht duch optimierung der Ansaugwege weg?
Ich hatte mir überlegt einen Ansaugschlauch zu verwenden der einen "großzügigen" 90° Bogen macht und dann von 55mm auf 70mm vergößert wird, daran wird dann direkt eine Airbox oder ein Luftfilter montiert.
Der LMM "notlauf" habe ich mir aus der Software entfernen lassen, ist der LMM angeschlossen, werden die Werte vom LMM verwendet, fehlt dieser werden fest hinterlegte Ersatzwerte verwendet (ähnlich wie der Diodentrick). Ansonsten wird mir nichts anderes übrigbleiben außer Ladedruck in dem Bereich zurückzunehmen.
In meinem Beispiel wäre die Ansaugstrecke dann nur noch ca. 25cm lang und besitzt über eine Strecke von 15cm einen Innendurchmesser von 7cm, sollte dies nicht reichen um den Lader nicht "leerlaufen" zu lassen?

wenn sich die Strömung vom Verdichterrad löst, kann der Verdichter 'durchdrehen', wie ein Reifen, der bei Vollgas plötzlich auf eine Eisfläche kommt.
Wenn dann an der Turbine noch der volle Antrieb der eben verbrannten Zyl.Füllungen anliegt, wird der Lader beim Pumpen IMO schon etwas hochdrehen, oder nicht?

Der Pumpvorgang spielt sich im Bereich von ms ab! Kurz nachdem die Strömung abgerissen ist (und sich somit das Druckverhältnis reduziert hat), baut der Verdichter wieder einen Druck auf und zieht somit auch schlagartig Leistung von der Turbine ab und wirkt somit einem Drehzahlanstieg entgegen. Dass die Laderdrehzahl bei Pumpen davongehen kann hab ich noch nie gehört. Eher das Gegenteil sollte der Fall sein.
danke für die Richtigstellung.
Vorweg es handelt sich um ein getuntes Fahrzeug.
Ich fahre auf dem ARL einen Hybridturbo bestehend aus Abgasseite vom GT1749VB und Verdichterseite vom GT2052V, das ganze wurde natürlich gewuchtet.
Ansonsten wird das Original Ansaugrohr und LMM+Lufi weiterverwendet. Auch die Ansaugschlauchtrichterreduzierung wurde original weiterverwendet. Nun tritt wenn ich bei 2000 U/Min vom Teillast in den Vollast berieb wechsel das Pumpen bis 2500 U/Min auf ab da verschwindet es dann und tritt auch bei höherer Drezahl nicht mehr auf. das finde ich schon verwunderlich, da der Volumenstrom in den oberen Drezahlbereichen größer werden müsste.
Nun muss mann dazu sagen, das der Serienansaugbereich nicht grad optimal ist. Das Alu Ansaugrohr verjüngt sich macht dann einen 90° knick und dann kommt auch schon die Gummi Reduziermuffe, die Verdichtereingang (55mm) und das Ansaugrohr (um die 58mm) verbindet. Desweiteren ist das Ansaugrohr nich grad Strömungsgünstig beschaffen und geformt, denke da ist eine optimierung möglich, ist halt schwer zu erkennen warum der Volumenstrom abreisst, gibt es weiter Möglichkeiten die Ansaugführung zu optimieren, wenn ja welche?
Schau dir mal eine Motor-Volllast-Betriebslinie im Verdichterkennfeld etwas genauer an. Bis in mittlere Motordrehzahlbereiche wird der Verdichter recht nah (Höhenreserve) an der Pumpgrenze betrieben. Bei höheren Drehzahlen/Leistungen geht die Motorbetriebslinie dann nach rechts. Bei höheren Leistungen verhindert die Stopfgrenze und die Ladergrenzdrehzahl eine Leistungssteigerung. Will man trotzdem mehr Leistung, braucht man einen größeren Verdichter , der dann allerdings den Nachteil hat, dass die dieseltypischen frühen hohen Drehmomente nicht mehr dargestellt werden können. Dein Verbrauch bei höheren Leistungen dürfte aufgrund der kleinen Turbine recht hoch sein. Hätte man auch noch eine größere Turbine gewählt wären die Drehmomente untenrum allerdings noch geringer (dann aber kein Pumpen) und das Turboloch weitaus größer. Die Pumpeffekte bekommst du nur weg, wenn du die Drehmomente reduzierst. An der Luftführung vor dem Verdichter ist die Lösung deines Problems def. nicht zu suchen.

irgendwie komme ich immer mehr vom Weg ab
Ich dachte eigentlich, dass in dem Bereich wo ich dieses Pumpen habe einfach der Luftstrom zu gering ist.
Ich versuch mal meine Theorie zu erklären:

Ich habe einen Betriebszustand, in dem ich fast ohne Last fahre, die anliegende Drehzahl liegt bei 2000 U/min, die Luft, die vomTurbo angesaugt wird, wird mit (relativ) geringer Geschwindigkeit vom Verdichter angesaugt. Nun wechsel ich blitzartig den Betriebszustand in 100% Last. Sofort wird viel Kraftstoff eingespritzt und die VTG wird maximal auf die Leitschaufeln der Turbine gerichtet. Dadurch wird die Turbine und damit auch das Verdichterrad extrem beschleunigt.
Der Luftstrom im Ansaugsystem hat ja auch eine gewisse Masse. Ich bin davon ausgegangen, dass diese Masse nicht unendlich schnell auf die Ansauggeschwindigkeit der Turbine beschleunigt werden kann und dadurch das Pumpen entsteht. Zusätzlich wirkt das Ansaugsystem, aufgrund der Größe und der Beschaffenheit, zusätzlich als Strömungswiederstand und verschlimmert diesen Effekt bzw. lässt diesen früher eintreten.
Darum dachte ich,dass ich die Pumpgrenze durch Optimierungsmaßnahmen in diesem Bereich verschieben könnte.
Als zweite Erklärung der Pumpgrenze wäre für mich ein Zustand, in dem der Verdichter einen so starken Massestrom erzeugt, der einfach in so kurzer Zeit nicht mehr duch den Verdichtereingang passt.

Gesetzt diesem Fall würde, durch diese Beschleunigung, im Extremfall das Verdichterrad mehr Luft angesaugen, als duch den Verdichtereingang "durchpasst", nun entsteht so eine art "mini (fast) Luftleerer Raum am Verdichtereingang, der den Leitschaufeln kein Wiederstand mehr entgegensetzt und der Lader dreht ohne das Luft angesaugt wird. Die Beschleunigung der Luft im Ansaugsystem sinkt dadurch ab, bis sich der Massestrom wieder fängt.
Ich hoffe das war nicht total falsch gedacht. Dann stellt sich jedoch die Frage warum das nicht im höheren Drezahlbereich (bei gleichem Lastzustand) auftritt.
Eine Erklärung ware Theorie 1, da der Massestrom im höherem Drezahlbereich erheblich schneller ist und durch plötzliche Lastwechsel weniger stark beschleunigt werden muss.
Mich wundert weiterhin, das die verbaute Verdichterseite "schon bei so geringem Ladedruck" anfängt zu pumpen, grad deshalb entstand ja das Projekt einen Hybridladr mit großer Verdichterseite einzusetzten.

@ Vanilla229
toll erklärt, danke.
Wenn der Lader also nicht "ohne Wiederstand" extrem schnell die Drezahl erhöht, kann das Pumpen ja eigentlich auch nicht schäddlich für den Lader sein, oder doch? Wenn ja, warum?

Hi Zak,

deine Theorie ist wirklich sehr anschaulich, aber die bringt dich eher vom Weg ab..

Die Physik kanst du leider nicht ignorieren. Vanilla299 hat das schon sehr richtig beschrieben, dem ist nichts hinzuzufügen.
Die Physik sagt, das das maximal mögliche Druckverhältnis (Umgebungsdruck/Ladedruck) vom aktuellen Volumenstrom (Drehzahl/Lastpunkt) des Motors begrenzt wird. Das wird aus dem entprechendem Verdichterkennfeld ersichtlich.
Mit einem grossem Verdichter bist du hier sogar kritischer, da dieser nicht auf das Motorschluckvolumen im instationärbetrieb ausgelegt ist.

D.h. du kannst das Verdichterpumpen verringern mit:

a.) abgesenktem Ladedruck
b.) absenken Druck vor Verdichter (Entdrosselung, aber max. 50mbar Potenzial)
c.) absenken Druckverlust Ladeluftstrecke (LLK, Verrohrung usw., aber max. 75mbar Potenzial)
d.) optimierte Schaufelradgeometrie, sprich anderer Verdichter
e.) grösserer Hubraum
f.) 2-stufige Aufladung

Aber wenn du schon bei diesen Temperaturen Konstantpumpen in diesem weiten Drehzahlbereich hast, muss der Ladedruck signifikant runter. Ladedruckregelung muss hier aussdem optimal abgestimmt sein.

Gruss

Zak1976 hat folgendes geschrieben:

Ich bin davon ausgegangen, dass diese Masse nicht unendlich schnell auf die Ansauggeschwindigkeit der Turbine beschleunigt werden kann und dadurch das Pumpen entsteht.

Damit das ein Problem werden könnte, müßte der Lader erheblich schneller hochdrehen und "von Null auf Sofort" einen Riesen-Saugschlund aufreißen - aber so schnell läuft die Laderdrehzahl definitiv nicht hoch.

Zitat:

Als zweite Erklärung der Pumpgrenze wäre für mich ein Zustand, in dem der Verdichter einen so starken Massestrom erzeugt, der einfach in so kurzer Zeit nicht mehr duch den Verdichtereingang passt.

Das trifft eher die Definition der Stopfgrenze -> die angesaugte Strömung im Verdichtereingang nähert sich der Schallgeschwindigkeit.

Zitat:

Ich hoffe das war nicht total falsch gedacht. Dann stellt sich jedoch die Frage warum das nicht im höheren Drezahlbereich (bei gleichem Lastzustand) auftritt.

Die Stopfgrenze ist die "natürliche Grenze" des Volumenstroms durch den Verdichter und spielt natürlich erst im obersten Motor-Drezahlbereich und max. LD eine Rolle, indem der Verdichter-Wirkungsgrad anfängt abzusaufen.

Zitat:

Mich wundert weiterhin, das die verbaute Verdichterseite "schon bei so geringem Ladedruck" anfängt zu pumpen, grad deshalb entstand ja das Projekt einen Hybridladr mit großer Verdichterseite einzusetzten.

Die große Verdichterseite verschiebt die Stopfgrenze in höhere Durchsatzregionen und erlaubt daher höhere Maximaldrücke bzw. Massentröme, sonst nichts.

Super, vielen Dank soweit erstmal an alle, die für Klarheit gesorgt haben und diesen Zustand anschaulich erklärt haben.
Dann werde ich trotzdem ersteinmal das Ansaugsystem optimieren, aber wie hier schon mehrfach beschrieben wird das wohl nicht den gewünschten Erfolg bringen, schade, läuft mit der jetzigen Einstellung wirklich gut und russt kaum (und auch wenn Ihr mich für bescheuert haltet, das Pumpen hört sich akkustisch wirklich "sportlich" an, vermeide aber bis zur weiteren Abstimmung diesen Zustand, war schon genug arbeit den Motor neu aufzubauen, zuviel um gleich alles wieder kaputt zu machen...

Eine frage noch kurz,fährt einer von euch bereits den Lader,den Rainer im Shopanbietet,nicht ganz billig aber hört sich vielversprechend an (Scheiss Tastatur, die Leertasteklemmt).

@ Bafische
wäre auch eine Optimierung durch eine optimale Verwirbelung/Anströmung vorm Verdichter denkbar/sinnvoll?

Selbst bei absolut optimaler Strömungsführung vor dem Verdichtereintritt fängt jeder Verdichter irgendwann an zu Pumpen. Nämlich dann, wenn er bei geringen Massenströmen (geringe Motordrehzahlen!) einen zu hohen Ladedruck (zu hohes Druckverhältnis) bringen soll.

Zur Funktionsweise eines (Radial)-Verdichters:
Luft wird beschleunigt (hohe kinetische Energie) und anschließend abgebremst (Umwandlung von kinetischer Energie in Druckenergie). Grob gesagt, wird die Luft durch das Verdichterrad beschleunigt (hierzu ist Energie erforderlich) und wird anschließend im (Ring)-Diffusor abgebremst. Siehe auch die Erkenntnisse des Herrn Bernoulli.

Beim Pumpen, das an sich ein höchst komplexer Vorgang ist, reißt die Strömung von den Verdichterschaufeln ab und kann nicht weiter beschleunigt werden. Als Folge kehrt sich die Strömung kurz um, bis sich das Druckverhältnis wieder reduziert hat und es von neuem losgeht. Pumpen ist ein weinig effektiver Vorgang, was ja nicht weiter schlimm wäre, wenn die Schwingungsanregung der Verdichterschaufeln nicht wäre. Pumpen kann nur an der Volllast auftreten.

Hast du dich schon einmal gefragt, warum ein 2l Turbodiesel nicht schon bei 1000 1/min 400Nm anliegen hat? Mit einer variablen Turbine sollte das eigentlich möglich sein. Begrenzend ist hier immer der Verdichter und dessen Pumpgrenze. Es ist ein ewiges Dilemma in dem jeder Hersteller steckt, der aufgeladene Motoren entwickelt:

hohe frühe Drehmomente (low end torque) bei hoher Motornennleistung und gutem instationärem Betriebsverhalten

Diese Punkte lassen sich in Verbindung mit den heutigen Emissionsanforderungen (AGR) bei einer 1-stufigen Aufladung eben nur bis zu einer spez. Leistung von ca. 65kW/L zufrieden stellend erfüllen.

Willst du den Ladedruck bei geringen Drehzahlen erhöhen brauchst du einen kleineren Verdichter (dann allerdings geringere Nennleistung). Willst du eine höhere Nennleistung, brauchst du einen größeren Verdichter (dann allerdings geringere Ladedrücke untenrum).

Es könnte vielleicht etwas bringen wenn du unmittelbar vor dem Verdichtereintritt ein Volumen (1,5L bis 2,5L) anbringst.