Effekte bei Düsentuning (Theorien) | Beiträge 16+

Hi,

zu den TDIs und dem schlechten Diesel in den USA gibt es tolle Diskussionen bei
http://www.tdiclub.com

z.B.:

http://forums.tdiclub.com/showflat.php?Cat=&Board=UBB5&Number=169842&Forum=All_Forums&Words=diesel%20quality&Match=Entire%20Phrase&Searchpage=1&Limit=25&Old=allposts&Main=169842&Search=true#Post169842

Übrigens hat US Diesel sogar nur 40 Cetan. Das bereitet den Hochdruckeinspritzanlagen (CR + PD) erhebliche Probleme.

Hi,

ulf hat folgendes geschrieben:

ich hab so leise Zweifel, ob das Bernoulli-Gesetz hier anwendbar ist - ich kenne es nur...

Das Bernoulli-Gesetz gilt überall ob Gas oder Flüssigkeit. Anwendung ebenso bei allen Strömungsvorgängen ob Tragfläche oder Schiffschraube.
Es stellt aber lediglich die vereinfachte Form einer Gleichung dar: Es fehlen Reibungsverluste und geodätische Höhe.
Reibung wird in den engen Düsen aber zu genüge sein.
Ein Flüssigkeitsstrahl in Luft zerfällt aus drei Gründen in Tropfen:
1. Oberflächenspannung (hier unwichtig)
2. Reibung mit Luft
3. Innere Turbulenz, erzeugt in der Düse (hier setzt die genau definierte Düsenform ein, sie hat auch Einfluß auf den Durchfluss)

Bertil hat folgendes geschrieben:

Die geschätzten Erdölreserven reichen nur noch für ca. 25-30 Jahre und das Weltweit!

Hi Bertil,

ja, ja das wurde vor 40 Jahren auch schon erzählt: 1. werden z.B. im Irak noch weitere enorme Erdölreserven vermutet. 2. Gibt es gewaltige Reserven an Erdöl mit minderer Qualität, dessen Aufbereitung erst ab einem bestimmten Rohölpreis lohnt aber nun genug OT, sonst ist Ulf sauer, dass wir mit Bunkerbrechern auf sein Topic schießen

Zitat:

Also probiern würde ich das schon mal, nur solltest du recht vorsichtig sein und den Motor genau beobachten.

Weiß nicht, ob ich für die Versuchskaninchenfunktion die 290 Euro platt machen möchte (das hat der Düsensatz mit zwei NHG`s gekostet)

diesel.gustav hat folgendes geschrieben:

Mich hätte interessiert, warum Ihr glaubt, daß sich die Abregeldrehzahl erhöhen soll.

Hi Gustav

soweit ich die zugrundeliegenden Vorgänge verstanden habe:

Abregeldrehzahl bedeutet, daß die zugeführte Energie aus dem Diesel sich die Waage mit allen Motorverlusten (Wärme, Lärm, Reibung . . .) hält.

Wird mehr Diesel zugeführt (größere Düsenlöcher), so können damit auch mehr Verluste gefüttert werden -> die Drehzahl steigt bis zum neuen Gleichgewichtszustand an.

Nun wird ja die Einspritzmenge durch die EDC ab irgendwo über der Nenndrehzahl mit weiter steigender Drehzahl in Richtung Null zurückgeregelt.
Aber das AFAIK nicht mit "unendlicher Steilheit" (also z.B 4999,99 rpm = 20 mg, 5000 rpm = 0 mg/Hub - dann wäre spätestens bei 5000 tatsächlich radikal Schluß), sondern eher allmählich.

Wenn also düsenmäßig mehr Diesel in die Zylinder kommt und der Motor höher dreht, wird der Drehzahlanstieg nicht nur durch die steigenden Verluste, sondern auch durch die weitere Reduzierung des Fördervolumens begrenzt.

Dennoch wird IMO ein Drehzahlanstieg übrigbleiben - vielleicht nur geringfügig z.B. um 10 rpm, vielleicht auch um 300 rpm - ich kann mangels Praxis weder das eine noch das andere ausschließen.
Wobei der Effekt auch von der prozentualen Vergrößerung des Einspritzquerschnittes abhängen dürfte.

Zitat:

Größere Spritzlöcher fallen bei der ASU (falls die Abgas-Prüfung bei Euch ähnlich, wie bei uns in Österreich die § 57-Überprüfung abläuft) wegen der höheren Abgastrübung in der freien Beschleunigung auf. Da ist nach meiner Erfahrung nicht der obere, sondern der untere Drehzahlbereich kritisch. Denn: viel Kraftstoff, aber wenig Verbrennungsluft!

Das sollte IMO aber nicht allzu kritisch sein, denn bei niedrigen Drehzahlen fördert die Pumpe ja noch entsprechend "langsam", so daß auch dei Seriendüsen kaum Diesel zurückhalten.
Und nur diese "Verschluckmenge" kann ja durch größere Düsen zusätzlich in den Brennraum gelangen - ein Effekt, der erst bei höheren Drehzahlen = Förderraten richtig ins Gewicht fällt

Durch den geringeren "Staudruck" in größeren Düsen wird natürlich bei jeder Drehzahl die Zerstäubung relativ schlechter als mit den Normaldüsen. Das halte ich für kritischer hinsichtlich der Rußwerte.


Ich freue mich jedenfalls, daß hier mal eine (IMO) relativ fundierte Diskussion zu dem Thema entsteht.

soweit ich die zugrundeliegenden Vorgänge verstanden habe:

Abregeldrehzahl bedeutet, daß die zugeführte Energie aus dem Diesel sich die Waage mit allen Motorverlusten (Wärme, Lärm, Reibung . . .) hält.

Wird mehr Diesel zugeführt (größere Düsenlöcher), so können damit auch mehr Verluste gefüttert werden -> die Drehzahl steigt bis zum neuen Gleichgewichtszustand an.

Nun wird ja die Einspritzmenge durch die EDC ab irgendwo über der Nenndrehzahl mit weiter steigender Drehzahl in Richtung Null zurückgeregelt.
Aber das AFAIK nicht mit 'unendlicher Steilheit' (also z.B 4999,99 rpm = 20 mg, 5000 rpm = 0 mg/Hub - dann wäre spätestens bei 5000 tatsächlich radikal Schluß), sondern eher allmählich.




gegenargument: ALH und ASV haben die gleiche pumpe und nur unterschiedliche düsen

und guck mal hier: auch die mechanischen pumpen regeln relativ hart ab. das MUSS sein, weil sich die maschine sonst selbst zerlegt....

http://www.ralfhandel.de/reglerkennlinien.jpg

damit gibts denke ich keine probleme.

CU Gremlin

Gremlin hat folgendes geschrieben:

gegenargument: ALH und ASV haben die gleiche pumpe und nur unterschiedliche düsen

Hi Ralf

das ist für mich kein Gegenargument: im Pumpenkennfeld sind je die Düseneigenschaften mit "verwurstet".
Und da ALH und ASV wohl unterschiedliche Motorcomputer haben dürften, steckt da u.a. einfach das jeweilige Pumpenkennfeld drin.
D.h. bei der Abregeldrehzahl 5000 (Soll) wird die ALH-Pumpe anders angesteuert, so daß die Unterschiede zwischen den Düsen unterm Strich wieder ausgeglichen werden.

Zitat:

und guck mal hier: auch die mechanischen pumpen regeln relativ hart ab. das MUSS sein, weil sich die maschine sonst selbst zerlegt....

Ist schon klar - aber eben auch nicht unendlich steil.
Ich bleibe dabei: jede Mehrmenge Diesel im Zylinder im Bereich der Abregeldrehzahl führt prinzipiell solange zu höheren Drehzahlen, bis zwischen der (weiter bzw. wieder) abgeregelten Menge und den erhöhten Motorverlusten ein "neues" Gleichgewicht herrscht

Um wieviel höher die neue Drehzahl in der Praxis liegt, bleibt hier offenbar immer noch ein Rätsel . . .

Hi,
das hängt davon ab wie die EDS wirklich arbeitet. Die Diagramme der mechanischen ESP zeigen sprechen für eine Proportionalregelung. Wenn die EDS auch so arbeiteit hast Du sicher recht.
Es gibt aber auch integrierende Regler, die den gewünschten Wert ohne Abweichung erreichen. Beispiel Tempomat.
(Hab selbst keinen aber meine das wär dort so)
Proportionalregler sind, soweit mechanisch, billig herzustellen und reaktionsschnell. Integralregler sind teurer und langsam. Besser sind Proportional-integral-Regler.Bei einer Elektronik sollte das aber keine so große Rolle spielen.
Vielleicht kennt ja jemand die nötigen Details.

also ICH sage: die maximaldrehzahl ist völlig unabhängig von den düsen.

begründung:

wir haben eine vollelektronische dieselregelung (EDC).
wenn man der sagt 'Vmax ist 5000' dann macht die das. egal welche düsen drin sind. mit grösseren düsen wird der motor mit mehr drehmoment gen Vmax laufen und einen grösseren überschwinger (oder überhaupt erst einen) produzieren. die maximaldrehzahl wird aber auf 5000 eingeregelt. gnadenlos.

im mechanischen regler wird sich die drehzahl u.U. leicht erhöhen und zwar innerhalb des bereiches 4.

regelungsfunktionen der art P-I-D lassen sich per software völlig problemlos realisieren. die mechanischen regler haben da logischwerweise probleme. das 'weiche' abregeln bei steigender drehzahl deutet darauf hin, dass man einen überschwinger vermeiden will. der D-anteil darf schliesslich ja nicht zu hoch sein für ne perfekte einregelung. das versaut man mit grösseren düsen etwas. der P-I-anteil wird die drehzahl aber auf jeden fall wieder auf das soll holen.

ich probiers gerne aus, wer spendet mir nen satz düsen ?

CU Gremlin

Auf Wunsch gelöscht

christians hat folgendes geschrieben:

Es fehlen Reibungsverluste und geodätische Höhe.

Hi Christian,

nene es gibt auch einen Bernoulli mit Verlusten Sogar für instationäre Verhältnisse (dQ/dt ungleich Null mit Q=dV/dt->Volumenstrom=Massenstrom wenn inkompressibel), die bei diesem Vergleich (kleines Loch-großes Loch) vorliegen.

Ich kenne mich leider viel zu wenig mit Einspritzpumpen aus, sodass ich an dieser Stelle mit meinem Latein am Ende bin Man muss als erstes mal rausbekommen, wie sich genau der Volumenstrom durch die Veränderung der Querschnittsfläche ändert

Gremlin hat folgendes geschrieben:

ich probiers gerne aus, wer spendet mir nen satz düsen ?

Hi Gremlin,

...da will jemand, dass ich mich angesprochen fühle mit meinem Düsensatz mit 2 NHG

diesel.gustav hat folgendes geschrieben:

In der Applikation der Einspritzanlage an den Motor wird das alles penibel abgestimmt. Diese Abstimmung ist beim Teufel, wenn jetzt einfach nur andere Düsen eingebaut werden

Hallo Gustav

Grundsätzlich hast Du natürlich recht, aber IMO sollte man doch versuchen zu differenzieren "wie weit beim Teufel" - solange die Spritzbilder sich mit den fremden Kolben vertragen, wovon ich jetzt einfach mal spekulativ ausgehe.

Beispiel: Tausch der 81 kW Seriendüsen mit 205 um Lochgröße gegen T4-Düsen mit 216 um.
Die Zylinderleistung der Motoren liegt bei 20 bzw. 22 kW. Pauschal gesagt dürfte die "Verstimmung" also in der Größenordnung von "nur" 10% liegen, was auch dem Verhältnis der Lochquerschnitte entspricht.

Beispiel ALH (Schaltgetriebe) und ASV: beide sind EU 3 eingestuft und haben die gleiche Pumpe, aber verschiedene Düsen.
Daraus ergibt sich, daß die Einspritzhydraulik des ALH ist grundsätzlich auch mit den 81kW ASV-Düsen EU3-fähig ist, so dass ein Düsentausch den ALH IMO eigentlich nur über evtl. "falsche" Spritzbeginne (die vom 66 kW-Motorcomputer eingeregelt werden) verstimmen kann, oder über Einspritzmengen, die beim 81 kW nicht vorgesehen sind.

Selbst die weitere Aufstockung des Schalt-ALH auf 216er Düsen sollte unter diesem Gesichtspunkt noch keine katastrophalen Folgen haben, sondern das System schlimmstenfalls wie einen normalen 81 kW-Motor um die o.a. 10% zuzüglich evtl. Spritzbeginnprobleme verstimmen.

Anders bei der Generation 1Z/AHU/AFN/AHF: diese Motoren haben 3 verschiedene Pumpen, so dass schon die 81 kW-Düsen am 66 kW-Motor aufgrund des immerhin 21% größeren Lochquerschnitts relativ unkalkulierbare Ergebnisse bringen dürften – und natürlich erst recht 216er statt 184er Düsen beim 66 kW-Motor.

AFAIK ist die Lochgröße grundsätzlich doch sowieso immer ein Kompromiß zwischen guten Abgaswerten und niedrigem Verbrauch auch im unteren Drehzahlbereich (-> kleine Löcher) und ausreichendem Durchfluss für eine hohe Pmax im oberen Bereich (->große Löcher).
D.h. strenggenommen gibt es (bei VP-Motoren) wohl für jede Drehzahl eine eigene optimale Lochgröße, ideal wären also drehzahlabhängig verstellbare Löcher.

Und mit maßvoll(!) größeren Düsen der gleichen Grundkonstruktion verschiebt man IMO eigentlich "nur" den besagten Lochgrößen-Gesamtkompromiß etwas in Richtung höhere Drehzahlen und mehr Leistung unter Inkaufnahme "etwas" schlechterer Verbräuche und Abgase im unteren Drehzahlbereich . . . oder liege ich da prinzipiell falsch


Zur Schätzung der höheren Abregeldrehzahl hab ich endlich ein Drehmomentkennfeld des AFN wiedergefunden, das mir seinerzeit mal PP gemailt hatte.
Darin liegt die max. mögliche Einspritzmenge um 4473 rpm bei 31 mg, bei 5355 rpm ist sie Null.

Geht man zwischen 4473 und 5355 rpm von einer linearen Abregelung aus, so wird oberhalb der roten AU-Fahne von 5200 rpm (und erst recht oberhalb des "Idealwertes" 5000 rpm) doch noch eingespritzt.
Bei 5000 rpm wären es etwa 13 mg / KH.

Unterstellt man weiter eine Erhöhung der Einspritzmenge durch 216er Düsen um 10% im oberen Drehzahlbereich, so würden bei 5000 rpm zunächst 14,3 mg eingespritzt.
D.h. der Motor wird weiter hochdrehen, bis "wieder" nur noch 13 mg eingespritzt werden, also 1,3 mg weg-abgeregelt sind.

Diese 1,3 mg entsprechen einer Drehzahlvariation von (5355 – 4473) / 31 x 1,3 = ca. 37 rpm, um die die Abregeldrehzahl IMO in etwa ansteigen dürfte.
Das ist (in dieser stark vereinfachten Berechnung z.B. ohne weiter steigende Motorverluste) zwar nicht viel, aber doch mehr als gar nix.

So, nun sind wieder die Kollegen mit dem "es passiert garnix"-Standpunkt dran, mich zu widerlegen

Hallo alle!



Alleine das Vorhandensein eines Mittel- und eines Maximalwertes deutet doch schon darauf hin, daß die EDC nicht genau bei einer gewissen Drehzahl abregeln kann. Sonst würden doch bei jedem TDI (außer bei denen mit Abregeldrehzahl-tuning) exakt 5000 U/min gemessen werden.(Ist aber nicht so, oder?) So wie Ulf den Regelvorgang beschreibt (Einspritzmenge sinkt über die Drehzahl) kommt es immer zu einer leicht abweichenden Drehzahl, je nach Verlusten.

Wie sehr sich die Verluste in der Einspritzung durch eine Düsenvergrößerung verändern -> ????

Also daß Düsen die für eine höhere Leistung ausgelegt sind, dann auch in einem schwächeren Motor wahrscheinlich mehr Leistung bringen, hört sich schon vernünftig an. Aber berechnen kann man das wohl nicht so leicht.


Das Rechenbeispiel am Anfang mit den 81% an Pumpendruck die notwendig sind für den gleichen Volumenstrom, gilt nur bei laminaren, inkompressiblen, stationären und verlustfreien Rohrströmungen.

Laminar sind wir hoffentlich noch (weiß wer die Viskosität von Diesel?); Ganz inkompressibel ist das bei 1000 bar doch nicht mehr so ganz, glaube ich. Stationär is die Strömung leider überhaupt nicht. Hab da einen Verlauf der Druckwellen in den Leitungen in einem Skriptum ... Der Druck breitet sich ja nicht sofort aus ... Der braucht ja auch einige Zeit bis er sich mit der Schallgeschwindigkeit von der Pumpe zur Düse ausgebreitet hat. Dort wird die Druckwelle reflektiert .... ich hör jetzt lieber auf, aber die Einspritzmenge ist auf keinen Fall konstant über die Zeit. Und welcher Druck sich aufbaut, je nachdem wie groß der Austrittsquerschnitt ist, kann deswegen auch nicht so leicht berechnet werden. Es macht auch einen großen Unterschied auf wieviel Löcher sich die Querschnittsfläche verteilt (Vorallem für die Strömungsverluste -> Also die Verluste wegen der Rauheit sind bei kleinen Löchern glaub ich überproportional).
Die Formel, aus der Ulf die 81% berechnet hat (keine Ahnung wie er darauf gekommen ist ohne Strömungslehreskriptum)
Volumen des geförderten Kraftstoffes = Pi * Radius^4 * (p1-p2) * t / (my * Länge) [Hagen-Poiseuille-Formel]
wird noch kein befriedigendes Ergebnis bringen, wegen der oben angegebenen Umstände. Ich glaub sowas wird überhaupt nie berechnet sondern immer am Pumpenprüfstand getestet.

Wenn mal wer größere Düsen testet, bitte vorher und nacher eine Durchzugszeit stoppen.

schöne Grüße
Ernst

Ernst S. hat folgendes geschrieben:

Alleine das Vorhandensein eines Mittel- und eines Maximalwertes deutet doch schon darauf hin, daß die EDC nicht genau bei einer gewissen Drehzahl abregeln kann. Sonst würden doch bei jedem TDI (außer bei denen mit Abregeldrehzahl-tuning) exakt 5000 U/min gemessen werden.(Ist aber nicht so, oder?) So wie Ulf den Regelvorgang beschreibt (Einspritzmenge sinkt über die Drehzahl) kommt es immer zu einer leicht abweichenden Drehzahl, je nach Verlusten.

Hi Ernst

Dich gibt es also auch noch

Der Abregelsollbereich ist sogar 4800 bis 5200 rpm.
Die Mitte davon ist eben 5000 . . .

Zitat:

Also daß Düsen die für eine höhere Leistung ausgelegt sind, dann auch in einem schwächeren Motor wahrscheinlich mehr Leistung bringen, hört sich schon vernünftig an. Aber berechnen kann man das wohl nicht so leicht.

Das wollte ich damit auch nicht ausgedrückt haben - zumindest nicht als präzise Vorhersage, sondern nur als ungefähre Größenordnung.

Aber die Proportionalität der max. Zylinderleistungen der verschiedenen Motoren ( 16,5 / 20,25 / 22,2 kW) mit den Einspritzquerschnitten der jeweiligen Düsen (simpel quadrierte Lochdurchmesser: 0,034 / 0,042 / 0,047 mm²) ist irgendwo schon bemerkenswert - außer beim Automatik-ALH, der vermutlich schon auf halbem PD-Druckniveau arbeitet . . .?

Zitat:

Die Formel, aus der Ulf die 81% berechnet hat (keine Ahnung wie er darauf gekommen ist ohne Strömungslehreskriptum) . . .

Ich bin von der erforderlichen Beschleunigungsarbeit ausgegangen.
Um eine bestimmte Dieselmenge in der gleichen Zeit durch einen halbierten Querschnitt zu schießen, muß sie auf die doppelte Geschwindigkeit gebracht werden.
Nach W = m/2 x v² benötigt man hierfür die 4fache Energie, die über den Druck zugeführt werden muß --> also ist der 4fache Druck nötig.
Bzw. bei 10% höherem Querschnitt: 0,9 fache Geschwindigkeit -> 0,81 facher Druck.

Hi,

falls es hilft... nach dem AU-Ausdruck, den ich hier habe (von dem Versuch der Werkstatt, mir damals zu beweisen, dass das Auto nicht russt), folgendes:

Abregeldrehzahl min: 5043 laut Fahrzeug-Istdaten (keine Ahnung, wo die das herauslesen), Toleranz ist, wie von Ulf gesagt, 4800-5200.

Und darunter die drei Hochdrehversuche: 5073 , 5082 und 5053

Ausgangsdrehzahl war jedes Mal genau 905 (also Leerlauf) - zeigt also, dass das Steuergeraet diese perfekt halten kann, die andere aber nicht perfekt trifft.

Motor ist, wie in der Signatur steht, ASV.

Viele Gruesse,

Jan

Jan6K hat folgendes geschrieben:

Abregeldrehzahl min: 5043 laut Fahrzeug-Istdaten (keine Ahnung, wo die das herauslesen) . . .

Hi nochmal

bei meiner TÜV-AU wird die Drehzahl an der Batterie(!!) gemessen - und zwar anhand der Sinusreste der gleichgerichteten Ladespannung.

Dafür muß natürlich die Übersetzung Motor-Lima (Riemenscheibendurchmesser) bekannt sein und der magnetische Aufbau der LiMa (Polzahl und son Zeugs).
D.h. mit ner falschen LiMa könte man u.U. den TÜV zur Verzweiflung bringen - wenn sie keine alternative Meßmethode haben.

Meistens liegen die VP-TDIs wohl im Bereich von + / - 30 Prozent der Toleranz um den Mittelwert drumherum.