Zusammenhang Drehzahl / Ladedruck / Luftmasse? | Beiträge 16+

Ernst S. hat folgendes geschrieben:

Also muß die Luftmasse je Hub konstant bleiben, damit es auch eine Gerade bleibt. Also ist da nix drinnen, das z.b. eine Liefergradverschlechterung bedeuten könnte.

Hi Ernst

im Originaldiagramm ists etwas besser zu erkennen . . . nochmla die 2 Punkte von oben:
bei 3000 rpm = 292 kg/h , bei 2000 rpm = 208 kg/h.
Umgerechnet auf Einzelhübe incl. Spülverlust:
0,867 gr bei 2000 rpm bzw. 0,811 gr bei 3000 rpm.

Wenn man von konstantem Ladedruck und drehzahlunabhängigen Spülverlusten ausgeht, müßte sich doch die tatsächliche, zur Verbrennung verfügbare Zylinderfüllung von 2000 bis 3000 rpm ebenfalls um 0,056 Gramm pro Hub verschlechtert haben??

Zitat:

Wenn sich der Liefergrad verschlechtern würde, dann würde eine degressive Kurve entstehen. Im Diagramm ist aber einfach eine Gerade, die nicht durch den Ursprung geht eingezeichnet.

??? vgl. oben.

Zitat:

Der Bereich von 1000-2000 hat deswegen eine so große Steigung weil sich da der Ladedruck und die Spülverluste aufbauen denk ich mal. Und nicht weil da die Luftmasse je Hub größer ist.

1. Satz volle Zustimmung.
Aber der 2 Satz: bei höherem Ladedruck bleibt doch auch mehr Luftmasse pro Hub im Zylinder
Wozu veranstaltet man sonst den Aufwand mit der Aufladung

im Originaldiagramm ists etwas besser zu erkennen . . . nochmla die 2 Punkte von oben:
bei 3000 rpm = 292 kg/h , bei 2000 rpm = 208 kg/h.
Umgerechnet auf Einzelhübe incl. Spülverlust:
0,867 gr bei 2000 rpm bzw. 0,811 gr bei 3000 rpm.

Wenn man von konstantem Ladedruck und drehzahlunabhängigen Spülverlusten ausgeht, müßte sich doch die tatsächliche, zur Verbrennung verfügbare Zylinderfüllung von 2000 bis 3000 rpm ebenfalls um 0,056 Gramm pro Hub verschlechtert haben??


Nein, das sagt das noch nicht aus : Die Spülverluste sind drehzahlunabhängig in der Einheit Masse/Stunde. Also je Hub werden die Spülverluste natürlich immer geringer.
(Massenstrom/minute = Luft je Hub * 2 * Drehzhal + Spülmasse)


Der Bereich von 1000-2000 hat deswegen eine so große Steigung weil sich da der Ladedruck und die Spülverluste aufbauen denk ich mal. Und nicht weil da die Luftmasse je Hub größer ist.

1. Satz volle Zustimmung.
Aber der 2 Satz: bei höherem Ladedruck bleibt doch auch mehr Luftmasse pro Hub im Zylinder

Im Vergleich zu der Steigung über 2000rpm war das gemeint. Ich behaupte ja, daß die Luftmasse je Hub direkt proportional zur Steigung der Kurve ist. Und in dem Bereich geht das nicht, weil da eben der Ladungsdruckaufbau die Kurve überlagert. Aber sonst ist es so und wenn die Kurve eine Gerade ist(also konstante Steigung hat), dann ändert sich die Luftmasse je Hub nicht. Sondern es kann nur ein drehzahlunabhängiger Teil (also z.b. 40 kg/h konstante Spülverluste) zusätzlich dabei sein.

Wenn ich die Gerade durch die 2 oben genannten Werte mathematisch ausdrücke, dann heißt sie:
Luftmasse [kg/h] = 0,084 [kg/h/rpm] * Drehzahl [rpm] + 40 [kg/h]
Die Formel kannst du ins Excel eingeben und sie wird die Gerade zwischen 2000 und 3000 bis ins Unendliche weiterziehn. Die 0,084 kg/h/rpm = 0,7 gr/Hub Zylinderfüllungsmasse und damit der Liefergrad bleiben konstant. Durch die 40kg konstanten Spülverluste wird zwar die Luftmasse je Umdrehung kleiner, aber nur deswegen weil weniger durchgespült wurde in diese Umdrehung.

Aber wie gesagt: Ich glaube nicht an diese Geraden, das müssen Kurven sein und dann ist meine Berechnung der Spülverluste hinfällig.

Gruß Ernst

Ernst S. hat folgendes geschrieben:

Die Spülverluste sind drehzahlunabhängig in der Einheit Masse/Stunde. Also je Hub werden die Spülverluste natürlich immer geringer . . .

.

Hallo Ernst

Aha, so sieht die Geschichte wieder anders aus.

Aber um zur Ursprungsfrage zurückzukommen:
Mir ging es ja um eine Prognose des Massendurchsatzes am Lader bei steigender Drehzahl (und bei steigendem Ladedruck). Und dieser Massendurchsatz dürfte wohl das Gleiche sein wie im letzten Attachment mit Ansaugluftmassentrom bezeichnet - also ist eigentlich die Unterteilung in Zylinderfüllung und Spülverluste erstmal gar nicht nötig.

Wenn also der Ansaugluftmassentrom beim AFD zwischen 2000 und 3400 rpm "leicht unterproportional" zur Drehzahl in einer simplen Geraden steigt, dann spricht IMO (fast) alles dafür, daß man diese Gerade noch bis etwa 4500 rpm verlängern kann, ohne daß man sich nennenswert von der Realität entfernt.

Der AFD hat übrigens einen Luftmassensollwert von 700 bis 850 mg/Hub bei 2500 rpm
-> Mittelwert = 775 mg. Pro Stunde wären das 232,5 kg "Nettofüllung".
Im Diagramm sind bei 2500 rpm 250 kg eingetragen, wobei die Differenz die Spülverluste sein dürften, welche den Nettowert hier um 7,5% erhöhen.

Wenn man dann von AFN und Co. mit einem mittleren Sollwert von 950 mg/Hub ausgeht und da auch 7,5% für Spülverluste aufschlägt (-> 1.025 mg), liegt der "Füllungspunkt" der 81 kW-Motoren mit 1 Gramm bei 3000 rpm im Diagramm schon ganz gut.
Betriebt man zunächst mal im Geiste den Industrie-AFD mit entsprechend erhöhtem Ladedruck, sollte man doch als Ergebnis für den Ansaugluftmassentrom IMO von einer simplen Parallelverschiebung der Geraden ausgehen können (Graph "81 kW TDI spekulativ)

Und da der AFD im Grundaufbau der gleiche Motor ist wie die 81 kW-Typen, sollte dieses Ergebnis auch für AFN und Co stimmen . . . oder habe ich da grobe Denkfehler drin?

Der AFD hat übrigens einen Luftmassensollwert von 700 bis 850 mg/Hub bei 2500 rpm
-> Mittelwert = 775 mg. Pro Stunde wären das 232,5 kg 'Nettofüllung'.
Im Diagramm sind bei 2500 rpm 250 kg eingetragen, wobei die Differenz die Spülverluste sein dürften, welche den Nettowert hier um 7,5% erhöhen.

Wenn man dann von AFN und Co. mit einem mittleren Sollwert von 950 mg/Hub ausgeht und da auch 7,5% für Spülverluste aufschlägt (-> 1.025 mg), liegt der 'Füllungspunkt' der 81 kW-Motoren mit 1 Gramm bei 3000 rpm im Diagramm schon ganz gut.


Warum jetzt 7,5% Spülverluste auf die Zylinderfüllung draufschlagen? Die konstant 17,5 kg/h an Spülverlusten machen bei 3000rpm nur mehr 49 mg/Hub aus (das wären ca. 5 % von 950mg)

Ich mach mal ein Diagramm
AFD: 775mg/Hub Zylinderfüllung und 17,5 kg/h Spülverluste
AFN: 950mg/Hub und 21 kg/h Spülverluste weil der Ladedruck ja etwas höher ist.

Heraus kommen 2 Abschätzungen des Luftmassenstroms, ohne eine geringer werdende Zylinderfüllungsmasse, die wir aber beide bei höheren Drehzahlen erwarten (wegen Liefergrad).

Richtig ist dafür der Spüleffekt ... bestimmt den Nullpunkt der beiden Geraden,
und die verschiedenen Zylinderfüllungsmassen ... bestimmen die Steigungen der Geraden.
Gruß Ernst

Ernst S. hat folgendes geschrieben:

Warum jetzt 7,5% Spülverluste auf die Zylinderfüllung draufschlagen? Die konstant 17,5 kg/h an Spülverlusten machen bei 3000rpm nur mehr 49 mg/Hub aus (das wären ca. 5 % von 950mg)

Hi Ernst

OK, war ein Denkfehler von mir. 17,5 kg/h konstant sind auch OK

Zitat:

Ich mach mal ein Diagramm AFD: 775mg/Hub Zylinderfüllung und 17,5 kg/h Spülverluste AFN: 950mg/Hub und 21 kg/h Spülverluste weil der Ladedruck ja etwas höher ist. Heraus kommen 2 Abschätzungen des Luftmassenstroms, ohne eine geringer werdende Zylinderfüllungsmasse, die wir aber beide bei höheren Drehzahlen erwarten (wegen Liefergrad).

Stimmt. Und wenn man jetzt das Diagramm des AFD wegen des Liefergrades auf den Wert das Original-Diagramms "runterbiegt" (bei 3400 rpm um etwa 10 kg/h) und das Gleiche beim AFN anwendet, könnte eine fundierte Schätzung herauskommen.
Danach zieht der AFN bei 4000 rpm etwa 450 kg/h und bei 4500 rpm etwa 510 kg/h Luft, also 7,5 bzw. 8,5 kg/min, jeweils bei 1 bar Ladedruck (P2C / P1C = 2,0) .

Trägt man das in das Laderkennfeld des Eingangspostings ein, so liegen beide Betriebspunkte noch in der Zone > 76% Wirkungsgrad.
Jetzt wäre noch die Steigung einer Linie interessant, mit der man von diesen Punkten ausgehend den Zusammenhang Massenstrom / Laderuckerhöhung beschreiben müßte.
Ich denke mal, sie würde etwas flacher als die gedachte Mittelachse des 76%-"Ovals" in Richtung rechts oben verlaufen und bei einem Druckverhältnis von etwa 2,3 = 1,3 bar Ladedruck das Kennfeld verlassen.

D.h. 1,3 bar bei 4500 rpm sollten das Äußerste (ohne Rest-Reserve ) sein, was man dem VNT 15 am 1,9er TDI zumuten kann.

@all:
Stimmt diese Peilung grundsätzlich, oder hab ich was Entscheidendes falsch gemacht?

Jetzt wäre noch die Steigung einer Linie interessant, mit der man von diesen Punkten ausgehend den Zusammenhang Massenstrom / Laderuckerhöhung beschreiben müßte.
Ich denke mal, sie würde etwas flacher als die gedachte Mittelachse des 76%-'Ovals' in Richtung rechts oben verlaufen und bei einem Druckverhältnis von etwa 2,3 = 1,3 bar Ladedruck das Kennfeld verlassen.


Ja so ähnlich würde sie aussehen. Ich hab unten ein Beispiels-Bild angefügt. Man sieht, wie das Motorkennfeld, gegeben durch Drehzahl und Last, den Verdichter fordern würde.... is aber auch nur ein Verständnis-Bild und kein reelles. Also laß dich von den Kurvenformen nicht stören, wer weiß was der Zeichner für einen Motor im Kopf hatte.

Gruß Ernst

Ernst S. hat folgendes geschrieben:

Ja so ähnlich würde sie aussehen.

Hi Ernst

nachdem meine Einschätzung richtig zu sein scheint, hab ich mal ins Eingangsdiagramm den Arbeitspunkt eines 81 kW TDI bei 4500 rpm und den ungefähren "Kurs" des Punktes bei einer Ladedruckerhöhung eingezeichnet.

Bei der normalen Nenndrehzahl von 4000 bzw. 4150 rpm und normalem Ladedruck läge der Arbeitspunkt mit IMO senkrecht ca. über dem Punkt von 7,7 kg/min ebenfalls auf der Druckverhältnis-Linie 2,00.

Dann dreht der Lader bei normalem Druck und 4500 rpm knapp unter 140.000 rpm, bei 1,2 bar 152.000 rpm, und bei 1,4 bar 162.000 rpm auf der Grenze zum Kollaps ohne jegliche Reserve für halbverstopfte LuFis, Überschwinger usw. - wenn man den äußeren Rand des Kennfeldes so deuten kann . . .

Hallo Ulf,

aus dem Ergebnis würde ich jetzt schließen, daß der VNT15 für den AFN eigentlich zu groß ist. Wenn man mit der Nenndrehzahl 4150 U/min rechnet (wieso hast du 4500 genommen?), dann befindet sich der Punkt bei 1bar noch links vom Wirkungsgradmaximum und wenn man den Ladedruck steigert, dann wird die Linie irgendwo bei 1,5bar das Kennfeld verlassen. Ob das dann schon Exzitus bedeutet, weiß ich nicht, aber auch ein Faktor 1.5 scheint mir überdimensioniert, zumal es ganz links an der Stoßgrenze (oder wie heißt das?) auch knapp wird, also wenn man mit 1500U/min und 1bar fährt. Würde mich nicht wundern, wenn VW da den Ladedruck auch hat begrenzen müssen, um den Turbo zu schonen.

Servus
Wolfgang

Wolfgang, syncro16 hat folgendes geschrieben:

Wenn man mit der Nenndrehzahl 4150 U/min rechnet (wieso hast du 4500 genommen?), dann befindet sich der Punkt bei 1bar noch links vom Wirkungsgradmaximum

Hi Wolfgang
rechnet man von 8,5 kg/min mit dem Verhältnis 4150 / 4500 runter, so kommt man auf 7,83 kg/min. Und die liegen auf der Druckverhältnis-Ebene 2,0 ziemlich genau mitten in der inneren "Zwiebelschale".
Demnach erscheint mir den VNT 15 praktisch perfekt für den AFN

Ich rechne mit 4500 als leicht erhöhte Tuningdrehzahl für ein paar km/h erhöhte Vmax.

Zitat:

zumal es ganz links an der Stoßgrenze (oder wie heißt das?) auch knapp wird, also wenn man mit 1500U/min und 1bar fährt. Würde mich nicht wundern, wenn VW da den Ladedruck auch hat begrenzen müssen, um den Turbo zu schonen.

Ja, so zeigt es mir auch meine LDA: unter 2000 rpm wird der eingeregelte Druck meist auf etwa 0,8bar oder noch weniger begrenzt.