Berechnung Wastegate

Hi Leute, ich hab mir nun ne Zeitlang euer Forum hier angesehen und finde es gibt ne Menge gute Leute hier, vielleicht ist ja einer dabei, der mir bei meinem kleinem Problemchen helfen kann.
Ich wollte für nen Turbolader nen Wastegate berechnen, finde aber derzeit noch nicht so richtig Literatur darüber, kann mir einer nen Tipp geben, wo ich Formeln, Literatur, Tipps und Tricks, eigentlich einfach alles über die Auslegung und auch die Funktionsweise eines Turbolader wastegates finden kann. Von Grundlagen bis zur Berechnungssoftware, Strömungssimulation und so weiter, ich bin für jeden Tipp Dankbar.
cu Frank

Hallo bombenleger!

Da hast Du Dir ja ordentlich was vorgenommen
Ich hoffe, dass Du über die nötigen Grundkenntnisse verfügst (Physik, Thermodynamik, Technische Strömungsmechanik), weil ohne die wird es echt hart!

Du solltest Dich vor allem mit der Gasdynamik beschäftigen
Für eine grobe Abschätzung, wenn Du mir die dazu notwendigen Daten liefern kannst, könnte ich mich vielleicht durchringen. Allerdings glaube ich kaum, dass ich unseren CFD-Rechner mit Deinem Problem belästigen kann, weil der ist nämlich schon für Monate im voraus ausgebucht.

Poste doch einfach mal einige Daten und Fakten (Turboladerkennfeld, Massendurchsatz, ...), mal sehen, ob man etwas damit anfangen kann.

Gruß
Alex

Hi donalexo,
Vorgenommen kann man so nicht sagen, es geht halt um Turboladerentwicklung im allgemeinen, und da wurde mir halt die Sache mit dem wastegate aufs Auge gedrückt. Allgemeine Funktion und so ist ja alles klar, nur leider fehlt mir gerade für die Auslegung son bisschen der Anfang, bin also daher auf der Suche nach Literatur, in der nen bissl was beschrieben ist, vielleicht sogar etwas an dem ich mich entlanghangel könnte.
Grundlagen Thermodynamik, Physik und co, sind alle an Bord, ham wir im Studium zu genüge durchgekauert.
Richtige konkrete Daten über den zugehörigen Motor habe ich leider auch noch nicht, suche also erstmal nach allgemeinen Infos oder Vorgehensweisen.
Wer weiss, vielleicht gibt es da ja was.
Danke erstmal
cu Frank

Hi, bin nu etwas schlauer,
ganz grob: ich muss also erstmal den maximalen Volumenstrom rausfinden, der vom Motor kommt, den maximalen Volumenstrom der durch die Turbine darf, finde ich über die maximale Drehzahl raus, die wiederum über maximale Umfangsgeschwindigkeit (Werkstoffabhängig) bestimmt ist. Differenz der Volumenströme ergibt meinen maximalen Bypassstrom. (Sicherheiten und den ganzen Kram nicht vergessen). Nu kann ich die Min-Fläche des Wastegates über den Volumenstrom berechnen, Stichwort Schallgeschwindigkeit, Kavitation und so.
Habe ich da irgendetwas grundlegendes vergessen, übersehen oder komplett falsch???
Ausserdem hätte ich gerne gewusst, wie sieht das ganze bei einer zweiflutigen Turbine aus, Stossaufladung halt, ist das Wastegate da an beiden Kanälen angeschlossen, weiss jemand wo so etwas schon mal verbaut wurde, und wie???
Vielleicht habt ihr ja Fotos oder so, ich wäre echt für jede Hilfe dankbar.

cu Frank

Hallo Bombenleger!

Mir scheint, Du wirfst da einige Fachbegriffe ein wenig durcheinander. Also mal schön der Reihe nach:

Ich nehme an, dass Du mit einer zweiflutigen Turbine einen Registerturbolader meinst. Man spricht dann von Registeraufladung. Stossaufladung ist mir eigentlich nur bei Saugmotoren bekannt, wenn man versucht die Saugrohrlängen so abzustimmen, dass die Induktivität der Luftsäule dazu benutzt werden kann, um mehr Ladung in die Zylinder zu bekommen.

Dann hast Du noch den Begriff der Kavitation benutzt. Man spricht im Zusammenhang von Flüssigkeitsströmungen von Kavitation, wenn lokal der Dampfdruck unterschritten wird und es zu einer 2-Phasen-Strömung kommt, die neben dem Fluid auch Gas enthält. In Deinem Fall handelt es sich jedoch um eine reine Gasströmung, so dass keine Kavitation auftreten kann.


Nun zur Auslegung:

Grundsätzlich ist der Ansatz richtig, dass Du den maximalen Massenstrom bzw. Volumenstrom des Motors bestimmen musst. Die Bestimmung des Massenstromes ist noch relativ einfach, die Ableitung des Volumenstromes ist schon nicht mehr so trivial. Ich denke man sollte besser sogar die Bandbreite des Massen-/Volumenstromes von Leerlauf bis Maximaldrehzhal bestimmen, um auch das Ansprechverhalten bei kleinen Drehzahlen und Lasten nicht außer Acht zu lassen.
Auf jeden Fall solltest Du für diese Betrachtungen am besten eine h-s-Diagramm für Abgase (gibt es sowas?) und gute Kenntnisse im Fachgebiet Gasdynamik haben.

Ich habe jetzt leider keine Zeit mehr, vielleicht kann ich heute Abend noch einige Anhaltspunkte zur Auslegung liefern.

Gruß
Alex

Ich nehme an, dass Du mit einer zweiflutigen Turbine einen Registerturbolader meinst.

nein.

zweiflutig meint, dass die turbine aus zwei getrennten 'düsen' angeströmt wird.
das macht man bei grösseren vielzylindrigen motoren. so verteilt sich der abgasstrom passend auf die jeweiligen zylinder. anderenfalls gäbs strömungen zwischen den zylindern und an der turbine kommt nix an.
typische anwendungen stehen an der versandrampe
http://www.egarrett.com/technology/tech_twin_scroll.jsp?justlist=1&l1id=2&l2id=2&l3id=1

stoss- und stauaufladung gibt das 'antriebsprinzip' am lader an.

bei stossaufladung geht der abgasstrom direkt vom auslass zur turbine, diese wird also stossweise angetrieben. das ist die häufigste, weil einzig machbare art bei kleinen motoren.
hat aber schlechten wirkungsgrad.

bei stauaufladung gelangen die abgase erst mal in ein 'sammelbecken' und von dort mit realtiv konstantem druck zur turbine. geht natürlich nur bei grossen motoren die keine grossartigen last- und drehzahlschwankungen haben. schiffsdiesel und aggregate z.b.

CU Gremlin

@ Gremlin
jupp, zweiflutig halt,
aber stimmt es denn nicht, dass ich bei zweiflutigkeit eher Stossaufladung habe, oder kämen dann für Stauaufladung zwei Sammelbecken in Frage???

@donalexo
Mmmmmh, stimmt, mit der Kavitation hab ich was durcheinandergebracht, aber sehe ich doch richtig, dass ich bei der Querschnittsflächenauslegung darauf achten muss, dass die Strömung nicht Schallgeschwindigkeit erreicht??

@all
weiss denn nu einer wie das waste-gate einer zweiflutigen Turbine aussieht, gibt es da eine oder zwei Klappen?

cu und besten Dank

Frank

aber stimmt es denn nicht, dass ich bei zweiflutigkeit eher Stossaufladung habe

du hast so oder so (überwiegend) stossaufladung im KFZ-bereich, weil die lader und volumenströme viel zu gering sind. bei anwendungen im KFZ kannst du nur stossaufladung machen (bzw. dich dem annähern) weil der betriebszustand des motors ja alles andere als stationär ist...
daher versucht man ja das laufzeug so klein es geht zu halten.


@all
weiss denn nu einer wie das waste-gate einer zweiflutigen Turbine aussieht, gibt es da eine oder zwei Klappen?


IMHO zwei stück, für jedes sammelrohr eine....

CU Gremlin

Also

Zwar habe ich kein Diplom in der Tasche, aber einige Dinge möchte ich auch einwerfen.

Um Kavitation brauchst du dir keine Gedanken zu machen, sie tritt wie donalexo bereits gesagt hat nur bei Flüssigkeiten auf.

Um ein Waste Gate genau zu berechnen, wirst du mit der Turboauslegung beginnen müssen. Schließlich kannst du nicht sagen, wie viel Massenstrom an der Turbine vorbeigeführt werden muß, wenn du nicht weißt wie viel sie selbst aufnimmt. Zusätzlich kommen noch die Einflüsse der Schlucklinie und der Gaseigenschaften vor dem Lader zum Tragen.

Wenn du es aber nicht zu genau mit der Auslegung nehmen willst und den eigentlichen Turbo bereits hast, so würde ich an deiner Stelle einfach ein zu großes Waste Gate verbauen und diesen Nachteil über die Regelung kompensieren.

Es wird nämlich nicht so einfach sein, z.B. das Massenträgheitsmoment der Turboladerwelle in einem zusammengebauten Lader zu bestimmen.
Für einige grundlegende Formeln empfehle ich dir die Seite 402 aus Handbuch Verbrennungsmotor (2. Auflage)

Philipp

Hi, danke erstmal für die viele Hilfe,
@ euwing
also, die Daten des Laders habe ich (bzw. könnte ich bekommen), da es sich im grossen und ganzen um ein rein theoretisches Projekt handelt (also Auslegung und Konstruktion (Cad))

'Zusätzlich kommen noch die Einflüsse der Schlucklinie und der Gaseigenschaften vor dem Lader zum Tragen. '
Was genau meinst du denn damit (Schlucklinie), heisst worauf muss ich genau achten?

Und hast du vielleicht für das Handbuch ne Isbn-Nummer oder so, oder kannst du mir besagte Seite elektronisch zukommen lassen

cu und besten Dank
Frank

Schlucklinie: Aufnahme/ Förderfähigkeit des Laders

Ich habe leider keinen Scanner! ISBN 3-528-13933-1
Aber der Schmöker hat damals 74€ gekostet, besser in einer Bibliothek schauen.
Wenn du fertig bist mit dem CAD, kannst du mir mal die Datei zukommen lassen. Würde mich freuen. Habe Solid 2004!
Viel Erfolg. . .

@Donalexo:
'Stossaufladung ist mir eigentlich nur bei Saugmotoren bekannt, wenn man versucht die Saugrohrlängen so abzustimmen, dass die Induktivität der Luftsäule dazu benutzt werden kann, um mehr Ladung in die Zylinder zu bekommen.'
Das, was Du meist, ist die Schwingrohr- bzw. Resonanzaufladung. Von Registeraufladung spricht man, wenn man mehrere Turbolader hintereinander schaltet.

Gruß, B_Man23.

@B_Man23:

Du hast völlig Recht, ich habe Stoßaufladung mit Resonanzaufladung verwechselt

Gruß
Alex