Katatrappe beim AFN | Beiträge 48+

Um mal ein Argument in die bisher interessante, lebhafte Diskussion zu werfen:

Wenn an einem System mit VTG-Lader der Verlust-Staudruck (KAT, Töpfe etc) beseitigt wird, wird ja am Lader erstmal mehr Arbeit verrichtet. Dadurch müssen die VTG-Schaufeln zurückregeln, um den Ladedruck auf Soll einzuregeln. Zurückgestellte VTG-Schaufeln bedeuten einen geringeren Strömungswiderstand der Turbine, da ja dem Abgasstrom weniger Arbeit entnommen wird. Das wiederum bedeutet einen geringeren Staudruck der Abgase bei gleichem Ladedruck, also einen höheren Gesamtwirkungsgrad des Systems (Motor hat mehr Drehmoment durch weniger negatives Moment beim Auslaßhub).

ulf hat folgendes geschrieben:

. . . aber um welchen Faktor ist der Abgasvolumenstrom größer als der Frischluftvolumenstrom? Solange man das nicht weiß, kann man auch nicht auf den Druckbedarf der Turbine zurückrechnen

Diese Daten müsstest du aber haben. Es gab vor Jahren schon mal die TDI Spec vom AFD (~1Z) Industriemotor. Dort gibts zwei Diagramme. Einmal "Intake air mass flow" und "Exhaust gas mass flow".
Ein Wert aus der Tabelle bei 2100U/min - > Intake: 200kg/h; Exaust: 210kg/h

SeatArosa1.7SDI hat folgendes geschrieben:

... Das wiederum bedeutet einen geringeren Staudruck der Abgase bei gleichem Ladedruck, also einen höheren Gesamtwirkungsgrad des Systems ...

Wenn du davon ausgehst das die Motorsteuerung dem normalen Wirkungsgradverlust duch variieren der Einspritzparameter nicht entgegenwirkt, dann hast du Recht.
Leider ist der Definierte Abgastrakt (und sein Gegendruck) auch in die Motorsteuerung (und somit seine Parameter) mit einbezogen. Daher ist da eine solche Aussage reine Spekulation. Es kann durchaus sein das du den Gesamtwirkungsgrad sogar verschlechterst.

Hallo,

also bei den elektronisch geregelten Motoren ändert sich wenig bis gar nichts, wenn man ohne Kat fährt. Etwas schnelleres Ansprechen, evtl. minimal geringerer Verbrauch und geringere Temperaturbelastung, das wären meine Überlegungen.

Aber durch den geringeren Widerstand hat der Motor die Möglichkeit höher zu drehen, ist z.B. besonders gut sichtbar bei den T4 TDIs, da bringt der fehlende Kat bis zu 10-15Km/h mehr an V-Max.

An meinem Ducato 2.5 TDI mit mechanisch geregelter Einspritzung ist sofort beim Kauf der Kat gegen ein Rohr ausgewexxelt worden...

Gruß Rodion

Bertil hat folgendes geschrieben:

ulf hat folgendes geschrieben: . . . aber um welchen Faktor ist der Abgasvolumenstrom größer als der Frischluftvolumenstrom? Solange man das nicht weiß, kann man auch nicht auf den Druckbedarf der Turbine zurückrechnen Diese Daten müsstest du aber haben. Es gab vor Jahren schon mal die TDI Spec vom AFD (~1Z) Industriemotor. Dort gibts zwei Diagramme. Einmal "Intake air mass flow" und "Exhaust gas mass flow". Ein Wert aus der Tabelle bei 2100U/min - > Intake: 200kg/h; Exaust: 210kg/h

Tja, aber die (mir bekannte) Formel für die Verdichterleistung braucht keine Massenströme, sondern den Volumenstrom.
Daß man mit ca. 5% mehr Masse (die Verbrennungsprodukte des Diesels) im Abgas gegenüber der Frischluftseite keinen Lader am Laufen halten kann, dessen Gesamtwirkungsgrad (über Turbine und Verdichter) IMO um 50% liegen dürfte, erscheint mir ziemlich logisch . . .

Daher düfte die von der Turbine aufgenommene Leistung auch eher aus dem Volumenstrom berechnet werden, und damit ist das Ganze eben temperaturabhängig -> Frage siehe oben.

Zitat:

Aber durch den geringeren Widerstand hat der Motor die Möglichkeit höher zu drehen, ist z.B. besonders gut sichtbar bei den T4 TDIs, da bringt der fehlende Kat bis zu 10-15Km/h mehr an V-Max.

Boah, gehen wir nur mal von 160 statt 150 km/h aus. Das wäre eine Steigerung von 6,7%, und für die Überwindung des höheren Luftwiderstandes wären alleine 21% mehr Leistung erforderlich . . . davon träumt z.B. so mancher Powerboxen-Anbieter

ulf hat folgendes geschrieben:

Daher düfte die von der Turbine aufgenommene Leistung auch eher aus dem Volumenstrom berechnet werden, und damit ist das Ganze eben temperaturabhängig -> Frage siehe oben.

Okay ... alle Werte bei 2100 U/min:
Exaust temperature: 465°C
Intake Temperature before IC: 118°C
Intake Temperature after IC: 55°C
Exaust back Pressure: 75mbar

Zitat:

Zitat: Aber durch den geringeren Widerstand hat der Motor die Möglichkeit höher zu drehen, ist z.B. besonders gut sichtbar bei den T4 TDIs, da bringt der fehlende Kat bis zu 10-15Km/h mehr an V-Max. Boah, gehen wir nur mal von 160 statt 150 km/h aus. Das wäre eine Steigerung von 6,7%, und für die Überwindung des höheren Luftwiderstandes wären alleine 21% mehr Leistung erforderlich . . . davon träumt z.B. so mancher Powerboxen-Anbieter

Besonders bei einer Schrankwand (T4).

Hi!

Durch Lesen des Threads bin ich auf eine Idee gekommen, die mit dem Ausgangsthema eigentlich nicht mehr viel zu tun hat.
Die Ladedruckregelung kann bei üblichen TDI durch Wastegate (Abblasen überschüssigen Drucks) oder durch VTG erfolgen. Wastegate ist verlustbehafteter, VTG-Mechanik ist anfälliger.

Wie wäre es, wenn man an die Laderwelle noch ein drittes Aggregat anflanscht, was überschüssige Energie (im Rahmen der Ladedruckregelung) nutzbringend umsetzt und bei Bedarf aber auch kurzzeitig zusätzliche Energie in den Lader einspeist?
Dieses Aggregat wäre eine kleine elektrische Maschine (Motor/Generator)!

Bei überschüssigem Ladedruck speist sie die Energie ins Bordnetz ein und entlastet die normale Lichtmaschine.

Beim kurzzeitigen Volllast-Beschleunigen erfolgt ein Lastabwurf von beiden Lichtmaschinen, und der Lader wird kurzzeitig zusätzlich elektrisch unterstützt, mit ~0,5kW Antriebsleistung. Das hat 2 Folgen:
1) schnelleres, spontaneres Hochlaufen
1a) Verminderung des Beschleunigungs-Rußstoßes
1b) spontaneres Anliegen der Motorleistung
2) für eine kurze Zeit ein paar % höhere Dauerleistung (mit angepaßter erhöhter Spritzmenge) Die Zeitdauer wird vom Motormanagement je nach Ladezustand der Batterie und Last des Bordnetzes berechnet
3) minimal höhere Betriebssicherheit, da zumindest bei bestimmten Fahrzyklen und Bordnetzauslastungen bei Ausfall der Haupt-Lichtmaschine die Lader-Lichtmaschine die Versorgung vollständig übernehmen kann. GGf spezielles Notlaufprogramm für Ausfall der Haupt-Lima
4) Ladedruckschwinger können vollelektronisch unterdrückt werden, durch extrem schnelle Brems- und Beschleunigungsmomente der Laderlichtmaschine, und das ohne mechanisch bewegte Teile.

SeatArosa1.7SDI hat folgendes geschrieben:

... Wastegate ist verlustbehafteter ...

Tut mir leid, aber die VTG hat deutlich höhere Verluste.
Die VTG erzeugt nur ein breiteres nutzbares Ladedruckverhalten. Da sind die höheren Verluste zweitrangig. Die werden über intelligente Regelsysteme Motorseitig weitestgehend egalisiert.

Deine Idee wird schon lange verwirklicht. Alles in diversesten Ausführungen.
Die brutalste haben die Fahrzeuge der WRC (Word Rallye Championchip). Dort wird bei geschlossenen Drosselklappen ein Teil der verdichteten Luft direkt vor die Abgasturbine umgeleitet. Dann noch ein kleiner spritzer Kraftstoff dazu und dein ALS (Anti Lag System) arbeitet absolut super. Die Geräuschentwicklung dabei ist aber gewaltig. Mit diesem System pumpen die am Start bei 2-3000 U/min den Ladedruck auf astronomische Höhen. Der Motor hat somit von 0 sofort volle Leistung.
Im Strassenverkehr gibts solche Systeme auch. Die arbeiten aber etwas feinfüliger.
Das System benötigt aber einen Wastegatelader mit Schubluftbypass.

Dort wird bei geschlossenen Drosselklappen ein Teil der verdichteten Luft direkt vor die Abgasturbine umgeleitet. Dann noch ein kleiner spritzer Kraftstoff dazu und dein ALS (Anti Lag System) arbeitet absolut super.
Ist dann nichts weiter als eine kleine Gasturbine (genaugenommen ist ein ATL ja nix anderes). AFAIK wird / wurde das Prinzip vornehmlich bei Panzermotoren angewendet.

Aha, mit dem ALS-System wird der Lader also kurzzeitig als Gasturbine betrieben (Nacheinspritzung), um aus dem Stand heraus vollen Ladedruck zu haben. Nicht schlecht...für Traktor Pulling und so.

Naja, meine Idee ging eher in Richtung Vernunftfahrzeug, ohne diverse Nacheinspritzungen

Meinte eigentlich die Hyperbaraufladung. ALS funktioniert doch etwas anders.

Tut mir leid, aber die VTG hat deutlich höhere Verluste.


erklär uns das bitte mal; Ich dachte immer, dass VTG Lader eigentlich 'zu groß' sind, und dies durch variable Ansteuerung kompensieren. Wobei der Wirkungsgrad des Wastegateladers nur in einem schmalen Betriebsbereich optimal ist. Darüber steigt der notwendige Abgasgegendruck überproportional an, und der Wirkungsgrad geht in den Keller. Im unteren Drehzahlbereich brauchts länger bis Druck ansteht. Wie ist das denn genau?- also eigentl. müsste VTG besseren Laderwirkungsgrad bringen...

Nebelwerfer_TDI hat folgendes geschrieben:

... Ich dachte immer, dass VTG Lader eigentlich "zu groß" sind, und dies durch variable Ansteuerung kompensieren.

Da hast du doch schon selbst die Erklärung geliefert.
Du benötigst einen größeren Lader und "kastrierst" ihn mit der VTG auf die Leistung eines viel kleineren Wastegateladers herunter.

Zitat:

Wobei der Wirkungsgrad des Wastegateladers nur in einem schmalen Betriebsbereich optimal ist.

Genau. Der VTG Lader hat konstant einen schlechteren Wirkungsgrad, aber über einen breiteren Bereich.

Zitat:

Darüber steigt der notwendige Abgasgegendruck überproportional an, und der Wirkungsgrad geht in den Keller.

Das ist aber beim VTG und beim Wastgate gleich. Da ist der größere VTG Lader sogar noch mehr im Nachteil.
Bei gleichgroßen Ladern spielt das Laderkonzept in diesem Aspekt keine Rolle.
Je größer aber die Laderturbine ist umso weniger Abgas kann hindurch.

Zitat:

Im unteren Drehzahlbereich brauchts länger bis Druck ansteht. Wie ist das denn genau?- also eigentl. müsste VTG besseren Laderwirkungsgrad bringen...

Wenn du mit Gewalt den Abgasstrom beschneidest um den Lader zu steuern, dann verschlechsterst du den Wirkungsgrad immer (also duch die VTG Blätter). Genauso als würdest du eine Blende in den Auspuff machen um den Auspuffquerschnitt zu verringern. Genau das wird gemacht um bei geringen Abgasstrom die Geschwindigkeit zu erhöhen um den VTG Lader schon früher in Schwung zu bringen.

Genau. Der VTG Lader hat konstant einen schlechteren Wirkungsgrad, aber über einen breiteren Bereich.


Deswegen werden für Stationär- und Industriemotoren noch immer Wastegatelader verwendet.......

Da ist der größere VTG Lader sogar noch mehr im Nachteil.
Bei gleichgroßen Ladern spielt das Laderkonzept in diesem Aspekt keine Rolle.


Je größer aber die Laderturbine ist umso weniger Abgas kann hindurch.


Müßte sich aber im oberen Drehzahlbereich positiv auswirken. Eine größere Turbine verursacht bei gleicher an den Läufer abgegebener Leistung einen geringeren Gegendruck, weil sie auch niedriger drehen muss (-> weniger Drehzahl, mehr Drehmoment). Eine kleine Turbine hingegen, die schon bei geringeren Abgasmassenströmen auf Drehzahl kommt, muss aber umsohöher drehen, um auf die gleiche Leistung der großen Turbine zu kommen. Die Geschwindigkeit des treibenden Mediums ist (zumindest bei Wasserturbinen) im Normalfall immer auf den Doppelten Wert der Schaufelgeschwindigkeit der Turbine ausgelegt. Also muss bei einer höherdrehenden Turbine die Druckdifferenz (=Abgasgegendruck) auch dementsprechend höher sein, um die notwendige Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen.

Irgendwie seh ich da einen Widerspruch.......

Nebelwerfer_TDI hat folgendes geschrieben:

Deswegen werden für Stationär- und Industriemotoren noch immer Wastegatelader verwendet.......

Genau.

Zitat:

Eine größere Turbine erursacht bei gleicher an den Läufer abgegebener Leistung einen geringeren Gegendruck, weil sie auch niedriger drehen muss (-> weniger Drehzahl, mehr Drehmoment).

Und der Verdichter?
Der hängt auch noch am Turbo dran . Der Verdrängt mehr Luft und umso größer ist sein "Luftwiderstand" welcher die Abgasseite mehr abbremst.

Bitte das komplette System betrachten, nicht immer nur eine Seite. Wir sind noch nicht in der Lage ein Perpetuum Mobile zu bauen

Bertil hat folgendes geschrieben:

SeatArosa1.7SDI hat folgendes geschrieben: ... Wastegate ist verlustbehafteter ... Tut mir leid, aber die VTG hat deutlich höhere Verluste. Die VTG erzeugt nur ein breiteres nutzbares Ladedruckverhalten. Da sind die höheren Verluste zweitrangig. Die werden über intelligente Regelsysteme Motorseitig weitestgehend egalisiert.

Das möchte ich schwer bezweifeln.
Ich erinere mich da zum einen an den G3, die parallel mit dem 90PS 1Z
und dem damals ersten VTG, dem AFN verkauft wurden.
Der AFN verbrauchte trotz Mehrleistung im Schnitt immer um 0,3L weniger.
Zum anderen wird beim Wastegate vor dem Verdichterrad ein hoher Staudruck erzeugt, der dann über das Wastegate-Ventil abgeblasen werden muss.
Das ist im Grunde pure Energievernichtung.
Hingegen werden beim VTG alle Auspuffgase durch die ("sanfter geformten") Turbinenschaufeln
geblasen. D.H. alle Gase tragen zur effektiven Energieumwandlung bei.