Berechnung d. Ansaug-Unterdrucks: Strömungstechniker gesucht

Hallo,

bei konsequenten Leistungsoptimierungen bekommen TDIs schon ab Werk anständige Ansaugöffnungen, wie z.B. der Seat Ibiza Cupra TDI (6L) mit dem 1,9 l-118 kW-Motor eindrucksvoll zeigt:
Während der 96 kW-TDI im 6L bei 1,3 bar Ladedruck mit einem Saugstutzen von ca. 20 cm² auskommen muß, ist der Ansaugquerschnitt beim Cupra ab Werk bei nur ~ 0,2 bar mehr Ladedruck ohne Erhöhung der Nenndrehzahl auf rund 40 cm² verdoppelt – offenbar, um den (ohnehin größeren) Lader von eigentlich unnötiger Saugarbeit zu entlasten.

Damit wird nebenbei dokumentiert, dass es für die üblichen engen TDI-Saugstutzen keine zwingende Begründung gibt, wie etwa Einhaltung von Ansauggeräusch-Grenzwerten.

In einen Fachartikel u.a. zur werksseitigen Ansaugdrosselung der TDIs möchte ich ein Excel-Sheet zur überschlägigen Berechnung des Ansaug-Unterdruckes und des möglichen Verbesserungspotentials einbringen.

Einen ersten Entwurf hänge ich hier mal an, mit der Bitte um fachkundige Kommentare + Verbesserungshinweise.


Off Topic:
Mein Polo hat auf den Urlaubsfahrten eine recht überzeugende Vorstellung geliefert.
Wen Details interessieren:

Verbrauch bei BAB-Tempo überwiegend zwischen 100 und 160: 4,6 bis 4,9 l (Strecke um 550 km, davon etwa 20% Landstraße) - das ist ziemich genau das Niveau meines ex AFN-Golf 3.

Am verblüffendsten ist die (fehlende) Geräuschkulisse auf der BAB trotz bereits ~ 7kg gestrippter Dämmmasse:
Kein TDI-typisches präsentes Brummen oder Dröhnen, am lautesten sind die Windgeräusche bzw. die Reifengeräusche je nach Fahrbahnbelag.

Im langen 6. Gang (120 km/h @ 2000 rpm) ist der ASZ zwar kein Reißer mehr, aber ab ca. 100 km/h beschleunigt er auch beladen an jeder BAB-Steigung noch gut fühlbar, praktisch ohne daß man vom Motor etwas mitbekommt - außer einem entfernten, tiefen, fast lastunabhängigen Schnurren, das sich mit der Geschwindigkeit kaum ändert.
Fährt man nach Geräusch, so ist man immer erheblich schneller unterwegs, als man glaubt - zumindest wenn man bisher TDIs im Golf 3 und Ibiza 6K gewohnt ist.

Für mich ein geniales kleines Auto für sparsames, entspanntes, zügiges + komfortables (auch ohne die üblichen elektronischen Helferlein!) Reisen, solange die Straße keine Buckelpiste ist:
Z.B. die rechten BAB-Spuren im Bereich der A8 bei Pforzheim sind dank des serienmäßigen Sportfahrwerks völlig ungenießbar -> da bleibt nur die Flucht auf die glattere Überholspur, auch wenn nix zum Überholen da ist . . .

Auf Landstraßen kommt durch das eigentlich nicht mehr kleinwagenmäßige Gewicht kaum Fahrspaß beim Handling auf, aber der Schub des ASZ ab ~ 1500 rpm macht das IMO mehr als wett
Wobei sich das Getriebe traumhaft schalten läßt

Abgesehen vom Wellblechpisten-Verhalten und kleineren Klappergeistern kann ich den starken Polo daher bisher durchaus empfehlen - leider ist das Getriebe mittlerweile "versportlicht": der 6. Gang ist nun der Pmax=Vmax-Gang , und darunter ist alles entsprechend enger gestuft . . .

Hi,
soweit ich das blicke ist die Formel für den geschwindigkeitsabhängigen Druckverlust (ohne Reibung) so nicht zulässig. Er berechnet sich gemäß Bernoulli zu rho/2 * c² , mit c als Strömungsgeschwindigkeit und rho als Dichte, die man hier getrost als konstant rechnen kann.

Grundsätzlich ist das aber so nicht relevant. Letzlich ist der Einlaßquerschnitt am Lader vorgegeben. Ein enger Ansaugrüssel erhöht aber natürlich durch die höhere Geschwindigkeit die Reibungsverluste im Rüssel sowie den Druckverlust, wenn sich der Rüssel gegebenfalls wieder erweitert. Unter 15° Öffnungswinkel des Diffusors (so vorhanden) ist das aber wiederum zu vernachlässigen.

christians hat folgendes geschrieben:

Hi, soweit ich das blicke ist die Formel für den geschwindigkeitsabhängigen Druckverlust (ohne Reibung) so nicht zulässig. Er berechnet sich gemäß Bernoulli zu rho/2 * c² , mit c als Strömungsgeschwindigkeit und rho als Dichte, die man hier getrost als konstant rechnen kann.

Hi Christian,

nach der Formel kommt genau der halbe Druckverlust gegenüber meiner Berechnung heraus - offenbar wegen der Teilung durch 2, die in meiner Berechnung nicht drin ist.

Dann müssen aber die Reibungsverluste viel höher sein als meine angenommenen 30%, um auf die gemessenen Unterdrücke zu kommen . . . weißt Du dafür eine Faustregel, außer den Zuschlag auf 160% zu erhöhen?

Zitat:

Grundsätzlich ist das aber so nicht relevant. Letzlich ist der Einlaßquerschnitt am Lader vorgegeben.

. . . der meistens die bei weitem engste Stelle ist, wo die Luft am Limit des Laders bis auf fast Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird, wenn meine bisherigen Recherchen stimmen.

Zitat:

Ein enger Ansaugrüssel erhöht aber natürlich durch die höhere Geschwindigkeit die Reibungsverluste im Rüssel sowie den Druckverlust, wenn sich der Rüssel gegebenfalls wieder erweitert. Unter 15° Öffnungswinkel des Diffusors (so vorhanden) ist das aber wiederum zu vernachlässigen.

Was genau ist der Diffusor? Der sich erweiternde Saugstutzen?

Zu vernachlässigen finde ich die ca. 40 - 50m bar Unterdruck bei Motor-Pmax in meinem LuFi-Gehäuse jedenfalls nicht (gemessen per LDA über den Außendruckschlauchanschluß für die Motorpneumatiken). Mein Saugstutzen hat einen geschätzten Öffnungswinkel unter 15° . . .
Ohne Saugstutzen (-> Motorraum-Heißluftsauger) war kein Unterdruck mehr abzulesen.

Der werksmäßige Unterdruck verdünnt IMO (zusätzlich) die Luft im Ladereintritt und senkt damit den möglichen Luftmassenstrom durch den Verdichter.

Hi,
schädlich sind insbesondere enge Umlenkungen und plötzliche Querschnittserweiterungen, also Stufen oder zu große Winkel. Eine ähnlich schlechte Wirkung haben auch schlecht gerundete Verjüngungen weil sie die Strömung vorübergehend auf einen Querschnitt einschnüren, der enger ist als der Bauteilquerschnitt.
Eine sanfte Querschnittserweiterung nennt man Diffusor. Dort wird die Energie, die in der Geschwindigkeit steckt wieder in Druck zurückgewandelt. Ansonsten geht sie verloren.

christians hat folgendes geschrieben:

Eine sanfte Querschnittserweiterung nennt man Diffusor. Dort wird die Energie, die in der Geschwindigkeit steckt wieder in Druck zurückgewandelt. Ansonsten geht sie verloren.

Hi Chris,

dann scheint mein Diffusor wohl hinsichtlich seiner Wirkung eher keiner zu sein.
Leider ist meine Digicam kaputt, sonst würde ich Dir mal ein Foto schicken.

Ist es unter solchen strömungstechnischen Gegebenheiten denn überhaupt möglich, den Unterdruck im LuFikasten überschlägig halbwegs zutreffend zu berechnen?

Hi,
so direkt läßt sich das nur numerisch berechnen, also so wie Finite Elemente in der Mechanik.
Es gibt zwar Reibungsangaben (Zeta-Werte) für Krümmer, Erweiterungen etc. aber wenn zwei solcher Stellen dicht hintereinander liegen gilt das auch nicht mehr.
Am einfachsten wäre es ein paar Drücke bei bekanntem Durchfluß zu messen und das durch eine Formel nachzubilden.

christians hat folgendes geschrieben:

Am einfachsten wäre es ein paar Drücke bei bekanntem Durchfluß zu messen und das durch eine Formel nachzubilden.

Genau das habe im Prinzip mit dem Excel-Sheet versucht - allerdings bisher nur auf der Grundlage meiner Messungen am Polo und einigen Posts hier . . .

So, ich habe den Fachartikel über den Umbau von LLK-Kühlluftführungen erweitert und umgeschrieben.
Zunächst hatte ich geplant, die Unterdruck-Berechnung mit aufzunehmen, aber ich habe sie erstmal durch den Anhaltswert von 50 mbar Unterdruck bei Pmax ersetzt.

Wer Zeit und Lust zum Lesen eines etwas längeren Machwerks hat:
http://community.dieselschrauber.de/viewtopic.php?t=6593

Korrektur- und Ergänzungsvorschläge sind wie immer willkomen

Hallo zusammen,
ich hatte ja mal Fotos vom Ansaugtrakt des ASZ und des BPX Motors gemacht !!
ASZ http://mitglied.lycos.de/monchi1976/hpbimg/sport.jpg
BPX http://mitglied.lycos.de/monchi1976/hpbimg/cupra.jpg
.....ich habe seit letzter Woche den 'großen' Ansaugschlauch drin, es hat aber den ersten Eindrücken nach leistungsmäßig 'nix' gebracht !!
....der orginal Ansaugschlauch es ASZ ist wie man sieht am Eingang ein ganzes Stück kleiner, wird am Anschluß des Filterkastens aber größer wie beim Cupra
...wird durch diese Verengung nicht die Strömungsgeschwindigkeit erhöht ??.....dann würde sich die Luftmasse, die am Filterkasten ankommt durch einen größeren Durchmesser des Schlauchs ja nicht zwangsläufig erhöhen oder ??
Greetz
Monchi

MONCHI hat folgendes geschrieben:

...wird durch diese Verengung nicht die Strömungsgeschwindigkeit erhöht ??.....dann würde sich die Luftmasse, die am Filterkasten ankommt durch einen größeren Durchmesser des Schlauchs ja nicht zwangsläufig erhöhen oder ??

Richtig, nur wird weniger Unterdruck benötigt, um die (praktisch gleiche) Luftmasse anzusaugen. Das führt zu niedrigeren Laderdrehzahlen -> Fachartikel.