Mätning av dynamiskt mottryck

[gegge]

Jag hittade en intressant doktorsavhandling skriven av Fredrik Westin på KTH. Motorn i fråga är en standard SAAB på 205 hk, troligen en B205 med en liten TD04-15 turbo. Grenröret är ett genomtänkt kompakt gjutet 4-2-1. Wastegaten är svetsad för att kunna mäta flödet i turbinen och laddar därför friska 2 bar

Först en graf på det vi dödliga kan mäta, det genomsnittliga mottrycket som ligger beskedligt under laddtryck vid 2000 varv för att sedan stiga kraftigt vid 5000 varv. Bild tre visar en simulering på hur wastegaten öppnar, vid 4000 varv kan den inte öppna mer vilket ökar mottrycket.

Bild fyra visar det dynamiska mottrycket vid 2000 varv. Detta är intressant! Ca 90° efter att avgasventilen har öppnat har pulsen och trycket fallit under det genomsnittliga mottrycket OCH laddtrycket. Sedan fortsätter mottrycket att falla ner mot 1,25 bar.

Nu kommer det riktigt intressanta, cylindertrycket vid 2000 och 5000 varv. Vid IVC stänger insugsventilen, kompression sker av gaserna som antänds. Vid EVO öppnar avgasventilen och släpper ut de förbrända avgaserna på 10 bar. Trycket faller mot 3 bar då avgaskanalen börjar flöda ordentligt. Cylindertrycket under urspolning är beskedligt på drygt 1 bar. I bilden som heter 5000 WOT har jag klippt in jämförelsen vid 2000 varv. Då är det lätt att se tryckfallet i cylindern då den töms går fortare på lägre varv, den lutar brantare. Cylindertrycket som går från fullt öppen på avgas till fullt öppet på insug förändras knappt vid 5000 varv.

En förstoring av det som sker vid 2000 varv och 2 bars laddtryck, dvs full belastning. Då bägge ventilerna är öppna och kolven är på väg upp är cylindertrycket och mottrycket riktigt lågt. Då insugskanalen börjar flöda stiger cylindertrycket direkt till laddtrycket på 2 bar. Tryckskillnaden mellan insug och avgas är just det man vill uppnå med avstämda grenrör på sugmotorer för att få en ökad fyllnadsgrad, scavenge.

Det som är intressant att se här är att overlap i standardmotorer fungerar utmärkt!

Sedan vid 5000 varv är turbinhuset för trångt. Wastegaten är fullt öppen och trycket i grenröret är mer eller mindre konstant närmare 2,6 bar. Dvs samma cylindertryck som max kommer ut ur cylindern. Den lilla turbon är helt chokad. Det syns också på cylindertrycket på 5000 WOT där scavengeeffekten helt uteblir och cylindertrycket inte riktigt när upp till laddtryck under insugsfasen.

Det jag vill komma fram till är att medelmottryck visserligen bara säger en del. Men förstår man hur mottrycket ser ut per vevaxelgrad är det fortfarande relevant info.

[Cédric]

Överlapp fungerar skitbra på turbomotrer, speciellt på lägre varvtal då man kan väcka turbon till liv på ett väldigt effektivt sätt. Men då behöver man fasare för att minska restgaserna på högre varvtal, såklart.

Men overlapp=kassa emissioner, därav finns vissa utmaningar i verkligheten. Man har klarat sig bra ett tag pga NEDC, men senaste åren har det gjorts massvis med arbete med att försöka få respons i botten utan att använda så mycket överlapp pga kommande WLTP/RDE cyklerna.

Värt att beakta är att så fort man öppnar waste gaten kommer tryckspåret se helt annorlunda ut, då blir det betydligt geggigare. Eller om man har ett uselt turbogrenrör med stor volym som en 951 tex. Som du ser har man 10 bar i cylindern, den stora utmaningen är att behålla så mycket som möjligt av detta när det väl möter turbinen, till så låga förluster som möjligt, inte så lätt som man kan tro, det finns enormt mycket energi i avgaserna, gäller bara att ta ut det på rätt ställe.

Fredrik Westin är turboansvarig på Ferrari F1 nu för tiden Har många kollegor som jobbat med honom på GM powertrain. Kul bonusinfo.

[Cédric]

Här finns en hel del kul presentationer från olika företag, kanske kan vara svårt att sätta sig in i, i så fall kan jag gräva upp några extra intressanta rapporter. Du brukar vara bra på att gräva Det är företaget som gör simuleringsprogrammet nästan alla vi motorutvecklare jobbar i som håller håller en konferens där det dyker upp många kul presentationer från olika tillverkare. Såklart är det kopplat till simulering/motorutveckling, men kan finnas en del att lära.

https://www.gtisoft.com/gt-suite/publications/" onclick="window.open(this.href);return false;

[gegge]

Tack för info C.

Turbokammar med nockvinklar på 114°

Tycker själv att ämnet är superspännande och önskar bara att jag hade tillgång till kraftfulla program och kunde simulera mer. Kamaxlar idag har nästan alltid samma standardformel med symmetrisk duration och lyft. Fast de fyra olika händelserna väger olika tungt där insug stängning är viktigast och avgas öppning minst viktig, tar man upp det på någon aggregerad nivå. För mig är en låg insugsnockvinkel en tanke för att få upp flödet vid max kolvhastighet. Mycket sen duration ger jag inte mycket för. Sen avgasöppning ger hög effektivitet. Millermotorn är kul experiment med kamaxlar.

951 grenröret är verkligen imponerande dumt. Om man tog den halva V8an, varför inte ta toppen från vänster cylinderbank och gör något vettigt med redan från fabrik? Gott om plats för et litet grenrör, raka spåret rätt in i turbinen. Callaway löste det lite snyggare med en läcker IC lösning. Fanns många förslag på liggande kylare i dokumentet: How to cool your wankel

[gegge]

Att man gjorde en lång dragning av grenröret på tävlingsbilarna av 924 förstår jag. De hade mycket duration och väldigt små nockvinklar. Dvs vansinnigt med overlap. Men det fungerade i kombination med ett stort K27 turbinhus och bilarna var tänkta att gå på fullvarv i 24 timmar.

Därför förstår jag inte designen på 951 från -86 som har en beskedlig turbokam och en trång 2667 turbo med mindre turbin än 931. Bättre blev det med nya 2670 turbon som var lika stor som 924 GTS. Mått vid 1mm lyft:

931 kammen har en duration på 228° och nockvinkel på 108°/112° vilket ger 8° overlap
951 kammen har en duration på 228°/220°och nockvinkel på 115°/113°, vilket ger -4° overlap MINUS!
924 GTR kammen har en duration på 247° och nockvinkel på 98°vilket ger 52° overlap

[Cédric]

Att man gjorde en lång dragning av grenröret på tävlingsbilarna av 924 förstår jag. De hade mycket duration och väldigt små nockvinklar. Dvs vansinnigt med overlap. Men det fungerade i kombination med ett stort K27 turbinhus och bilarna var tänkta att gå på fullvarv i 24 timmar.

Därför förstår jag inte designen på 951 från -86 som har en beskedlig turbokam och en trång 2667 turbo med mindre turbin än 931. Bättre blev det med nya 2670 turbon som var lika stor som 924 GTS. Mått vid 1mm lyft:

931 kammen har en duration på 228° och nockvinkel på 108°/112° vilket ger 8° overlap
951 kammen har en duration på 228°/220°och nockvinkel på 115°/113°, vilket ger -4° overlap MINUS!
924 GTR kammen har en duration på 247° och nockvinkel på 98°vilket ger 52° overlap

Det var väl nån sorts panik för att få ner godstemparna och få bukt med turbinsprickor och sådant, för det kan inte varit ur prestandasynpunkt. Rejsbilarna hade kanske lite vettigare grenrör, minns inte hur det ser ut. Men som sagt, dom hade lite elakare kammar och troligtvis helt stendöda under 4k rpm. Har man ett riktigt avstämt grenrör kommer man ju tappa en hel del i botten men vinna i andra änden, kan ju vara värt det på en del applikationer, men en såpass lågtrimmad gatbil som 951an är det rätt bakvänt. 944ans turbolösning brukar dyka upp nån gång ibland och skojas om här på jobbet bland turbosystemsmänniskorna, för att den är så tokig . Tycker anders falk har gjort en snygg lösning med EFR turbo på "rätt" sida, den har ju dock scavenge pump. Callaway är ju latjo, tillverkades inte så värst många har jag för mig innan 951an kom, men kul att lösningen är så annorlunda..

Har man stor avgasvolym så måste man kompensera med en lite turbin iom att man tappar så mycket avgasenergi. Ju mer avgasenergi man kan konservera desto större turbin kan man ha, därför valde dom nog en såpass lite turbin, ändå är ju inte bottendraget särskilt imponerande på en 951a. Jämför man en 951 250 med en vanlig 924 carrera GT så har CGTn samma specifika moment, men 500 rpm tidigare, dessutom högre effekt per liter, en klart mer imponerande maskin rent tekniskt, och den är ändå rätt beskedlig map LLK tex.

När jag är tillbaka från FL om nån vecka ska jag försöka gräva upp mina kamsimuleringar, körde ju igenom några tusen kammar och optimum verkar inte vara symmetrisk, avgas blir definitivt kortare än insug på dom bästa varianterna, och inte jättemycket overlap. Skulle dock behöva mäta upp en topp här på jobbet dock, vilket år som helst ska det bli av

[gegge]

På 924 toppen är flödesbalansen mellan insug och avgas skev, insug flödar helt enkelt för dåligt. I en tid-area värld kan man då kompensera area med tid, dvs mer duration. Med tanke på grenrörets utformning skulle jag vara försiktig med avgasdurationen och overlap, då öppnande avgaspuls mer eller mindre skjuter rätt in i en stängande kanal. Om avgas öppnar vid ca 135° och cylindertrycket börjar falla vid 180° innebär det att vid 360° skjuter nästa avgaspuls rätt in i avgaskanalen. Då gäller det att det finns massflöde kvar som går på rätt håll och att overlap inte är för stort för reversion upp i insuget. Risken är överhängande. Främst är det 1:ans cylinder som går mot de andra tre. Kan vara att de ligger på olika plan och att Porsche designade grenröret så att 1:an skjuter rakt ut i WG tarmen? Borde gå att testa med tryckluft tycker jag.

Om originalkammen öppnar insug vid 6° före och stänger 42° efter och öppnar avgas 47° före och stänger 2° efter skulle jag vilja ha något i stil med 11°/47° på insug utan att göra så mycket med avgas. Tio grader mer på insug, dvs 238° med samma nockvinkel på 108°.