Turboladerdrehzahl

[Ralf Kiefer]

N'Abend!

Eine Frage an die Maschinenbauer/Thermodynamiker u.ä. Auskenner: wie
verhält sich die Drehzahl vom Turbolader beispielsweise an einem
PKW-Dieselmotor in Relation zum Druck im Ansaugtrakt? Gibt's einen
beschreibbaren Zusammenhang, der aus der Druckdifferenz auf eine
Drehzahl schließen läßt? Die Formel wird eher nichtlinear ausfallen,
IMHO. Mich interessiert nicht die konkrete Formel, sondern nur der
typische Verlauf.

Den Druck im Ansaugtrakt kann ich bei modernen Motoren via OBD II
auslesen. Der Parameter nennt sich Intake Manifold Absolute Pressure
(MAP) und scheint dem Namen nach nicht mal relativ zum Umgebungsdruck zu
sein [1].

Hintergrund der Frage ist die maximale Drehzahl vom Lader, die
üblicherweise von der Motorsteuerung über das Waste Gate beschränkt
wird. Die maximale Drehzahl hängt somit von der Druckdifferenz zwischen
Ansaugluft und maximal zulässigem, durch das Waste Gate begrenzten
absoluten Druck ab. D.h. wiederum, daß die maximale Laderdrehzahl bei
niederem Umgebungsdruck höher ausfällt. Oder praxisnah formuliert: in
großer Höhe erreicht der Lader eine größere Drehzahl. Korrekt oder wo
liegt der Fehler in meinen Überlegungen?

Bei dieser Betrachtung kann man weiterhin Temperatureffekte betrachten:
kalte Außenluft ist dichter, die Kühlleistung vom Ladeluftkühler ist
größer, der maximale Druck wird bei geringerer Drehzahl erreicht. Im
Umkehrschluß: warme Außenluft und die geringere Kühlleistung vom
Ladeluftkühler lassen den Lader mit höherer Drehzahl drehen. Korrekt?

Gruß, Ralf

[1] Je nach Wetterlage zeigt mein OBD-II-Scanner im Stand Werte zwischen
98 und 103 bei geringer Höhe an.

[Christoph Kloeters]

Servus,

Post by Ralf Kiefer
verhält sich die Drehzahl vom Turbolader beispielsweise an einem
PKW-Dieselmotor in Relation zum Druck im Ansaugtrakt? Gibt's einen

Die Laderdrehzahl wird nicht nur vom Druck abhängen, sondern auch von
der bewegten Masse, sprich Kolbenfüllungen pro Zeit...

Soweit ich weiß, dürfte das Steuergerät auch einen Sensor für den
Umgebungsdruck haben und abhängig davon Parameter reduzieren
(Einspritzmenge und dadurch indirekt den Ladedruck, direkt den
Ladedruck-Sollwert des Reglers,...)

Schönen Gruß,
Christoph,
Laderdrehzahlen kann man am Geräusch ausrechnen

[Ralf Kiefer]

Post by Christoph Kloeters
Soweit ich weiß, dürfte das Steuergerät auch einen Sensor für den
Umgebungsdruck haben

Ist bei Serienfahrzeugen nicht üblich, AFAIK. Aber genau um den geht's.

Post by Christoph Kloeters
Laderdrehzahlen kann man am Geräusch ausrechnen

Klar, das wird aber nicht im Serienfahrzeug gemacht. Motorenerprobung,
Prüfstand, ggf. Endkontrolle u.ä. ist was anderes.

Gruß, Ralf

[Ralf Koenig]

Post by Ralf Kiefer

Post by Christoph Kloeters
Soweit ich weiß, dürfte das Steuergerät auch einen Sensor für den
Umgebungsdruck haben

Ist bei Serienfahrzeugen nicht üblich, AFAIK. Aber genau um den geht's.

Also hier steht gleich bei drei nicht mehr ganz taufrischen PD-TDI-Motoren:
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Volkswagen_Group_diesel_engines

-> Bosch EDC 16 or EDC 17 or Siemens VDO SIMOS PPD1 electronic engine
control unit (ECU) *** with altitude compensation ***

In den VW Selbststudienprogrammen 209, 304 steht genaueres dazu, wie es
funktioniert.

SSP 209 (1.9 PD TDI): "Höhengeber F96
Der Höhengeber befindet sich im Motorsteuergerät.

Signalverwendung: Der Höhengeber meldet dem Motorsteuergerät den
aktuellen Umgebungsluftdruck. Dieser ist abhängig von der
geographischen Höhe. Mit dem Signal erfolgt eine Höhenkorrektur für die
Ladedruckregelung und die Abgasrückführung.
Auswirkung bei Signalausfall: In der Höhe tritt Schwarzrauch auf."

Oder Hella Technisches Merkblatt EDC Elektronische Dieselregelung von
2005 (!):
http://www.hella.com/produktion/HellaPortal/WebSite/InternetSpezial/Spezial_d/e_rallye_08/documents/ER_TechMerkblatt2005_Nr3TT.pdf

"Der Umgebungsdrucksensor (Höhengeber) erfasst den Umgebungsdruck.
Da dieser je nach Höhenlage schwankt wird der Wert vom Steuergerät
zur Korrektur der Ladedruckregelung und des Abgasrückführungssystem
genutzt. Der Umgebungsdrucksensor ist häufig ins
Steuergerät integriert, kann aber auch als separater Sensor im Motorraum
untergebracht sein."

Im englischen heißt das Teil "barometric pressure sensor".

Dein Motor (1.6 HDi) könnte eine ganz ähnliche Steuerung haben, denn
auch für den habe ich auch EDC 16 als Steuerung gefunden. Such mal für
deinen 1.6 HDi Motor ein ordentliches Blockschaltbild raus, ich denke,
da findet man schon was passendes.

Übrigens die 98 bis 103 als MAP-Sensorwerte, die du genannt hast, passen
ja schon sehr gut zum absoluten Luftdruck in kPa (mal 10, dann hast du
die wetteransage-typischen Hektopascal).

Der MAP ist auf Mode 01h, 0Bh.
Der Barometric Pressure Sensor auf Mode 01h, 33h.
Beide in kPa als Absolutwert.
http://en.wikipedia.org/wiki/OBD-II_PIDs

Vielleicht schaust du nochmal, ob auch auf 33h Werte kommen. Sonst wird
er halt auf den Luftmassenmesser vertrauen müssen. Der ist ja auch
unabhängig von Temperatur und Druck.

Ralf

[Tom Schneider]

Post by Ralf Kiefer

Post by Christoph Kloeters
Soweit ich weiß, dürfte das Steuergerät auch einen Sensor für den
Umgebungsdruck haben

Ist bei Serienfahrzeugen nicht üblich, AFAIK. Aber genau um den geht's.

Doch, ich erinnere mich an den Mercedes W124, da war das als
Höhenkompensation drin, um den Rußgrenzwert dynamisch anzupassen.

Lief noch mechanisch (ich meine Memory-Metall) auch bei den Saugdieseln
(gab ja nur einen überteuerten Turbo-D in dem Wagen) und war so
umwerfend, dass ein Ausschnitt aus dem Mercedes-Werbefilmchen sogar im
heute-Journal lief.

[FO]

Hallo Ralf,

Die ATL-Drehzahl kann durch Linien konstanter Drehzahl im Verdichterkennfeld
beschrieben werden, aufgetragen über den Volumenstrom (Ansaugseite) auf der
x-Achse und das Druckverhältnis Druck- zu Saugseite auf der y-Achse ergeben
sich ganz grob betrachtet Viertel-Ovale um den Nullpunkt. In Richtung
Volumenstrom liegen die Linien ab einem bestimmten Wert immer enger
beisammen, d.h. die Drehzahl steigt, ohne dass deswegen mehr Volumen
gefördert wird. Nach links oben, also zu kleinen Volumenströmen bei hohen
Drücken, ist der Betriebsbereich durch die sog. Pumpgrenze begrenzt, an der
die Strömung abreißt ähnlich einer überzogenen Flugzeugtragfläche.

Googeln nach "Verdichterkennfeld" sollte genügend Bilder zur Verdeutlichung
zu Tage fördern.

Gruß,
Friedrich

Post by Ralf Kiefer
N'Abend!
Eine Frage an die Maschinenbauer/Thermodynamiker u.ä. Auskenner: wie
verhält sich die Drehzahl vom Turbolader beispielsweise an einem
PKW-Dieselmotor in Relation zum Druck im Ansaugtrakt? Gibt's einen
beschreibbaren Zusammenhang, der aus der Druckdifferenz auf eine
Drehzahl schließen läßt? Die Formel wird eher nichtlinear ausfallen,
IMHO. Mich interessiert nicht die konkrete Formel, sondern nur der
typische Verlauf.
Den Druck im Ansaugtrakt kann ich bei modernen Motoren via OBD II
auslesen. Der Parameter nennt sich Intake Manifold Absolute Pressure
(MAP) und scheint dem Namen nach nicht mal relativ zum Umgebungsdruck zu
sein [1].
Hintergrund der Frage ist die maximale Drehzahl vom Lader, die
üblicherweise von der Motorsteuerung über das Waste Gate beschränkt
wird. Die maximale Drehzahl hängt somit von der Druckdifferenz zwischen
Ansaugluft und maximal zulässigem, durch das Waste Gate begrenzten
absoluten Druck ab. D.h. wiederum, daß die maximale Laderdrehzahl bei
niederem Umgebungsdruck höher ausfällt. Oder praxisnah formuliert: in
großer Höhe erreicht der Lader eine größere Drehzahl. Korrekt oder wo
liegt der Fehler in meinen Überlegungen?
kalte Außenluft ist dichter, die Kühlleistung vom Ladeluftkühler ist
größer, der maximale Druck wird bei geringerer Drehzahl erreicht. Im
Umkehrschluß: warme Außenluft und die geringere Kühlleistung vom
Ladeluftkühler lassen den Lader mit höherer Drehzahl drehen. Korrekt?
Gruß, Ralf
[1] Je nach Wetterlage zeigt mein OBD-II-Scanner im Stand Werte zwischen
98 und 103 bei geringer Höhe an.

[Ralf Kiefer]

Post by FO
Googeln nach "Verdichterkennfeld" sollte genügend Bilder zur Verdeutlichung
zu Tage fördern.

Gutes Stichwort. Nette und teils komplexe Diagramme, die man so findet.

BTW ich fragte dieser Tage einen Auskenner zum Thema Turbodiesel. Er
bestätigte mir das Problem der Laderdrehzahl unter extremen Bedingungen.
Konkret ging's um Dakar-Fahrzeuge, die jahrelang bei der afrikanischen
Dakar seltenst Höhen über 1000m erlebten und dann plötzlich in
Südamerika über eine längere Strecke über 4000m und bis zu 4800m (Paso
de San Francisco) bewegt wurden, AFAIK immerhin nicht in Wertung.

Das haben nicht alle Lader mit nicht angepaßter Steuerung überlebt.

Gruß, Ralf

[Ralf Haboldt]

Post by Ralf Kiefer
N'Abend!
Eine Frage an die Maschinenbauer/Thermodynamiker u.ä. Auskenner: wie
verhält sich die Drehzahl vom Turbolader beispielsweise an einem
PKW-Dieselmotor in Relation zum Druck im Ansaugtrakt? Gibt's einen
beschreibbaren Zusammenhang, der aus der Druckdifferenz auf eine
Drehzahl schließen läßt? Die Formel wird eher nichtlinear ausfallen,
IMHO. Mich interessiert nicht die konkrete Formel, sondern nur der
typische Verlauf.
Den Druck im Ansaugtrakt kann ich bei modernen Motoren via OBD II
auslesen. Der Parameter nennt sich Intake Manifold Absolute Pressure
(MAP) und scheint dem Namen nach nicht mal relativ zum Umgebungsdruck zu
sein [1].
Hintergrund der Frage ist die maximale Drehzahl vom Lader, die
üblicherweise von der Motorsteuerung über das Waste Gate beschränkt
wird. Die maximale Drehzahl hängt somit von der Druckdifferenz zwischen
Ansaugluft und maximal zulässigem, durch das Waste Gate begrenzten
absoluten Druck ab. D.h. wiederum, daß die maximale Laderdrehzahl bei
niederem Umgebungsdruck höher ausfällt. Oder praxisnah formuliert: in
großer Höhe erreicht der Lader eine größere Drehzahl. Korrekt oder wo
liegt der Fehler in meinen Überlegungen?
kalte Außenluft ist dichter, die Kühlleistung vom Ladeluftkühler ist
größer, der maximale Druck wird bei geringerer Drehzahl erreicht. Im
Umkehrschluß: warme Außenluft und die geringere Kühlleistung vom
Ladeluftkühler lassen den Lader mit höherer Drehzahl drehen. Korrekt?
Gruß, Ralf
[1] Je nach Wetterlage zeigt mein OBD-II-Scanner im Stand Werte zwischen
98 und 103 bei geringer Höhe an.

Ja und nein, aus gutem Grund kennt das Motorsteuergerät bei
Turbomotoren die Lufttemperatur nach Ladeluftkühler und den
atmosphärischen Druck (sprich die Höhe über 0) und kann den Ladedruck
entsprechend reduzieren. Dadurch wird ein Überdrehen des Laders
verhindert.

Ralf

[Ralf Kiefer]

Post by Ralf Haboldt
aus gutem Grund kennt das Motorsteuergerät bei
Turbomotoren die Lufttemperatur nach Ladeluftkühler und den
atmosphärischen Druck

Bist Du Dir sicher, daß so was im Großserienbau immer eingebaut wird?
Mein 1.6 HDi von PSA hat weder Drucksensor für die Umgebung noch die
Lufttemperatur vor den Einlaßventilen, AFAIK. Er kennt sicher nur die
Ansaugtemperatur vor dem Lader, und hat einen Drucksensor hinter dem
Lader. Beide Werte erhalte ich per OBD II bzw. CAN-Bus.

Post by Ralf Haboldt
kann den Ladedruck
entsprechend reduzieren. Dadurch wird ein Überdrehen des Laders
verhindert.

Genau darum ging's mir. Nur ohne die dafür nötige Sensorik klappt das
nicht.

Gruß, Ralf

[FO]

Post by Ralf Kiefer

Post by Ralf Haboldt
aus gutem Grund kennt das Motorsteuergerät bei
Turbomotoren die Lufttemperatur nach Ladeluftkühler und den
atmosphärischen Druck

Bist Du Dir sicher, daß so was im Großserienbau immer eingebaut wird?

Ich würde sagen dort wo überhaupt eine elektronische Steuerung werkelt, zu
95% ja. Also auf jeden Fall bei Fahrzeugen mit Baujahr diesseits der
Jahrtausendwende. Bei älteren Modellen muß der Lader eben so ausgelegt sein,
dass er die höheren Drehzahlen in den Höhen aushält, die in dem Markt
vorkommen, wo er verkauft wird. Was dann meist ein größeres Turboloch
bedeutet, da der Lader größer (mehr Volumendurchsatz) ausgelegt sein muß als
auf Meereshöhe nötig.

Wenn man solche Motoren aus Europa über Andenpässe jagt, kann das dann auch
schiefgehen, klar.

Gruß,
Friedrich

[Tom Schneider]

Post by Ralf Kiefer
Den Druck im Ansaugtrakt kann ich bei modernen Motoren via OBD II
auslesen. Der Parameter nennt sich Intake Manifold Absolute Pressure
(MAP) und scheint dem Namen nach nicht mal relativ zum Umgebungsdruck zu
sein [1].

Intake Manifold ist der Ansaugkrümmer, da sind Luftfilter und die am
Wastegate verlorene Luftmasse schon berücksichtigt.
Für die Motorsteuerung gibt es gesetzliche Anforderungen vor allem für
die Abgasqualität, daher macht die Messung der Luftmasse (ersatzweise
Druck und Temp) hier Sinn, um die Verbrennung gesetzeskonform zu steuern.

Post by Ralf Kiefer
Hintergrund der Frage ist die maximale Drehzahl vom Lader, die
üblicherweise von der Motorsteuerung über das Waste Gate beschränkt
wird.

Mir ist nicht ganz klar, warum das Wastegate das machen soll. Es ist die
Druckbegrenzung am Verdichterrad, wenn die Turbine hinten hochdreht,
sorgt das Wastegate eigentlich für das Gegenteil, weil es den Widerstand
/ die Leistungsaufnahme des Verdichterrades begrenzt.

Post by Ralf Kiefer
Die maximale Drehzahl hängt somit von der Druckdifferenz zwischen
Ansaugluft und maximal zulässigem, durch das Waste Gate begrenzten
absoluten Druck ab. D.h. wiederum, daß die maximale Laderdrehzahl bei
niederem Umgebungsdruck höher ausfällt. Oder praxisnah formuliert: in
großer Höhe erreicht der Lader eine größere Drehzahl. Korrekt oder wo
liegt der Fehler in meinen Überlegungen?
kalte Außenluft ist dichter, die Kühlleistung vom Ladeluftkühler ist
größer,

Nicht unbedingt. Die Kühlleistung des LLK hängt vom Verhältnis
Luftmassenstrom Ladeluft * Temperatur zu Massenstrom Kühlluft *
Temperatur ab. Winterlich kalte Ladeluft in einem warmen Motorraum
könnte vielleicht noch Wärme aufnehmen.

Zumindest bei ungeregelten Turbo-D gab es das Problem des negativen
Spülgefälles, d.h. der Turbo hat in manchen Drehzahl-/Lastbereichen den
Gasdurchsatz des Motors gebremst.

[FO]

Post by Tom Schneider

Post by Ralf Kiefer
Hintergrund der Frage ist die maximale Drehzahl vom Lader, die
üblicherweise von der Motorsteuerung über das Waste Gate beschränkt
wird.

Mir ist nicht ganz klar, warum das Wastegate das machen soll. Es ist die
Druckbegrenzung am Verdichterrad, wenn die Turbine hinten hochdreht, sorgt
das Wastegate eigentlich für das Gegenteil, weil es den Widerstand / die
Leistungsaufnahme des Verdichterrades begrenzt.

Das wastegate öffnet einen Bypass um die Turbine. So leistet nur ein Teil
des Abgasstroms Arbeit am Turbinenrad, außerdem sinkt der Druck vor Turbine.
Beides reduziert die an den Verdichter abgegebene Leistung, die Drehzahl des
Läufers und der Verdichtungsdruck sinkt.

Post by Tom Schneider
Zumindest bei ungeregelten Turbo-D gab es das Problem des negativen
Spülgefälles, d.h. der Turbo hat in manchen Drehzahl-/Lastbereichen den
Gasdurchsatz des Motors gebremst.

Das ist bei höheren Motordrehzahlen immer der Fall. Darum fahren
Turbomotoren dort möglichst geringe Ventilüberschneidungen. Positves
Spülgefälle wird normalerweise nur im unteren Drehzahlbereich erzielt.

Gruß,
Friedrich

[Tom Schneider]

Post by FO

Post by Tom Schneider

Post by Ralf Kiefer
Hintergrund der Frage ist die maximale Drehzahl vom Lader, die
üblicherweise von der Motorsteuerung über das Waste Gate beschränkt
wird.

Mir ist nicht ganz klar, warum das Wastegate das machen soll. Es ist
die Druckbegrenzung am Verdichterrad, wenn die Turbine hinten
hochdreht, sorgt das Wastegate eigentlich für das Gegenteil, weil es
den Widerstand / die Leistungsaufnahme des Verdichterrades begrenzt.

Das wastegate öffnet einen Bypass um die Turbine. So leistet nur ein
Teil des Abgasstroms Arbeit am Turbinenrad, außerdem sinkt der Druck vor
Turbine. Beides reduziert die an den Verdichter abgegebene Leistung, die
Drehzahl des Läufers und der Verdichtungsdruck sinkt.

Ja, OK. Ich hatte es mit dem Pop-Off verwechselt.

Ich meine nämlich, in frühen Zeiten der ungeregelten Pkw-Diesel-Turbos
wäre das Pop-Off als Wastegate bezeichnet worden und das spukte im
Hinterkopf.