Re: Ja, unmittelbar nach der Turbine... Bild davon

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Geschrieben von Werner am 26. April 2022 09:57:31:

Als Antwort auf: Re: Ja, unmittelbar nach der Turbine... Bild davon geschrieben von Joachim S am 26. April 2022 00:28:13:

Moin,

bin nicht sofort im Bilde, weil ich die Turbolader nicht so kenne. Schauen wir auf den Turbinenaustritt ?

Es sieht für mich so aus, als sei das Gehäuse auch für eine Nummer größer gebaut und das ist ein Einschub ?

Generell muß man mit den Diffusoren etwas aufpassen. Beim Erweiterungssprung entsteht der Carnotsche Stoßverlust, der sich sehr einfach rechnen läßt.

Zeta (oder heute: Ksi) = (1 - d1²/d2²)²

Wäre also (1 - 50²/55²)² = 0,03

Was bedeutet das ? 3% vom Bernoulli-Druck an dieser Stelle gehen als Druckverlust verloren. Da könnten schon ein paar hundertstel bar zusammen kommen.

Versuchen wir, den Bernoulli einzukreisen. Was bläst dadurch ?

Hubraum mal halbe Drehzahl (Viertakter) mal Ladedruck (bar absolut, also +1 !) mal Abgastemperatur in Kelvin durch 293 K .

Dieser Volumenstrom wird durch den Querschnitt an der Turbine geteilt und die resultierende Geschwindigkeit wird zum Quadrat genommen und durch zwei geteilt und mit der Dichte des Abgases multipliziert. Die Dichte des Abgases kann man näherungsweise rechnen, in dem man den Sauerstoff der Luft durch CO2 und H2O ersetzt.

Mann kann aber auch, wenn die Steigung der Turbinenschaufeln bekannt ist und deren Drehzahl, den Volumenstrom auch so rechnen. Vom Ansehen her erscheint mir die Steigung ziemlich groß und wenn ich lese, dass so ein Ding über 100.000/min macht, dann dürfte da an der Stelle schon so einiges "rauspfeffern".


Wenn Du mir die Daten gibst, kann ich damit mal was rechnen.


So, das war der einfache Teil, jetzt kommt die üblere Geschichte:

Wenn man versucht, bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten, einen Diffusor zu bauen, dann muß dieser einen schlanken Winkel haben, damit sich die Strömung nicht trotzdem ablöst. Da gibt es auch Formeln für, habe ich schlaue Bücher, kann man nachsehen.

Wenn man zu steil bleibt, löst die Strömung ab und es bremst stärker, als beim "harten" Sprung - ähnlich wie beim Auto, wo man hinter dem Spoiler einfach abschneidet, um nicht einen langen Schwanz zu bekommen. Der runde Popo eines Autos ist total kontraproduktiv. Dort schlagen die Ablösewirbeil immer wieder neu auf und es bremst gewaltig. Der VW-Käfer hat z.B. rückwärts einen besseren cw-Wert als vorwärts.

Wenn aber dieser schlanke Diffusor allein durch Wandungsreibung diesen Gewinn wieder aufzehrt, weil schlicht der Weg zu lang wird, dann ist es beser, den Carnotschen Stoßverlust zu akzepieren und möglichst schnell durch den größeren Querschnitt die Geschwindigkeit zu senken.

Hinzu kommt, dass an dieser Stelle noch ein gewaltiger Restdrall vorhanden ist, der die Strömungsform nicht so gleichmäßig macht, wie im Schulbuch. Ich gehe davon aus, dass der Restdrall sogar so hoch ist, dass sich bereits Verhältnisse wie im Wirbelrohr einstellen, d.h., außen wird die Temperatur höher sein, als in der Kernströmung.

Da der Abgasstrom nicht geglättet ist, sondern der Pulaation des Vierzylinders unterworfen ist, kommen noch weitere Fehlfaktoren hinzu.

Immer vorrausgesetzt, ich habe das Bild richtig verstanden, ist der Sprung, den die Nabe in der Mitte verursacht, ebenfalls von Bedeutung. Die Nabe müßte auch schlank zulaufen, was hinsichtlich Gestaltung und besonders späterer Auswuchtung eine Herausforderung darstellen dürfte. Effektiv wäre eine Nabe, die noch schraubenförmig etwas vom Restdrall nutzt.

Ich sag mal, darüber könnte man schon mindestens eine Diplomarbeit anfertigen. Die Hersteller wissen das mit Sicherheit ziemlich genau und schätzen einfach nur Fertigungsaufwand/Kosten gegen Effizienz ab.


Bei Betrieb mit Turbolader wird der Drosselverlust am Auslassventil reduziert, weil der Abgasgegendruck am Ventil steigt und damit die Schallgeschwindigkeit nicht mehr erreicht wird bzw. erst später erreicht wird. Somit kann der Lader den Differenzdruck nutzen, der sonst verloren ginge.

Leider trifft dass nur für die erste Phase des Abblasens zu. Sobald im Zylinder der Abblasedruck auf niedrigere Werte gesunken ist, muß der Kolben Zusatzarbeit verrichten, um den Lader anzutreiben. So verrückt das klingt: je höher der Tuningsgrad durch Steuerzeiten, desto sinnvoller wird der Einsatz des Laders.

Wichtig wäre jetzt die Frage, ob sich hinter der Turbine auch noch mal eine Schallstelle ausbildet. Oder anders gesagt, welcher Abgasdruck überhaupt am Austritt der Turbine noch übrig bleibt.

Wenn hinter der Turbine noch eine weitere Schallstelle entsteht, sind die Überlegungen zum Diffusor hinfällig. Dann ist die Wirkung quasi Null. Ich denke aber mal, dass es höchstens Stoßweise zur Schallgeschwindigkeit reichen wird.


Alles in allem würde ich das versuchen. Mir scheint ein kleiner Gewinn aus der Maßnahme realistisch, zumal durch den Restdrall die Strömung sich auch besser ausdehnt, als es eine gerade Strömung täte.

Ich würde für die Schrägung etwa 10 ° Winkel empfehlen. Günstig wäre, dass die Erweiterung möglichst früh hinter dem Turbinenrad beginnt. Bei 2,5 mm wäre das eine Laufstrecke von 14 mm - nimm 15.

Den Einsatz konisch aufzudrehen wäre ideal, aber dann wird dessen Wandung so geschwächt, dass es vielleicht zum Bruch kommt. Man könnte die Diffusorstrecke aufteilen und zur Hälfte den Einsatz anknabbern und den Rest dann hinten dran hängen.

Wenn Dir noch eine Idee kommt, wie man die Nabe ausbilden könnte, versuch es. Allerdings sollte dieser Teil so sein, dass er bei Unwuchten abgworfen wird, ehe die Lagerung leidet. Das Teil fällt dann halt in den Auspuff und ein Leistungsverlust von 0,3 % wird spürbar.


Jedenfalls sehr spannendes Thema, man müßte sich dafür einen Prüfstand ausdenken, um den Gewinn zu ermitteln.

Gruß

Werner

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