Αναλογία A/R για τουρμπίνες - BMWForum.gr

BMWForum.gr


Tech Cyclopedia Η τεχνική εγκυκλοπαίδεια της κοινότητας μας. Τεχνικά θέματα που μόνο εδώ θα βρείτε...

Απάντηση στο θέμα
 
Εργαλεία Θεμάτων Τρόποι εμφάνισης
27-05-13, 17:57   #1
stratos_335i
MODERATOR
 
Το avatar του χρήστη stratos_335i
 
Status:
Εγγραφή: 18-04-2009
Περιοχή: Ελλάδα
Μηνύματα: 5.308

Drives: E46 316i
Πολλές φορές διαβάζουμε σε διάφορα άρθρα για τουρμπίνες και την αναλογία A/R καθώς επίσης και για το trim που έχουν οι φτερωτές. Τι είναι όλα αυτά? Που μας χρειάζονται? Ποιό είναι το καλύτερο?

Το παρακάτω άρθρο εξηγείται με αρκετά δύσκολους όρους στο site της Garrett και θα προσπαθήσουμε να κάνουμε μια πιο εύκολη ανάλυση.

Trim φτερωτής: είναι γνωστός όρος όταν περιγράφουμε έναν υπερσυμπιεστή καυσαερίων. Για παράδειγμα, μπορεί να ακούσουμε κάποιον οτι φοράει στο αυτοκίνητο του τουρμπίνα GT2871R 56 trim. Τι είναι το trim? Trim είναι η σχέση που έχει η διάμετρος εισόδου (inducer) με την διάμετρο εξόδου (exducer) μιας φτερωτής, είτε είναι του στροβίλου είτε του συμπιεστή. Για τον στρόβιλο inducer είναι η διάμετρος που εισέρχονται τα καυσαέρια (μεγάλη διάμετρος) και exducer η διάμετρος που εξέρχονται τα καυσαέρια (μικρή διάμετρος). Για την φτερωτή του συμπιεστή ισχύει ακριβώς το ανάποδο: inducer είναι η διάμετρος που εισέρχεται ο ατμοσφαιρικός αέρας (μικρή διάμετρος) και exducer η διάμετρος που εξέρχεται ο συμπιεσμένος αέρας (μεγάλη διάμετρος). Αυτό φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα:



Για το turbo της Garrett με ονομασία GT2871R: Ποιές είναι οι διαστάσεις trim της φτερωτής του συμπιεστή?

Διάμετρος inducer: 53.1 mm
Διάμετρος exducer: 71.0 mm

Κάνοντας λίγα μαθηματικά έχουμε:



Για μια άλλη τουρμπίνα με διαφορετικά στοιχεία αλλά ίδια ονομασία GT2871R που έχει διάμετρο exducer 71.0 mm και trim 48, ποιά είναι η διάμετρος inducer? Με αντίστροφα μαθηματικά έχουμε το παρακάτω:




Το trim μιας φτερωτής, είτε είναι συμπιεστή είτε στροβίλου επηρεάζει την απόδοση αλλάζοντας την δυνατότητα παροχής αέρα. Κρατόντας όλες τις άλλες παραμέτρους σταθερές, μια τουρμπίνα με μεγαλύτερο trim μπορεί να έχει μεγαλύτερη παροχή αέρα απο μία με μικρότερο trim. αλλά πρέπει να γνωρίζουμε οτι όλες οι άλλες παράμετροι (θερμοκρασία αέρα ή καυσαερίων, βαρομετρική πίεση, υγρασία κ.α.) είναι πολύ δύσκολο να παραμείνουν σταθερά. Έτσι, αν μεγαλώσουμε το trim δεν σημαίνει απαραίτητα οτι θα έχουμε μεγαλύτερη ροή αέρα.

Λόγος A/R:

A/R (Area/Radius) ή λόγος επιφάνειας/ακτίνας περιγράφει το γεωμετρικό χαρακτηριστικό όλων των σαλιγκαριών συμπιεστή ή στροβίλου. Αυτό ερμηνεύεται ως: επιφάνεια διατομής διαιρεμένη με την ακτίνα απο το κέντρο περιστροφής της φτερωτής συμπιεστή ώς το κέντρο της επιφάνειας συμπίεσης. Για καλύτερη κατανόηση, υπάρχει η παρακάτω εικόνα:




Η αναλογία A/R είναι διαφορετική για τον συμπιεστή και τον στρόβιλο και περιγράφεται ώς εξής:

A/R συμπιεστή: η απόδοση του turbo έχει άμεση σχέση με το A/R του συμπιεστή. Το μεγαλύτερο A/R προτιμάται σε περιπτώσεις που θέλουμε μεγαλύτερη παροχή σε χαμηλές πιέσεις και το μικρότερο A/R το θέλουμε σε περιπτώσεις με μεγαλύτερη πίεση υπερπλήρωσης. Παρόλο που ο λόγος A/R του συμπιεστή παίζει μεγάλο ρόλο στην πραγματική απόδοση του turbo, οι εταιρίες δεν παρέχουν επιλογές ώς προς τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του συμπιεστή.

A/R στροβίλου: Ο λόγος A/R του στροβίλου παίζει μεγάλο ρόλο στην απόδοση του turbo μιας και καθορίζει την ικανότητα ροής του. Χρησιμοποιώντας μικρότερο A/R στροβίλου θα αυξήσουμε την ταχύτητα που χτυπούν τα καυσαέρια την φτερωτή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα καλύτερη αύξηση της πίεσης σε χαμηλότερο φορτίο του κινητήρα και γρηγορότερη αύξηση της πίεσης. Αυτό όμως έχει και το τίμημα του: Το μικρό A/R στροβίλου προκαλεί πιο εφαπτομενική (πλάγια)πρόσκρουση των καυσαερίων στη φτερωτή οπότε και μειώνεται η ροηκότητα των καυσαερίων στις υψηλότερες στροφές του κινητήρα, με αποτέλεσμα να βλέπουμε οτι το turbo "ψοφάει" απο κάποιες στροφές και μετά ώς τον κόφτη επειδή αυξάνεται η πίεση των καυσαερίων μέσα στον στρόβιλο (και όχι μέσα στην εξάτμιση)

Στον αντίποδα, μεγαλύτερο A/R στροβίλου συνεπάγεται χαμηλότερη ταχύτητα καυσαερίων και μεγαλύτερο lag για την αύξηση της πίεσης. Τα καυσαέρια χτυπουν την φτερωτή του στροβίλου πιο κάθετα αυξάνοντας την ροηκότητα τους με αποτέλεσμα λιγότερη πίεση στο μαντέμι και καλύτερη ισχύ όσο ανεβαίνουν οι στροφές του κινητήρα.

Συνεπώς, όταν επιλέγουμε τουρμπίνα η επιλογή του A/R του στροβίλου θα πρέπει να γίνει με τέτοιο τρόπο ανάλογα με την επιθυμητή απόδοση του κινητήρα: καλύτερη απόκριση πίεσης στης χαμηλές στροφές και πτώση ισχύος στις υψηλές, ή ψόφιο κινητήρα στις χαμηλές στροφές και υψηλή ιπποδύναμη και διατήρηση της στις υψηλότερες στροφές.

Ας κάνουμε ένα ρεαλιστικό παράδειγμα. Έστω δύο ίδιοι κινητήρες με turbo GT30R. Η μόνη διαφορά των τουρμπινών είναι το A/R στροβίλου.

-- Κινητήρας Νο. 1 με A/R 0.63

-- Κινητήρας Νο. 2 με A/R 1.06

Τι συμπεράσματα βγάζουμε?

-- Κινητήρας Νο. 1: Με χαμηλότερο A/R 0.63 ο κινητήρας αποδίδει ροπή στις χαμηλότερες στροφές και καλύτερη απόκριση πίεσης σε χαμηλό φορτίο. Πολλοί θα το χαρακτήριζαν σαν πιο εύχρηστο κινητήρα για οδήγηση στον δρόμο και την πόλη και τάση του κινητήρα για ομαλότερη απόδοση ροπής αλλά με πτώση ροπής και ιπποδύναμης όσο οι στροφές του κινητήρα αυξάνονται.

-- Κινητήρας Νο.2: Ο κινητήρας με τουρμπίνα με μεγαλύτερο A/R 1.06 έχει καλύτερη απόδοση στις υψηλές στροφές, αλλά έρχεται κλωτσιά ιπποδύναμης απότομα θυσιάζοντας την απόδοση στις χαμηλότερες στροφές. Το μεγαλύτερο "σαλιγκάρι" του στροβίλου θα συνεχίζει να περιορίζει την πίεση των καυσαερίων στις υψηλές στροφές με αποτέλεσμα καλύτερη μέγιστη ιπποδύναμη. Αυτό επίσης θα αυξήσει και το lag, δηλαδή τον χρόνο και το εύρος στροφών που θα χρειαστεί για να επιτύχουμε μέγιστη πίεση υπερπλήρωσης. Ο κινητήρας Νο. 2 δεν είναι κατάλληλος για χρήση πόλης αλλά για αγωνιστική χρήση μιας και θα αποδίδει την μέγιστη ισχύ του κοντά στον κόφτη.

Υποθετικός κινητήρας Νο. 1 (αγνοείστε τα νούμερα): υψηλή ροπή στις μεσαίες στροφές, άμεση αύξηση ροπής χαμηλά και πτώση ροπής στις υψηλές στροφές




Υποθετικός κινητήρας Νο. 2 (αγνοείστε τα νούμερα): Ψόφιος κινητήρας στις χαμηλές στροφές, απότομο ξέσπασμα ροπής στις μεσαίες στροφές, μέγιστη ιπποδύναμη για μικρό εύρος στροφών στις υψηλές στροφές



.
__________________
Ο χρήστης stratos_335i δεν είναι συνδεδεμένος  
27-05-13, 21:11   #2
angelm3
ADMINISTRATOR
 
Το avatar του χρήστη angelm3
 
Status:
Εγγραφή: 08-06-2011
Ηλικία: 45
Μηνύματα: 4.780

Drives: E92 M3
Ωραίος Στράτο.

Άρα το ιδανικό θα ήταν να έχεις 2 τουρμπίνες , τη μία με μικρό λόγο A/R στροβίλου ( >0.7 ) για καλύτερη απόκριση και ροπή στις χαμηλές στροφές , και μια με μεγαλύτερο λόγο A/R στροβίλου (<1.0) για δύναμη στις ψηλές στροφές . Οτι έκανε η κουVAG αποτυχημένα - πολλές περιπτώσεις με σπασμένο μοτέρ . Βέβαια χρησιμοποιούσαν κομπρεσσορα για τις χαμηλές στροφές αλλά η φιλοσοφία και ο σκοπός ήταν ίδιος: ροπή στις χαμηλές στροφές και δύναμη στις ψηλές .
__________________
Ο χρήστης angelm3 είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
27-05-13, 21:17   #3
PapajimG
MODERATOR
 
Το avatar του χρήστη PapajimG
 
Status:
Εγγραφή: 16-04-2011
Περιοχή: Αθήνα
Ηλικία: 37
Μηνύματα: 1.504

Drives: E93 320i
οτι είχε κάνει και η bmw στα diesel με διαφορετικής διαμέτρου τουρμπίνες (μικρότερη για χαμηλά & μεγαλύτερη στα ψηλά)

οι μεταβαλλόμενης διαμέτρου/γεωμετρίας αντικαθιστούν τις παραπάνω που ανέφερε και ο Άγγελος? πώς λειτουργούν? Στράτο?
__________________
courtesy of Frezas

Ο χρήστης PapajimG είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
27-05-13, 21:23   #4
jimaras
 
Το avatar του χρήστη jimaras
 
Status:
Εγγραφή: 05-06-2011
Ηλικία: 26
Μηνύματα: 2.056

Drives: E60 523Ι
Παράθεση:
Αρχικό μήνυμα απο PapajimG Εμφάνιση μηνυμάτων
οι μεταβαλλόμενης διαμέτρου/γεωμετρίας αντικαθιστούν τις παραπάνω που ανέφερε και ο Άγγελος? πώς λειτουργούν? Στράτο?
Κάπως έτσι. Νομίζω η porsche ήταν η πρώτη που τις έβγαλε?
__________________
<a href=http://www.bmwforum.gr/forum/image.php?type=sigpic&userid=5620&dateline=1351539322/ target=_blank>http://www.bmwforum.gr/forum/image.p...ne=1351539322/</a>
Ο χρήστης jimaras δεν είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
28-05-13, 00:14   #5
stratos_335i
MODERATOR
 
Το avatar του χρήστη stratos_335i
 
Status:
Εγγραφή: 18-04-2009
Περιοχή: Ελλάδα
Μηνύματα: 5.308

Drives: E46 316i
Παράθεση:
Αρχικό μήνυμα απο angelm3 Εμφάνιση μηνυμάτων
Ωραίος Στράτο.

Άρα το ιδανικό θα ήταν να έχεις 2 τουρμπίνες , τη μία με μικρό λόγο A/R στροβίλου ( >0.7 ) για καλύτερη απόκριση και ροπή στις χαμηλές στροφές , και μια με μεγαλύτερο λόγο A/R στροβίλου (<1.0) για δύναμη στις ψηλές στροφές . Οτι έκανε η κουVAG αποτυχημένα - πολλές περιπτώσεις με σπασμένο μοτέρ . Βέβαια χρησιμοποιούσαν κομπρεσσορα για τις χαμηλές στροφές αλλά η φιλοσοφία και ο σκοπός ήταν ίδιος: ροπή στις χαμηλές στροφές και δύναμη στις ψηλές .
Εδώ και 25 χρόνια πρώτη αν θυμάμαι καλά και δεν υπήρχε και άλλη εταιρία το έκανε η Mazda στο Rx-7 ΙΙ και μετά το εφάρμοσε η Toyota στο Supra. Της Mazda δούλευαν σε σειρά οι τουρμπίνες που είναι κάτι απίστευτα δύσκολο γιατί χρειάζονται πολύπλοκα εξαρτήματα ενώ του Supra δούλευαν παράλληλα με παρόμοιο τρόπο όπως στο 335. Του Mazda τα καυσαέρια κινούσαν την μικρή φτερωτή και μετά μέσω μιας βαλβίδας συνέχιζαν στην μεγάλη φτερωτή. Οι δύο στρόβιλοι στεγάζονταν στο ίδιο μαντέμι μάλιστα και απο εκεί έρχεται η πολυπλοκότητα του όλου συστήματος.




Μετά ήρθαν άλλες εταιρίες 25 χρόνια μετά να ανακαλύψουν τον τροχό ξανά και να βάλουν 2 τούρμπο διαφορετικών μεγεθών παράλληλα (τυχαία σκέφτηκα πρώτο το 335 diesel) και άλλες εταιρίες που χρησιμοποίησαν τον κομπρέσσορα στις χαμηλές στροφές γιατί φυσικά ήταν αδύνατο να στροφάρουν χωρίς lag τα τούρμπο απο χαμηλά και θα ήταν ψόφιος ο κινητήρας

Παράθεση:
Αρχικό μήνυμα απο PapajimG Εμφάνιση μηνυμάτων
οτι είχε κάνει και η bmw στα diesel με διαφορετικής διαμέτρου τουρμπίνες (μικρότερη για χαμηλά & μεγαλύτερη στα ψηλά)

οι μεταβαλλόμενης διαμέτρου/γεωμετρίας αντικαθιστούν τις παραπάνω που ανέφερε και ο Άγγελος? πώς λειτουργούν? Στράτο?

Αυτές που αναφέρεις Γιώργο και όπως φαίνεται στο βίντεο του jimaras το εφαρμόζει 10 χρόνια τώρα η Porsche σε αυτοκίνητα ευρείας παραγωγής.

Πρώτη φορά εφαρμόστηκε το 1989 απο την Shelby στο CSX-VNT και απο την Honda στο Legend. Εμφανίστηκε πάλι δυναμικά στο Peugeot 405 T16 το 1992, το γνωστό που έκανε ο Ari Vattanen την ανάβαση του Pikes peak.



Η αλήθεια είναι οτι μπορούν να αλλάξουν το A/R αλλά μόνο του συμπιεστή και όχι του στροβίλου. Στην αρχή μπορούν να συμπιέσουν τον αέρα σε μικρή παροχή αλλά μεγάλη πίεση όταν ο κινητήρας δεν έχει καυσαέρια να γυρίσει γρήγορα τις δύο φτερωτές. Όταν ανεβαίνει ο όγκος των καυσαερίων τότε αλλάζουν γεωμετρία και αυξάνουν το A/R του συμπιεστή. Τότε έχουν μεγάλη παροχή κρατώντας χαμηλή την πίεση ενώ σε ένα συμβατικό τούρμπο η πίεση θα αυξανόταν για την ίδια παροχή.

Αφού δεν αλλάζει το A/R του στροβίλου προφανώς και δεν εξαλείφεται το lag και η αδυναμία γρήγορης περιστροφής σε συνθήκες χαμηλού φορτίου.

Αυτό γίνεται με μια συστοιχία απο πτερύγια όπως φαίνεται στο βίντεο και μια βαλβίδα σαν το wastegate που είναι τοποθετημένη στον συμπιεστή πάνω. Ανάλογα με την υποπίεση και την πίεση που υπάρχει στο κύκλωμα αέρα διαμορφώνεται και η γεωμετρία. Μερικές φορές αυτό γίνεται με μηχανικό τρόπο αλλά δεν συνηθίζεται.



__________________
Ο χρήστης stratos_335i δεν είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
28-05-13, 02:07   #6
giannis
 
Το avatar του χρήστη giannis
 
Status:
Εγγραφή: 01-03-2008
Περιοχή: Αθήνα
Μηνύματα: 3.939

Drives: E87 116i
Ωραιος ο Στρατος με τα τεχνικα αρθρα για αλλη μια φορα!

Απλα να αναφερω οτι απο εφαρμογη σε εφαρμογη οι τουρμπινες αλλαζουν, πχ στη 'δουλεια' στις γεννητριες που εχουμε τα τουρμπο ειναι ειδικης κατασκευης για να λειτουργουν σε συνθηκες υποπιεσης αερα (ελλειψη ατμοσφαιρικου αερα) και 'αντιθλιψης' δηλαδη 'κοντρας' καυσαεριων λογω των συνθηκων που δουλευουν αυτα τα ντηζελομοτερ. Στην ιδια μηχανη αλλα σε αλλη εφαρμογη πχ σε ενα γιωτ εχουν απλουστερες τουρμπινες...
__________________
Go Deeper...
Ο χρήστης giannis δεν είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
28-05-13, 16:33   #7
Chiefsotos
 
Το avatar του χρήστη Chiefsotos
 
Status:
Εγγραφή: 25-07-2008
Μηνύματα: 2.254

Drives: E93 335i
Φοβερο αρθρο που εξηγει ερκετα πραγματα απο τα τεχνικα των τουρμπινων.
Γενικα οταν επιλεγουμε μεγαλυτερο τουρμπο για το μοτερ μας πρεπει να λαμβανουμε υποψιν τα ποσα αλογα στοχευουμε να βγαλουμε και απο ποιες στροφες θελουμε τη ροπη. Αυτο καθιστα πολυ ευκολο την επιλογη της καταλληλης τουρμπινας μιας και οι κατασκευαστες εχουν ολες τις τεχνικες λεπτομεριες που μας ενδιαφερουν.
Γενικα αν στοχευουμε τα 500 αλογα κοντα στον κοφτη μενουμε μακρια απο γουμαρια παροχης 700hp, μιας και θα αργουν πολυ να φουσκωσουν.
Συμπληρωματικα να αναφερω οτι μικρο Α/R στροβιλου σε μοτερ που αποδιδει πολλα αλογα εχει και σαν συνεπεια μεγαλο πυρομετρο που οδηγει στην ανοδο της θερμοκρασιας του εισερχομενου αερα.
Με χαρακτηριστικο παραδειγμα των κινητηρα της bmw N54 οπου σε βελτιωμενο μοτερ με πολλα καυσαερια το πυρομετρο βαραει πανω απο 1100c και τον εισερχομενο να φτανει και τους 70c με το μαμα ιντερκουλερ!!
__________________

----------------------------------------------
Οι δρομοι ειναι πολυ επικινδυνοι απο μονοι τους.., ας φροντισουμε να οδηγουμε με χαμηλες ταχυτητες και τα ματια ανοιχτα!!!
Ο χρήστης Chiefsotos δεν είναι συνδεδεμένος  
Απάντηση στο θέμα

Εργαλεία Θεμάτων
Τρόποι εμφάνισης

Δικαιώματα - Επιλογές
You may not post new threads
You may not post replies
You may not post attachments
You may not edit your posts

BB code is σε λειτουργία
Τα Smilies είναι σε λειτουργία
Ο κώδικας [IMG] είναι σε λειτουργία
Ο κώδικας HTML είναι εκτός λειτουργίας

Forum Jump