mapy kompresorów, surge line, itp... Opcje

[FilipN]

jako, że coraz więcej pada pytań o pomoc w doborze, czytanie map sprężarek, surge line i pochodne zagadnienia a ja mam akurat dużo czasu (oraz bezsenność) to postanowiłem napisać mały manual w dużej mierze opierając się oczywiście na anglojęzycznej wiedzy książkowej

zacznijmy od samej mapy kompresora. Użyję jako przykładu mapy gt3076R bo akurat ostatnio sprawdzałem czy teoretycznie pasowała by do Supry



na osi y mamy pressure ratio, jest to nic innego jak ciśnienie bezwzględne w barach. Że by otrzymać wartość ciśnienia bezwzględnego należy do ciśnienia względnego (nadciśnienia) jakie zamierzamy pompować w nasz silnik dodać ciśnienie atmosferyczne czyli 1 bar.

przykład: chcemy pompować 1,2 bara nadciśnienia - pressure ratio w tym przypadku wyniesie 2,2

oś y załatwiona, teraz oś x na tej osi mamy air flow rate
Na obliczenie tego parametru istnieje kilka wzorów. Większość różnic wynika z przyjęcia przez autorów różnych jednostek (np. pojemność silnika w cid, air flow rate w lb/min lub w cfm). Ja wybrałem wzór w/g mnie najłatwiejszy do użytku w naszych warunkach:

air flow rate=(L x RPM x VE x Pr) / 5660

gdzie:
L -> pojemność silnika w litrach
RPM -> obroty na minutę
VE -> volumetric efficiency (zaraz obliczymy)
Pr -> pressure ratio

według książek różnych autorów (A. Graham Bell, Corky Bell) dla czytania map należy przyjąć poniższe wartości VE:

silnik seryjny 2 zawory na cylinder: 85
silnik seryjny 4 zawory na cylinder: 90
silnik lekko zmodyfikowany*: 93
silnik wyczynowy: 105
*modyfikacja kanałów głowicy, ostrzejsze (ale uliczne) wałki, itp...

no to wygląda na to, że mamy już wszystko jasne... policzmy więc coś na próbę
zakładamy, że chcemy pompować 1,25 bara. Czyli pressure ratio wynosi 2,25.
Teraz liczymy air flow rate. Powiedzmy, że dobrze by było mieć pełne doładowanie tak od połowy obrotów maksymalnych silnika.
Więc liczymy flow rate dla rpm max i dla ich połowy. Po wyznaczeniu tych dwóch punktów na mapie zobaczymy co się dzieje.

przykład: W Suprze limiter obrotów jest przy 7000rpm, głowica seria, 4 zawory, więc VE przyjmujemy 90.
Liczymy dla 7000rpm:

(3x7000x90x2,25)/5660=751cfm (cubric feet per minute)
dla mapy z flow rate wyrażonej w lb/min należy wynik podzielić przez 14,27 czyli 751/14,27=53lb/min

następnie liczymy dla połowy max obrotów czyli 3500rpm:
(3x3500x90x2,25)/5660=375,5cfm czyli 26,5lb/min

no dobra mamy wszystko możemy nanieść dane na mapę...



no i co widzimy - sprężarka idealna z dołu, bez najmniejszego wysiłku napompuje nam 1,25 bara przy 3500rpm* ale zbyt mała dla tego silnika by utrzymać ciśnienie na tym poziomie do końca obrotów! trzeba szukać czegoś innego albo zadowolić się 1 barem...
* wykres mówi nam, że sprężarka napompuje 1,25 bara przy 3500rpm bez problemu ale, że by to nastąpiło musi współpracować z odpowiednio dobraną turbiną (sprężarka -> "część zimna", turbina -> "część gorąca")

no dobra uparliśmy się na GT3076R - liczymy dla 1,1bara

7000rpm -> 49lb/min
3500rpm -> 24,5lb/min



udało się - jest dobrze... w prawdzie puchnie trochę na górze i będzie grzała powietrze ale mieścimy się w mapie a intercooler mamy wydajny zbudujemy torque monster'a...

no to został nam jeszcze jeden parametr do sprawdzenia - czy nie wychodzimy poza surge line.
Na tej mapie nie jest w prawdzie zaznaczona osobno surge line ale jest to po prostu ostatnia na lewo linia. Wyjście za surge line kończy się zazwyczaj tak jak w tym wątku: viewtopic.php?t=43426&postdays=0&postorder=asc&start=0
a tego byśmy nie chcieli...

że by sparwdzić czy jesteśmy po dobrej stronie mapy należy wyznaczyć jeszcze jeden punkt. Obliczamy 20% flow rate obrotów maksymalnych 49lb/min*20%=9,8lb/min i umiejscawiamy go na mapie dla ciśnienia atmosferycznego (pressure rate 1)
następnie łączymy prostą ten punkt z punktem wyznaczonym dla połowy obrotów maksymalnych:



no pięknie - surge nam nie grozi

to chyba wszystko o kopresorach... część o doborze turbiny jutro...
miłego liczenia [img]{SMILIES_PATH}/icon_smile.gif[/img]

[Wspieraj forum]

[Koniu]

Na tej mapie nie jest w prawdzie zaznaczona osobno surge line ale jest to po prostu ostatnia na lewo izobara.

to zdecydowanie nie jest izobara..

[FilipN]

oczywiście - masz rację. Pisałem to ponad godzinę i zmęczony już jestem... dla tego część o turbinach oraz o zasilaniu turbosprężarek w olej (dla wszystkich, którym wywala uszczelniacze) będzie dopiero jutro

[klonek78]

ja zawsze chciałem tylko wiedzieć czemu przyjmuje się VE 90-105%, skoro w doładowanych silnikach wynosi ono wiele więcej.

[Bullitt]

ja zawsze chciałem tylko wiedzieć czemu przyjmuje się VE 90-105%, skoro w doładowanych silnikach wynosi ono wiele więcej.

Sprawnosc wolumetryczna nowoczesnych I6 zaworowych silnikw okreslana jest na poziomie okolo 90- 95 procent. Turbo nie ma tutaj nic do rzeczy.

[piechur]

gdyby to kogos interesowalo to dodam tylko, ze surge line to po polsku krzywa niestetecznej pracy sprezarki

[Koniu]

ja zawsze chciałem tylko wiedzieć czemu przyjmuje się VE 90-105%, skoro w doładowanych silnikach wynosi ono wiele więcej.

Po prostu zakładasz, że VE silnika doładowanego jest równe VE wolnossącego * PR.

[Jaqo]

Wszystko prosto i latwo wylozone - super jak komus nie chce sie czytac po angielsku i szukac. Wielkie dzieki.

[Booyac]

gwoli ścisłości pressure ratio to nie doładowanie + 1 tylko stosunek (ciśnienie na wylocie ze sprężarki)/(ciśnienia na wlocie)
po stronie licznika rzeczywiste ciśnienie atmosferyczne uwzględniające wysokość i temperaturę + planowane doładowanie powiększone o wzrost ciśnienia spowodowany np. oporem intercoolera
po stronie mianownika będzie to rzeczywiste ciśnienie atmosferyczne uwzględniające wysokość i temperaturę pomniejszone o stratę ciśnienia w dolocie

[240Z]

Zastanawia mnie jedno - na jakiej zasadzie dobiera się część gorącą i zimną do siebie gdy tworzymy hybrydową turbosprężarkę? Czy odpowiedź na to pytanie pojawi się w kolejnej części tutoriala?

Bardzo dziękuję za tutoriala, z pewnością się przyda w bliżej nieokreślonej przyszłości...

P.S. - Czy ma ktoś wykresy różnych odmian Garretta T3 i T4?

[klonek78]

ja zawsze chciałem tylko wiedzieć czemu przyjmuje się VE 90-105%, skoro w doładowanych silnikach wynosi ono wiele więcej.

Po prostu zakładasz, że VE silnika doładowanego jest równe VE wolnossącego * PR.

no to wtedy to ma sens.
90% * 2,25 = 202,5%

[FilipN]

P.S. - Czy ma ktoś wykresy różnych odmian Garretta T3 i T4?

ależ proszę bardzo:
http://www.turboneticsinc.com/compmaps.htm

problem w tym, że nigdzie nie mogę znaleźć map turbiny modeli T3 i T4 garretta

[LuiG]

Żeby to było do końca poprawne (mapy są dla corrected air flow) trzeba by jeszcze uwzględnić temperaturę i ciśnienie powietrza atmosferycznego, a także pressure drop w układzie (rury i IC) bo np. żeby napompować 1.2 bara w kolektorze to za kompresorem musi być np. 1.4bara, sprawdzić to można podłączając dwa wskaźniki doładowania i wtedy będzie wiadomo jakie jest spadek ciśnienia w układzie

[FilipN]

gwoli ścisłości pressure ratio to nie doładowanie + 1 tylko stosunek (ciśnienie na wylocie ze sprężarki)/(ciśnienia na wlocie)

oczywiście, istnieje wzór uwzględniający opór który stawia ic, oraz opór stawiany przez filtr powietrza...
ale skoro dwóch uznanych autorów podaje w swoich książkach uproszczony wzór to tu, dla poznania zasady działania chyba też taki wystarczy??

Added after 3 minutes:

Żeby to było do końca poprawne (mapy są dla corrected air flow) trzeba by jeszcze uwzględnić temperaturę i ciśnienie powietrza atmosferycznego,

nie przesadzajmy - Polska to nie Andy, ani Himalaje - ciśnienie jest zwykle zbliżone do 1000hPa czyli do 1 bara... nie widzę potrzeby oglądania prognozy pogody przed liczeniem mapy kompresora i uwzględniania, że dzisiaj mamy 926hPa

[LuiG]

tym to rzeczywiście nie ma co zawracać głowy, ale imo pressure drop warto by sprawdzić i uwzględnić

[240Z]

P.S. - Czy ma ktoś wykresy różnych odmian Garretta T3 i T4?

ależ proszę bardzo:
http://www.turboneticsinc.com/compmaps.htm

problem w tym, że nigdzie nie mogę znaleźć map turbiny modeli T3 i T4 garretta

Doskonale, dziękuję! postaram się we własnym zakresie poszukać mapy turbin, może mi się uda w ciągu paru dni...

[Kubek]

Dodatkowo wartosc VE (volumetric efficiency) nie jest jednakowa w calym zakresie obrotow. Jej wartsoc zmienia sie podobnie jak wartsoc momentu napedowego dla silnika bez doladowania. Jesli silnik bedzie mial maksymalny moment przy 3500rpm to tam moze miec te 90% sprawnosci, ale jesli ten moment leci na dol juz od np 6000rpm, to przy redline bedzie juz np tylko 80% sprawnosci. Biorac to pod uwage, mozna w takim silniku uzyc mniejsza sprezarke. Co innego jak dolozymy inne walki i zmodyfikujemy glowice, tak aby miala lepszy przeplyw przy wysokich obrotach, wtedy poprawia sie sprawnosc przy redline.
Kolejna sprawa to czesc goraca turbo tez ma wplyw na sprawnosc silnika. Przykladowo jezeli chcemy pompowac takie samo cisnienie az do odciecia, to kompresor musi sie krecic coraz szybciej (i turbina tak samo). Szybkie obroty turbiny w wydechu powoduja wiekszy backpressure, co z koleji pogorszy nam napelnianie cylindrow, czyli VE.

Ksiazki Bella (jednego i drugiego) sa bardzo dobre, ale upraszcaja one wiele rzeczy i nie biora pod uwage wszystkich czynnikow (np sprawnosc IC). Do obliczen lepsza ksiazka jest "Street turbocharging" by Mark Warner, ale do potrzeb budowy auta ulicznego moze to byc overkill. To co przedstawil Filip w zupelnosci wystarczy.

[LostBoy]

Inne podejście:

Tłumaczenie w trakcie

Wyliczenie airflow dla osi X: mierzone w lb/min, airflow = (Docelowa ilość koni mechanicznych) x (AFR przy którym ma to być osiągnięte) x (BSFC/60) gdzie BSFC jest lbs fuel / (hp x hr) jeśli nie masz dostępu do danych BSFC dla swojego silnika można przyjąć wartości na poziomie .50-.60.

Obliczanie volumetric efficiency = (aktualny CFM / zakładany CFM) x 100 gdzie zakładany CFM = (RPM x CID) / 3456 i aktualny CFM = 90%, dobra średnia wartość jeśli nie ma możliwości pomiaru to pomnożenie przez .0610237 aby przekonwertować pojemności w cubic centimeter do cubic inches.

W celu wyliczenia manifold absolute pressure: map = [(airflow) x (639.6) x (460 + temp e dolocie)] / (VE) x (RPM/2) x (CID) Upwards of 100 degrees F is a good estimate for intercooled intake temps if you don’t have access to measuring this. Plan on adding about 1psi to take into account pressure drops related to the intake and/or intercooler.

Calculate pressure ratio for the Y axis = (14.7 + map) / 14.7 If you’re at sea level, 14.7psi will work. As elevation varies, this figure will need to be adjusted.

Note: Don’t worry about the constants like 3456, 60 or 639.6, they’re simply there to tidy things up and convert units.

VE = volumetric efficiency
BSFC = brake specific fuel consumption
HP = projected flywheel horsepower
CFM = cubic feet per minute
CID = cubic inch displacement

Other useful calculations:

Trim = (minor/major)squared x 100

Trim describes the relationship the minor diameter and major diameter of a compressor or turbine wheel shares with each another. The inducer, or minor end when referring to compressor wheels, is where the air enters. Air exits through the exducer portion.

[gajos]

P.S. - Czy ma ktoś wykresy różnych odmian Garretta T3 i T4?

ależ proszę bardzo:
http://www.turboneticsinc.com/compmaps.htm

problem w tym, że nigdzie nie mogę znaleźć map turbiny modeli T3 i T4 garretta

Doskonale, dziękuję! postaram się we własnym zakresie poszukać mapy turbin, może mi się uda w ciągu paru dni...

Moze to cos pomoze: http://www.rbracing-rsr.com/turbosupermaps.html

Pozdrawiam!

[FilipN]

no niestety - tak jak wszędzie tam są tylko mapy kompresorów dla seri T. Mapy turbin są tylko dla GT