LPG und Lucas

[Kuchen]

Die Theorie heisst "Choked Flow" , zu deutsch "überkritischer Duchfluss" und beschreibt den statischen Massenstrom durch die Gaseinblasdüsen. Diese besagt, dass sich ab einem gewissen stoffabhängigen Druckverhältnises an einer Düse ein Massenstrom einstellt, der nur noch von der Dichte des kompressiblen Gases vor der Düse abhängig ist. Bei Propan/Butan Gemischen ist dieses Verhältnis ca. 1,71. Ein Gassteuergerät muss also die Dichte des Gases vor der Düse kennen, z.B durch Temperatur und Druckmessung, und die Einblaszeiten entsprechend korrigieren.
Bei meinem 2CV CNG/LPG mit Megasquirt Projekt habe ich ja die gasspezifischen Funktionen selber programmiert und bin quasi gezwungen gewesen mich mit der Strömungsmechanik durch die Düsen auseinanderzusetzen.
Zum Vergleich: Der statische Massenstrom von inkompressiblem Benzin durch die Einspritzdüse ist nur von der (meist) konstanten Druckdifferenz an der Düse abhängig.
In der Technik wird der Effekt des überkritischen Durchflusses meist in Kalibrierdüsen usw. genutzt um Gasmassenströme zu messen, gibts auch eine ISO Norm dazu. Gassteuergeräte müssen auch Massenströme einstellen und nutzen den gleichen Effekt. Nur dumm das dies unterhalb des oben genannten Druckverhältnisses gar nicht funktioniert, dann wird der Durchfluss unterkritisch und gehorcht anderen Gesetzmäßigkeiten, er wird zudem grösser.
So eine Dichtekorrekturfunktion im Gassteuergerät verrichtet solange unbemerkt und zuverlässig ihren Zweck, wie diese Randbedingung eingehalten wird:

Macht man sich die Mühe und rechnet die erforderlichen Durchmesser einer Düse aus, so fällt auf, dass die Angaben der Hersteller bzgl. Zylinderleistung und Düsenauswahl sich auf Sauger und Gasdrücke um die 1 bar beziehen. Als grobe Faustregel kann ich nur empfehlen Düsendurchmesser zu wählen die ein entsprechender Sauger mit gleichem Hubraum benötigt, die zusätzlich benötigte Masse unter Ladedruck erledigt die grössere Dichte des Gases in diesen Betriebszuständen, brauchbarer Verdampfer vorausgesetzt.
Ich gehe so vor:
1. Bestimmen des Gasdifferenzdrucks analog obiger Tabelle +0.2 bar sicherheit. Beim 900T16 0.8bar LD -> 1.5bar Gasdiffernzdruck.
2. Berechnen der Gaseinblaszeit im Leerlauf für verschiedene Düsenduchmesser. Nicht unter 3.5ms bei Hanas, bei Keihin runter bis 3.0ms. Darunter sind die nicht stabil. Beim besagten 900er: D2.4mm
3. Berechnen der erforderlichen Parameter Offset und Neigung, solange Totzeiten und Durchflüsse der Einspritzdüsen und Einblasdüsen bekannt.

2&3 lassen sich auch durch ausprobieren ermitteln.

4. Ermitteln ab welcher Drehzahl unter Vollast die Düsen komplett offen stehen und das Gassteuergerät so parametrieren, dass es davor auf Benzin umschaltet: Bei mir bin ich mir gar nicht mehr so sicher ob das überhaupt eintritt. Ich habe schon lange nicht mehr reingeschaut ins Steuergerät, läuft ja seit 6 Jahren und 130Tkm. Meinen älteren Posts zufolge schaltet es sicherheitshalber bei 5800 zurück.

Gruss Ingo

EDIT: Tabelle lokal verfügbar gemacht

 

[René]

Die Theorie heisst "Choked Flow" , zu deutsch "überkritischer Duchfluss" ...

Interessant!

Ich gehe so vor:
1. Bestimmen des Gasdifferenzdrucks analog obiger Tabelle ...

Sehe letztere leider im Fred nicht.

... Beim 900T16 0.8bar LD -> 1.5bar Gasdiffernzdruck.

Ja, bei max 0,8 kommt man mit deltaP=1,5 bei linearer Rechnung auf 3,3, womit man auch real unter 3,7 bleiben dürfte. Aber sobald der LD bis 1,... gehen soll, erzwingt Prins einen geringeren daltaP und damit höhere Zeiten.

2. Berechnen der Gaseinblaszeit im Leerlauf für verschiedene Düsenduchmesser. Nicht unter 3.5ms bei Hanas, bei Keihin runter bis 3.0ms. Darunter sind die nicht stabil. Beim besagten 900er: D2.4mm

Wenn ich jetzt wüßte, welche Maße z.B. die gelben Keihins haben, könnte ich das sicher besser einordnen. Sie hängen ja (auch) an den Prins.

 

[Kuchen]

Rechnerisch, also nicht gemessen sondern anhand der Durchflussangaben errechnet:

62CC orange 2,6
73CC gelb 2,83
100CC braun 3,35 (ohne Gewähr, keine genauen Angaben gefunden)

nur mal so zum Vergleich, der hier wird von 6x 62CC befeuert
Turbogeladen 7,7L, 222KW, 6Zyl.

http://media.daimler.com/marsMediaS...tert-Euro-VI--Motorenfamili.xhtml?oid=9918813

 

[René]

nur mal so zum Vergleich, der hier wird von 6x 62CC befeuert
Turbogeladen 7,7L, 222KW, 6Zyl.

37 kW mit 62er Düsen? Die sind - lt. Prins - mit 18 - 27 kW angegeben.

Aber halt: Wenn ich das jetzt gerade richtig gelesen habe, geht es hier ja um CNG. Und da ist es ja natürlich auch kein Problem, mit ein paar bar mehr auf die Düsen zu gehen.
Und außerdem ist das offenbar 'nen Sauger, so dass man hier ja im Extremfall mit bis zu 2,5 bar daltaP arbeiten könnte, da das Saugrohr (statisch) nie über 1 kommen kann. Und bei 'nem halbwegs aufgeladenen TU ist eben bei kurz über 1 bar Ende der Fahnenstange (zumindst bei Prins, wegen Begrenzug auf die o.g. 3,7 bar hinter dem Verdampfer).

Beim TU sieht es da eben anders aus. Schraubt man deltaP hoch, rennt die Kiste bei max. LD in den GasCut. Nimmt man deltaP entsprechend weit runter, magert die Kiste selbst bei daueroffenen Düsen oben rum ab.
Hatte die 100er, mit dem mehr als nur bescheidenen Leerlauf, ja nicht nur aus Spaß im Aero. Anderen Drucksensor nehmen, und damit der Prins niedrigere DRücke vorgaukeln, hatte ich mir verkniffen, weil es dabei blöde Inlinearitäten gibt.

Aber Du hast natürlich ansonsten vollkommen recht. Evtl. baue ich beim TuCab ja doch irgendwann noch mal testweise 62er ein, und schaue, wie weit ich damit komme. Bei max LD 0,8 müßte ich ja mit deltaP fast auf 1,3-1,4 gehen können, gegenüber aktuell 1,0. Das sollte den Durchflussunterschied eigentlich (?) mehr als nur kompensieren können.

 

[ssason]

Ich seh sowohl in Text wie auch Bild nen Turbolader...

 

[René]

Ja, stimmt!
Hatte nur gelesen, dass er auf dem TU-Diesel basiert. Und 300PS aus 7,7l sah mir wirklich nicht nach TU aus. Das schafft mit etwas gutem Willen ja auch ein 2,3er im 9k ohne innere Hardware-Änderungen.
Aber gut, die 1,2kNm natürlich nicht. Da muss die Kiste die 300PS ja kurz oberhalb vom Leerlauf wuppen.

Spielt dafür am Ende aber meines Erachtens keine echte Rolle, weil das CNG ja mit weit höherem Druck zur Verfügung steht, so dass ich davon ausgehe, dass wahrscheinlich mit deltaP irgendwo im Bereich zw. 2 und 4 bar gearbeitet werden dürfte. Oder wo liegen die Werte der Anlagen da allgemein so? Habe mit CNG null Erfahrung.

 

[scotty]

Ich seh sowohl in Text wie auch Bild nen Turbolader...

Danke - dachte schon ich hab Hallus

Das mit den kleineren Düsen bei gewissem Ladedruck hab ich noch nicht ganz verstanden - wer hilft mir bitte auf die Sprünge?

 

[turbo9000]

Ich denke der ist eher für Klein-LKW's konzipiert.

Der Vergleich mit der Dynamik eines turbo aufgeladenen PKW Motors ist denke ich nicht sinnvoll.

 

[Kuchen]

Und was hat die Düsendimensionierung mit Motordynamik zu tun ? Keihins sind bis 4bar spezifiziert, der M936 wird das wohl ausnutzen, aber das tut meiner mit 1.8+1.5=3.3bar auch schon ganz gut.
Mit mehr Druck geht auch einiges mehr durch die Düsen, und genau das soll der Vergleich zum Econic Motor verdeutlichen. Die Herstellerangaben beziehen sich auf saugertypische Drücke und sind daher für Turboumbauten als Bemessungsgrösse ungeeignet.

 

[René]

... aber das tut meiner mit 1.8+1.5=3.3bar auch schon ganz gut.

Du meinst 1,0 Luft + 0,8LD + 1,5 deltaP?

Die Herstellerangaben beziehen sich auf saugertypische Drücke und sind daher für Turboumbauten als Bemessungsgrösse ungeeignet.

Ehrlich gesagt, verstehe ich nicht wirklich, warum die Düsen bei TUs höhere Leistungen wuppen können sollen. OK, 'oben herum' ist da der Wirkungsgrad einfach höher. Aber sollte es das gewesen sein?

Denn aus meiner Sicht bekommt man ja, wie gesagt, im Zweifel eher anders herum beim Sauger mehr Gas durch die Düsen, da man bei fixedm maximalem Rail-Druck einfach mit deutlich höherem deltaP fahren kann.
Oder wo habe ich da 'nen Knoten im Gedanken?

 

[Kuchen]

der Durchsatz hängt bei kompressiblen Medien wie oben beschrieben ausschliesslich von der Dichte im Rail ab und somit von Gasdruck und Temperatur. Ich glaube das ist der Punkt der am wenigsten verstanden wird.
Drücke immer absolut, sonst kommt man durcheinander. Der Rail Druck sei 4bar. Ansaugbrücke eines Saugers 1bar, bei Deinem Turbo 2.2bar, jeweils Volllast. Es geht das gleiche durch bei 4 bar Gasdruck. Nur mit marktüblichen Verdampfern bekommst Du Sauger auf max. 2.8bar

 

[scotty]

Rail-Druck = der Druck, der zwischen Verdampfer (Ausgangsseitig) und den Düsen anliegt - richtig?
Schlussfolgerung: Einspritzung aus der Flüssigphase dann für Turbos ab bestimmtem Ladedruck besser geeignet?

 

[René]

der Durchsatz hängt bei kompressiblen Medien wie oben beschrieben ausschliesslich von der Dichte im Rail ab und somit von Gasdruck und Temperatur. Ich glaube das ist der Punkt der am wenigsten verstanden wird.

*kopfkratz*
Kann mir ehrlich nicht vorstellen, dass ich Dich hier jetzt richtig verstehe. Denn meines Erachtens werden Durchflüsse immer nur vom Delta getrieben. Heißt, dass meines Erachtens bei Rail 1,5 bar und Brücke 0,5 bar ebenso viel Gas strömt, wie bei Rail 2,5 bar und Brücke 1,5 bar, was ja beides deltaP = 1 bar bedeutet.

Drücke immer absolut, sonst kommt man durcheinander.

Genau das verstehe ich nicht, da der Absolutdruck meines Erachtens für den Druchfluss 'wurscht' ist. Selbst wenn man 100 bar abolut auf die Düsen gibt, aber auf der anderen Seite auch 100, wird es einfach keinen Durchfluss geben. Wer sollte diesen auch treiben? Solche Bewegungen werden doch grundsätzlich durch unterschiedliche energetische Zustände (ob nun bei Flüssigkeiten Höhendifferenzen oder bei Gasen Druckdifferenzen, es ist meines Erachtens das selbe Spiel) getrieben.

Rail-Druck = der Druck, der zwischen Verdampfer (Ausgangsseitig) und den Düsen anliegt - richtig?

Dies wäre meiner Lesart nach aber wieder deltaP, also relativer Druck

Schlussfolgerung: Einspritzung aus der Flüssigphase dann für Turbos ab bestimmtem Ladedruck besser geeignet?

NunJa, einer der (aus meiner Sicht) großen Vorteile von LPG im Verbrennungsprozess ist ja die weitaus geringere Inhomogenität des Gemisches. Das ganze Problem mit der Tröpfchenbildung fällt komplett weg. Zwei Gase vermischen sich nun mal deutlich einfacher und besser, als in ein Gas gestäubte Flüssigkeit.

 

[scotty]

Bei Einspritzung vor den Ventilen dürfte sich ein guter Teil der Menge bereits in Gas umwandeln, oder?

 

[ssason]

*kopfkratz*
Kann mir ehrlich nicht vorstellen, dass ich Dich hier jetzt richtig verstehe. Denn meines Erachtens werden Durchflüsse immer nur vom Delta getrieben. Heißt, dass meines Erachtens bei Rail 1,5 bar und Brücke 0,5 bar ebenso viel Gas strömt, wie bei Rail 2,5 bar und Brücke 1,5 bar, was ja beides deltaP = 1 bar bedeutet.

Genau das verstehe ich nicht, da der Absolutdruck meines Erachtens für den Druchfluss 'wurscht' ist. Selbst wenn man 100 bar abolut auf die Düsen gibt, aber auf der anderen Seite auch 100, wird es einfach keinen Durchfluss geben. Wer sollte diesen auch treiben? Solche Bewegungen werden doch grundsätzlich durch unterschiedliche energetische Zustände (ob nun bei Flüssigkeiten Höhendifferenzen oder bei Gasen Druckdifferenzen, es ist meines Erachtens das selbe Spiel) getrieben.
.......

Und genau da ist dein Gedankenfehler.... siehe #61.... oder hier in Formel ausgedrückt...

 

[Kuchen]

100 bar Ansaugbrücke, 100bar Rail, Verhältnis 1. Soll: Mindestens 1.73, wie oben beschrieben,sonst stellt sich der Überschall-Drosseleffekt, der genutzt wird nicht ein. Das ist ein kompressibles Medium was sich völlig anders wie ein Inkompressibles verhält. Für Benzin (inkompressibel) sind Deine deltaP Ansätze richtig. Hast Du den Wikipedia-Artikel überhaupt gelesen ?
Flüssigphase einspritzen ist eine super Sache. Von den beiden Marktakteuren ist nur der Holländer in der Lage ein brauchbares System zu liefern, Pumpenprobleme gibts wohl bei beiden. Die LiquidSi von Vialle hab ich mal näher betrachtet: LINK

 

[Flemming]

Edit: @René
hm ja. Getrieben vom Delta P. Nur was? Mach mal ein extremes Gedankenspiel. Einmal Wasser kurz unter dem Siedepunkt mit 1,5 treiben und dann Wasser gleicher Temperatur aber mit niedrigerem Druck, so das es bereits verdampft ist, mit den gleichen 1,5 bar vorwärts drücken. Und dann überlegen wie viel Masse vorwärts geht.

 

[René]

Hast Du den Wikipedia-Artikel überhaupt gelesen ?

Die Übersetzung war nicht wirklich verständlich lesbar. Und für den angelsächsischen Text habe ich zu deutlich zu viele Stunden im Russisch-Unterricht verbrannt. Bei gerade mal 4 Schuljahren mit je zwei Wochenstunden Englisch war da nie viel zu holen. Das reicht heute gerade so, um EDV-Fachtexte hinreichend gut zu interpretieren.

Aber mal sehen, ob ich es ansatzweise verstanden habe:
Wenn ich die Tabelle zusammen mit Wiki-Fetzen und Deinen Kommentaren dazu batrachte, komme ich zu dem Schluss, dass der 'Drosseleffekt' bei einem bestimmten Druck-Verhältnis, also nicht einer fixen Differenz, auftritt. Und weiterhin entnehme ich dem, dass darüber hinausgehende Erhöhungen des Druckunterschiedes (egal ob nun Differenz oder Quotient) keine Erhöhung der tatsächlichen Durchflussmenge (in mol) mehr bewirken.
Nachtrag: Falsch! Siehe unten!

Ich der Hoffnung, dass dies bis hier her richtig ist, betrachte ich mal drei Zustände bei im Verdampfer eingestelltem deltaP von 1,0 bar bei einem TU:
- Leerlauf, 0,4 bar: Begrenzung tritt schon bei rd. 0,7 bar ein, die hier anliegenden 1,4bar spielen keine Rolle
- Halbgas, 1,0 bar: Begrenzung tritt bereits bei rd. 1,7 bar ein, so dass die jetzt anliegenden 2,0 bar immer noch darüber liegen
- Vollgas, 2,0 bar: Begrenzung tritt bei 3,4 bar ein, womit die Durchflussmenge nun durch die nur vorhandenen 3,0 bar klar gedrosselt wird.

Wenn ich halbwegs richtig rechne, ergibt sich bei 1,2bar LD und damit 2,2 bar absolut ein notwendiger Mindestdruck von 3,8 bar im Rail, was einem deltaP von 1,6 bar entsprechen würde.
Damit ist klar, dass diese Bedingung mit einer Serien-Prins nicht bis zu solch einem LD eingehalten werden kann, da ja bei 3,7 bar in Rail der Cut kommt.

Mit Deinen Werten aus #69 ("... aber das tut meiner mit 1.8+1.5=3.3bar auch schon ganz gut. ...") liegst Du dann natürlich immer im 'gebremsten' Bereich.

Allerdings geht dies absolut nicht mit meinen praktischen Erfahrungen konform, nach welchen auch im Leerlauf eine Änderung von deltaP zu (lambdageführter) Änderung der Trims führt

Nachtrag:
Theorie und Praxis passen wohl doch!
Denn ob eine Änderung von deltaP etwas bringt, ist wohl eher eine Frage, ob nun Minuend oder Substrahend geändert werden. Denn am Ende wird ja nur die Geschwindigkeit begrenzt, aber keinesfalls die Durchflussmenge. Bei v=const ist m halt eine (in dem Bereich wahrscheinlich fast lineare?) Funktion aus Roh und damit logischerweise p.
Und damit ist auch wieder klar, wieso eine Änderung an deltaP auch im Leerlauf zu einer Durchflussänderung führt. Denn dabei wird ja natürlich nicht der Druck nach, sondern jener vor der Düse, damit dessen Roh und somit wiederum die durchfließende Masse, beeinflußt.

Als grobe Faustregel kann ich nur empfehlen Düsendurchmesser zu wählen die ein entsprechender Sauger mit gleichem Hubraum benötigt, die zusätzlich benötigte Masse unter Ladedruck erledigt die grössere Dichte des Gases in diesen Betriebszuständen, brauchbarer Verdampfer vorausgesetzt.
Ich gehe so vor:
1. Bestimmen des Gasdifferenzdrucks analog obiger Tabelle +0.2 bar sicherheit. Beim 900T16 0.8bar LD -> 1.5bar Gasdiffernzdruck.
2. Berechnen der Gaseinblaszeit im Leerlauf für verschiedene Düsenduchmesser. Nicht unter 3.5ms bei Hanas, bei Keihin runter bis 3.0ms. Darunter sind die nicht stabil. Beim besagten 900er: D2.4mm
3. Berechnen der erforderlichen Parameter Offset und Neigung, solange Totzeiten und Durchflüsse der Einspritzdüsen und Einblasdüsen bekannt.

2&3 lassen sich auch durch ausprobieren ermitteln.

4. Ermitteln ab welcher Drehzahl unter Vollast die Düsen komplett offen stehen und das Gassteuergerät so parametrieren, dass es davor auf Benzin umschaltet: Bei mir bin ich mir gar nicht mehr so sicher ob das überhaupt eintritt. Ich habe schon lange nicht mehr reingeschaut ins Steuergerät, läuft ja seit 6 Jahren und 130Tkm. Meinen älteren Posts zufolge schaltet es sicherheitshalber bei 5800 zurück.

Jetzt verstehe ich dies endlich auch, insbesondere den ersten Satz und 1.!
Klar, wenn wir uns ohnehin im Bereich der 'Geschwindigkeitsbegrenzung' bewegen, spielt der Druck in der Brücke keine Rolle mehr

Aber eben dort kann man sich, zumindest bei einer Prins und ambitioniertem LD eben nicht wirlich konsequent aufhalten. Zur Verfügung stehen 3,7 bar. Nehmen wir mal 0,1 als Toleranz für den Geber weg. Und dann nehmen wir mal (statt Deiner 0,2 bar) als Sicherhrit mal einen Faktor von 1,8. Dann kommen wir mit 3,6 im Rail auf nette, glatte 2,0 in der Brücke und damit einen max LD von 1,0.
Rückgerechnet auf die nötigen Einstellwerte landen wir dann mit 3,6 - 2,0 bei einem deltaP von 1,6.

Ist schon Mist, dass man hier bei einem TU damit schon einen klar definierten Mindest-deltaP hat, auf der anderen Seite aber der max. Raildruck bei Prins derart hart und früh begrenzt ist.
Und, noch schlimmer, fliege ich mit meinem aktuell gefahrenen deltaP =1,0 also quasi schon bei GLD (gemeint sind rd. 0,4 bar) als der gesättigten Kurve raus. => SCHEI...E !!!

Allerdings verstehe ich in dem Zusammenhang 4. überhaupt nicht, oder die Düsen sind wirklich sehr klein. Denn wenn ich bei meinen Hütten den Verdampfer auf die eben errechneten 1,6 hoch drehe, dürfte mein RC_inj in die Nähe von 1 rücken, womit ich dann zwar evtl. andere Probleme bekomme, aber sicher keine daueroffenen Düsen.

Auf jeden Fall hat sich die Lektüre hier absolut gelohnt, und ich habe hier jetzt zu dem ganzen Kram wohl mehr gelernt, als in all den Jahren vorher zusammen!
Danke Ingo!

 

[ssason]

Schaltet die Prins bei dem von dir beschriebenen Cut wirklich komplett ab wie ein Fuelcut, oder schaltet die auf Benzin um?

 

[René]

NeinNein, keine Angst: Die Prins schaltet, wenn ihr Werte aus dem Ruder laufen, immer auf Benzin um.
Allerdings sperrt sie bei diesem Fehler für 10m das Wiederumschalten. Und meist ist auch danach der Druck dann noch zu groß, so dass das Spielchen auch 3x und öfter gehen kann. Hängt natürlich davon ab, wie weit übergeschwungen wurde, wie groß das Volumen im Schlauch hinter dem Verdampfer ist, und wieviel Gas man in den geschätzt anderthalb Sekunden bis zum Wiederanschlagen dort heraus durch die Düsen bekommt.

Aber mal eine ganz andere Stelle, an welcher sich momentan meine Stirn in Falten legt. Ich denke einfach mal laut (bzw. schriftlich):
- Auf Benzin ist die Einspritzmenge je Zeiteinheit in allen Betriebszuständen (nahezu) gleich, da hierbei der Durchfluss von der Druckdifferenz abhängig ist und diese über den BDR konstant gehalten wird
- Unter LPG steigt die Durchflussmenge je Zeiteinheit mit höherem Saugrohrdruck deutlich an, da diese (solange wir im gebremsten Bereich bleiben) vom Absolutdruck, welcher vom Verdampfer dem Ansaugrohrdruck nachgeführt wird, und der damit verbundenen höheren Dichte getrieben wird.
Nach dieser Theorie würde ich einen konstanten Verdampfer-/Raildruck, welcher dann auch eine konstante Durchflussmenge/Zeiteinheit bedingen würde, eigentlich für weitaus sinnvoller erachten.

In der Praxis scheint es allerdings trotzdem recht gut zu passen. WARUM ???