Effektivitet på sugmotor?

Jag har klurat lite på det här med effektivitet på olika motorer och undrar hur mycket luft en motor gör av med per varv. Om förstått grundteorin rätt så funkar väl en motor enkelt uttryckt som en luftpump. En motor på 2 liter ska väl då pumpa just 2 liter luft per arbetstakt, dvs 2 motorvarv.

Nu är detta självklart inte hela sanningen eftersom det skiljer en hel del på en b20 som ger 75hk och en S2000 som ger 240 hk ur samma motorvolym.

Hur mycket luft krävs det ungefär för att kunna ta ut 100hk?
Eller hur effektiv är en motor?

Anledningen till frågan är jag försäker räkna lite på hur mycket effekt man kan plocka ur med hjälp av en kompressor. Hur mycket effekt kan en kompressor som pumpar 1,5 liter per varv leverera luft till?

MVH Jonas

Re: Effektivitet på sugmotor?

M3Jonas skrev:

Nu är detta självklart inte hela sanningen eftersom det skiljer en hel del på en b20 som ger 75hk och en S2000 som ger 240 hk ur samma motorvolym.

En hel del av det är varvtal. En F1-motor klarar av lite drygt 300 hk per liter vid ca 19000 rpm. Halverar man det varvtalet så hamnar man i S2000-regioner och då blir det inte så stor skillnad längre, 120 vs 150. Halverar man det igen hamnar man i B20-klass och några hade väl i allafall drygt 50 hk per liter. Men visst är det förstås skillnad på effektivitet.

En F1:a fyller mer än sin cylindervolym vid varje insugsfas, medans de flesta bilar troligen fyller mindre. Eller alla motorer fyller det förstås med nåt, men med lägre densitet så man får inte 0.0012 kg luft per liter. Sedan gäller det ju att förbränna det man fått in på bästa sätt också.

Du pratar om VA eller volymetrisk effektivitet...effekt per liter har inget direkt samband med VA utan är snarare funktion av varv och vrid.

Dom flesta sugmotorer har VA på 100% på låga varv, dvs. trycket i cylindern efter insugsventilens stängning är lika med atmosfäriska trycket.

När varvet ökar så sjunker för det mesta VA allt eftersom och beroende på hur motorn är uppbyggd (luften hinner helt enkelt inte in i cylindern). Det är bara ett fåtal sugmotorer som har mer än 100% i VA och då bara under vissa varv.

Det betyder att trycket är faktiskt högre i cylindern än det är ute (bara litegrann), trotts att det inte finns någon överladdning. Hur det kommer sig kräver mer tid än jag har just nu (ska ut och partaja snart) men låt mig säga att det handlar bla.a. av luftens "inertion" då den åker in cylindern och hopas där.

Naturligtvis har en turbomotor mer än 100% VA ibland...

Hoppas att det lyser upp ämnet.

Jag skulle nog faktiskt vilja påstå att en sugmotor har bättre fyllnadsgrad på höga varvtal än vad den har på låga. I verkligheten så ser en kurva över fyllnadsgraden snarare ut som en bergochdalbana. Har en kurva framför mig från en Volvo 850. Vid 1000 rpm så ligger fyllnadsgraden på strax över 75%, vid 3000 varv så når den ca 83%, därefter så faller det något innan den återigen går upp till sitt peakvärde på ca 97% vid 5200 rpm. Då denna motor har variabelt insug så kan man justera denna kurva, tex så kan man uppnå 95% vid strax över 3000 rpm.

En F1 motor ligger idag på ca 120% fyllnadsgrad vid maxeffekt.

För att räkna på hur mycket luft som krävs för en viss effekt så kan man räkna på motorns verkningsgrad och bränslets energiinnehåll och stökiometriska blandningsförhållande.

om vi utgår ifrån 30% verkningsgrad, 44 MJ/kg och SAFR på 14,7 så krävs för 100 hk luftflödet:

(100/1,36)/(44000*0,3)*14,7=0,08 kg/s

ok så verkningsgraden är såpass hög på en någorlunda modern sugmotor.
Självklart har varvet med att göra hur mycket effekt man kan plocka ur en maskin men det var mest som en jämförelse jag nämnde dessa maskiner. Vill fortfarande tro att en S2000 maskin har mer effekt även vid 5000rpm än en B20.
oavsett hur mycket en maskin varvar måst den väl ändå fylla på med samma mängd luft per varv!? Eller rättare sagt, det är väl där svårigheten att bygga en bra motor ligger att den ska vara effektiv över ett långt register.

En motor drar inte in samma mängd luft per varv, tex på 850 motorn så varierade det mellan ca 75 och 95% av motorns volym. Motorns verkningsgrad varierar också, de effektivaste ottomotorerna ska ligga uppåt 38% eller något sådant. Men verkningsgraden hos en motor varierar utefter varvtal och last, bästa verkningsgraden nås vanligen där vridmomentet är högt samt då motorn har full last. Med ett gasspjäll som bara är lite öppet så sjunker verkningsgraden ner mot 15%.

Re: Effektivitet på sugmotor?

M3Jonas skrev:

Jag har klurat lite på det här med effektivitet på olika motorer och undrar hur mycket luft en motor gör av med per varv. Om förstått grundteorin rätt så funkar väl en motor enkelt uttryckt som en luftpump. En motor på 2 liter ska väl då pumpa just 2 liter luft per arbetstakt, dvs 2 motorvarv. Nu är detta självklart inte hela sanningen eftersom det skiljer en hel del på en b20 som ger 75hk och en S2000 som ger 240 hk ur samma motorvolym. Hur mycket luft krävs det ungefär för att kunna ta ut 100hk? Eller hur effektiv är en motor? Anledningen till frågan är jag försäker räkna lite på hur mycket effekt man kan plocka ur med hjälp av en kompressor. Hur mycket effekt kan en kompressor som pumpar 1,5 liter per varv leverera luft till? MVH Jonas

Det här tog jag upp i en tråd tidigare. Bortsett från olika räknemetoder där så håller jag mig till min enklare variant.

Där motorns vridmoment ligger som högst, är effektiviteten som luftpump högst. En 2000 cm^2 motor som ger 20 kpm= 0,01kpm/cm^2, är i princip 100% fyllnadsgrad. 2000 kubik drar i sig 2liter luft.
Vid 6000 rpm drar den i sig 3000x2liter luft. =6000liter luft.
20 kpmx6000rpm=167hkr. 6000liter luft /min ger 167 hkr.
Blandningen bensin luft är 14,7:1 och vi kan då se hur mycket bensin det går åt och hur mycket energi vi eldar upp. Mägden luft ger ingen effekt.
Det är mängden luft per tidsenhet som ger hkr
Det åstadkomms med större cylindervolym, mer varvtal eller kompressor. Fyllnadsgraden för en sugmotor ger begränsad effektskillnad. Mao kanaler, portning, kamaxlar och avgasrörs dimensionering.
Det är väl en rätt enkel metod.
Göran Malmberg

Aha, om man då säger att fyllnadsgraden är 100% på ovanstående motor vid 6000rpm så kan vi uppskatta att vi kanske har en fyllnadsgrad på 70% vid 3000rpm. Då bör alltså motorn utveckla ett vridmoment på 140nm. Låter inte helt orimligt.

Hur blir det med om man då monterar en kompressor som varje varv trycker in 1,5 liter luft. Får man då en lång, nästan platt momentkurva eller tänker jag helt fel?

Hur räknar man om från vrid till effekt? Har kunnat det men dessvärre glömt bort...

Tack alla kunniga här, det är riktigt kul att lära sig nya saker.

MVH Jonas

M3Jonas skrev:

Då bör alltså motorn utveckla ett vridmoment på 140nm. Låter inte helt orimligt. Hur blir det med om man då monterar en kompressor som varje varv trycker in 1,5 liter luft. Får man då en lång, nästan platt momentkurva eller tänker jag helt fel? Hur räknar man om från vrid till effekt? Har kunnat det men dessvärre glömt bort... Tack alla kunniga här, det är riktigt kul att lära sig nya saker. MVH Jonas

140, tanken är rätt, å siffran inte orealistisk.

En remkompressor följer även den kam å kanalportning-avgasrör. Så där andnings läget är som bäst blir det även med kompressor bäst. Lite av samma sak fast med högre artificiellt "atmosfärtryck". Situationen med turbo följer inte varvtalet på samma sätt.

ovanstående exempel med 20 kpm. (20kpm* 2xpi (6,28) / tiden för ett varv (0,01 sek)) / 75 om du vill ha hkr, vid 6000 rpm.
Fast det här borde Fuling skriva lite snyggare. Nu får jag väl på pälsen igen.


MVH
Göran Malmberg

Passar på att lyfta en gammal tråd då jag fortfarande klurar i dessa banor.

om man räknar på tex en 350 som vi plockar ut 285 ur så har den endast ett effektuttag på 50hk/liter. Vad kan man räkna med att en sådan motor ger i vrid? 450nm?
om vi räknar på att motorn då har en verkningsgrad på (450/5,7) 79% så är detta uppenbarligen ingen optimal motorkonfiguration. (Finns det en sådan btw:))
Hur blir det i ett sådant fall om man överladdar motorn med en kompressor som pumpar in 2,85liter luft per motorvarv. Skulle man räkna med en bra motor med 100%VA så skulle väl det inte bli någon skillnad om jag förstått rätt men hur blir det i ovanstående fall. Får man då ett övertryck på ((2,85/(2,85*0,81)-1) 0,24bar eller tänker jag i detta fall helt fel?

MVH Jonas

citat:
Hur räknar man om från vrid till effekt? Har kunnat det men dessvärre glömt bort...

P=Mv*n/9550

P=effekt i kW
Mv=moment i Nm
n=varvtal i r/min

1kw=1,36hk

M3Jonas skrev:

Passar på att lyfta en gammal tråd då jag fortfarande klurar i dessa banor. om man räknar på tex en 350 som vi plockar ut 285 ur så har den endast ett effektuttag på 50hk/liter. Vad kan man räkna med att en sådan motor ger i vrid? 450nm? om vi räknar på att motorn då har en verkningsgrad på (450/5,7) 79% så är detta uppenbarligen ingen optimal motorkonfiguration. (Finns det en sådan btw:)) Hur blir det i ett sådant fall om man överladdar motorn med en kompressor som pumpar in 2,85liter luft per motorvarv. Skulle man räkna med en bra motor med 100%VA så skulle väl det inte bli någon skillnad om jag förstått rätt men hur blir det i ovanstående fall. Får man då ett övertryck på ((2,85/(2,85*0,81)-1) 0,24bar eller tänker jag i detta fall helt fel? MVH Jonas

Ungefär 400 Nm om den ger 285 hkr vid 5000 rpm. 400Nm är inget vidare för en 5700cm2 motor. Ungefär 70% fyllnadsgrad. Nu kan ifs vridet vara bättre vid ett lägre varv men troligen inte mer än upp till 75%. Skulle effekten ligga vid ett lägre varv så blir det bätte siffror.
Man kan få bättre litereffekt om man tar ut max effekt vid högre varvtal, MEN det kan ske med ännu sämmre fyllnadsgrad. Det betyder att vi i praktiken har en SÄMRE motor fast med bättre litereffekt.
I mina ögon gäller fyllnadsgrad som mått på hur bra motorn är konstruerad.

Vi har som sagts diskuterat F1 motorer tidigare och dom är fantastiska skapelser ÄVEN fast dom inte slår rekord i fyllnadsgrad. Men dom gör det under de givna omständigheter som råder.
Som vanlig bekräftar undantagen regeln.

Göran Malmberg

Johan Edlund skrev:

Jag skulle nog faktiskt vilja påstå att en sugmotor har bättre fyllnadsgrad på höga varvtal än vad den har på låga. I verkligheten så ser en kurva över fyllnadsgraden snarare ut som en bergochdalbana. Har en kurva framför mig från en Volvo 850. Vid 1000 rpm så ligger fyllnadsgraden på strax över 75%, vid 3000 varv så når den ca 83%, därefter så faller det något innan den återigen går upp till sitt peakvärde på ca 97% vid 5200 rpm. Då denna motor har variabelt insug så kan man justera denna kurva, tex så kan man uppnå 95% vid strax över 3000 rpm. En F1 motor ligger idag på ca 120% fyllnadsgrad vid maxeffekt. För att räkna på hur mycket luft som krävs för en viss effekt så kan man räkna på motorns verkningsgrad och bränslets energiinnehåll och stökiometriska blandningsförhållande. om vi utgår ifrån 30% verkningsgrad, 44 MJ/kg och SAFR på 14,7 så krävs för 100 hk luftflödet: (100/1,36)/(44000*0,3)*14,7=0,08 kg/s

En del av anledningen att kurvan ser ut som den gör för Volvo 850 är att den har variablet lisugsrör. Dvs ett spjäll styr längden på insugsrören och däremed också de varvtal där avstämmningen av insuget ger förbättrad fyllnadsgrad. Det uppstår dessutom 2:a och 3:e övertoner vilka ger bidrag vid andra varvtal än där den primära avstämningen ligger.

Att den peakar vid 5200 rpm beror sannorlikt på att dom har lagt avstämmningen där.

M3Jonas skrev:

Passar på att lyfta en gammal tråd då jag fortfarande klurar i dessa banor. om man räknar på tex en 350 som vi plockar ut 285 ur så har den endast ett effektuttag på 50hk/liter. Vad kan man räkna med att en sådan motor ger i vrid? 450nm? om vi räknar på att motorn då har en verkningsgrad på (450/5,7) 79% så är detta uppenbarligen ingen optimal motorkonfiguration. (Finns det en sådan btw:)) Hur blir det i ett sådant fall om man överladdar motorn med en kompressor som pumpar in 2,85liter luft per motorvarv. Skulle man räkna med en bra motor med 100%VA så skulle väl det inte bli någon skillnad om jag förstått rätt men hur blir det i ovanstående fall. Får man då ett övertryck på ((2,85/(2,85*0,81)-1) 0,24bar eller tänker jag i detta fall helt fel? MVH Jonas

Är inte riktigt med på vad du menar med det ovan. Det känns inte speciellt rätt. Men det går att montera en aldeles förliten kompressor vilken snarare skulle strypa än ge effekt. Men då bör man nog vara helt fel ute.

Du dimensionerar en kompressor på samma sett som man gör med en turbo (som ju är en kompressor det med fast drivningen skiljer). Dvs du räknar ut hur mycket luft din motor flödar vid några valda varvtal. För det behöver du Cylindervolym och ett hyffsat mått på VE vid de varvtal du vill räkna på.
Sedan räknar man ut vilket luftflöde och tryckförhållande kompressorn behöver klara för att kunna bygga upp det laddtrycket du vill ha vid det varvet.

Sen tittar du i kompressormappen och ritar in den punkten du har valt. Här är exempel på kompressormappen för en skruvkompressor
http://www.lysholm.se/PDF/diagram_lys2300ax.pdf
Tog bara en för att visa principen.

Ur diagrammet ser du hur mycket kompressorn behöver varva och vilken verkningsgrad den får.
Verkningsgraden är ett mått på hur mycket av den energin du driver kompressorn med som används till att höja trycket på luften. Resten blir värme som man bör kyla bort större delen av i en IC.

Läs dom här
http://www.stealth316.com/2-air-fuel-flow.htm
http://www.stealth316.com/2-3s-compflowmaps.htm#fm
Där står det förklarat hur man räknar.

Testade att räkna lite. Vid 6000rpm och 1 bars laddtryck och VE 85% behöver din motor ungefär 12 kubikmeter luft/sek. Detta ger ur diagrammet att kompressorn kommer att behöva varva ungefär 6500 rpm, ha en volymverkningsgrad på 75%, adiabatisk verkningsgrad på 60% och behöva ungefär 25kW ifrån drivaxeln.

Det man kan se av detta är att om dit mål (vilket jag betvivlar) skulle vara att ladda 1 bar vid 6000rpm så är denna kompressor för stor.
Ur diagrammet kan du även få ut vilken storlek på remhjulen då du behöver ett utväxlingsförhållande på ungefär 1.1 för att den ska varva lagom mycket.

Hoppas att jag har räknat rätt. Är lite trött och har en del att göra