Hallo,
Drehzahl eines Turboladers für einen Benzinmotor soll gemessen werden.
Der Motor wird über eine frei programmierbare Haltech ECU geregelt. Ziel
des ganzen Spaß ist die Leistungssteigerung und der Test verschiedener
Turbolader Parameter (Kompressor Durchmesser, Trimm, Abgasgehäuse) und
überhaupt verschiedener Lader.
Grund für die Drehzahlmessung ist:
1. Überwachung im Betrieb und bei den Abstimm-Arbeiten am
Leistungsprüfstand
2. Besseren Rückschluss auf den Arbeitspunkt im Kompressor Kennfeld
3. Haben wollen, will die Drehzahl einfach zu jedem Zeitpunkt wissen
Folgende Parameter werden bereits gemessen:
Ladelufttemperatur
Ladedruck
Luftmasse (optional)
Ansaugtemperatur
Abgastemperatur (vor Turbine, jeder Zylinder Individuell)
Abgastemperatur (nach Turbine)
erweitert wird dies um die Abgasdruckmessungen vor und nach der Turbine.
Druck und Temperatur messen, auch im Abgasteil, ist nicht das Problem.
Ich weiß nicht wie ich die Drehzahl messen soll. Klar es gibt Lader die
von Werk aus einen Drehzahlsensor verbaut haben, diese Option Fällt weg,
da ich das Kompressorgehäuse nicht verändern (bohren, etc) möchte.
Es gibt professionelle auf Laser basierende Messsysteme (von AVL) für
Motorentwickler, allerdings sind diese extrem teuer und nicht für privat
gedacht.
Also muss ein Selbstbau her. Das Kompressorrad besteht aus Aluminium und
hat meist 6 bis 12 Schaufeln und dreht bis zu 200.000rpm (klar gibt's
welche di doppelt so hoch Drehen aber nicht in dem Bereich).
1. Magnetische Verfahren scheiden aus, da nicht magnetisch. Es würd auch
zu einer nahen Messdistanz zwingen-> sehr riskant.
2.Akustik/Luftdruck: Man könnte Anhand der Geräuschentwicklung(Pfeifen)
auf die Drehzahlrückschließen, wäre wahrscheinlich eine digital
Signalverarbeitung notwendig. Halte ich trotzdem für unzuverlässig das
es assive Störgeräusche gibt, speziell wen ALS aktiv ist und es im
Abagstrakt richtig knallt.
3. Optische Verfahren mit Laser-Photodiode. Ich dachte auch an die
Sensorik einer optischen Maus.
So sieht das aus: http://s7.directupload.net/images/140923/7uwcrsgj.jpg
So, jetzt sind eure Ideen gefragt ;)
MFG
Matthias schrieb:> 1. Magnetische Verfahren scheiden aus, da nicht magnetisch. Es würd auch> zu einer nahen Messdistanz zwingen-> sehr riskant.
Das ist Quatsch. Das Laufrad muss nicht magnetisch sein, Stichwort
Wirbelstromsensor. Absolut gängiges Verfahren und vermutlich auch das
einzige, das bei den Betriebsbedingungen eines Turboladers wirklich
zuverlässige Ergebnisse liefert. Hier ein Beispiel von µ-Epsilon:
http://www.micro-epsilon.de/displacement-position-sensors/eddy-current-sensor/turbospeed_dz140/index.html> 3. Optische Verfahren mit Laser-Photodiode. Ich dachte auch an die> Sensorik einer optischen Maus.
Ich glaube nicht, dass Du einen optischen Maussensor bekommst, der Dir
eine ausreichende Abtastrate bietet.
Aber eine optische Drehzahlmessung, z.B. über eine Reflexlichtschranke
ist druchaus eine Option. Es gibt Systeme mit Glasfasern, die nur
minimale Eingriffe am Verdichtergehäuse erfordern.
Du könntest dieses Verfahren testen:
http://jetandturbineowners.proboards.com/post/9362/thread
Bei 200.000 1/min sind Bastellösungen aber schnell chancenlos - und
gefährlich... by the way: Du könntest auch eine definierte Unwucht des
Laufzeugs einstellen und über einen Beschleunigungsaufnehmer am
Lagergehäuse die Drehzahl bestimmen ;-)
Daniel P. schrieb:> Das ist Quatsch. Das Laufrad muss nicht magnetisch sein, Stichwort> Wirbelstromsensor. Absolut gängiges Verfahren und vermutlich auch das> einzige, das bei den Betriebsbedingungen eines Turboladers wirklich> zuverlässige Ergebnisse liefert. Hier ein Beispiel von µ-Epsilon:> http://www.micro-epsilon.de/displacement-position-sensors/eddy-current-sensor/turbospeed_dz140/index.html
Mist, das wollte ich auch posten. Wir haben mit verschiedensten
Micro-Epsilon-Sensoren gute Erfahrungen gemacht...
David ... schrieb:
Wir haben mit verschiedensten
> Micro-Epsilon-Sensoren gute Erfahrungen gemacht...
Wir auch. Aber wenn ich mir den antiken Motor anschaue (rotierender
Zündverteiler...), werden die Kosten der Sensorik sicherlich das Budget
sprengen ;-)
Daniel P. schrieb:> David ... schrieb:> Wir haben mit verschiedensten>> Micro-Epsilon-Sensoren gute Erfahrungen gemacht...> Wir auch. Aber wenn ich mir den antiken Motor anschaue (rotierender> Zündverteiler...), werden die Kosten der Sensorik sicherlich das Budget> sprengen ;-)
Wo gehobelt wird... ;)
Daniel P. schrieb:> Das ist Quatsch. Das Laufrad muss nicht magnetisch sein, Stichwort> Wirbelstromsensor.
Für Hall- und Reluktanz basierende Sensoren muss es das schon.
Den verbreiteten µ-Epsilon Sensor kenn ich, hatte ich auch schon
Testweise im Einsatz, allerdings will/darf ich keine Veränderung am
Gehäuse vornehmen. Den Sensor von vorne nahe an die Schaufelräder
bringen halte ich für schlecht. Die Druckspitzen/Schwingungen zwischen
Schaufelkannte und dem Fremdkörper (Sensor) bewirken ein anderes
Geräusch und mechanische Schwingungen. Also also eine
Beeiflussung->unbrauchbar.
>Aber eine optische Drehzahlmessung, z.B. über eine Reflexlichtschranke>ist druchaus eine Option. Es gibt Systeme mit Glasfasern, die nur>minimale Eingriffe am Verdichtergehäuse erfordern.
Jegliche Änderung am Kompressorgehäuse ist nicht erlaubt.
MaWin schrieb:> Na miss doch> http://www.conrad.de/ce/de/product/1012206/VOLTCRAFT-DT-30LK-Digitaler-Hand-Drehzahlmesser-2-200000-Umin-Laser-Drehzahlmesser-Wegstreckenmesser-Ereigniszaehl
Kommst du dir dabei gut vor und findest es lustig? Fällt scheinbar
nichts anderes ein, erbärmlich!
Daniel P. schrieb:> Bei 200.000 1/min sind Bastellösungen aber schnell chancenlos - und> gefährlich... by the way: Du könntest auch eine definierte Unwucht des> Laufzeugs einstellen und über einen Beschleunigungsaufnehmer am> Lagergehäuse die Drehzahl bestimmen ;-)
Naja gefährlich ist relativ, beim Abstimmen hat niemand aus nächster
nähe in den Lader zu klotzen. Wenn es Turbinen und Verdichter zerlegt,
halb so wild. Da hab ich vor herausfahrenden Pleuel mehr Respekt.
Was macht 200.000rpm so Chancenloser als 20.000rpm zu messen?
Aber die Idee mit Unwucht find ich nicht schlecht, auch wenn man sich
das "definiert" sparen kann. Denn auch eine gewuchtete Laufgarnitur hat
eine restliche Unwucht. Die virbrationen/Signale des Motor kann man vl
geschickt filtern bzw mit Zündsignal synchronisieren.
Ich wird mal einen Beschleunigungsensor an Turbo schrauben und mit dem
Oszi drauf...
Daniel P. schrieb:> Wir auch. Aber wenn ich mir den antiken Motor anschaue (rotierender> Zündverteiler...),
Hast nicht genau geschaut, nicht aufgefallen, dass da keine Kabel
dranhängen? Zündverteiler tztztz...
Wie siehts an der Abgasseite aus? Kannst du da (mit etwas Abstand)
optisch messen? Ich weiss nicht, wie schnell dein Motor einen Sensor
vollrussen wird...
Daniel P. schrieb:>> Micro-Epsilon-Sensoren gute Erfahrungen gemacht...> Wir auch. Aber wenn ich mir den antiken Motor anschaue (rotierender> Zündverteiler...), werden die Kosten der Sensorik sicherlich das Budget> sprengen ;-)
Wer ist wir? Privat oder Kommerziell? Wann ist ein Motor aus der Antike
auferstanden?
Spricht etwas dagegen das Turbinenrad zu beleuchten (einfärbige LED) und
das Licht(vl gefiltert) mit einer Photodiode einzufangen und die
helligkeitsunterschiede zu messen? Schaufeln schräg anleuchten für mehr
Kontrast/schatten. Das ganze muss mechanisch befestigt werden das es
nicht eingesaugt wird, sollte aber möglich sein.
@Matthias:
Was ist das für ein Abgaskrümmer?
Nils P. schrieb:> DFTT... ganz davon ab, weiß ich jetzt nicht was erbärmlicher ist, der> Beitrag von MaWin oder deine Reaktion darauf... -.-
Ich hab früher hier ötfer geslesen, mir sind Mawin's sinnlose Kommentare
bekannt. Und dann gleich die erste Antwort sein Schwachsinn.
>200t Umd/min = 3334 pro sek, sollte also machbar sein. So schnell ist es>auch nicht.
So hab ich auch gerechnet, selbst wenn jede Schaufel gezählt wird (x6)
sind wir bei 20kHz, das sollte zu verarbeiten sein.
David ... schrieb:> Wie siehts an der Abgasseite aus? Kannst du da (mit etwas Abstand)> optisch messen? Ich weiss nicht, wie schnell dein Motor einen Sensor> vollrussen wird...
Hmm, warum Abgasseite? Die Problematik ist die gleiche, außer das die
Umgebung deutlich unwirtlicher ist, Druck und sehr hohe Temperaturen
(Abgasgehäuse wird bis zur Rotglut erhitzt, Gastemperatur bis 950°C)
Matthias schrieb:> David ... schrieb:>> Wie siehts an der Abgasseite aus? Kannst du da (mit etwas Abstand)>> optisch messen? Ich weiss nicht, wie schnell dein Motor einen Sensor>> vollrussen wird...> Hmm, warum Abgasseite? Die Problematik ist die gleiche, außer das die> Umgebung deutlich unwirtlicher ist, Druck und sehr hohe Temperaturen> (Abgasgehäuse wird bis zur Rotglut erhitzt, Gastemperatur bis 950°C)
Die Bedingungen kenn ich. Mein Gedanke war, dass die Stroemung an der
Abgasseite unproblematischer sein sollte, weil sie sowieso einfach
'verblasen' wird. Aber vermutlich ist es schlicht zu heiss und hell fuer
optische Sensoren...
David ... schrieb:> Die Bedingungen kenn ich. Mein Gedanke war, dass die Stroemung an der> Abgasseite unproblematischer sein sollte, weil sie sowieso einfach> 'verblasen' wird. Aber vermutlich ist es schlicht zu heiss und hell fuer> optische Sensoren...
Achso war das gemeint, daran hatte ich nicht gedacht und daher auch nie
ausprobiert. Ach ja, die Helligkeit kommt noch hinzu, nochmal
schwieriger.. Ich denke man kann sich einigen, das die Messung auf
Turbinen Seite mehr Nachteile bringt als Vorteile.
Sepp schrieb:> Spricht etwas dagegen das Turbinenrad zu beleuchten (einfärbige LED) und> das Licht(vl gefiltert) mit einer Photodiode einzufangen und die> helligkeitsunterschiede zu messen? Schaufeln schräg anleuchten für mehr> Kontrast/schatten.
Ja in die Richtung dachte ich auch, ist wohl auch das Prinzip der
Kontaktlosen Drehzahlmesser die es fertig zu kaufen gibt.
In diesem Thread (danke an den poster)
http://jetandturbineowners.proboards.com/post/9362/thread wurde die
Sensorik ausgebaut und vor den Verdichter gesetzt, mit ausreichend
Abstand.
Statt die Impulse zu zählen, kam mir auch die Idee:
Mittels Lichtimpulsen (Stroboskop) wird ein stehendes Bild des
Verdichters erzeugt. Zwei versetzte Photodioden erkennen in welche
Richtung sich der (beleuchtete) Verdichter dreht, entprechend der
Drehrichtung wird die Frequenz der Lichtimpulse (von LED) angepasst (PI
Regelung) bis synchron mit der Drehzahl. Prinzip ähnlicher einer PLL.
Das ganze könnte ein C2000 Piccolo DSP erledigen.
Aber während dem schreiben kommt mir, was ist der Vorteil des ganzen..?
>@Matthias:>Was ist das für ein Abgaskrümmer?http://www.mazworx.com/
MFG
Möglich wäre der Austausch der Mutter auf der Turbowelle auf der
Verdichterseite durch eine magnetische Mutter. Außen auf das
Verdichergehäuse eine Spule anbringen und die Frequenz messen.
Hab mit dieser Methode bereits erfolgreich Turboladerdrehzahlen
gemessen. Ist allerdings schon lange her...
Heute setzen wir nur noch Sensoren von µ-Epsilon ein.
Pumuckl schrieb:> Nissan KA24DE?
Hey richtig, so ist es. Jetzt würde man das Ding wohl als KA24DET
bezeichnen.
Mit 2JZ-GTEs wird auch bald gespielt;)
Tobias schrieb:> Möglich wäre der Austausch der Mutter auf der Turbowelle auf der> Verdichterseite durch eine magnetische Mutter. Außen auf das> Verdichergehäuse eine Spule anbringen und die Frequenz messen.> Hab mit dieser Methode bereits erfolgreich Turboladerdrehzahlen> gemessen. Ist allerdings schon lange her...>> Heute setzen wir nur noch Sensoren von µ-Epsilon ein.
Wie wurde die Mutter magnetisch? Bei Austausch müsste man neu wuchten.
Das behalte ich im Hinterkopf. Allerdings für die Anwendung um die es
hier geht auch nicht möglich. Ich will/darf die Lader nicht Verändern.
Darf man erfahren wenn du mit "wir" bezeichnest?
Pumuckl schrieb:> http://www.rcdon.com/html/gr-7_turbojet_engine_project_61.html> http://www.rcdon.com/html/gr-7_turbojet_engine_project_62.html>> Nicht magnetisch, jedoch optisch ;-)
Das werd ich mir mal reinziehen!
Matthias schrieb:> Pumuckl schrieb:>> Nissan KA24DE?> Hey richtig, so ist es. Jetzt würde man das Ding wohl als KA24DET> bezeichnen.
Wieviel Leistung, Drehzahl, Drehmoment schafft ihr so und was peilt ihr
an/erhofft ihr? Was habt ihr veraendert, ausser dem Turbo?
Ich frage mich gerade ob das nicht auch irgendwie akustisch ginge. Das
erfordert aber etwas Datenverarbeitung zum Filtern etc. Gibt es da was
von Ratiopharm?^^
Welche Auflösung und Genauigkeit ist denn gefordert?
Mehr als die rpms von einem V8 hab ich noch nicht gemessen.
[scnr mode =1] To all you Turbos: There is no replacement for
displacement
[scnr mode =0]
So sind meine Gehversuche mit max 10.000 rpm ja pillepalle gegenüber
deinem Turboprojekt. Hut ab.
In das Turbine/Verdichtergehäuse würd ich mich nicht zu Bohren trauen.
Also kommt man nicht sehr nah an die Welle.
An die Turbine würd ich nicht gehen, die wird warm und ist mit
agressiven Gasen beaufschlagt. Da gibt es Druckspitzen (oder den
Wohlklang eines funktionierenden waist-gate - aka: Das Fauchen des
Maserati)
Hinterm Verdichter ist es auch reichlich warm.
Also vor den Verdichter.
Magnetisch ist gut, aber ich würd wie gesagt kein Loch bohren wollen.
Die RPM meter für Turbos von 2Takt-Dieseln, die ich kenne, arbeiten so.
Akustisch ist zu ungenau und schwer zu kalibrieren. Luftmassenstrom
misst du ja eh schon. Ausserdem war es ja interessant Luftmassenstrom /
Turbo-rpm / Ladedruck zu errechnen.
optisch ist gut. Laserstrahl und Fotodiode.
200.000 rpm bedeutet ca. 3,5 kHz Impulse zu verarbeiten - Das ist
machbar. Wenn du aber jede der 12 Schaufeln anstrahlst hasst du 42 kHz.
Das schafft die Fotodiode auch, aber du must dann 42 kHz abtasten
können, da reicht ein 16 kHz controller nicht.
Kriegst du irgenwie einen Spiegel/optischen Indikator auf dem
Verdichterrad fest?
Wenn an einer Stelle die Achse rauskommt: schwärz diese auf halbem
Umfang und bringe darauf gerichtet eine Reflexlichtschranke an. Die muss
bis maximal 40kHz arbeiten, das sollte durchaus machbar sein. Das so
generierte Taktsignal gibst du dann auf Zähler-Bausteine, die z.b. alle
100mSek von einem µC abgefragt und resertet werden, also ein sehr
simpler Frequenzzähler.
Thorfinn schrieb:> So sind meine Gehversuche mit max 10.000 rpm ja pillepalle gegenüber> deinem Turboprojekt. Hut ab.
Der besagte Hut wäre erst zu ziehen, wenn's funktioniert.
"Wollen" wollen hier viele.
> Das schafft die Fotodiode auch, aber du must dann 42 kHz abtasten> können, da reicht ein 16 kHz controller nicht.
Was denn für 16 kHz Controller? Wirst wohl 16 MHz meinen.
Wenn der Ausgang der Photodiode ein eindeutiges Signal ausgibt, dann
nimmt man einen AVR, dessen Zähler auf externen Clock konfigurierbar ist
und schon ist das erledigt. Die maximale Eingangsfrequenz muss kleiner
als die halbe Taktfrequenz sein, da sind 40 kHz Peanuts.
David ... schrieb:> Wieviel Leistung, Drehzahl, Drehmoment schafft ihr so und was peilt ihr> an/erhofft ihr? Was habt ihr veraendert, ausser dem Turbo?
Der Motor wurde neu aufgebaut (ausmessen, neu Lager, Dichtungen, Pumpen,
Steuerkette). KW gewuchtet,
Schiedeteile:Pleuel/Kolben(Verdichtungsanpassung auf 9:1). Stehbolzen,
Kopfdichtung. Haltech ECU, CDI-Zündanlage mit Einzelspulen, 8
Einpritzdüsen(staged), gesammtes Benzinsystem erweitert. Weiters
gesammter Ventieltrieb getauscht Nockenwellen, Federn, Sitze, feste
Tassenstössel, etc. Ventile vergrößert, Kopfbearbeitung also volles
Program.
Ziel ist nicht die maximal mögliche Leistung (selbst 600PS sind bei
entsprechendem Ladedruck möglich doch nicht Sinnvoll fahrbar), sondern
das Testen verschiedemer Turbolader-Konfiguration(Verdichter, A/R
Verhältnis, etc aber auch Ladeluftkühlkonzepte) für den besten
Kompromiss aus Leistung(im Moment 450PS@6kRpm/560Nm@4kRpm) und
Ansprechverhalten(Boost-Threshold und Ansprechzeit). Dazu werden Lader
gestest die selbst besitze bzw bekomme ich welche zur Verfügung
gestellt, und genau diese will ich nicht verändern geschweige denn
anbohren oder ähnliches. Um das ganze auch Messtechnische zu
Dokumentieren wurden diverse Druck/Temp Sensoren verbaut, die Drehzahl
des Laders fehlt noch, daher der Thread. Mit den Messdaten kann man
Plausiblitätsrechnungen anstellen bzw auf andere Motoren schließen und
das wichtigste,es macht Spass.
>Welche Auflösung und Genauigkeit ist denn gefordert?
Auflösung von 1000rpm reicht, Genauigkeit von 2% von Messwert ab 50kRpm
reicht aus.
>Ausserdem war es ja interessant Luftmassenstrom />Turbo-rpm / Ladedruck zu errechnen.
Richtig, da mehre Parameter gemessen werden und das Kompressorkennfeld
bekannt ist können diverese Rückschlüsse oder Gegenrechnungen gemacht
werden. Wichtig ist es aber die physikalische Drehzahl zu wissen um zu
Vergleichen.
Die Welle des Laders ist ohne Veränderung nicht von außen zugänglich.
>In das Turbine/Verdichtergehäuse würd ich mich nicht zu Bohren trauen.
Ins Verdichtergehäuse zu bohren ist halb so wild, mittels WIG etwas
Material aufgegtragen, Bohren, Gewinde, fertig. Wenn nicht mehr
gebraucht Schraube reindrehen zum verschließen. Doch wie gesagt, das
kann ich mit anderen Ladern nicht machen.
> Das schafft die Fotodiode auch, aber du must dann 42 kHz abtasten> können, da reicht ein 16 kHz controller nicht.
Wenn ich ein Taktsignal habe welches der Drehzahl entpricht ist die
Sache gegessen. Ich würde einen dsPIC33 oder C2000 DSP einsetzen (1.04ns
Auflösung reichen wohl aus), da ich diese Dinge aus beruflichen Gründen
nahezu unbegrenzt zur Verfügung habe.
>Kriegst du irgenwie einen Spiegel/optischen Indikator auf dem>Verdichterrad fest?
Keine Ahnung. Ich habe eine Schaufel mit einem Permanent-Marker
angemalt, das hält nicht lange, ein paar Vollastphasen und das Teil ist
wieder blank.
Es muss ohne Indikator gehen. Denn wenn man das Verdichterrad beleuchtet
(seitlich), mit der Hand dreht und durch ein dünnes Rohr betrachtet dann
sieht man Helligkeitsänderungen/Schaten. Diese müsste eine Photodiode
detektieren können.
MFG Matthias
Wie kann man nur so einen Aufwand an einem mikrigen 4-Zylinder
Reihenmotor treiben? Und dann so wenig Hubraum, Bau was gescheites, 5,2L
V10-Biturbo wie aus Audi R8.
>noch einfacher wäre ein Drehstrommotor, aber das entspricht halt nicht>der Anforderung des TO - also Themaverfehlung, genauso wie dein V10.
Wenn man den Energiespeicher mit berücksichtigt ist nichts mehr
einfacher. Akkuwirkunsgrad bei Vollast, da ist man schnell im Bereich
eines Ottomotors, nur kostet etwas mehr..
Turbocharger_close.jpg
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