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M50B25 Kompressorumbau

Bisher ging es darum ein Low-Budget Tracktool aufzubauen.
Die Kosten sollten möglichst gering gehalten werden,
das Fahrzeug sollte jedoch für den sporadischen Betrieb auf der Rennstrecke gerüstet sein.

Da das Projekt jetzt mein Schrauberkumpel Basti übernimmt,
steht einiges mehr an Budget zur Verfügung,
weshalb das hier, aufbauend auf das alte Projekt, ein Kompressortracktool werden soll.

Die Vorgeschichte dazu gibts im E36-Talk: KLICK

Uns ist klar, das einige der bisher eingeplanten Komponenten für einen Kompressorumbau nicht geeignet, bzw unterdimensioniert sind (Stichwort Bremse),
dadrauf gehen wir später noch ein.


Jetzt aber zum Kompressorumbau:

Für unseren Umbau haben wir uns für einen Schraubenkompressor entschieden.
Diese benötigen keinen zusätzlichen Ölkreislauf, sind langlebiger,
fast wartungsfrei, dafür aber etwas schwieriger in das System zu integrieren.
Die ganzen Turbinenverdichter ala Rotrex
machen auf uns den Eindruck von einem Riemen betriebenen Turbolader.
Wir wollen jedoch den perfekten Kompressorumbau durchführen, perfektes Ansprechverhalten, kurze Ansaugwege usw, weshalb (auch vom Effizienzgrad her) ein Schraubenkompressor die vernünftigste Wahl für unser Projekt darstellt.
Standartmäßig wird ja der Eaton M40 lader vom SLK230 verwendet.
Dieser ist für einen 6-Zylinder mit 2,5 bis 3,0 Litern Hubraum jedoch etwas unterdimensioniert,
weshalb auch nicht viel positives über solche Art von Umbaute im Internet zu finden ist.

BSP:



Jeder Centimenter Rohrvolumen, welches vom Kompressor verdichtet werden muss,
bedeutet mehr verzögerung und Trägheit.

So etwas geht alt gar nicht.

Damit der Weg möglichst kurz gehalten wird,
kommen wir um eine selbst konstruierte Ansaugbrücke nicht herum.
In der Ansaugbrücke wird dann direkt hinter dem Kompressor der Wärmetauscher für den Wasser Ladeluftkühler verbaut,
damit die Verdichtete Ladeluft direkt herunter gekühlt wird.
Dahinter, oder davor,
werden dann vorbereitend Bohrungen für eine Wasser-Methanol Einspritzung vorgesehen,
um die Ladelufttemperatur noch weiter herab zu senken.
Das ganze muss natürlich so kompakt wie möglich gehalten werden.

Aussehen soll das ganze in etwa so:



Da ich Maschinenbau studiere und mein Schrauberkumpel von Beruf Fräser ist,
sollte es kein Problem sein die Teile passend auszulegen, zu berechnen,
Prototypen drucken zu lassen und bei Passgenauigkeit diese dann fräsen oder gießen zu lassen

Verbauen werden wir einen Lader der Marke Harrop,
da diese Extrem effizient sind und Pi mal Daumen den doppelten Druck eines Eaton Laders bereitstellen können.
Integriert in das Gehäuse des Laders ist eine Bypassklappe,
sodass der Lader die Luft erst ab einer gewissen DK-Stellung verdichtet.
Vorher läuft der Motor als Saugmotor.

Um die Einbindung des Kompressors an sich haben wir uns schon ausführlich gedanken gemacht.
Es gibt allerdings auch Themen, bei denen wir uns noch ganz und gar unschlüssig / uninformiert sind.


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erstes Thema:
Kolben, Pleuel, Kurbewelle


Was kann / muss alles am Motor gemacht werden?
Mit dem Harrop Lader werden 1,5 Bar Ladedruck machbar sein, warscheinlich sogar mehr.
Dementsprechend werden natürlich Schmiedekolben und H-Schaftpleuel verbaut.

Nun gibt es verschiedene Kolben mit verschiedenen Durchmessern und ebenfalls verschiedenen Verdichtungsverhältnissen.
Da stellt sich die Frage,
Welches Verdichtungsverhältnis für die Standfestigkeit des Motors zu empfehlen ist?
Ich habe gelesen, das dass Gesamtverdichtungsverhältnis 15:1 nicht überschreiten sollte,
sprich: 1 bar Atmosphärischer druck + 1,5 bar Ladedruck = 2,5 bar x Verdichtungsverhätnis Brennraum = 15
-> in dem Falle bräuchten wir ein Verdichtungsverhältnis des Brennraumes von 6:1 (+- evtl Reserve?)
denn 6x2,5=15! Serienverdichtung vom M50B25 liegt irgendwo bei 10:1 ?
Also müssten wir über die Kolben und die Zylinderkopfdichtung mit dem Verdichtungsverhältnis um 4:1 runter gehen!? Ist das überhaupt machbar ?

Macht der Einsatz einer 3,0er Kurbelwelle (mehr Hub = mehr Verdichtung) dann überhaupt sinn?

Muss ich Schmiedekolben für den 2,5er / 2,8er verwenden, oder darf ich auch
Kolben (mit entsprechenden Pleul) vom M3 verwenden, die Laufbuchsen können ja auf das entsprechende Maß aufgebohrt werden.

Welcher Leistung hält die Kurbelwelle Stand ???

Was sollte alles am Zylinderkopf gemacht werden ?

Mit der Drehzahl möchten wir gar nicht unbedingt viel höher gehen,
denn der Umbau soll zwar VIEL Leistung bringen, wir wollen aber nicht an die absolute Grenze gehen,
da das Ganze auf der Rennstrecke auch ein paar Runden halten soll


Sind erstmal eine menge Fragen,
ich hab auch noch eine ganze Ecke mehr auf Lager

Über Anregungen / Ideen freuen wir uns natürlich !

Zur Info:
Das Projekt wurde im Vorfeld finanziell durchdacht und
wir wissen genau was noch alles auf uns zu kommt.
Trotzdem würden die Fragen gerne der Reihe nach abarbeiten,
damit das hier nicht im totalen Chaos endet und man ein wenig den Überblick behalten kann.


LG, Fabian



Bearbeitet von: RacerVX220 am 17.09.2014 um 14:36:55

hab zwar keine antwort aber ein frage
was ist der technische hintergrund für die klappe die erst ab einer gewissen dk stellung die luft durch den verdichter lässt?

Nahja, der Lader würde sonst die Ganze zeit vor sich hinjaulen
und munter lustig weiter die Luft verdichten und evtl Mehr Luft durch
die Drosselklappe saugen als das z.B beim Standgas erforderlich wäre.

Wenn die DK geschlossen ist, saugt der Motor, betätigt damit die Druckdose,
welche über ein Gestänge mit der Bypassklappe verbunden ist.
Diese sitzt in einem Bypasskanal, welcher den Kompressor umgeht.

In diesem Fall saugt der Motor nur so viel Luft, wie er braucht durch den Bypasskanal.

Je mehr Gas ich gebe, sprich, je weiter sich die DK öffnet, um so geringer wird der Unterdruck,
->die Bypassklappe schließt sich immer mehr.

Bis irgendwann bei kurz vor Vollgas die Bypassklappe komplett geschlossen ist
und ich vollen Ladedruck anliegen habe.

Damit kann ich quasi den Ladedruck stufenlos übers Gaspedal steuern.

So hört sich das an, wenn der Kompressor dauerhaft verdichtet: Video
Vermute aber, das der dann sowas wie eine Blow-off Ventil haben muss,
um den nicht benötigten Ladedruck entweichen zu lassen.

Und so hört es sich mit Bypassklappe an: Video

Das ist mein Speedster Kompressorumbau, ebenfalls mit Eaton M62 Lader.




Bearbeitet von: RacerVX220 am 17.09.2014 um 12:56:28

Bearbeitet von: RacerVX220 am 17.09.2014 um 12:59:06

also ist das grob dargestellt eine Y Verteilung
da müßte doch dann bei zwischenstellungen der ladedruck von der kompressorseite die frischluft vom bypass nach hinten drücken und somit ladedruck verloren gehen?
oder hab ich da einen gedankenfehler?

Bearbeitet von: KTMschnee am 17.09.2014 um 13:09:01

Ne, genau richtig,
aber gerade wegen diesem Übergang kannst du den Ladedruck ja auch stufenlos mit dem Gaspedal
(der DK-Stellung) regeln.

nur bei Vollgas hast du maximalen Ladedruck, da ist die Bypassklappe komplett geschlossen.

Ich kann mir vorstellen,
das in dem Video von dem E36 die Drosselklappe hinter dem Kompressor sitzt,
das der Lader einfach vor die Serienansaugbrücke und der DK sitzt,
weshalb die Bypassteuerung nicht funktioniert.

Ich kann mir nur nicht vorstellen, wie da die Standgasregulierung
per Unterdruckschlauch (OEM) funktionieren soll.

Deshalb haben wir uns auch dafür entschieden, die DK vor den Kompressor zu setzen.
Also Motor->Ansaugbrücke->Kompressor->Drosselklappe

So sollte es professionell gemacht werden, ohne irgendwelche Schläuche dazwischen

Sowas ist halt absoluter Pfusch: Video
Da sieht man sehr schön, wie der Kompressor mehr druck aufbaut, als der Motor eigtl benötigt
und wie das wiederum zu Drehzahlschwankungen führt, da der Kompressor in dem Moment ja auch mehr Gegendruck vom System erfährt und über den Riementrieb den Motor selbst beeinträchtigt.



Bearbeitet von: RacerVX220 am 17.09.2014 um 13:34:24

Das Rootsgebläse ist kein Verdichter (und wenn linguistisch korrekt sein möchte, kein Kompressor). Die Luft wird also nicht durch dS Gebläse sondern erst im Saugrohr verdichtet.

Wenn du die pV-Diagramme vom Rootsgebläse und einem Radialverdichter vergleichst, stellst du fest, dass das RG dem RV weit unterlegen ist.

Bei einer geometrischen Verdichtung von 6:1 wird deine Kiste ohne Ladedruck 50 Ps leisten.

Bearbeitet von: XuMuK am 17.09.2014 um 16:36:30

Wie viel Leistung die Kiste ohne Ladedruck haben könnte ist ja vollkommen uninteressant.
Die Frage war ja, ob eine Obergrenze für die Verdichtung mit Schmiedekolben bekannt ist,
damit diese dann im Verhältnis zum Ladedruck angepasst werden kann.

Der Gedanke dahinter ist der,
das ich nicht einfach irgendetwas zusammenschustern möchte, was dann vielleicht funktioniert...
Die Fragezeichen in meinen Fragesätzen(!) sollten auch
deutlich machen, das ich mir nicht sicher bin, ob diese Annahmen so stimmen.
Ich möchte ja verstehen und nachvollziehen, was ich da zusammenbaue ;)

Das mit dem VH 6:1 war ein Rechenbeispiel, welches meinen Wissensstand von der Materie
darstellen sollte und eine Frage, ob die Annahme das so zu berechnen korrekt ist.
Und falls dem so ist, ob es überhaupt möglich ist und Sinn macht an diese Wert heran zu kommen.

Wo, außer im Saugrohr, sollte denn der Ladedruck entstehen ?
Ohne Gegendruck vom Motor baut dir auch ein RV keinen Druck auf,
dann hast du nur ein Gebläse welches Luftmassen von A nach B schaufelt.

Wenn ich die beiden Diagramme vergleiche,
sehe ich nicht wirklich wo der Harrop dem Rotrex in irgendetwas nachstehen sollte ?

Harrop
Rotrex

Bearbeitet von: RacerVX220 am 17.09.2014 um 22:34:00

Zitat:

---

Wo, außer im Saugrohr, sollte denn der Ladedruck entstehen ?
Ohne Gegendruck vom Motor baut dir auch ein RV keinen Druck auf,
dann hast du nur ein Gebläse welches Luftmassen von A nach B schaufelt.

---

Der RV (deswegen heißt er auch Radialverdichter) komprimiert das Medium während des Fördervorgangs, das heißt die Luft tritt aus dem Difussor verdichtet aus, tritt sie auf keinen Widerstand (in diesem Fall der Hubraum des Motors) expandiert diese wieder und baut den Druck ab. Das Rootsgebläse ist eine Pumpe, die das Medium fördern ohne während des Vorgangs zu verdichten. Die Verdichtung findet erst im Saugrohr statt, weil immer mehr Medium nachgefördert wird. Genau aus diesem kleinen aber deinen Unterschied resultieren die riesigen Differenzen in der Wirkweise der beiden Aggregate. Während das Rootsgebläse keine instabilen Kennfeldbereiche besitzt, hat der RV eine Stopf- und Pumpgrenze, ist aber dafür in seinem thermodynamischen Wirkungsgrad der RG haushoch überlegen. Im Umkehrschluss bedeutet das für eine Kombination aus Motor und Ladegruppe: Für einen gleichen Luftmassenstrom und gleichem Druck, wird das RG deinem VM mehr mechanische Leistung abnehmen als der RV. Ein weiterer Nachteil ist die höhere Ladelufttemperatur. Dass die Hersteller trotzdem reihenweise RG statt RV einsetzen hat gänzlich andere Hintergründe.

Bearbeitet von: XuMuK am 17.09.2014 um 22:52:08

Mit dieser Argumentation kann ich leben, das macht sinn.
Mir hat sich nur noch nicht vollständig erschlossen welche Nachteile das jetzt genau sind,
von denen du da redest.

Welches sind denn die Gründe, aus denen die Hersteller die RG verbauen ?

Die Sache mit dem Verdichtungsverhältnis beschäftigt mich weiterhin.




Bearbeitet von: RacerVX220 am 17.09.2014 um 23:12:20