NEFZ-Simulation mit Excel
Griaß z'Eich,
da ich das Thema Turbomotor bzw. TSI richtig fahren nicht mit nachfolgender Diskussion über die Modellierbarkeit des NEFZ mit einem Turbomotor inhaltlich ausdünnen möchte, zieh ich damit hierher um.
Zur Verfolgung der Historie bis hier her dient der letzte Beitrag in Turbomotor bzw. TSI richtig fahren.
Das Thema ist einfach zu spannend um sich damit nicht in die Vollen zu gehen 😁.
Schinh Griaß
MNK
14 Antworten
Zitat:
Original geschrieben von navec
@MingNuiarKarrh,wo hast du die schlechtere Effektivität des Motors beim Beschleunigen beachtet?
Garnicht, da ich kein vollständiges Motormodell sondern Teile wie Wirkungsgrad, Mitteldruck über Last und Drehzahl modelliere. Diesen Einfluss zu simulieren würde bedeuten die Massenträgheit des Laufzeugs, den Volumenstrom des Abgas, Druckverluste, ... und einiges mehr kennen zu müssen.
Allerdings ist der TSI-Lader sehr klein im Durchmesser (irgendwas mit 50-60 mm, oder?) und das komplette Laufzeug wird keine 2 kg wiegen (oder?)...das wären geschätzte 0,3 gm² bei einer Verzehnfachung des Abgasvolumenstroms innerhalb von 0,5 s wären das 0,027 kW Leistungsbedarf...viele Annahmen...aber sehr viel nachhängen kann die ATL-Drehzahl nicht...vorallem wenn man sich nachfolgendes Diagramm reinzieht 😁.
Was sieht man darin? Drehmoment, Drehzahl und Radleistung vom 1.6 TDI BMT bei der Beschleunigung von 0 auf 180 km/h. Insbesondere der Mitteldruck ändert sich nicht bei der gewählten Last, das heißt der Lader sieht keine Drehzahländerungen wie oben sondern irgendwas im 10-20 %-Bereich...ich denke meine Vorgehensweise entspricht wie Du richtig bemerkt hattest nicht der Realität, allerdings bin ich davon wahrscheinlich nicht alzu weit entfernt als das es das Ergebnis wesentlich beeinflussen würde.
Oder?
Also wenn du das schaffst einen Fahrzyklus mit EXCEL exakt zu simulieren dann können bei VW einige Abteilungen schließen 😉
Zitat:
Original geschrieben von BeXPerimental
Also wenn du das schaffst einen Fahrzyklus mit EXCEL exakt zu simulieren dann können bei VW einige Abteilungen schließen 😉
Griaß Di BeXPerimental,
exakt ist garnicht mein Ziel...gerne so nah wie möglich 😉, mir geht's um ein besseres Verständnis der Zusammenhänge um dann Strategien zum sparsamen und effizienten Fahren ableiten. Vielleicht lässt sich aus der Diskussion darum das eine oder andere verbessern...🙂
Schinh Griaß
MNK
Da waren noch offene Fragen und Anmerkungen...
Zitat:
Original von navec
Wenn du beim 3/4 Gas-Beschleunigen im 2. Gang bei 2400rpm schon wieder schalten musst, ist der TL gerade richtig hoch gelaufen, um dann bei 1600rpm im 3. Gang wieder fast aus dem Keller (mit Verzögerung: Turboloch) zu beginnen. (beim DSG sieht es in dieser Beziehung anders aus)
s. oben Antwort und Diagramm
Zitat:
Bei derart dynamischen Zustandsänderungen ist keine optimale Verbrennung zu erzielen, was man beim Diesel ohne DPF in so einem Fall ja auch schön am Auspuffrohr erkennen kann.
Naja, das kommt auch teilweise durch Spätstellung des Einspritzzeitpunktes um die Abgasenthalpie temporär hochzuziehen und dem Turbinchen richtig einzuheizen, nicht nur wegen der Massenträgheit des Laufzeugs...mein Modell macht derart böses nicht 😉.
Wie oben beschrieben sehe ich wie Du (indirekt 😉 ) den Einfluss im NEFZ (s. Bild 1, NEFZ_Original) der extremen Laständerungen nur gering, der erste Gang ist in dem Extrembeispiel (s. Bild 2, NEFZ_maxBeschleunigung), bei dem eine wirkliche Laständerung von 0 % auf 100 % stattfindet, bei 0,4 %...bei allen anderen Laständerungen ist der Ausgangspunkt nicht 0 %.
Schinh Griaß
MNK
Griaß z'Eich,
ein Vorschlag zu Annäherung an die Realität. Der Motor wird kalt gestartet und erst nach 20 s beginnt die Verbrauchsmessung mit dem bekannten Fahrprofil.
Das Rechenmodell bildet aber nur die Verbräuche mit Wirkungsgrad einens betriebswarmen Motors ab, weshalb eine Art temperaturabhängiger Wirkungsgrad her muss. Für die instationäre Wärmebilanz an einem Körper verwendet man die Methode der Blockkapazität (zeitlicher Temperturverlauf an einer beliebigen Stelle, mit Biot- und Fourier-Zahl).
Wie sieht dann der Verbrauchsverlauf über den NEFZ aus? Das habe ich in Anhang versucht darzustellen.
Was sieht man dort?
- aus obiger Methode berechnete Kühlwassertemperatur, Startwert 44 °C weil er ja 20 s schon lief, Endwert 90 °C
- korrigierter und unkorrigierte Verbrauch, kalibriert am veröffentlichten NEFZ-Verbrauch für 1.6 BMT
- das Geschwindigkeitsprofil des NEFZ
Kann mir ein 1.6 TDI-Fahrer(in) die Verbräuche mit kaltem Motor und konstanter Geschwindigkeit belegen? Interessieren würde mich vorallem der 50 km/h-Wert kurz nach Start des Motors.
Vielen Dank im Voraus für den Wert 😁.
Schinh Griaß
MNK
Nur so als Hinweis: Dein Temperturmodell verhält sich nicht plausibel; Und der 1.6BMT beherrscht Start-Stopp und wie alle Motoren eine Schubabschaltung. Ausserdem berücksichtigst du nicht die verschiedenen Betriebsmodi, was aber zum besonderen Spritsparen notwendig ist. Die Toyota-Hybrid-Fahrer machen sich das Wissen im Push&Glide-Verfahren zu Nutze.
Griaß Di BeXPerimental,
danke für Deine Hinweise. Dazu ein paar Fragen und Ergänzungen...
Zitat:
Original geschrieben von BeXPerimental
Nur so als Hinweis: Dein Temperturmodell verhält sich nicht plausibel;...
Was wäre denn ein plausibler Temperaturverlauf des Kühlwassers während Warmlaufphase?
Zitat:
Und der 1.6BMT beherrscht Start-Stopp und wie alle Motoren eine Schubabschaltung.
Interessant, dass Du das aus den Verläufen rauslesen kannst, da das nicht mal Strichstärke wäre, es handelt sich im Diagramm nicht um den Momentanverbrauch, sondern um den bis zum Zeitpunkt x gemittelten Verbrauch.
Schubabschaltung ist berücksichtigt, Start Stopp nicht, da ich nicht davon ausgehen kann das dieses kalt wie warm immer gleich reagiert. Weißt Du ob das im 1.6 BMT in jedem Abschaltfall auch abschaltet (kalter Motor, Motor mit betriebenem Großwasserkreis,...)?
Zitat:
Ausserdem berücksichtigst du nicht die verschiedenen Betriebsmodi, was aber zum besonderen Spritsparen notwendig ist.
Hab ich das in der 70/220/EWG überlesen? Darin wird nur Geschwindigkeit, Gang, Zeitdauer und Beschleunigung festgelegt.
Zitat:
Die Toyota-Hybrid-Fahrer machen sich das Wissen im Push&Glide-Verfahren zu Nutze.
Wie ich oben bereits erwähnt hatte... später werden damit Sparstrategien bewertet 😁.
Schinh Griaß
MNK
Das 1. Bild (um 22:00 veröffentlicht) ist m.E. Unsinn:
Drehmoment und Leistung bleiben beim Schalten definitiv nicht konstant, wie es dort ja wohl dargestellt ist. Das ist höchstens in realitätsfernen Excel-Simulationen so, aber niemals in der Realität, denn wenn man die Kupplung beim Schalten tritt, sind Drehmoment und Leistung=Null.
Das Drehmoment ist definitiv, direkt nach dem Schalten bei ca 1500rpm Anfangsdrehzahl im nächsten Gang auch nicht so hoch, wie es das, laut Werksdrehmomentkurve, die bei konstanten Drehzahlen und Lasten ermittelt wird, der Fall wäre. das ist bei TL-Motoren nicht möglich.
Und auch ein Polo BM fährt mit ca 30kw keine ca 160km/h, wie ich es zumindest aus der unteren grünen Kurve entnehmen muss.
Und das die Trägheit des TSI Lader sehr wohl eine Rolle spielt, bestätigen die Meldungen von TSI-Fahrern in denen von merklichem Turboloch in den unteren Gängen zu lesen ist und in denen bei Beschleunigungsvorgängen die Vermutung geäußert wird, dass der Motor nicht bereits bei den werksmäßig angegebenen ca 1500rpm, sondern erst bei höheren Drehzahlen wirklich zieht.
Mit Excel-Simulationen, besonders solchen, wo es überhaupt keine realen Werte zu Verbräuchen und genauen Drehmomentverläufen gibt (bei allen Beschleunigungsvorgängen), erreicht man keine neuen Erkenntnisse.
Kann man sich definitiv sparen.
Zitat:
Original geschrieben von navec
Das 1. Bild (um 22:00 veröffentlicht) ist m.E. Unsinn:Drehmoment und Leistung bleiben beim Schalten definitiv nicht konstant, wie es dort ja wohl dargestellt ist. Das ist höchstens in realitätsfernen Excel-Simulationen so, aber niemals in der Realität, denn wenn man die Kupplung beim Schalten tritt, sind Drehmoment und Leistung=Null.
Dargestellt ist die
Radleistung, wenn die Null wäre würde sogleich ein Geschwindigkeitsabbau beginnen, dagegen arbeiten Fahrzeugmasse und die rotierenden Trägheitsmomente, das kannst Du sehr leicht beim Fahren selber nachvollziehen...macht also Sinn.
Zitat:
Das Drehmoment ist definitiv, direkt nach dem Schalten bei ca 1500rpm Anfangsdrehzahl im nächsten Gang auch nicht so hoch, wie es das, laut Werksdrehmomentkurve, die bei konstanten Drehzahlen und Lasten ermittelt wird, der Fall wäre. das ist bei TL-Motoren nicht möglich.
Mal was zur Strategie einer Diskussion, nur nein sagen bringt die Sache nicht nach vorne, die Welt ist eben nicht nur schwarz und weiß es gibt auch noch Mischungen davon. Die Frage ist also wie weit bewegt sich ein realer Drehmomentverlauf (auch instationär) vom veröffentlichten weg. Ist das relevant für die Berechnung? Deiner Argumentation entnehme ich, dass Du einen realen Verlauf schon mal gesehen hast und diesen mit dem theoretischen Verglichen hast. Kannst Du darüber berichten?
Zitat:
Und auch ein Polo BM fährt mit ca 30kw keine ca 160km/h, wie ich es zumindest aus der unteren grünen Kurve entnehmen muss.
Wie im Diagramm vermerkt, das ist die
Radleistung, teile die durch den mech. Wirkungsgrad des Antriebs (Welle, Getriebe, Kupplung, ...) dann erhälst Du die Effektivleistung des Motors, den durch den mech. Wirkungsgrad geteilt...blabla indizierte Leistung usw.
Zitat:
Und das die Trägheit des TSI Lader sehr wohl eine Rolle spielt,... ...dass der Motor nicht bereits bei den werksmäßig angegebenen ca 1500rpm, sondern erst bei höheren Drehzahlen wirklich zieht.
In den unteren Gängen bedeutet wie schon mal beschrieben kleines Zeitfenster...der erste Gang ist knapp 1,5 s drinn, der gefühlte Einsatzpunkt des Laders liegt (wegen instationärem Betrieb) bei 1700...das sind dann doch die knappen 0,5 s die wir dem stationären Betriebswerte hinterherhinken. Auch hier wieder die Frage, spielt das eine Rolle? Das gilt es zu bewerten, das ich mit Excel nicht fahren kann habe ich inzwischen auch schon mitbekommen 😉.
Zitat:
Mit Excel-Simulationen, besonders solchen, wo es überhaupt keine realen Werte zu Verbräuchen und genauen Drehmomentverläufen gibt (bei allen Beschleunigungsvorgängen), erreicht man keine neuen Erkenntnisse. Kann man sich definitiv sparen.
Lass mich raten, Du bist kein Forscher 😁 und das ist negativ gemeint...was geht und was nicht geht kann man doch erst sagen wenn man Fakten vorliegen hat und manchmal muss man auch entwickeln können (dazu brauchts Zeit). Ich sehe außer den von mir angegebenen keine...also wird weiter untersucht. Gespart wird definitiv woanders 😉
Weil die Frage, um nicht Kritik sagen zu müssen 😉, hier schon aufkam eine Ergänzung zur Validierung des Modells.
Das Simulationsmodell wurde mit nachfolgenden Messwerten validiert, dazu gehören:
- Momentanverbräuche bei 50 bis 180 km/h
- Beschleunigungszeiten: 0-100, 80-120, 60-100, 0-180 km/h
Aus den Messwerten wird der Wirkungsgradverlauf über Drehzahl und Mitteldruck rückgerechnet, somit sind die Verbräuche bei stationären Betriebspunkten, die Massenträgheitsmomente und Übertragungswirkungsgrade abgesichert.
Noch offen ist der Einfluss der instationären Betriebspunkte, aber dazu gibt es ja youtube 😁, da sollte sich ein BMT-Beschleunigungs-MFA-Video finden lassen.
Weitere Unterstützung wäre suuuuuuuuuuuuuuuper. Gesucht sind Verbräuche bei Volllast während des Beschleunigens in den Gängen 1 bis 5 bei 1.6 TDI-Motoren (Polo).
Vielen Dank im Voraus für Eure Hilfe.
Schinh Griaß
MNK
Zitat:
Original geschrieben von MingNuiarKarrh
Was wäre denn ein plausibler Temperaturverlauf des Kühlwassers während Warmlaufphase?Zitat:
Original geschrieben von BeXPerimental
Nur so als Hinweis: Dein Temperturmodell verhält sich nicht plausibel;...
Das hast du dir unten schon beantwortet. Das Aufheizen geschieht in mehreren "Stufen", je nachdem wie der Kühlkreis geschaltet ist.
Auch vernachlässigst du komplett, dass du bei verschiedenen Motorleistungen (Stadt und Überlandanteil) unterschiedliche "endtemperaturen" erreichst.
Zitat:
Original geschrieben von MingNuiarKarrh
Interessant, dass Du das aus den Verläufen rauslesen kannst, da das nicht mal Strichstärke wäre, es handelt sich im Diagramm nicht um den Momentanverbrauch, sondern um den bis zum Zeitpunkt x gemittelten Verbrauch.Zitat:
Und der 1.6BMT beherrscht Start-Stopp und wie alle Motoren eine Schubabschaltung.
Schubabschaltung ist berücksichtigt, Start Stopp nicht, da ich nicht davon ausgehen kann das dieses kalt wie warm immer gleich reagiert. Weißt Du ob das im 1.6 BMT in jedem Abschaltfall auch abschaltet (kalter Motor, Motor mit betriebenem Großwasserkreis,...)?
Sowohl bei der Schubabschaltung als auch beim Start-Stopp kannst du vom momentanten Verbrauch "null" ausgehen. Wenn du die BMT weglassen willst darfst du keinen 1.6BMT "simulieren". Damit kannst du dann aber auch das Ziel, die Verbrauchsoptimierung anhand der Simulation, nicht erreichen.
Zitat:
Original geschrieben von MingNuiarKarrh
Hab ich das in der 70/220/EWG überlesen? Darin wird nur Geschwindigkeit, Gang, Zeitdauer und Beschleunigung festgelegt.Zitat:
Ausserdem berücksichtigst du nicht die verschiedenen Betriebsmodi, was aber zum besonderen Spritsparen notwendig ist.
Was hat das mit der 70/220/EWG zu tun? Das ist fahrzeugspezifisch. Die 70/220/EWG legt nur die Rahmenbedingungen fest in denen sich das Fahrzeug befindet.
€dit: Die Werte aus dem MFA kannst du nicht zum kalibieren verwenden, da du die zugrunde liegenden Kennfelder nicht kennst (wird dir vermutlich egal sein) und die Abweichung ist u.U. erheblich...
@MingNuiarKarrh:
"Dargestellt ist die Radleistung, wenn die Null wäre würde sogleich ein Geschwindigkeitsabbau beginnen, dagegen arbeiten Fahrzeugmasse und die rotierenden Trägheitsmomente, das kannst Du sehr leicht beim Fahren selber nachvollziehen...macht also Sinn."
Unmittelbar nach dem Trennen des Motors vom Antrieb (durch den Schaltvorgang) beginnt ein Beschleunigungsabbau (oder ein Geschwindigkeitsabbau, wenn man nicht beschleunigt hat).
Das merke ich bei Handschaltung, gerade in den unteren Gängen, sofort.
Die vom Motor abgegebene Leistung, sei es die, die am Rad gemessen wird oder das vom Motor abgegebene Drehmoment (so steht es ja wohl eindeutig in deinem Diagramm) sind dann gleich Null!
Die gespeicherte Energie der rotierenden Teile oder des gesamten Autos hat zumindest mit dem Motordrehmoment, dass ja nun eindeutig an der Kupplung gemessen wird, nichts zu tun!
Zumindest das Motordrehmoment muss daher beim Schalten immer wieder auf Null gehen. Von daher ist deine Grafik eindeutig falsch.
Außerdem: Kein Auto mit Handschaltung beschleunigt kontinuierlich.
@MingNuiarKarrh:
"Mal was zur Strategie einer Diskussion, nur nein sagen bringt die Sache nicht nach vorne,..."
Nur einer Annahme widerspruchslos hinterherhinken, die unbestritten und ausschließlich auf den stationären Verhältnissen der Werksdiagramme beruht, bringt noch weniger.
Und selbstverständlich entspricht der Drehmomentverlauf bei starken Beschleunigungen in den unteren Gängen nicht dem werksseitig angegebenen Drehmomentverlauf, denn sonst gäbe es keine Gedenksekunde beim Turbolader und auch niemanden, der bei seinem TL-Wagen feststellt, dass die merklich höchste Zugkraft bei schnelleren Beschleunigungen erst bei höheren Drehzahlen einsetzt. Wir sprechen hier von 3/4-Vollgas-Beschleunigungen in den untersten Gängen, wo schon nach 1-2 sec erneut geschaltet werden muss. Bei so kurzen Beschleunigungszeiten spielt die TL-Verzögerung definitiv eine Rolle.
Es gibt zwar dazu (zur TL-Verzögerung) nur die subjektiven Eindrücke von Fahrern, aber zu deinen Annahmen gibt es überhaupt keine Grundlage. Das ist der Unterschied.
Ein Excel-Modell, dass diese Verhältnisse nicht abbilden kann (weil es über diese dynamischen Verhältnisse einfach keine Daten gibt), ist und bleibt eine mathematische Spielerei zu der ich prinzipiell auch weiterhin "nein" sage.
Zitat:
Original geschrieben von navec
Unmittelbar nach dem Trennen des Motors vom Antrieb (durch den Schaltvorgang) beginnt ein Beschleunigungsabbau (oder ein Geschwindigkeitsabbau, wenn man nicht beschleunigt hat).
Das merke ich bei Handschaltung, gerade in den unteren Gängen, sofort.
Erst wenn die Beschleunigung negativ ist, wird Geschwindigkeit abgebaut - Ergo, im Diagramm nicht sichtbar!
Zitat:
Zumindest das Motordrehmoment muss daher beim Schalten immer wieder auf Null gehen. Von daher ist deine Grafik eindeutig falsch.
Außerdem: Kein Auto mit Handschaltung beschleunigt kontinuierlich.
Richtig, um aber Strichstärke! X-Achse ist Geschwindigkeit und die ändert sich nun mal nicht so, als dass man das Motordrehmoment = 0 sinnvoll sehen könnte...das ist so als würdest Du den nächsten Griechenland-Kredit von 8.000.000.000 € um 1/10 Centbeträge ändern wollen...dafür interessierst Du dich tatsächlich?
Zitat:
... . Wir sprechen hier von 3/4-Vollgas-Beschleunigungen in den untersten Gängen, wo schon nach 1-2 sec erneut geschaltet werden muss. Bei so kurzen Beschleunigungszeiten spielt die TL-Verzögerung definitiv eine Rolle.
Sind es hier mal nennenswerte Eurobeträge? Etwas genauer müsste ich das schon wissen, da ich immer noch die 0,5 s aus meiner 3-Zeilerrechnung im Angebot habe, die zumindest eine Basis für die Diskussion sein sollten.
Zitat:
Es gibt zwar dazu (zur TL-Verzögerung) nur die subjektiven Eindrücke von Fahrern, aber zu deinen Annahmen gibt es überhaupt keine Grundlage. Das ist der Unterschied.
Aaaaaha...wie groß ist nun der Unterschied zwischen "definitiv eine Rolle" und meiner Annahme "kaum relevante Rolle"?
Zitat:
Ein Excel-Modell, dass diese Verhältnisse nicht abbilden kann (weil es über diese dynamischen Verhältnisse einfach keine Daten gibt), ...
Wie wärs mit einem Vergleich der Hochlaufzeiten von Leerlauf bis Nenndrehzahl mal mit gedrückter Kupplung und mal im 1. Gang bei digital gedrückter Volllast? Lässt sich einfach machen und egalisiert die Massenträgheitsmomente...beide voneinander Abgezogen entsprechen der reinen Beschleunigungszeit ohne Anlaufvorgänge. Da ich aber bis auf den Laderanlaufvorgang alle Verzögerungen durch Massenträgheitsmomente schon berücksichtige muss von dieser Zeitdifferenz noch dieser Anteil rausgerechnet werden, damit erhält man dann die Laderansprechverzögerungszeit. So schnell und einfach kommt man an Daten 😉
Zitat:
...ist und bleibt eine mathematische Spielerei zu der ich prinzipiell auch weiterhin "nein" sage.
Mach das...ich spiele weiter 😁
Kleine Ergänzung im Anhang, die Beschleunigung...
Viel Spaß beim weiteren Spielen.