General Discussion > Siam Subaru Society Forum

/// อยากรู้เรื่อง Turbine Housing Options ///

<< < (6/8) > >>

poowasu:
การที่จะใช้กราฟนี้ เราต้องรู้ตัวเลขต่างๆดังนี้ก่อนนะคับ

Expected Horse Power แรงม้าที่เราตั้งใจไว้ (ex. 350 HP on flywheel)
Engine Displacement ความจุเครื่องยนต์ (ex. 2500 cc หรือ 2.5 L)
Max RPM รอบเครื่องสูงสุด (ex. 7500 rpm)

ต่อไปก้อตัวเลขที่เรากะไว้คร่าวๆ แต่ต้องอยู่บนพื้นฐานความเป็นจริง

Engine Volumetric Efficiency (VE) ประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องยนต์สูงสุด สำหรับเครื่อง 4 สูบ DOHC ตัวเลขสำหรับรถใช้งานแล้ว น่าจะ 90% หรือ 0.90
Intake Manifold Temperature อุณหภูมิภายในท่อไอดี ถ้ารถเทอร์โบที่มีอินเตอร์ น่าจะประมาณ 50 C หรือ 122 F
Brake Specific Fuel Consumption (BSFC) อัตตราการไหลของน้ำมันเชื้อเพลิงที่จ่ายเข้าเครื่องยนต์ต่อจำนวนแรงม้าที่ทำได้ สำหรับรถเครื่องเทอร์โบจะอยู่ในช่วงประมาณ 0.5-0.8 lb/HP-hr
A/F Ratio สำหรับเครื่องเทอร์โบควรจะตั้งไว้หนานิดนึง ตีว่า 12

กลับมาดูที่ Compressor Map เราต้องการค่า Corrected Air Flow และ Pressure Ratio เพื่อ plot ดูว่าแรงม้าที่เราหวังไว้นั้น เทอร์โบที่เราเลือกมามันทำลมได้เหมาะสมมั้ย

จาก Compressor map จะเห็นว่าแกนแนวนอนคือ ปริมาณอากาศที่ต้องการอัดเข้าเครื่อง มีหน่วยเป็น lb/min สามารถคำนวนได้โดยใช้สูตร

Wa (lb/min) = HP x A/F Ratio x (BSFC/60)

Wa = 350 x 12 x (0.6/60)
Wa = 42 lb/min

การที่เราต้องการ 350 ม้าที่ flywheel และ ค่า A/F ratio ที่ตั้งไว้คือ 12 เราจะต้องมีลมอัดเข้าเครื่อง 42 pounds ต่อ นาที (เก็บไว้ก่อน)

ทีนี้เรามาหาค่า Pressure Ratio ในแกนแนวตั้งที่จะ plot บ้าง เริ่มจากเราต้องหาค่า แรงดันของอากาศในท่อไอดี ณ แรงม้าที่เราต้องการ (MAP)

MAP = ( Wa x 639.6 x [460 + Air Temp in F] ) / ( VE x [RPMx0.5] x [Engine Displacement in L x 61.02] )

MAP = ( 42 x 639.6 x [460 + 122 F] ) / ( 0.9 x [7500 x 0.5] x [2.5 x 61.02] )

MAP = 30.665 psia

ตอนนี้ เราได้ทั้ง 2 ค่าสำหรับที่จะ plot บน Compressor Map แต่ทว่าเด๋วก่อน เนื่องจากว่า ระบบท่อทางไอดีต่างๆในรถเรามีจุดโค้งงอมากมายรวมถึงอินเตอร์ที่ขวางทางลมอยู่ ขนาดของท่ออินเตอร์ก้อไม่เท่ากันในบางจุดบางท่อน อากาศในห้องเครื่องก้ออาจจะร้อนขึ้นบ้างตามระยะเวลาที่เราขับ รวมถึง error ต่างๆที่จะเกิดขึ้นโดยเรานึกไม่ถึง ทำให้แรงดันอากาศที่เราคำนวนได้อาจจะเข้าไปในห้องเผาไหม้น้อยลง

ในกรณีที่มี factor ต่างๆที่ทำให้แรงดันลดลง ผลลัพธ์คร่าวๆเหล่านั้นน่าจะทำให้แรงดันหายไปประมาณ 4 psia เพราะฉะนั้น เราควรบวกเพิ่มเข้าไปจากค่าที่เราคำนวนได้ ซึ่งจะเท่ากับ 30.665 + 4 = 34.665 psia

OK เราได้ค่า Boost ที่เราต้องการอัดเข้าไปในเครื่องแล้ว ที่นี้เรามาหา Pressure Ratio กัน โดยการ เอาค่าที่คำนวนได้มาหารด้วย แรงดันบรรยากาศโลก (14.7 psia)

Pressure Ratio = 34.665 / 14.7
              = 2.36

ทีนี้เรามา plot ลงใน Comp. map กัน





เด๋วพรุ่งนี้มาต่อเกี่ยวกับการวิเคราะห์ว่า Turbo ลูกนี้มัน ok กะความต้องการของเรารึป่าว วันนี้ขอไปนอนก่อนนะคับ

ถ้าผมผิดพลาดจุดไหนไปก้อขอให้พี่ๆช่วยแก้ไขด้วยนะคับ ผมเองก้อมือใหม่หัดแต่งรถ

24owner:
 emo65o

เยี่ยมเลยครับ กำลังอ่านมันส์เลย

นึกไม่ถึงว่ารายละเอียดมันเยอะขนาดนี้

poowasu:
วันนี้ผมขอเกริ่นเรื่องส่วนประกอบต่างๆของ Compressor Map ก่อนนะคับ




จากรูป เราสามารถแบ่ง Zone ของ Compressor Map เป็น 3 Zone นะคับ
- Zone ที่ 1 "Compressor Surge Area" (โซนสีแดง) เป็นโซนที่ถ้าจุดที่เราคำนวณได้มาตกที่จุดนี้ หมายถึงเทอร์โบที่เราเลือก มีขนาดของใบหน้าใหญ่เกินไปในรอบที่เราตั้งไว้ในตอนแรก ผลที่เกิดคือเบอร์โบทำแรงดันลมได้มากเกินกว่าที่จะอัดเข้าเครื่องยนต์ได้ จะเกิด back pressure กลับมาที่ใบหน้าของเทอร์โบ ทำให้ใบหน้าเทอร์โบได้รับความเสียหาย หรือเป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้แกนเทอร์โบชำรุด (แกนรุนหรือคลอน)

- Zone ที่ 2 "Choke Area" (โซนสีเหลือง) เป็นโซนที่ถ้าจุดที่เราคำนวณมาตกที่โซนนี้ หมายถึงเทอร์โบที่เราเลือก มีขนาดของใบหน้าเล็กเกินไปในรอบที่เราตั้งไว้ในตอนแรก ผลที่เกิดคือ ความเร็วใบหน้าเบอร์โบหมุนมากเกินกว่าลิมิตของมัน ทำให้ลมที่ปั่นออกจากเทอร์โบมีความเร็วเกือบเทียบเท่าความเร็วเสียง ต่อให้เทอร์โบหมุนที่ความเร็วนี้หรือมากกว่านี้ ปริมาณลมที่ทำได้ก้อไม่ได้เพิ่มขึ้น รวมถึงความหนาแน่นของ O2 ก้อเบาบางลงเนื่องจากความร้อนที่ใบเทอร์โบเสียดสีกับอากาศ และเป็นส่วนนึงที่แกนเทอร์โบชำรุด (แกนขาด) เนื่องจาก over speed limit

- Zone ที่ 3 "Compressor Efficiency Area" เป็นโซนที่เราสนใจ แบ่งเป็นวงๆตามเปอร์เซนของความมีประสิทธิภาพ ถ้าจุดที่เราคำนวนมาตกในโซนนี้ หมายถึงเทอร์โบทำงานได้อย่างดี แต่จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับว่าเหมาะกับการใช้งานของเรา หรือ match กับเครื่องยนต์ของเราหรือไม่

- เส้นโค้งที่มีตัวเลขปรากฎอยู่ที่ปลายเส้น นั่นคือเลขที่บอกรอบของเทอร์โบ ซึ่งเราไม่สามารถ Boost ได้เกิบกว่ารอบที่ระบุไว้



จากการ plot บน Compressor Map ตามข้อมูลที่เราได้เมื่อวาน จะเห็นว่าจุดตกอยู่บนโซนที่ดี ค่อนข้างใช้เทอร์โบอย่างมีประสิทธิภาพ(72%) ในแรงม้าที่เราตั้งไว้ที่ 350 ม้า รอบ 7500 ของเครื่องขนาด 2500 cc แต่

- เราจะต้องขับที่รอบ 7500 ถึงจะได้ 350 ม้า เลยเนี่ยนะ แล้วที่ย่านความเร็วอื่นๆล่ะ จะเป็นอย่างไร

ในโลกของความจริงหรือรถใช้งาน+ซิ่งบ้างบางโอกาส เราคงไม่มากำหนดแรงม้าเพื่อจะรู้ว่าเราต้อง Boost เท่าไหร่ แต่เราจะทำในทางกลับกันมากกว่า นั่นคืดเราจะเซ็ต Boost ไว้แล้วลองจูนกล่องดูว่าจะได้แรงม้าเท่าไหร่ถูกมั้ยคับ (นั่นคือการที่เราใส่ปรับบูสไฟฟ้าไงคับ เพื่อเซ็ต Low Boost กะ Hi Boost)

จากสูตรการหา MAP จากกระทู้เมื่อวาน เราสามารถกลับข้างสมการเพื่อหา Wa (Flow) ของเทอร์โบในรอบเครื่องยนต์อื่นๆได้โดยกำหนดค่า Compressor Ratio (CR) ตายตัวเป็น Hi-boost และ Low-Boost แล้วนำมา plot ลงใน Compressor Map เพื่อวิเคราะห์เทอร์โบลูกนั้นๆ เปรียนเทียบกับรถของเรา

ก่อนอื่นผมคงต้องอธิบายการแปลงค่า CR ตายตัวให้เป็น Boost ก่อน เป็นการกำหนดแบบคร่าวๆซึ่งความเที่ยงตรงอาจจะสู้การคำนวนแบบ post ที่แล้วไม่ได้ แต่ก้อสามารถช่วยให้เราอ่าน Compressor Map ได้รวดเร็วยิ่งขึ้น

ตามปกติ ค่าแรงดันบูสที่เราๆเห็นจาก Boost Gauge นั้น มันไม่ใช่ค่าแรงดันจิงๆที่เกิดขึ้นภาย Intake Manifold เพราะจะต้องไม่ลืมว่า ณ ตอนนี้เรามีความดันบรรยากาศปกติกระทำอยู่แล้วตลอดเวลา ไม่เว้นแม้แต่ใน Intake Manifold เพราะฉะนั้น เราเห็นค่าแรงดันที่ Gauge เท่าไหร่ ให้เราบวกเพิ่มเข้าไปอีก 14.7 psig หรือ 1 bar แล้วนำไปแปลงเป็น CR โดย

สมมุติว่าเราต้องการกำหนดค่า Low Boost คือ 1 bar เพราะฉะนั้น ให้เอา ((1 x 14.7)+14.7) / 14.7 จะเท่ากับ CR พอดี นั่นคือที่ Boost 1 bar เรา จะ plot ต่า CR Compressor Map ได้ที่แกนตั้งคือ 2

OK เราได้ค่า CR มาแล้ว จากนั้นแปลงค่า CR เป็น MAP โดยใช้สูตร CR = MAP/14.7 เพราะฉะนั้น ที่ CR = 2, MAP = 29.4 psia

งานเข้าอีกแล้ว ขอตัวไปทำงานก่อนนะคับ

24owner:
ละเอียดมากๆครับ เยี่ยมไปเลย

รออ่านต่อนะครับ ผมว่ากระทู้นี้จะเป็นประโยชน์กับเพื่อนๆ ในการเลือกเทอร์โบได้มากเลยครับ

poowasu:
มาว่ากันต่อหลังจากที่ได้ค่า MAP มาแล้ว = 29.4 psia ให้นำค่านั้นมาใส่ในสมการ เพื่อหาค่า Wa (Flow) ที่รอบ 7500

MAP = ( Wa x 639.6 x [460 + Air Temp in F] ) / ( VE x [RPMx0.5] x [Engine Displacement in L x 61.02] )

29.4 = ( Wa x 639.6 x [460 + 122 F] ) / ( 0.9 x [7500x0.5] x [25.5x 61.02] )

Wa = 40.66 lb/min

ให้เรานำค่านี้ลงไป plot จุดใน Compressor Map จะทราบว่าที่ boost 1 bar รอบ 7500 RPM เครื่องความจุ 2.5 ของเรากับเจ้า GT2867R ลูกนี้นี้ทำงานได้ดีแค่ไหน แต่ถ้าเราต้องการหาทุกย่านของรอบเครื่องยนต์ล่ะ

ผมได้ลองเขียนสูตรสมการข้างต้นลงใน excel sheet เพื่อลองใช้ plot ใน Compressor Map ของ GT2876R เพื่อดูในแต่ล่ะรอบเครื่องยนต์ทั้ง Low Boost และ Hi boost



จากนั้นก้อนำมา Plot ลงใน Compressor Map ขอ Turbo ลูกนี้ โดยตั้ง Low Boost ที่ 1 bar และ Hi boost 1.5 bar



จุดแรกทางซ้ายมือคือรอบเครื่องยนต์ โดยเริ่มที่ 2000 และค่อยๆเพิ่มขึ้นทีล่ะ 500 รอบ ไปทางขวา ตอนนี้เราได้องค์ประกอบในการวิเคราะห์เจ้า GT2876R กับเครื่อง 2.5 ของเราเรียบร้อยล่ะ ลองมาดูกัน

- ที่ low boost เทอร์โบจะเริ่มบูสท์เต็มตั้งแต่รอบ 2500-3000 และต่อเนื่องยาวไปจนถึงที่ 7500 รอบ ปริมาณอากาศที่ทำได้ก้ออยู่เกณฑ์ที่ดีตลอด รอบเทอร์โบก้อไม่สูงเกินไป แต่ถ้าเอาค่า Flow สูงสุดที่ทำได้ มาคำนวณหาแรงม้าที่เทอร์โบลูกนี้ทำออกมา จะเห็นได้ว่าได้แรงม้าที่ไม่มากเท่าไหร่ (338.9 hp ที่ flywheel)
- ที่ hi boost เทอร์โบจะเริ่มบูสท์เต็มตั้งแต่รอบ 2500-3000 เช่นกัน แต่ปริมาณอากาศจะเริ่มลดลงในขณะที่ boost ยังคงที่อยู่ตั้งแต่ 6000 รอบเป็นต้นมา หรือในภาษาเราๆก้อเรียกว่า เทอร์โบเหี่ยวหรือปลายหมด และจะสังเกตุได้อีกว่า รอบของเทอร์โบค่อนข้างสูงตลอดเวลาที่เราบูสท์ (มากกว่า 100k RPM) ทำให้ความสึกหรอของเทอร์โบค่อนข้างมาก รวมถึงจุดที่รอบ 7500 ยังตกลงใน Chock area ซึ่งไม่ใช่เรื่องดีอย่างที่อธิบายไปแล้ว

สรุป สำหรับความคิดส่วนตัวของผมคนเดียวนะคับ เทอร์โบลูกนี้ค่อนข้างเล็กเกินไปสำหรับเครื่อง 2.5 สำหรับคนที่ตั้งเป้าไว้ที่ Hi boost 1.5 bar และแรงม้าสูงหน่อย แต่จะเหมาะสมสำหรับเพื่อนๆที่ต้องการ Max Boost ไม่เกิน 1.2 bar และต้องการ Respond มากกว่า Power เพราะมี Band ในการทำลมเข้าเครื่องกว้างมาก แต่อยากให้ลองทบทวนดูว่า ตัวเลขที่ผมเอามาคำนวณนี้ ยังไม่ได้หักค่า Correction ต่างๆ เช่น ของข้อจำกัดท่อทางไอดี ไม่ว่าจะเป็นความโค้งงอของท่ออินเตอร์, การอั้นการไหลของลมของ  Intercooler, อุณหภูมิของห้องเครื่องที่สูงขึ้น, ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์แต่ล่ะคันไม่เท่ากัน, ระดับความสูงของพื้นที่ที่เราอยู่ ฯลฯ อีกมากมาย

ต่อไปเราลองมาวิเคราะห์เจ้าเทอร์โบลูกนี้กับเครื่อง 2.5 กันต่อ กับรหัสร้อนแรงตามราคาของมัน Garrett GT3076R หรือที่ทุกคนรู้จักในนามของ HKS GT3037



เด๋ววันนี้ขอตัวไปทำงานก่อนนะคับ เจาะหลุมนี้เสร็จพอดี

นำร่อง

[0] ดัชนีข้อความ

[#] หน้าถัดไป

[*] หน้าที่แล้ว