Verhogen van motorvermogen en de impact op de koppelomvormer.

-D©©©L- · 17-08-2009 01:48:57

Zoals bekend zit voor alle 850 en x70 automaten een koppelomvormer.
Hoe zo'n ding precies werkt is via google heel goed uit te zoeken, daar gaat dit stukje niet over.

Ik was vooral benieuwd naar de effecten van motortuning op het gedrag van de automaat.

Deze nieuwsgierigheid komt uit het verschil in schakel gedrag tussen mijn beide 850R wagens die beide voorzien zijn van een AT-bak.
De ene (609R) heeft een 15G turbo en aangepaste ECU software. De andere (422R) heeft wat meer veranderingen ondergaan, denk hierbij aan een 16T turbo, andere uitlaatspruitstuk, katloos 3" freeflow, dikke IC, aangepaste IC buizen etc etc. De "609R" wagen is in de stad duidelijk meer bij de les ten opzichte van de "422R", sneller van de plek en ook sneller op 50 km/h. "hoe kan dit nou" was de vraag. Het antwoord is op zich vrij simpel, de software van de "609R" geeft meer koppel onderin. Maar er is meer aan de hand...

Koppelversterking, slip en warmte.

De construktie van een koppelomvormer is zodanig dat bij het slippen er een koppelomzetting plaats vind zolang de ingaande as meer omwentelingen maakt dan de uitgaande, Hoe groter het verschil, hoe groter de koppelversterking. Deze versterking is 1 zodra beide assen even snel rondgaan. Een standaard koppelomvormer van een AW50-42 achter een B5234T#blok heeft een koppelversterking van maximaal 1,9. Bij een 400 Nm ingangskoppel (een onofficieel maximum voor deze AT bakken) losgelaten op een stilstaande wagen kan de kracht op uitgaande as zich dus tot maximaal 760 nm ontwikkelen.

De koppelversterking van de koppelomvormers gebruikt icm de 850/x70 motoren en de aw50-42 bak:

Motor		Koppelversterking
B5234T		1,9:1
B5254S		2.0:1
B5252S		2.0:1
B5204S		2.3:1

Zoals je ziet, is de koppelversterking omgekeerd evenredig met het vermogen van de motor. Als je veel koppel voor handen hebt, heb je minder versterking nodig.

-D©©©L- · 17-08-2009 17:59:22

In stilstand word in eerste instantie het volledige motorvermogen in de koppelomvormer weggestookt (slip en dus warmte). In eerdere discussies werd door enkele mensen aangegeven dat het gebruik van een extra oliekoeler eigenlijk niet noodzakelijk & waarschijnlijk overbodig is. Ook bij getunde wagens. Ik zal proberen uit te leggen waarom ik vind dat deze koeler geen overbodige luxe is. Al het steeds kortdurend, het in warmte verstookte omgezette vermogen in de koppelomvormer is aanzienlijk; een 250 pk gedurende 3 seconden geeft een opwarming van de olie in de koppelomvormer met zeker 100 Graden.

Beetje basis natuurkunde:

250 pk ~ 184 kw. en Q = t * P
dus: 184 kw gedurende 3 seconden = 552000 Joule aan warmte.

In de koppelomvormer zit ongeveer 2,5 liter olie.
Verder weten we dat Q = M * C * (delta) T
C-olie = nominaal 2500 (J/kg°K) en M-olie = 0,87 kg/l * 2,5 liter = 2.175 kg

(delta) T-olie = Q / (M-olie * C-olie) = 552000 / (2.175 * 2500) = 552000 / 5437,5 = 101,5 °K
Dat is de temperatuur verhoging. Omdat de olie "gekoeld" wordt middels een warmte wisselaar in de radiateur van de auto, is de begin temperatuur al zeker 90 °C.
Samen is dat dus 101,5 °K + 90 °C = 191,5 °C.

Er zijn zeker nog wat kanttekeningen, maar het grote plaatje lijkt mij duidelijk.

Gelukkig heeft volvo ook ingezien dat de zaak niet lang heel zou blijven, daarom heeft men een koppelbegrenzing tot 200 Nm ingebakken als de automaat nog in de 1e trap staat (1e versnelling). Dat maakt het rekensommetje ietsje anders. Daarintegen duurt het optrekken naar 100 ietswat langer dan 3 seconden; 8 seconden is veel reëler om mee te gaan rekenen. De slip is niet altijd 100 %, dus het in warmte omgezette vermogen is in principe lager dan de eerder genoemde 522000 Joule. En, natuurlijk zit er meer olie in de bak die helpt om extra te koelen (7 liter, in totaal).

Ik kom op ongeveer deze rekensom tijdens het vanuit stilstand optrekken naar 100 km/h bij een maximaal toerental van ca 3000 rpm:

t = 8 seconden
P = 0,75 * 184000 w = 138000 w
Q = 138000 watt * 8 seconen = 1104000 Joule (wattseconden)
M-olie = 0,87 * 7 = 6,09 kg

(delta) T-olie = Q / (M-olie * C-olie) = 1104000 / (6,09 * 2500) = 1104000 / 15225 = 72,51 °K
De 90 °C basis temperatuur erbij: 90 °C + 72,51 °K = 162,51 °C voor de 7 liter bakolie. Dat scheelt toch weer 30 graden.

Hoe dat plaatje eruit ziet als je een paar flinke sprints achter elkaar doet, dat mag je zelf uitrekenen.

Turbo-Geek · 17-08-2009 19:09:18

Goeie Info ! En idd een olie koeler is zeer zeker een aanrader.

-D©©©L- · 17-08-2009 22:48:33

Stall-Speed:

Een andere eigenschap van een koppelomvormer is de zogenaamde "stall-speed".
Wat betekent dat:
Bij een geblokkeerde uitgaande as, is de stall-speed het maximum toerental dat de ingaande as kan bereiken. De factoren hierin zijn de constructie afmetingen van de koppelomvormer en, niet geheel onbelangrijk, het koppel op de ingaande as. Het idee is dat de motor met een langzaam toenemende belasting in het toerengebied kan komen waarbij er een bruikbaar koppel is. Dit is essentieel voor schokvrij wegrijden en soepel schakelen.

Wil je goede prestaties halen, dan is het wenselijk dat de motor zijn werk verricht in z'n bruikbare powerband. In het geval van een getunde motor met een forse turbo, bij een B5234T blok praat je dan of 18T, 19T of nog groter (kkk, garret), is het wenselijk dat de motor een beetje toeren gaat maken. De bak slipt dan weliswaar een beetje meer, maar je hebt dan wel vermogen voor handen. Nadeel voor normaal straatgebruik is een wat ongunstiger verbruik en een verminderde response op het gaspedaal (een deel van de initiële koppel verhoging gaat immers deel "verloren" in de slip van de koppelomvormer).

Een lage stall-speed geeft minder verliezen door slip en daardoor een ietswat gunstiger verbruik. En de bestuurder zal een direktere response op het gaspedaal ervaren.

Voor de volvo motoren zijn de volgende specificaties van toepassing.

Motor		Stall-speed
B5234T		2900 rpm
B5254S		2700 rpm
B5252S		2600 rpm
B5204S		2200 rpm

Hier is meteen al te zien waarom de "die trekt geen worst van tafel" 2.0 20V motor toch zoveel waardering krijgt van de bestuurders die er mee rijden. Hij is heerlijk bij de les ! Het gebrek aan koppel word grotendeels goedgemaakt door de koppelomvormer die bij het wegrijden uit stilstand een niet onaanzienlijke bijdrage levert.

Maar wacht... riep ik niet iets dat zei "het koppel op de ingaande as" ?! Dat was toch verhoogd door de motor tuning ? en wat betekend dat dan voor de stall-speed ?!

later meer !

reneetje · 17-08-2009 23:13:25

Zodan

Gaat mij iig boven de pet, maar beredeneer/bereken je nu dit zelf, of ben je de bron vermelding vergeten ?

-D©©©L- · 17-08-2009 23:21:18

Citaat van: reneetje op 17-08-2009 23:13:25
Zodan

http://suskeenwiske.ophetwww.net/quiz/pics/barabas1.gif

Gaat mij iig boven de pet, maar beredeneer/bereken je nu dit zelf, of ben je de bron vermelding vergeten ?

e.e.a. qua temperaturen kan je gewoon uitrekenen. De rest is gewoon autotechnische kennis.
De tabelletjes komen uit vadis en zijn gechecked tegen de info uit diverse autotechnische vak literatuur.

Ludo · 17-08-2009 23:29:41

Citaat van: -D©©©L- op 17-08-2009 23:21:18
De rest is gewoon autotechnische kennis.

Het is zowat als de fabriek verbruikscijfers.
Allemaal zeer zuinig, maar in praktijk grote zuipschuiten...

Ramses II · 18-08-2009 03:05:35

Heel interesant verhaal en ik ben het absoluut met je eens dat de versnellingsbak van een een getunde Volvo turbomotor een extra oliekoeler kan gebruiken om te voorkomen dat de olie verbrand.

Toch een paar kanttekeningen.

Citaat van: -D©©©L- op 17-08-2009 17:59:22
250 pk ~ 184 kw. en Q = t * P
dus: 184 kw gedurende 3 seconden = 552000 Joule aan warmte.

De koppelomvormer wordt nooit met stilstaand voertuig aan 250 pk blootgesteld omdat de omvormer in dit geval zijn maximum stall speed van 2900 toeren zal draaien. Stel dat je daar 350 Nm zou hebben dan is dat dus 100KW ipv 184KW.

Met de koppelbegrenzing meegerekend van 200Nm is dat zelfs maar 61KW ipv 184KW.

Citaat van: -D©©©L- op 17-08-2009 17:59:22
Ik kom op ongeveer deze rekensom tijdens het vanuit stilstand optrekken naar 100 km/h bij een maximaal toerental van ca 3000 rpm:

t = 8 seconden
P = 0,75 * 184000 w = 138000 w
Q = 138000 watt * 8 seconen = 1104000 Joule (wattseconden)
M-olie = 0,87 * 7 = 6,09 kg

(delta) T-olie = Q / (M-olie * C-olie) = 1104000 / (6,09 * 2500) = 1104000 / 15225 = 72,51 °K
De 90 °C basis temperatuur erbij: 90 °C + 72,51 °K = 162,51 °C voor de 7 liter bakolie. Dat scheelt toch weer 30 graden.

De tijd dat de koppelomvormer 100% slip (stilstaand voertuig) heeft is gering. Wanneer het voertuig gaat rollen wordt er koppel aan de wielen geleverd en zal de energie die in de koppelomvormer verloren gaat (dus warmte) lager zijn. Het voertuig komt immers vooruit.
Van de warmte die ontwikkeld wordt moet dus nog de energie die het voertuig voortbeweegt worden afgetrokken.
Hier geldt natuurlijk ook weer dat er geen 138KW maar 61KW in de 1e en 100KW in de verdere versnellingen wordt geproduceerd door de motor uitgaande van een max toerental van 3000tpm en 350Nm zonder koppelbegrenzing.

Citaat van: -D©©©L- op 17-08-2009 22:48:33
Wil je goede prestaties halen, dan is het wenselijk dat de motor zijn werk verricht in z'n bruikbare powerband. In het geval van een getunde motor met een forse turbo, bij een B5234T blok praat je dan of 18T, 19T of nog groter (kkk, garret), is het wenselijk dat de motor een beetje toeren gaat maken. De bak slipt dan weliswaar een beetje meer, maar je hebt dan wel vermogen voor handen. Nadeel voor normaal straatgebruik is een wat ongunstiger verbruik en een verminderde response op het gaspedaal (een deel van de initiële koppel verhoging gaat immers deel "verloren" in de slip van de koppelomvormer).

De versnellingsbak slipt niet wanneer deze in de versnelling staat. Deze slip zit in de koppelomvormer. Een klein beetje slip heb je altijd met het schakelen maar dat is minimaal.

De initiele koppelverhoging gaat niet verloren. Je zult wel meer slip hebben door het hogere ingaande koppel in de koppelomvormer maar hoe meer slip er in de koppelomvormer aanwezig is hoe meer koppelversterking er plaats vind. Per saldo zal het verlies in koppel aan de wielen in een ongetunde of getunde motor
ongeveer gelijk zijn.

Citaat van: -D©©©L- op 17-08-2009 22:48:33

Hier is meteen al te zien waarom de "die trekt geen worst van tafel" 2.0 20V motor toch zoveel waardering krijgt van de bestuurders die er mee rijden. Hij is heerlijk bij de les ! Het gebrek aan koppel word grotendeels goedgemaakt door de koppelomvormer die bij het wegrijden uit stilstand een niet onaanzienlijke bijdrage levert.

De koppelomvormer heeft hier absoluut mee te maken maar niet om de stall speed maar om de koppelvergroting die bij de koppelomvormers van deze motoren veel hoger is.

Citaat van: -D©©©L- op 17-08-2009 22:48:33
Maar wacht... riep ik niet iets dat zei "het koppel op de ingaande as" ?! Dat was toch verhoogd door de motor tuning ? en wat betekend dat dan voor de stall-speed ?!

Het koppel van de motor is in dit geval wat het verschil maakt in de stall speed. Alle deze koppelomvormers hebben dezelfde K-factor van 217. Ze hebben bij gelijkblijvend koppel dus ook een zelfde stall speed.

V70 classic · 18-08-2009 08:22:34

Je kunt nog kiezen voor een omvormer met een dubbele stator.
Is je powerband wat breder.
als je toch gaat tunen

.
overgens een koppelomvormer slipt altijd daar is de lock-up voor uit gevonden.
dus 1-1 zul je nergens vinden want een koppelomvormer werkt dmv hydraulische slip.
anders zou het een pomp zijn

Ludo · 18-08-2009 08:39:38

Citaat van: Ramses II op 18-08-2009 03:05:35
Heel interesant verhaal en ik ben het absoluut met je eens dat de versnellingsbak van een een getunde Volvo turbomotor een extra oliekoeler kan gebruiken om te voorkomen dat de olie verbrand.

Buiten mijn eigen bak

, waar overigens te veel olie in zat, ben ik er nog geen één tegengekomen waarvan de olie verbrand was.
Met een onjuist olie soort/type , is de kans véle malen groter dat de olie verbrand, dan zonder extra koeler...

V70 classic · 18-08-2009 09:27:40

Citaat van: Ludo op 18-08-2009 08:39:38
Citaat van: Ramses II op 18-08-2009 03:05:35
Heel interesant verhaal en ik ben het absoluut met je eens dat de versnellingsbak van een een getunde Volvo turbomotor een extra oliekoeler kan gebruiken om te voorkomen dat de olie verbrand.

Buiten mijn eigen bak , waar overigens te veel olie in zat, ben ik er nog geen één tegengekomen waarvan de olie verbrand was.
Met een onjuist olie soort/type , is de kans véle malen groter dat de olie verbrand, dan zonder extra koeler...

Maar met een teveel aan olie brengt hij wel meer koppel over

.
Maar hij maakt indeed ook meer warmte.

In de jonge jaren met een YTV 2300 gereden.
Das een goede DAF 2300 die door deffensie mods verneukt is.
Zat ook een koppelomvormer in met temp. meter.
Daar schrik je van hoe snel die steeg.
Maar werdt hij te warm ging hij in lock-up probleem weg.

Maar on topic.
Als je door een dezelfde koppelomvormer een meer aan vermogen kwijt wil moet je meer koelen.
Zie eerder berekeningen.
In de praktijk zullen die berekeningen niet helemaal kloppen ivm het dynamische karakter van het geheel.
Maar je moet er wel naar toe werken ivm veiligheids marge.

-D©©©L- · 18-08-2009 10:08:34

Leuk dat er technisch inhoudelijke reacties komen

De berekeningen qua koppel rond de 2900 rpm had ik zelf ook al gemaakt, ik kon het echter niet nalaten om even "kort door de bocht" te gaan om te zien of er nog ergens iemand wakker was. Ja dus. !

Het hele idee achter dit artikel is inzichtelijk maken hoe bepaalde waardes tot stand komen. Dat is de reden dat ik vrij snel begonnen ben met een paar basis berekeningen zonder al teveel liflafjes. Natuurlijk ligt e.e.a. wat genuanceerder, mijn punt is echter dat er al vele jaren vanalles geroepen word over het tunen i.c.m. een automaat. Maar aan een uitleg met beschrijving van wat er nou eigenlijk gebeurt in de bak heeft het op dit forum tot dusver altijd ontbroken.

Ik ben zeker nog niet klaar met het schrijven (ik ben meer van de werk in uitvoering...), en het uitwerken van de details. Er komen dus nog een paar hoofdstukjes.

Een voorbeeld hiervan is de begrenzing op 200 Nm. Is die 200Nm eigenlijk wel van toepassing bij motoren met gewijzigde software ? Dat moet ik nog boven tafel krijgen.
Verder is de stall-speed bij een hoger aangelegd koppel natuurlijk anders dan bij toepassing op het ontwerp koppel. 250 pk is nooit standaard geleverd i.c.m. een AW50-42 Bak. Net als dat de olie in de praktijk bijna altijd op 100 a 110 graden zal staan, en nog hoger als de motor vermogen geleverd heeft (=warme koelvloeistof).

V70 classic · 18-08-2009 13:53:26

En in hoeverre is het zinvol om het koppel te begrenzen.
Ik denk dat het meer voor de banden gedaan is als voor de omvormer.
Want je kunt een motor van 500 Pk en 400 Nm hebben volgens mij rook je in zijn 1 gewoon de banden op.
Dat max koppel zal dan pas in hogere versnellingen gegeven kunnen worden ivm grip.
Je kunt immers slechts koppel/vermogen genereren als er weerstand (lees grip) is.