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Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß??

 
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ulf
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Beitrag05-07-2004, 11:55    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

Hallo,

um den LLK-Entätsel-Thread nicht völlig zu überfrachten, hier ein neues (und etwas anderes) Thema.

Ich versuche, die Wirkung eines LLK auch in Zahlen zu verstehen, auch ikm Hinblick auf einen neuen oder erweiterten Fachartikel.

Ausgangspunkt ist ja, daß der Lader als erste Stufe der Dichte-Erhöhung die angesaugte Luft pro bar Druckerhöhung um rund 75°C aufheizt, was ich anhand einiger Formeln und Kenngrößen der Luft selbst berechnen konnte (ich hoffe, das ist soweit richtig).

Der LLK kühlt aufgeheizte Luft wieder ein Stück in Richtung Umgebungstemperatur herunter und erhöht damit nochmals die Luftdichte - aber zur quantitativen Wirkung dieses Effektes habe ich bisher keine Aussagen gefunden.

Daher meine Frage:
Wenn z.B. die Luft bei 0° Außentemperatur und 1 bar Ladedruck mit theoretisch 75,3°C und der verdoppelten Dichte von 2,58 kg / m³ durch den LLK läuft, und der kühlt sie herunter:
Um wieviel erhöht sich dadurch nochmals die Luftdichte pro K (oder pro 10 K) icon_eek.gif icon_question.gif icon_question.gif

Mag sein, daß ich irgendwie auf dem Schlauch stehe, aber an diesem Punkt bleibe ich immer wieder hängen . . . icon_redface.gif
Gruß Ulf
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dieselmartin
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Beitrag05-07-2004, 13:01    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

VORSICHT Ulf

Du musst genau sagen, WO du die 1 Bar Ladedruck hast.

Die alten TD haben ja den Ladedruck am Turbo geregtl, daher musste man den HOCHDREHN, wenn man nen LLK nach geruestet hat. Ohne hochdrehen kam am Kopf dann naemlich weniger (druck) als vor dem LLK einbau an !!

Unsere TDI messen am Einlass den Druck, wie der vorher (erwaermen-> ausdehnen / abkuehlen durch LLK -> zusammen ziehen/dichter/DruckverLUST !!) zusatnade kommt, is der Regelung egal.

Wenn dein LLK also ploetzlich duetlich "besser" wuerde, muesste dein TUrbo absofort deutlich MEHR Luft ranschaufeln (== hoeher drehen). Denn wenn die Luft hinterm LLK dichter wird, sinkt ihr Druck (weil der Raum == Rohre etc. ja gleich bleibt)

War das verstaendlich (sorry, dass ich es nicht besser ausdrucken kann - vielleicht rechne ich heute abend mal rum).

- die 75 K / bar kann ich mir nicht vorstellen (etwas zu viel)

- in der Rechnung fehlt die Waermeabgabe durch den Turbo (wodurch die Luft sich ja auch ausdehnt. Das gibt ne Druckerhoehung ohne Massenerhoehung.

m;
Transparency, Teamwork
... there was another T.

I don't know what the fuck it was.
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chris11
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Beitrag05-07-2004, 13:45    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

Hallo Ulf,

in erster Näherung kannst Du die Luft als ideales gas betrachten. Die Luftdichte ist proportional zur absoluten Temperatur bei -273.15 Celsius. Damit bekommst Du eine Dichteerhöhung bei Abkühlung von 75 nach 0 von ca. 75/273 = 0,274.

Mit freundlichem Gruß
Christian
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ulf
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Beitrag05-07-2004, 16:39    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

dieselmartin hat folgendes geschrieben:
Du musst genau sagen, WO du die 1 Bar Ladedruck hast.. . .
Unsere TDI messen am Einlass den Druck, wie der vorher (erwaermen-> ausdehnen / abkuehlen durch LLK -> zusammen ziehen/dichter/DruckverLUST !!) zusatnade kommt, is der Regelung egal.

Yep, ich meinte wie beim TDI.

Zitat:
Wenn dein LLK also ploetzlich duetlich "besser" wuerde, muesste dein TUrbo absofort deutlich MEHR Luft ranschaufeln (== hoeher drehen). Denn wenn die Luft hinterm LLK dichter wird, sinkt ihr Druck (weil der Raum == Rohre etc. ja gleich bleibt)
War das verstaendlich (sorry, dass ich es nicht besser ausdrucken kann - vielleicht rechne ich heute abend mal rum).

Ist schon OK - das Gleiche hab ich ja schon bei "LLK enträtselt" geschrieben icon_lol.gif

Zitat:
- die 75 K / bar kann ich mir nicht vorstellen (etwas zu viel)

- in der Rechnung fehlt die Waermeabgabe durch den Turbo (wodurch die Luft sich ja auch ausdehnt. Das gibt ne Druckerhoehung ohne Massenerhoehung.


Also die 75 K / bar als theoretische Größe kommt aus der angenommenen Gleichung "Verdichtungsarbeit = Aufheiz-Energie".

Aufgedröselt:

Volumen * Druckanstieg = Masse * spez. Wärmekapazität * Temperturanstieg

Volumen wird durch Masse / Dichte ersetzt, das ergibt:

Druckanstieg * Masse / Dichte = Masse * spez. Wärmekapazität * Temperturanstieg

Masse kürzt sich raus ->
Druckanstieg / Dichte = spez. Wärmekapazität * Temperturanstieg

Umgestellt: Temperturanstieg = Druckanstieg / (Dichte * spez. Wärmekapazität)

Setze die Werte für Luft ein (1,29 kg / m³ und 1,01 kJ / (kg * K), das ergibt die besagten 75,3 K / bar.


Die Größenordnung dürfte IMO stimmen, denn

1. in einem Diagramm zum Industrie-TDI (AFD) steigt die Ladelufttemperatur vor dem LLK mit dem Ladedruck bei 50°C beginnend (Leerlauf) bis etwa 127°C bei 1900 rpm (darüber bleibt sie konstant).
Also hier ca. 77°C / bar, vermutlich incl. Erwärmung durch den Lader

2. kenne ich noch den trockenadiabatischen Aufstieg von Luft in der Atmosphäre (bei Thermik):
Pro 100 m Höhe kühlt sich die Luft um 1°C ab (Faustregel 1).
Die barometrische Höhenstufe beträgt in Meereshöhe 8 m / mbar (Faustregel 2).

Verquickt man beide Faustregeln, so kommt man sogar auf rund 80 K / bar "im Labor der Natur".
Gruß Ulf
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ulf
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Beitrag05-07-2004, 16:44    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

chris11 hat folgendes geschrieben:
in erster Näherung kannst Du die Luft als ideales gas betrachten. Die Luftdichte ist proportional zur absoluten Temperatur bei -273.15 Celsius. Damit bekommst Du eine Dichteerhöhung bei Abkühlung von 75 nach 0 von ca. 75/273 = 0,274.

icon_idea.gif Aha icon_idea.gif

Das hieße, man kann als Faustregel aufstellen:

Eine Ladeluftkühlung um 75 K ersetzt 0,27bar Ladedruck, oder auf eingängigere Werte umgerechnet:
Eine Kühlung um 10K ersetzt 37 mbar Ladedruck . . .??
Gruß Ulf
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Roadagain
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Beitrag07-07-2004, 20:11    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

Hallo,

Also das ganze lässt sich mit den Vorhandenen Daten nur in sehr grober näherrung errechnen. Auch gleich mal allgemein für alle wir reden hier von strömen also nicht Volumen sondern Volumenstöme usw.

zur genauen rechnung benötigt man auch sehr viel mehr daten. auch nur zum rechnnen mit einem Idealisierten Prozess. Bei einem Realen Braucht man noch einiges mehr. wie z.b Druck und wärmeverlsute in den Leitungen etc.

Sozusagen Tatsächliche sachverhalte auf die man bauen kann.

Da ja die temperatur der Ladeluft nach dem Lader nicht nur durch die kompression im Lader entsteht sondern auch durch den vom Abgas erhitzten Lader selbst. Man braucht einen festen wert der vorhanden ist und gemessen wurde. Da man sich sonst im kreis dreht. Den druck der AGR sollte man auch berücksichtigen.

mal ein beispielhafter rechenweg wenn man alles ideal annimmt: man ermittelt die temperatur der luft nach dem lader.
dazu ermittelt man den druck. Damit sollte man dichte und geschwindigkeit der luft im system errechnen können.(wenn man luft als ideales Gas animmt, also auch nur näherungsweise)

Dann kann man auch den Luftmassenstrom(oder Volumenstrom) im System errechnen.

Dann Benötigt man aussentemperatur, dann Geschwindikeit des Fahrzeugs um den massenstrom der aussenluft und damit den energiefluss errechnen zu können.

Dann kommt man ducrh einen Energievergleich auf die Temberatur druck etc der im system.

Also ungefair so sollte das gehen ich hab leider grad kein buch zur hand um das zu prüfen. Natürlich muss man noch aus einigen Tabellen und Diagrammen werte entnehmen. Vor allem wenn man Luft nicht als Ideales Gas annimmt und die Luftfeuchtigkeit berücksichtigt.
Dann sind sicher auch noch einige zwischenschritte nötig.
Je nachdem wie genau man da werte haben möchte.
Damit hätte man dann einen Statischen wert. Setzt man dann Funktionen ein an statt der festen werte bekommt man erst brauchbare ergebnisse.
Oder man gibt sich mit den Eckpunkten eines Idealiseirten Prozess zufrieden.

Bei dem Industrie TDI denke ich mal es handelt sich um einen Motor der steht. Also bei dem sich der äußere Luftmassenstrom nicht variable ist.
Da sich beim LLK im Auto logischer weise die kühlleistung erhöt je schneller man fährt wäre ich da mit einem direkten vergleich vorsichtig.

Grüsse
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schnappi
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Beitrag07-07-2004, 21:44    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

Wenn man eine umgebugstemperatur von 0°C hat, wird man die Temperatur der Ladelict nicht auf ca. unter 20°C bekommen, da man immer ein Temperaturgefälle zum Wärmeaustausch benötigt. aufgrund des großen volumenstroms und der reativ kleinen llk-austauschfläche müsste das so ungefähr hinkommen. ansonsten ist es bei luft bei geringen drücken ein zu vernachlässigender fehler, wenn man mit dem idealen gasgesetz arbeitet!
MfG, Schnappi
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ulf
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Beitrag08-07-2004, 7:18    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

Roadagain hat folgendes geschrieben:
Hallo,

Also das ganze lässt sich mit den Vorhandenen Daten nur in sehr grober näherrung errechnen.
. . .
zur genauen rechnung benötigt man auch sehr viel mehr daten. auch nur zum rechnnen mit einem Idealisierten Prozess. Bei einem Realen Braucht man noch einiges mehr. wie z.b Druck und wärmeverlsute in den Leitungen etc.

Hi,

daß man bei so relativ komplexen Abläufen erst dann wirklich präzise Ergebnisse bekommt, wenn man "1001 Parameter" berücksichtigt, ist mir klar.

Andererseits kann IMO auch bei komplexen Sachverhalten oft brauchbare Faustregeln aufstellen, wenn man nur die wichtigsten Einflußgrößen mit einbezieht (und so den Rechenaufwand auf einen Bruchteil reduzieren kann icon_smile.gif ).

Z.B. bei der Aufheizung der Luft zwischen Lader und LLK dürfte die Wärmeübertragung durch den Lader nur eine untergeordnete Rolle spielen, so daß die Faustregel "75K pro bar" für das hiesige Diskussionsniveau IMO schon ausreicht.

Und eine vergleichbare Faustregel für die Dichteänderung der Luft durch Abkühlung bei gleichbleibendem Druck wollte ich haben.
(Daß ein realer LLK die Luft nie bis ganz auf das Niveau der Außenluft herunterkühlen kann, ist mir klar.)

Wenn Du die Faustregel "10 K Kühlung entsprechen in puncto Luftdichte etwa 37 mbar Ladedruck" insoweit bestätigen kannst (oder korrigieren), wäre das gut.

Dann frage ich mich allerdings, warum man den Aufwand der LL-Kühlung überhaupt betreibt:

Geht man z.B. bei 1 bar Ladedruck (= 75K Aufheizung) von einer erreichbaren Abkühlung um 50K aus, so könnte man hinsichtlich der Luftdichte den gleichen Effekt ereichen, wenn man 0,18 bar mehr Ladedruck fährt - abzüglich des Druckverlustes, den der LLK selbst verursacht (gibt's dazu auch Erfahrungswerte / Faustregeln?).

Zitat:
Bei dem Industrie TDI denke ich mal es handelt sich um einen Motor der steht. Also bei dem sich der äußere Luftmassenstrom nicht variable ist.
Da sich beim LLK im Auto logischer weise die kühlleistung erhöt je schneller man fährt wäre ich da mit einem direkten vergleich vorsichtig.

Wohl nein, die Peripherie-Beschreibungen wie Lage der Einzelkomponenten im Motorraum deuten eher auf einen Fahrzeug-Einbau hin.
Wobei das LL-Temperatur-Diagramm keinen Hinweis zur Fahrgeschwindigkeit enthält . . .
Gruß Ulf
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eike
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Beitrag08-07-2004, 8:44    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

Dann frage ich mich allerdings, warum man den Aufwand der LL-Kühlung überhaupt betreibt:

Geht man z.B. bei 1 bar Ladedruck (= 75K Aufheizung) von einer erreichbaren Abkühlung um 50K aus, so könnte man hinsichtlich der Luftdichte den gleichen Effekt ereichen, wenn man 0,18 bar mehr Ladedruck fährt - abzüglich des Druckverlustes, den der LLK selbst verursacht (gibt's dazu auch Erfahrungswerte / Faustregeln?).



Hallo Ulf,

ist der Sinn der LLK vielleicht auch in der Kompressionstemperatur in den Zylindern zu suchen? Wenn die einströmende Luft 50K wärmer ist, wieviel wärmer ist dann die Luft bei maximaler Kompression.
Möglicherweise hat daß dann wieder negative Auswirkungen auf die Kreisprozesse bzw. auf den Wirkungsgrad und das Abgasverhalten.

Grüße

Eike
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Roadagain
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Beitrag08-07-2004, 9:32    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

Hallo,

Bevor ich konkret zur Faustregel was sagen kann muss ich mir erst noch nen buch holen.
Diese woche geh ich sowieso in die bücherrei. dann schau ich mal.

Und der sinn liegt darin das die luftdichte bei erwärmung sinkt. Also kommt weniger luft in die Zylinder. Folglich kann man auch weniger Kraftstoff verbrennen. Also weniger energie kann freigesetzt werden bei gleichem gewünschten Lambda wert. Also der wirkungsgrad des Motors wird geringer.
Kühlt man die luft ab gibts mehr luft(insbesondere mehr sauerstoff) man kann mehr kraftstoff verbrennen und setzt mehr energie pro zündung frei...ergbnis mehrl leistung mehr drehmoment und besserer wirkungsgrad.

Grüsse
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ulf
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Beitrag08-07-2004, 9:42    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

Roadagain hat folgendes geschrieben:
Und der sinn liegt darin das die luftdichte bei erwärmung sinkt. Also kommt weniger luft in die Zylinder. . .

Ist schon klar.
Die Frage war ja nur, warum man zur Dichte-Erhöhung einen LLK als zusätzliche Komponente verbaut, anstatt den Ladedruck mit der eh vorhandenen Hardware so(viel höher) einzuregeln, daß die Luft auch ohne Kühlung mit der gewünschten Dichte in die Brennräume kommt.

Eike hat da IMO einen interessanten Aspekt ins Spiel gebracht, zu dem ich aber leider nichts sagen kann . . .
Gruß Ulf
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Gremlin
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Beitrag08-07-2004, 12:47    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

Die Frage war ja nur, warum man zur Dichte-Erhöhung einen LLK als zusätzliche Komponente verbaut, anstatt den Ladedruck mit der eh vorhandenen Hardware so(viel höher) einzuregeln, daß die Luft auch ohne Kühlung mit der gewünschten Dichte in die Brennräume kommt.



äh.... Error in Module 'ULF' - No Coffee located icon_wink.gif


- zünddruck
- thermische belastung
- verdichter antriebsleistung
- thermischer wirkungsgrad
- ...

CU Gremlin
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Beitrag08-07-2004, 13:51    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

Gremlin hat folgendes geschrieben:
ulf hat folgendes geschrieben:
Die Frage war ja nur, warum man zur Dichte-Erhöhung einen LLK als zusätzliche Komponente verbaut, anstatt den Ladedruck mit der eh vorhandenen Hardware so(viel höher) einzuregeln, daß die Luft auch ohne Kühlung mit der gewünschten Dichte in die Brennräume kommt.
- zünddruck
- thermische belastung
- verdichter antriebsleistung
- thermischer wirkungsgrad
- ...

Aha, also wohl handfeste motortechnische Gründe.
Die ich aus den Stichworten zwar nicht fertig entwicklen (und womöglich auch nicht ohne Nachhilfe verstehen) kann, aber meine Frage ist damit beantwortet - danke!
Gruß Ulf
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Beitrag08-07-2004, 19:51    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

eike hat folgendes geschrieben:

Möglicherweise hat daß dann wieder negative Auswirkungen auf die Kreisprozesse bzw. auf den Wirkungsgrad und das Abgasverhalten.
Grüße
Eike

Ja, die Verdichtungsarbeit wird höher je höher die Einlaßtemperatur wird. Der (idealisiere) Carnot-Prozeß z.B. arbeitet mit isothermer Kompression.
Gruß Christian
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Roadagain
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Beitrag17-07-2004, 16:13    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

Je wärme die luft dest geringer die dichte, alo weniger sauerstoff, also schlechterer wirkungsgrad.

sagte ich doch schon. Also kann man je wärme die luft ist wenigger reinpumpen, da je wärmer der druck auch schon höher ist.

Grüsse
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Beitrag23-07-2004, 7:26    Titel: Luftdichte-Änderung durch LLK: wie groß?? Antworten mit Zitat

dieselmartin hat folgendes geschrieben:
Die alten TD haben ja den Ladedruck am Turbo geregtl, daher musste man den HOCHDREHN, wenn man nen LLK nach geruestet hat. Ohne hochdrehen kam am Kopf dann naemlich weniger (druck) als vor dem LLK einbau an !!

Hi Martin,

entgegen meiner bisherigen Vermutung hat mein LLK auch innen Kühlrippen (kann man bei abgezogenem Schlauch sehen), die zwar relativ viel Wärme aus der Ladeluft ziehen können, aber sie auch intensiv verwirbeln und damit den Strömungswiderstand erhöhen -> Ladedruckverlust durch den LLK.

Weißt Du oder jemand anderes, wieviel Druck ein LLK normaler Größe bei Pmax ungefähr "verbraucht"?
Gruß Ulf
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