Lader-Leistungsbedarf wegen engem Saugrüssel?

Hallo,

nach mehreren Messungen verschiedener Fahrer entsteht bei TDIs hinter dem engen Saugrüssel im Pmax-Bereich ein Unterdruck in der Größenordnung von 50 mbar.
Diesen Druckverlust muß der Lader auf dem Weg zum Motor wieder ausgleichen.

Wieviel Leistung dafür benötigt wird, habe ich mal versucht zu berechnen.

Die Lader-Nutzleistung berechnet sich aus Volumenstrom * Druckerhöhung.

Bei einem Ladedruck von 1 bar, einem Massenstrom von ~ 0,85 g/Hub und 4000 rpm ergibt sich ein angesaugter Volumenstrom von 0,088 m³/sec und damit eine Verdichter-Nutzleistung von ~ 8,6 kW.

Ausgehend von einem verdichterseitigen Laderwirkungsgrad um 75% nehme ich auch auf der Antriebsseite einen ähnlichen Wirkungsgrad an, was ein Verhältnis zwischen Nutzleistung und der aus dem Abgasstrom abgegriffenen Leistung (Gesamtwirkungsgrad) von ca. 0,56 ergibt.

Demnach füttern die Abgase den Lader mit ca. 8,6kW / 0,56 = 15,3 kW, um 1 bar Ladedruck @ 4000 rpm zu erzeugen.

Durch die saugseitige Drosselung steigt der (Nutz- und Antriebs-)Leistungsbedarf um ca. 5% (1,05 bar Druckdifferenz statt 1,0 bar), also abgasseitig auf fast 16,1 kW.
Das wäre immerhin rund 1 PS Lader-Antriebsleistung, die man durch Entdrosselung der Saugseite einsparen könnte.

Laut Volksmund nutzt der Lader ja nur die Energie, die sonst durch den Auspuff verloren geht.
Andererseits wissen wir, daß ein steigender Leistungsbedarf des Laders zu einem erhöhten Abgasgegendruck führt, womit wiederum die Pumpverluste des Motors ansteigen.

Die Frage ist jetzt: Um wieviel sinkt die Nutzleistung des Motors ab, wenn der Lader 1 PS mehr aus dem Abgasstrom zieht?
Diese Leistung wäre nämlich IMO als Gewinn zu erwarten, wenn man die Saugseite völlig(!) entdrosselt.

Selbst wenn das ganze PS an Motorleistung rausspringen würde, wäre das zwar nicht die Welt, ab es erscheint mir trotzdem grundsätzlich interessant - u.a. im Hinblick auf den Dauerbrenner Sportluftfilter.

Hi ulf,

deine Formeltechnik beeindruckt mich immer wieder - nur weiter so.

noch eine kleine Ergänzung weil ich es schon mal angeschnitten hatte :
du schreibst :
'Demnach füttern die Abgase den Lader mit ca. 8,6kW / 0,56 = 15,3 kW, um 1 bar Ladedruck @ 4000 rpm zu erzeugen.

Durch die saugseitige Drosselung steigt der (Nutz- und Antriebs-)Leistungsbedarf um ca. 5% (1,05 bar Druckdifferenz statt 1,0 bar), also abgasseitig auf fast 16,1 kW.'

Wenn man davon ausgeht daß ein größerer Lader hier schon deutlich mehr Wirkungsgrad hat, dann sieht man leicht daß mit dem VNT17 der nach meiner Einschätzung im Bereich 0,7 laufen müßte, der Leistungsbedarf 8,6/0,7 = 12,28 beträgt, alsoi auf der KW glatte 3 KW mehr ürig bleiben. Und bevor jemand darauf einsteigt - ich glaube schon daß man diese Leistung direkt von der KW abziehen kann, da die Antriebsleistung für den Turbo über Abgasgegendruck aufgebaut wird.

Moin,

man kann die Betrachtung auch noch weiter führen, denn es steigt auch der Abgasdruck vor dem Turbolader wenn er mehr schaufeln muß. Das hat wiederum zur Folge, daß mehr Abgas in den Zylindern verbleibt und dadurch der Ladedruck noch höher sein müßte, um die gleiche Menge Frischlucht in die Zylinder zu bekommen, usw.
Aus Hubraum und Verdichtung müßte sich das verbleibende Abgasvolumen in den Zylindern und daraus die Restabgasmasse berechnen lassen.
Kann man denn davon ausgehen, daß eine Aufladung von 0 auf 1 bar eine Verdoppelung der Luftmasse bewirkt (ideales System)? Vermutlich nicht, sonst hätte ein SDI nur die halbe Leistung wie ein auf 1bar geladener TDI bei identischem Luftsauerstoffüberschuß? Wer weiß es?

Grüße

Eike

garth.brooks hat folgendes geschrieben:

Wenn man davon ausgeht daß ein größerer Lader hier schon deutlich mehr Wirkungsgrad hat, dann sieht man leicht daß mit dem VNT17 der nach meiner Einschätzung im Bereich 0,7 laufen müßte . . .

*quääääk* Mißverständnis??

0,7 - 0,75 sind Wirkungsgrade aus Laderkennfeldern.
Und die beziehen sich (nach meinem Verständnis) nur auf die Verdichterseite - weil ja die Drehzahlen mit enthalten sind und es daher egal sein kann, ob die Turbine von Abgasen, einem Elektromotor oder 50.000 Hamstern in Laufrädern mit zwischengeschaltetem Getriebe angetrieben wird.

Bei meiner Berechnung gehe ich ja verdichterseitig auch von 0,75 aus.
Aber abgasseitig wird sicher auch keine 100% Leistungskopplung zwischen Gasen und Turbine erreicht.
Mangels anderer Zahlen nehme ich hier (zunächst) auch einen Wirkungsgrad von 75% an.
Der Gesamtwirkungsgrad zwischen Abgasen und Frischluft bzw. das Verhältnis von Nutzleistung des Laders und Leistungsaufnahme dürfte dann 0,75 *0,75 = 0,56 betragen - auch beim VNT17.

Es sei denn, ich läge bei der Interpretation der Laderkennfelder daneben, und die max. 75% wären schon der Gesamtwirkungsgrad. Das würde dann aber auch z.B. für den VNT 15 gelten.

garth.brooks hat folgendes geschrieben:

Und bevor jemand darauf einsteigt - ich glaube schon daß man diese Leistung direkt von der KW abziehen kann, da die Antriebsleistung für den Turbo über Abgasgegendruck aufgebaut wird.

Hilft nicht
An der KW erhöht sich lediglich die Ausschiebeleistung. Die Leistung, die in der Turbine umgesetzt wird kommt aber auch z.T. aus der Expansion, weshalb sich das Abgas in der Turbine abkühlt, was es bei Entspannung durch eine Drossel nicht täte. Der Turbinenwirkungsgrad müßte schon recht schlecht sein damit Du Recht behalten kannst.
Hab leider keine Zahlen parat bzw. keine Zeit das nachzurechnen.

nach mehreren Messungen verschiedener Fahrer entsteht bei TDIs hinter dem engen Saugrüssel im Pmax-Bereich ein Unterdruck in der Größenordnung von 50 mbar.


Sind die Konstrukteure bescheuert Wieso bauen die so enge Saugrüssel ein, daß 50mbar Unterdruck entstehen?

Oder kommt der Unterdruck vom Luftfilter-Widerstand? Das würde ich erstmal prüfen.

Kann man denn davon ausgehen, daß eine Aufladung von 0 auf 1 bar eine Verdoppelung der Luftmasse bewirkt (ideales System)? Vermutlich nicht, sonst hätte ein SDI nur die halbe Leistung wie ein auf 1bar geladener TDI bei identischem Luftsauerstoffüberschuß?

Eine sehr interessante Frage. Bedeutet denn doppelter Druck überhaupt doppelte Luftmasse? Meinem Gefühl nach ja, denn der Abstand zwischen Vakuum und Atmosphärendruck ist ja 1 bar, und pro bar muß man immer die gleiche Anzahl Luftmoleküle in einen Raum pressen. Vielleicht bin ich aber auch auf dem Holzweg, und der Zusammenhang zwischen Dichte und Druckanstieg ist nichtlinear. Ich glaube, mich entsinnen zu können, daß der Verdichtungs-Enddruck nicht identisch ist mit dem Verdichtungsverhältnis, also nicht 19 bar bei 19:1. Wer weiß mehr?

Stimmt die o.g. Überlegung, so hätte ein TDI bei 1 bar den doppelten Luftdurchsatz wie ein SDI gleichen Hubraums. Außerdem hätte er dabei den doppelten Verdichtungs-Enddruck - bei gleichem geometrischen Verdichtungsverhältnis.

Bei doppeltem Luftdurchsatz müßte er aber die doppelte Menge Kraftstoff verbrennen können und bei gleichem Wirkungsgrad die doppelte Leistung haben! Er hat in der Praxis aber nur ca. 50% mehr Leistung. Irgendwas stimmt hier ganz und gar nicht.

Wer weiß weiter?

weshalb sich das Abgas in der Turbine abkühlt, was es bei Entspannung durch eine Drossel nicht täte

Sehr wohl tuen sie das! Sich entspannende Gase kühlen stets ab. Schon mal an den Druckminderer einer Sauerstoffflasche (beim Brennschneiden) gefaßt?

SeatArosa1.7SDI hat folgendes geschrieben:

Sind die Konstrukteure bescheuert Wieso bauen die so enge Saugrüssel ein, daß 50mbar Unterdruck entstehen?

Vielleicht machen sowas nur die Konstrukteure, die einen Hersteller / Anbieter von Sport-Lufis in der Verwandtschaft haben, damit denen die Werbeargumente nicht ausgehen

Zitat:

Oder kommt der Unterdruck vom Luftfilter-Widerstand? Das würde ich erstmal prüfen.

Bei meinem Wagen definitiv nicht: Ohne Saugrüssel mit relativ großer Eintrittsöffnung am LuFikasten war auf meiner LDA kein Unterdruck ablesbar.
Mit (bereits erweitertem) Saugrüssel waren es ~ 40 mbar.

Zitat:

Bei doppeltem Luftdurchsatz müßte er aber die doppelte Menge Kraftstoff verbrennen können und bei gleichem Wirkungsgrad die doppelte Leistung haben! Er hat in der Praxis aber nur ca. 50% mehr Leistung. Irgendwas stimmt hier ganz und gar nicht.

Ja - und zwar IMO nur der Luftüberschuß.
Deswegen kann man aus TDIs ohne Ladedruckanhebung und größere Rußwolken bis ~ 15% mehr Leistung holen.
Versuch das mal mit nem SDI -> Gute Nacht im Rückspiegel

Von 64 auf 110 PS sinds übrigens etwas mehr als 50% Leistungssteigerung . . .

Hallo Leute!

Bei einer Turboladerturbine ist die Enthalpiedifferenz des Gases zwischen Ein- und Austritt entscheidend für die max. mögliche Turbinenleistung. Wie hier schon richtig beschrieben wurde, spielt die Expansion (=Strömungsgeschwindigkeitszunahme) eine große Rolle. Die Antriebsleistung des Laders lässt sich nicht einfach auf die Druckdifferenz und den Volumendurchsatz beschränken, die Zusammenhänge sind weitaus komplexer.

Bei einer isothermen Verdichtung (=Idealfall) würde sich die Dichte der Ansaugluft bei 1 bar Ladedruck in etwa verdoppeln. Leider ist aber die Verdichtung i.d.R. mit einer Temperaturerhöhung verbunden, was zu einer Herabsetzung der Luftdichte führt. Deshalb versucht man mittels Ladeluftkühlung eine Annäherung an die isotherme Kompression.

Gruß
Alex

Bei einer isothermen Verdichtung (=Idealfall) würde sich die Dichte der Ansaugluft bei 1 bar Ladedruck in etwa verdoppeln

Das heißt also:

-isotherme Verdichtung: Druck steigt linear mit der Dichte -> Druck direkt proportional zur Dichte
-?therme Verdichtung: Druck steigt progressiv mit der Dichte -> (quadratisch? e-Funktion?...)

Gruß

Zitat:

Dichte und Druckanstieg ist nichtlinear. Ich glaube, mich entsinnen zu können, daß der Verdichtungs-Enddruck nicht identisch ist mit dem Verdichtungsverhältnis, also nicht 19 bar bei 19:1. Wer weiß mehr? Stimmt die o.g. Überlegung, so hätte ein TDI bei 1 bar den doppelten Luftdurchsatz wie ein SDI gleichen Hubraums. Außerdem hätte er dabei den doppelten Verdichtungs-Enddruck - bei gleichem geometrischen Verdichtungsverhältnis. Bei doppeltem Luftdurchsatz müßte er aber die doppelte Menge Kraftstoff verbrennen können und bei gleichem Wirkungsgrad die doppelte Leistung haben! Er hat in der Praxis aber nur ca. 50% mehr Leistung. Irgendwas stimmt hier ganz und gar nicht. Wer weiß weiter?

Hallo,

Nichtlinear wirds so erst ab Drücken von 200-300bar. Wir können hier getrost ohne zu grosse Fehler mit den idealen Gasformeln rechnen. Also ein Verdichtungsverhältnis von 1:19 bringt 19 bar Überdruck. Das die Kompressionsmessungen teilweise mehr ergeben liegt an der Strömungsdynamik.

Motorleistung hängt in erster Näherung am Luftdurchsatz. Man kann den Motor als Luftpumpe mit innerer Verbrennung betrachten. Das ein mit 1 bar Überdruck (2 bar absolut)aufgeladener Motor nicht die doppelte Leistung hat, wird zum grossen Teil daran liegen, das man einen grösseren Luftüberschuß zubilligt (weniger als möglich einspritzt), um die Abgase (Ruß, Nox) zu verbessern. Alte Faustformel bei Normaldruck 1m³/sec = 1000PS

Mit freundlichem Gruß
Christian

Also ein Verdichtungsverhältnis von 1:19 bringt 19 bar Überdruck

Donalexo schreibt aber, einen linearen Zusammenhang zwischen Dichte und Druck gibt es nur bei isothermer Verdichtung, d.h., daß das verdichtete Gas so gekühlt wird, daß es die gleiche Temperatur wie vorher hat.

Die Verdichtung im Motor ist aber alles andere als isotherm, eher das Gegenteil. Ist ja auch erwünscht, damit sich der Kraftstoff an der heißen Luft entzünden kann.

Wer hat recht?

Gruß

donalexo hat folgendes geschrieben:

Bei einer Turboladerturbine ist die Enthalpiedifferenz des Gases zwischen Ein- und Austritt entscheidend für die max. mögliche Turbinenleistung. Wie hier schon richtig beschrieben wurde, spielt die Expansion (=Strömungsgeschwindigkeitszunahme) eine große Rolle. Die Antriebsleistung des Laders lässt sich nicht einfach auf die Druckdifferenz und den Volumendurchsatz beschränken, die Zusammenhänge sind weitaus komplexer.

Hi Alex,

OK, also fängt der Lader einen Teil der sonst völlig nutzlos verpuffenden "Expansionsleistung" der Abgase ab und verwandelt sie (teilweise) in Nutzleistung.

Gleichzeitig dürrfte IMO die Abgasseite des Laders eine Art Strömungswiderstand darstellen, der den mittleren Abgasgegendruck vor dem Lader umso weiter steigen läßt, je mehr Leistung der Lader aufnimmt.
Was wiederum dem herauspumpenden Kolben eine stärkere Kraft entgegensetzt und damit den Nutzleistungsanteil des Motors verringert.

. . . so daß die Antriebsleistung des Laders (vereinfacht ausgedrückt) aus Expansionsenergie und erhöhtem Abgasgegendruck entsteht, aber nur letzterer Anteil zu Lasten der Motornutzleistung geht (also in unserem Beispiel 1 PS mehr Antriebsleistung für den Lader nicht voll auf die verfügbaren PS durchschlägt).

Oder liege ich mit dem steigenden Abgasgegendruck grundsätzlich falsch?

UIUIUIU – Hab ich wieder was losgetreten – Also :

@ Ulf - Nein – kein Missverständnis – Der VNT 15 ist bekannterweise mit keinen üppigen reserven ausgestattet. Ein bisschen getunt und schgon läuft er günstigstenfalls am Rand seines Kennfeldes, oder auch außerhalb. Darauf wollte ich hinaus. Der VNT 17 liegt dann bei gleicher Kompressionsleistung im Optimum. Ich hab mir die Kurven noch mal angesehen, das kann hinkommen.


@ christians – das mit der ansonsten verschwendeten Abgasleistung die zum Antrieb des Turbos benutzt wird stimmt nur so lange wie man nicht anfängt das Abgas anzustauen um mehr Antriebsleistung für den Turbo zu bekommen. Genau das passiert im VNT !
Immerhin ist der Abgasgegendruck höher als der Ladedruck, sonst würde die AGR niemals funktionieren. Da geht ganz ordentlich was weg von der KW-Leistung.
Die KW-Leistung kann übrigens bis null runtergehen, wenn wie bei mir der Auspuff, bzw. Kat zumacht. Hab die Karre damals kaum noch bis zum nächsten Autobahnrastplatz bekommen.( Auch weil durch den Stau die Ansaugmenge zurückgeht.)
Die Leistung kommt, wie du schon schreibst, aus der Expansion ! Und zwar deshalb weil sich die Gase durch das öffnen des Auslassventils nicht vollständig expandieren konnten und vom Kolben folgerichtig nach außen gedrückt werden müssen, und zwar gegen einen Außendruck von mehreren Bar anstatt nur einem Bar. Es wird vom Kolben als Arbeit gegen den Außendruck verrichtet und die kommt von der KW!

@Donalexo – volle Zustimmung, es ist komplex, aber in einer Annäherung kann man etwas vereinfachen.

Hallo Leute!

Für ideales Gas gilt die Beziehung: p*V/T = konst.

Die Ladeluft wird im Verdichter des Laders polytrop (p*V^n=konst, n=Polytropenexponent) komprimiert und anschließend im LLK isobar gekühlt. Im Motor (Verdichtungstakt) erfolgt dann nochmals eine polytrope Verdichtung.

Der Grund, warum ein aufgeladener Motor nicht im gleichen Maße eine Leistungssteigerung erfährt, wie das Druckverhältnis zwischen Atmosphärendruck und Ladedruck ansteigt, leigt an folgenden Effekten:

1. Erwärmung der Ladeluft führt zu Dichteabnahme
2. höherer Verdichtungsenddruck im Motor führt zu einer Erhöhung des Brennraumtemperaturniveaus

Die mechanischen und thermischen Grenzen (Grund 2) sind meistens der limitierende Faktor bei der Auslegung modernen Motoren.
Erschwerend kommt hinzu, dass schon eine geringe Anhebung der durchschnittlichen Brennraumtemperatur zu einer massiven Steigerung der NOx-Bildung führt.

Gruß
Alex

Hallo Ulf,

den Saugrüssel beim G3 kennst Du ja und der durchlöcherte LuFi-Kasten ist Dir ja bekanntermaßen auch ein Begriff. Da mir aber dieses Saugrohr direkt am Turbo nicht gefallen hat, habe ich es bei einem Querschnitt von ca. 55 mm abgetrennt und einen 90° Schlauch zum Verbinden benutzt.

Der Effekt war der gleiche wie mit einem Sportendschalldämpfer oder einem Sportluftfilter.
Kein spürbarer Unterschied. Ich habe das, ehrlich gesagt, auch nicht anders erwartet. Aber das Gefühl zu wissen, dass diese Engstelle existiert, konnte ich mit Erfolg besiegen!

Aber ich hätte die Druckverhältnisse mit serienmäßigem Ansaugweg und danach messen sollen. Das habe ich leider verpasst.

Grüße
Thomas