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LLK-Wirkung teilweise enträtselt?

 
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ulf
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Beitrag29-06-2004, 14:59    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

Hallo,

in
Klick und etwas nach unten scrollen (Danke, leolotus!) kann man sehen, daß der Wärmeübergang Alu -> Luft zwar bei Luftströmung besser ist als ohne Strömung, aber schon bei 6 m/sec den Maximalwert erreicht hat und darüber nicht mehr ansteigt.

Bezogen auf einen LLK müßte das doch heißen, daß er schon bei rund 20 km/h Außenluftdurchströmung voll wirkt.

Sind nun die LLK-Öffnungen erheblich kleiner als die Stirnfläche des LLK, so wird seine Durchströmung zwar nur einen Teil der Fahrgeschwindigkeit betragen, aber sobald dieser Teil ~ 20 km/h erreicht hat, ist der LLK voll wirksam icon_rolleyes.gif icon_question.gif

Das könnte doch erklären, warum unsere Wagen mit so mickrigen LLK-Öffnungen auskommen und ein Vergrößern der Öffnungen bei "normalen" Geschwindigkeiten keine Senkung der LL-Temperatur bringt . . . Rainer hatte doch mal einschlägige + erfolglose Versuche gemacht icon_question.gif
Gruß Ulf
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Beitrag29-06-2004, 17:10    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

Ich würde das jetzt nicht so pauschal sehen. Das auf der Seite sieht mir nach nem Kühlkörper für irgendein Elektronikbauteil mit fester Abwärmeleistung aus. Die LLK sind aber komplett anders geformt, so dass auch andere Strömungsverhältnisse herrschen und man hierfür eine eigene Messkurve aufnehmen müsste. Oder jemand macht mal eben ne FEM simulation. icon_biggrin.gif Mit dem Standartfällen der Wärme und Stoffübertragung 1 lässt sich das jedenfalls nicht mehr berechnen.
Die Kurve wird wohl vom Prinzip her ähnlich aussehen, aber sie lässt sich bei der Konstruktion des Kühlers in (fast) jede gewünschte Richtung verschieben.
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ulf
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Beitrag29-06-2004, 18:19    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

mcgyver2k hat folgendes geschrieben:
Die Kurve wird wohl vom Prinzip her ähnlich aussehen, aber sie lässt sich bei der Konstruktion des Kühlers in (fast) jede gewünschte Richtung verschieben.

OK, was mir noch plausibel erscheint, ist die variable Bautiefe des LLK in Strömungsrichtung.
Je tiefer, desto mehr Wärme hat die Luft auf ihrem Weg durch den LLK schon aufgenommen, bevor die die letzte Rippe kühlt.

Da hilft dann IMO nur eine höhere Durchströmgeschwindigkeit, damit die Luft nicht soviel Zeit zur Wärmeaufnahme hat und die auch letzte Rippe stärker kühlen kann -> höhere Mindest-Strömungsgeschwindigkeit für volle LLK-Leistung als bei flachen LLK mit großer Front.

Aber das Prinzip "Wärmeübergang Alu -> Luft" ist das Gleiche wie in dem Link.
Daher denke auch ich, daß LLK-Kurven im Prinzip gleich aussehen, nur ggf. mit anderen Werten an der Geschwindigkeitsachse.
Gruß Ulf
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Beitrag29-06-2004, 19:17    Titel: @ ulf Antworten mit Zitat

voooooorsicht !!!

der offene Kühlkörper oder auch das Rohr hat wohl eine gleichmäßige Luftgrenzschicht die dann irgendwann abreist (laminare Grenzschicht oder so)!!!

Beim LLK könnte ich mir vorstellen das die bedingt durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten und den kleinen Lamellenabstand ganz anders reagiert und dadurch ganz andere Wärmeübergangswiderstände entstehen.
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ulf
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Beitrag29-06-2004, 21:32    Titel: Re: @ ulf Antworten mit Zitat

leolotus hat folgendes geschrieben:
der offene Kühlkörper oder auch das Rohr hat wohl eine gleichmäßige Luftgrenzschicht die dann irgendwann abreist (laminare Grenzschicht oder so)!!!

Also grundsätzlich gibt es nur laminar oder turbulent (wenn ich mich an meine Segelfliegerzeit richtig erinnere).
Aber auch unter einer turbulenten Strömung herrscht kein Vakuum, so daß ein Wärmeübergang Alu-> Luft nach wie vor möglich ist.

Zitat:
Beim LLK könnte ich mir vorstellen das die bedingt durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten und den kleinen Lamellenabstand ganz anders reagiert und dadurch ganz andere Wärmeübergangswiderstände entstehen.

In dem Diagramm geht es ja nicht um absolute Wärmeübergangswiderstände, sondern nur um die Änderung irgendeines thermischen Widerstandes je nach Geschwindigkeit der Luftströmung.

Daß die Luft im LLK auch wegen des Rippenlabyrinths wohl langsamer strömt als daneben (bei einem freiliegenden LLK), steht IMO außer Frage.

Dennoch denke ich, daß die Wirkung jedes LLK mit steigendem Fahrtwind zunächst zunimmt, aber schon bei relativ geringen Geschwindigkeiten ihr Maximum erreicht und darüber konstant bleibt -> grundsätzlich eben wie im Diagramm aus Deinem Link, nur mit höheren Zahlen an der m/sec - Achse (z.B. doppelte Geschwindigkeiten, dann wäre es egal, ob der LLK mit 50 oder 150 km/h angeströmt wird, nur unter 50 wirkt er nicht mehr voll).
Gruß Ulf
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leolotus
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Beitrag29-06-2004, 21:45    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

laminiar / turbulent, genau das meinte ich.

solange eine laminiare (d.h. gleichmäßige) Strömung an der Oberfläche anliegt gilt das o.g. Diagramm. Dabei bildet sich, wenn ich mich richtig erinnere, eine Grenzschicht aus, die isoliert. In dem LLK wird aber ganz sicher eine turbulente Strömung herrschen, d.h. die Luftschichten werden bis auf die Metalloberfläche durchmischt.
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christians
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Beitrag29-06-2004, 21:47    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

Hi,
wenn man es genau wissen will kompliziert.
Der Wärmeübergang ist bei turbulenter Strömung größer als bei laminarer weil halt durch die Turbulenzen stets neue kühle Luft in die Nähe der warmen Fläche gelangt. Bei laminarer Strömung ist das eher Wärmleitung und die ist bei Luft halt nicht so üppig.
Den Elektronikkühler kann man in der Tat nicht mit dem LLK vergleichen. In der Elektronik mit den groben Rippen ist dazwischen immer noch relativ kühle Luft. Beim Platten-Wärmetauscher gilt Kühlluftseitig schon das, was Ulf in den letzten Postings gesagt hat. Man darf aber nicht vergessen, daß der Wärmeübergang Ladeluftseitig mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit nicht besser wird. Daher könnte ich mir vorstellen, daß die Überrtragungsleistung ab einer bestimmten Geschwindigkeit kaum noch zu nimmt, auch wenn die Lamellen sehr tief und eng sind.
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ulf
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Beitrag30-06-2004, 7:34    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

christians hat folgendes geschrieben:
Man darf aber nicht vergessen, daß der Wärmeübergang Ladeluftseitig mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit nicht besser wird. Daher könnte ich mir vorstellen, daß die Überrtragungsleistung ab einer bestimmten Geschwindigkeit kaum noch zu nimmt, auch wenn die Lamellen sehr tief und eng sind.

Jup, die Ladeluft wird IMO wohl nicht durch Rippen geblasen, um den Strömungswiderstand im LLK gering zu halten.
-> Hier werden dann eher "elektronische" Verhältnisse (mit laminarer Strömung) herrschen, also ab 6 m/sec keine Steigerung mehr. Und diese 6 m/sec dürften wohl schon im Leerlauf erreicht werden.
Und da sich die Kühlleistung innen nicht steigert, bekommt jeder cm³ Ladeluft umso weniger Energie entzogen, je schneller er durch den LLK saust -> bei Pmax ist die "innere" Kühlwirkung des LLK am schlechtesten icon_evil.gif

Aber zurück zur äußeren Kühlluftseite:

Auch wenn das elektronische Diagramm durch die anderen Strömungsverhältnisse und Geometrie des LKK nicht direkt übertragbar ist, denke ich nach wie vor, daß das Grundprinzip der Abhängigkeit der Kühlleistung von der Strömungsgeschwindigkeit das Gleiche sein wird:
Also über v=0 ein abfallender äußerer thermischer Widerstand (K / Watt) bis zu einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit, und bei weiterer Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit verringert sich der thermische Widerstand nicht mehr.

Fragt sich nur, wie hoch diese "bestimmte Strömungsgeschwindigkeit" liegt.

Oder seht ihr die Sache schon auf dieser Ebene prinzipiell anders?
Gruß Ulf
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Beitrag30-06-2004, 12:51    Titel: Re: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

Hallo,

in


was den wärmeübergang angeht stimmt das soweit schon mit der laminaren grenzschicht etc., jedoch wird bei einem größerem luftstrom die durchströmende luft feniger erwärmt, dadurch ist ein größeres temperaturgefälle am llk vorhanden, das führt wiederum zu einer verbesserung des wärmeüberganges!
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joegolf
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Beitrag30-06-2004, 12:52    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

Man sollte auch nicht vergessen, dass der Kühlkörper an sich auch nur eine bestimmte Wärmemenge/Zeit transportieren kann. Und mehr als geliefert wird, kann die Luft sowie nicht wegtransportieren. Insofern läuft die Sache auch von dieser Seite auf einen Grenzwert hin, wie hoch dieser beim LLK auch immer sein mag...
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schnappi
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Beitrag30-06-2004, 12:59    Titel: Re: @ ulf Antworten mit Zitat

voooooorsicht !!!

der offene Kühlkörper oder auch das Rohr hat wohl eine gleichmäßige Luftgrenzschicht die dann irgendwann abreist (laminare Grenzschicht oder so)!!!

Beim LLK könnte ich mir vorstellen das die bedingt durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten und den kleinen Lamellenabstand ganz anders reagiert und dadurch ganz andere Wärmeübergangswiderstände entstehen.

je dichter der rippenabstand ist, desto leichter baut sich eine lam. grenzschicht auf! eine erhöhung der strömungsgeschwindigkeit wirkt dem entgegen! Je länger die überströmte fläche ist, desto mehr baut sich eine lam. grenzschicht auf. Dem wird aber konstruktiv durch umlenkungen entgegengewirkt.

Die strömungsverhältnisse werden durch die Re - zahl beschrieben! bis ca.2500 ist die Strömung laminar. Re=dichte * geschwindigkeit * durchmesser / kin. viskosität

@joegolf: der Wärmestrom ergibt sich aus k*A* delta T
also kan man über die temperaturdifferenz die übertragende wärmeleistung ändern!
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joegolf
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Beitrag30-06-2004, 17:34    Titel: Re: @ ulf Antworten mit Zitat

schnappi hat folgendes geschrieben:

...
@joegolfKFZ-Schrauber Profil anzeigen: joegolf: der Wärmestrom ergibt sich aus k*A* delta T
also kan man über die temperaturdifferenz die übertragende wärmeleistung ändern!


Ja, aber doch nicht unter die Temperatur der durchströmenden Luft!?!?! Das delta T gibt also den Grenzwert im Kühler an sich vor.
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ulf
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Beitrag30-06-2004, 17:54    Titel: Re: @ ulf Antworten mit Zitat

schnappi hat folgendes geschrieben:

@joegolfKFZ-Schrauber Profil anzeigen: joegolf: der Wärmestrom ergibt sich aus k*A* delta T
also kan man über die temperaturdifferenz die übertragende wärmeleistung ändern!

Hm, ich interpretiere das mal als
A = wirksame Fläche beim Wärmetransport
delta T = Temperaturdifferenz
k = Wärmeleitfähigkeit (Kehrwert des thermischen Widerstandes) des LLK wischen Innen- und Außenluft.

Dann ändert sich k mit der Strömungsgeschwindigkeit am LLK (siehe oben).
A ist konstruktiv vorgegeben
delta T kann man wohl kaum frei wählen, sondern ist durch den augenblicklichen Ladedruck und die Außentemperatur vorgegeben icon_eek.gif icon_question.gif icon_question.gif


Übrigens habe ich mal versucht, die Temperaturerhöhung der Saugluft durch die Kompressionsarbeit zu berechnen.
Ergebnis: jedes bar Druckerhöhung heizt die Luft um satte 75,3 K auf.

Paßt auch ganz gut zu einem Diagramm in einer Unterlage zum Industrie-TDI: da steigt die Temperatur vor dem LLK zwischen 1000 und 1900 rpm von 50 auf ~ 127 °C und bleibt darüber konstant (wie der Ladedruck).
-> 1 bar gibt hier 77°C Temperaturanstieg, unabhängig vom Massenstrom
Gruß Ulf
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schnappi
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Beitrag30-06-2004, 18:42    Titel: Re: @ ulf Antworten mit Zitat


@joegolf: der Wärmestrom ergibt sich aus k*A* delta T
also kan man über die temperaturdifferenz die übertragende wärmeleistung ändern!
Hm, ich interpretiere das mal als
A = wirksame Fläche beim Wärmetransport
delta T = Temperaturdifferenz
k = Wärmeleitfähigkeit (Kehrwert des thermischen Widerstandes) des LLK wischen Innen- und Außenluft.

Dann ändert sich k mit der Strömungsgeschwindigkeit am LLK (siehe oben).
A ist konstruktiv vorgegeben
delta T kann man wohl kaum frei wählen, sondern ist durch den augenblicklichen Ladedruck und die Außentemperatur vorgegeben icon_eek.gif icon_question.gif icon_question.gif


Übrigens habe ich mal versucht, die Temperaturerhöhung der Saugluft durch die Kompressionsarbeit zu berechnen.
Ergebnis: jedes bar Druckerhöhung heizt die Luft um satte 75,3 K auf.

Paßt auch ganz gut zu einem Diagramm in einer Unterlage zum Industrie-TDI: da steigt die Temperatur vor dem LLK zwischen 1000 und 1900 rpm von 50 auf ~ 127 °C und bleibt darüber konstant (wie der Ladedruck).
-> 1 bar gibt hier 77°C Temperaturanstieg, unabhängig vom Massenstrom

k ist der wärmedurchgangskoeffizient! k = 1/(1/alpha i + s/lambda + 1 / alpha a)
dabei steht i für innenseite, a für die außenseite alpha ist der übergangskoeffizient, s die wandstärke und lambda die wärmeleitfähigkeit des kühlermaterials.

alpha wiederum int eine funktion der nusselt zahl, die information über die strömungsverhältnisse angibt (lam. grenzschichtdicke etc.) würde zu lange dauern um alles aufzudröseln!
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ulf
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Beitrag30-06-2004, 21:29    Titel: Re: @ ulf Antworten mit Zitat

schnappi hat folgendes geschrieben:
k ist der wärmedurchgangskoeffizient! k = 1/(1/alpha i + s/lambda + 1 / alpha a)
dabei steht i für innenseite, a für die außenseite alpha ist der übergangskoeffizient, s die wandstärke und lambda die wärmeleitfähigkeit des kühlermaterials.

alpha wiederum int eine funktion der nusselt zahl, die information über die strömungsverhältnisse angibt (lam. grenzschichtdicke etc.) würde zu lange dauern um alles aufzudröseln!

Hm, also doch unterm Strich Größen, die man als normaler Fahrer nur "indirekt" über die Fahrweise bzw. Geschwindigkeit beeinflussen kann.

Oder als "unnormaler" Fahrer durch Umbau / Tausch des LLK icon_lol.gif
Gruß Ulf
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Beitrag01-07-2004, 0:01    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

was würde es eigentlich bringen den LLK noch zusätzlich mit Wassertröpfchen zu bespritzen?
Hat das schonmal jemand getestet?

Würde ja gerne einen Teil der nicht angeschlossenen SRA umfunktionieren und dann mal ne Zeit lang dest. Wasser in den Waschwasservorrantsbehälter kippen! icon_wink.gif
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Beitrag01-07-2004, 7:22    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

Dan.jel hat folgendes geschrieben:
was würde es eigentlich bringen den LLK noch zusätzlich mit Wassertröpfchen zu bespritzen?

Senkung der Ladeluftttemperatur -> ja
Leistungssteigerung normalerweise -> nein
Gruß Ulf
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Beitrag01-07-2004, 7:23    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

Wenn das teil über 100°C heiß wird hast du dann nen Verdampfungskühler gebaut, der deutlich grössere Wärmemengen abtransportieren kann. Funktioniert natürlich umso besser, je heisser der llk ist.
01er Skoda Fabia Combi ATD
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Beitrag01-07-2004, 9:20    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

Hi Leutz!

Wir sind mal mit einem IVer von VW Motorsport am Nürburgring mitgefahren, und besagtes Gerät hat unterm Gaspedal einen DruckSchalter verbaut gehabt, der unter Volllast den Scheibenwaschbehälter richtung LLK entleert hat. Und laut VW ms bringt das doch eine erhebliche herabsetzung der temp.

Greetz
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Gremlin
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Beitrag01-07-2004, 9:36    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

logisch wird die ladeluft kühler...

aber die seriensoftware und der serienmotor sind an die hohe temperatur angepasst.
daher wird die einspritzmenge nicht erhöht wenn die temperatur niedriger wird.

der zuwachs an luftmasse wird beim TDI nicht umgesetzt..

bei benzinmotoren schon, aber der leistungszuwachs dürfte eher gering sein.

richtig sinn macht wasserbenetzung nur bei entsprechenden fahrprofilen, also z.b. hoher ladedruck aber niedrige fahrzeuggeschwindigkeiten (rally) oder windschattenfahrten oder begrenzter bauraum für den LLK.
im serienfahrzeug bringt das höchstens was fürs nächste ampelrennen icon_rolleyes.gif

CU Gremlin
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schnappi
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Beitrag01-07-2004, 16:09    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

was würde es eigentlich bringen den LLK noch zusätzlich mit Wassertröpfchen zu bespritzen?
Hat das schonmal jemand getestet?

Würde ja gerne einen Teil der nicht angeschlossenen SRA umfunktionieren und dann mal ne Zeit lang dest. Wasser in den Waschwasservorrantsbehälter kippen! icon_wink.gif

hab das zum anfanf der semesterferien geplant.
fakt ist, daß die kühlgrenztemperatur von wasser weit unter der lufttemperatur lieft.
das heißt, daß z.b. bei einer lusttemperatur von 50°C die Wasseroberfläche auf eine temperatur von ca. 20°C hat. dies lässt sich aus einem h,x-diagramm entnehmen. dies ist durch verdunstung des wassers begrübdet.

bei mir könnte es durchaus was bringen, da mein fofo ab 3000 1/min tierisch rußt durch den chip! daher werd ich mal de scheibenwaschanlage aus ner schrottkarre da reinpflanzen! ergebnisse werd ich posten!
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ulf
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Beitrag03-07-2004, 10:21    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

Hallo,

mir fiel gerade noch etwas anderes ein:
Eine Wirkungsverbesserung des LLK bringt ja mehr Luft in die Zylinder, d.h. der angesaugte Massenstrom erhöht sich bei unverändertem Ladedruck.

Das bedeutet aber wiederum, daß der Lader mehr leisten muß (Laderleistung = saugseitiger Volumentrom * Druckerhöhung).

Und wie wird die erhöhte Laderleistung erzeugt?
Über die Ladedruck-Regelschleife, durch schärfere Ansteuerung der VTG bzw. des Wastegate, was wiederum die Pumpverluste des Motors erhöht.

Fazit: je weiter die Ladeluft runtergekühlt wird, desto
-> höher wird die Belastung des Laders (bei unverändertem Ladedruck!!)
-> mehr Leistung muß der Motor an den Lader abgeben, die wiederum als Nutzleistung fehlt -> Motorleistungsverlust!! (wenn auch nur minimal).

Letztere Konsequenz gilt nur für normal abgestimmte + intakte TDIs, wo die Rußbegrenzung über der Drehmobegrenzung liegt.

Stimmt das so, oder habe ich da einen Denkfehler drin?
Gruß Ulf
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Beitrag03-07-2004, 12:45    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

Hallo,

mir fiel gerade noch etwas anderes ein:
Eine Wirkungsverbesserung des LLK bringt ja mehr Luft in die Zylinder, d.h. der angesaugte Massenstrom erhöht sich bei unverändertem Ladedruck.

Das bedeutet aber wiederum, daß der Lader mehr leisten muß (Laderleistung = saugseitiger Volumentrom * Druckerhöhung).

Und wie wird die erhöhte Laderleistung erzeugt?
Über die Ladedruck-Regelschleife, durch schärfere Ansteuerung der VTG bzw. des Wastegate, was wiederum die Pumpverluste des Motors erhöht.

Fazit: je weiter die Ladeluft runtergekühlt wird, desto
-> höher wird die Belastung des Laders (bei unverändertem Ladedruck!!)
-> mehr Leistung muß der Motor an den Lader abgeben, die wiederum als Nutzleistung fehlt -> Motorleistungsverlust!! (wenn auch nur minimal).

Letztere Konsequenz gilt nur für normal abgestimmte + intakte TDIs, wo die Rußbegrenzung über der Drehmobegrenzung liegt.

Stimmt das so, oder habe ich da einen Denkfehler drin?

durch das abkühlen im llk würde der druck sinken, wenn der turbo nicht genügend frische luft nachliefert. dadurch ist ein geringerer gegendruck, der turbolader kann mehr luft fördern. (der geringere druck ist nicht messbar, da er vom turbo kompensiert wird. entsptrechend wird vgt / wastegate regeln, damit der sollsruck eingehalten wird!
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SeatArosa1.7SDI
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Beitrag03-07-2004, 12:47    Titel: LLK-Wirkung teilweise enträtselt? Antworten mit Zitat

Fazit: je weiter die Ladeluft runtergekühlt wird, desto
-> höher wird die Belastung des Laders (bei unverändertem Ladedruck!!)
-> mehr Leistung muß der Motor an den Lader abgeben, die wiederum als Nutzleistung fehlt -> Motorleistungsverlust!! (wenn auch nur minimal).


Grundsätzlich stimmen Deine Gedankengänge, denn ein Lader (auch VTG) ist nur für ein bestimmtes Verhältnis von Druck und Volumenstrom optimiert.

Bei extrem erhöhter LL-Kühlung verschiebt sich das Verhältnis von gefordertem Volumenstrom zu geforderter Druckerhöhung so, daß der Lader seinen optimalen Arbeitsbereich verläßt. Ab einem bestimmten Volumendurchsatz bricht der Ladedruck allmählich zusammen, der Soll-Druck kann nicht mehr erreicht werden. Der Lader-Wirkungsgrad sinkt. (ob man das allein durch extreme LL-Kühlung schafft, sei mal dahingestellt).

Fazit: Extreme LL-Kühlung macht IMO nur Sinn, wenn eine leistungsfähigerer Lader (mit höherem Volumendurchsatz) verwendet wird. Natürlich mit angepaßten Motorkennfeldern. Es sei denn, der Original-Lader hat noch Leistungsreserven.
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