Nochmal: Ändert die Ladelufttemp. den Motorwirkungsgrad?

Hallo

nachdem in einem anderen Forum mal wieder heftig über die Wirkungen von LLK-Umbauten spekuliert wurde, hab ich mal mein Wissen dazu und die Folgerungen in einen Fachartikel reingeschrieben.

Mein Ergebnis ist, daß größere LLK bei TDIs unter Normalbedingungen grundsätzlich keine Mehrleistung bringen dürften.

Eine Kleinigkeit erscheint mir aber noch ungewiß, nämlich ob eine bessere Kühlung der Ladeluft (sagen wir z.B. 40° statt 50°C) unter sonst identischen Bedingungen - insbesondere der Einspritzmenge! - den Motorwirkungsgrad erhöht und daurch evtl. doch so 1 oder 2 kümmerliche PS freisetzen könnte.

Was sagen denn die studierten Maschinenbauer und andere Gelehrte dazu?
Natürlich auch zum Inhalt des neuen Fachartikels -> wenn was nicht stimmt, bitte korrigieren!

Hei.....Fachbücher hast Du nicht zur Hand oder Ulf?

Der Mitteldruck (Pme) sagt etwas über die Leistungsfähigkeit des Motors aus.(ist proportional dazu)
Er wird errechnet aus:

Pme~p2*(1/lambda)*ne*lambdaL

p2: Luftdichte nach Lader
lambda: Luftverhältnis angesaugte Menge
ne: effektiver Wirkungsgrad
lambdaL: Liefergrad (hängt von Abwärme am Lader usw zusammen)

Hinzu kommt noch Heizwert und Mindestluftbedarf, aber die sind im Kraftstottwerten verankert und werden deshalb als gegeben angesehen.

p2 wird errrechnet:

p2=r2/(R*T2)

r2: Ladedruck
R:Gaskonstante (also von der Luft)
T2:Temp. nach Verdichter

Mit Erhöhung der Luftdichte wird die effektive Leistung vom Motor deutlich gesteigert.

Wieviel mehr Luft in einen Motorarbeitstakt bei 10°C wengier passt, kann wer anders ausrechnen, ist aber einfach anhand des Umgebungsdrucks.
Bin heute schon Mathegeschädigt.....sorry!

Hallo

Ja der Wirkungsgrad ändert sich. Das Verhalten der Luft ist für den Motorprozess bei niedrigen Temperaturen(höheren Luftverhältnissen) günstiger.... beim theoretisch vollkommenen Motor ist es in der Größenordnung von 1 % wenn man die Luftmenge um 3% erhöht bei einem Diesel unter Vollast. Was diese Erhöhung des Luftverhältnisses am realen Motor wirklich hergibt ist aber schwer zu sagen. (Brennverlauf?, Wandwärmeverluste?).

Zu der Zeit, wenn das LMM die Einspritzmenge begrenzt, wirkt sich die Temperaturabsenkung aber doppelt aus. Weil dann beim jeweiligen Ladedruck zusätzlich 3% (bei Abkühlung 50-> 40°) mehr Luft durch das LMM gehen und die Einspritzmengenbeschränkung erhöhen. Also die Spritzigkeit wird sich dann um mehr als 3 % erhöhen und das kann man als Fahrer schon bemerken.

Ob und wieviel das Turboloch, wie du in deinem Fachartikel beschreibst, größer wird, kann ich nicht sagen. Da muß man glaub ich zuerst eine Berechnung für den ganzen Ansaugtrakt mit allen Volumensänderungen und Strömungsverlusten machen. Das wird also davon abhängen wie der 'größere LLK' wirklich ausschaut.

Insgesamt glaub ich aber wie du, daß ein alleiniger LLK Austausch nicht viel bringen wird. Ich würds nur dann machen wenn ich einen stärkeren Lader einbaue und dann die Einspritzmenge dazu passend abstimme. Das vorhandene System ist in Sachen Wirkungsgrad sicher nicht vom LLK stark behindert. Vorallem weil ja mit der niedrigen Ladelufttemperatur auch die NOx vermindert werden, können es sich die Hersteller nicht leisten einen viel zu kleinen LLK serienmäßig einzubaun.

Gruß Ernst

Also ich hab mir folgende Grenzwertbetrachtung überlegt :

Je wärmer die Luft ist, desto mehr muß Sie verdichtet werden damit ins selbe Volumen die gleiche (Gewichts)menge Luft passt. Verdichten kostet Arbeit - damit Leistung.

Kühle ich das ganze auf -70 Grad ab, habe ich die gleiche Menge Luft bei 1 bar wie sonst bei 2 Bar ( und 20 Grad ) 1 bar x 20 Verdichten ( Kompression) geht leichter wie 2 Bar oder ?


Ergo : je dichter und kühler die Luft desto weniger die Verdichtungsarbeit.

Wenn weniger Arbeit bei gleicher Brennstoffmenge IM MOTOR verbraucht wird, kommt an der Welle mehr raus oder ????

Also ich bin der Meinung, dass ein größerer LLK keine Verbesserung bringt, solange man softwaremäßig nix ändert. Geht man davon aus, dass man mit einem anderen LLK die Ladeluft im Saugrohr um 20 Kelvin absenkt und die anderen Parameter werden gleichgehalten, so kann es sogar passieren, dass ich den Wirkungsgrad absenke. Das liegt ganz einfach daran, dass ich zwar mehr Luftmasse in den Motor bekomme, die Einspritzmenge aber konstant bleibt. Durch die abgekühlte Mehrluft erreiche ich lediglich eine Absenkung der Abgastemperatur und somit auch der Enthalpie. Da der Sollladedruck aber konstant bleibt, muss der der Verstellapparat des VTG mehr zustellen, um den Ladedruck zu erreichen, der Abgasgegendruck wird größer und somit auch die Ladunsgwechselenergie....der Wirkungsgrad sinkt!!!

Wie Ulf schon in seinem Fachartikel schrieb, so ist im Bereich der Nennleistung der LMM völlig außen vor. Die Einspritzmenge wird nur über das Drehmomentenbegrenzungskennfeld limitiert. Der LMM beeinflusst die Einspritzmenge nur dann, wenn die Luft extrem niedrig geworden ist (LMM defekt oder Undichtigkeit nach LMM und vor ATL-Verdichter) Also wie gesagt, treten beide Phänomene nicht auf, so wird die Einspritzmenge auch nur von der 'Drehmo' begrenzt. Deshalb kann ein anderer LLK auch keine Leistungssteigerung bewirken, solange man die anderen Parameter nicht ändert!

Ein anderer Aspekt sollte zusätzlich beachtet werden: Ändert man irgendwas an der LKK-Größe (LLK vor Wasserkühler), so sollte man auch bedenken, dass man die dahinterliegenden anderen Kühler für Wasser und Klima gleichzeitig benachteiligt. Im Extremfall führt es dazu, dass sich dann die Lüfter früher einschalten und zur Leistungsreduzierung führen.


Baut man zum Beispiel einen zweiten Radhauskühler dazu, hat man das Problem, das Volumen der Ansaugstrecke zu erhöhen. Auch erhöhen sich die Elastizitäten mit den zusätzlichen Schläuchen. Ergebnis: Ein sehr schönes Turboloch

Also ich hab mir folgende Grenzwertbetrachtung überlegt :

Je wärmer die Luft ist, desto mehr muß Sie verdichtet werden damit ins selbe Volumen die gleiche (Gewichts)menge Luft passt. Verdichten kostet Arbeit - damit Leistung.

Kühle ich das ganze auf -70 Grad ab, habe ich die gleiche Menge Luft bei 1 bar wie sonst bei 2 Bar ( und 20 Grad ) 1 bar x 20 Verdichten ( Kompression) geht leichter wie 2 Bar oder ?


Ergo : je dichter und kühler die Luft desto weniger die Verdichtungsarbeit.

Wenn weniger Arbeit bei gleicher Brennstoffmenge IM MOTOR verbraucht wird, kommt an der Welle mehr raus oder ????


Für den Fall, dass Du den Ladedruck konstant hältst, ist dieser Ansatz falsch!!! Wenn du aber bei Verdichtungsende eine bestimmte Luftmasse im Motor haben möchtest, kannst du bei kälterer Ladeluft den Ladedruck absenken und somit auch den Abgasgegendruck, die Ladungswechselarbeit geht zurück, der Wirkungsgrad steigt!

die leistung des motors hängt auch von den temeraturunterschieden der ansaug- und
verbrennungstemperatur ab.

desto größer der unterschied desto mehr leistung ...

bei einer theoritsch gleich warmen/heißen ansaugluft wie die verbrennungstemp. muesste
man keine leistung mehr haben

und was 10°C weniger ladelufttemp bringt, ist etliches

@ulf: nach deiner logik waer der ladeluftkuehler ueberfluessig und gewicht?!?

falls es jemand genauer interessiert schicke ich ihm gern ein paar formeln dazu

greets Andy

Julian hat folgendes geschrieben:

Hei.....Fachbücher hast Du nicht zur Hand oder Ulf? .

Hi Julian
nein, bin ja kein Motor-Studierter. Und um mich "nebenbei" einzulesen fehlt mir hauptsächlich Zeit . . .

Zitat:

Der Mitteldruck (Pme) sagt etwas über die Leistungsfähigkeit des Motors aus.(ist proportional dazu) Er wird errechnet aus: Pme~p2*(1/lambda)*ne*lambdaL p2: Luftdichte nach Lader lambda: Luftverhältnis angesaugte Menge ne: effektiver Wirkungsgrad lambdaL: Liefergrad (hängt von Abwärme am Lader usw zusammen)

Was genau bedeutet denn hier "Luftverhältnis angesaugte Menge"??

Und: ist der Mitteldruck schon die alleinig entscheidende Größe für den Wirkungsgrad

Übrigens hatte ich im Eingangsposting einen Fehler verzapft: Nur abgesenkte LL-Temp bei sonst völlig unveränderten Bedingungen geht nicht.
Unter der Annahme eines konstanten Ladedrucks trägt kühlere Luft natürlich mehr Masse in die Zylinder

ErnstS hat folgendes geschrieben:

Das Verhalten der Luft ist für den Motorprozess bei niedrigen Temperaturen(höheren Luftverhältnissen) günstiger.... beim theoretisch vollkommenen Motor ist es in der Größenordnung von 1 % wenn man die Luftmenge um 3% erhöht bei einem Diesel unter Vollast. Was diese Erhöhung des Luftverhältnisses am realen Motor wirklich hergibt ist aber schwer zu sagen. (Brennverlauf?, Wandwärmeverluste?).

Hm, vor längerer Zeit hatte hier mal jemand singemäß geschrieben, daß ein "Gemisch-Lambda" von 1 eine Optimierungsgröße für den Wirkungsgrad sei (ich selbst weiß nicht, inwieweit das stimmt).
Wenn aber der TDI selbst bei Volllast noch mit deutlichem Luftüberschuß läuft, entferne ich mich mit "stärker gekühlter Ladeluft" (also mehr ungenutzter Luftmasse) ja noch weiter von Lambda = 1, womit der Wirkungsgrad absinken müßte . . .

Ben1972 hat folgendes geschrieben:

Durch die abgekühlte Mehrluft erreiche ich lediglich eine Absenkung der Abgastemperatur und somit auch der Enthalpie. Da der Sollladedruck aber konstant bleibt, muss der der Verstellapparat des VTG mehr zustellen, um den Ladedruck zu erreichen, der Abgasgegendruck wird größer und somit auch die Ladunsgwechselenergie....der Wirkungsgrad sinkt!!!

Auch eine interessanter Aspekt, und IMO nicht direkt von der Hand zu weisen . . . aber wie gesagt, ich bin hier ein Un-Studierter


Scheint insgesamt jedenfalls ein recht facettenreiches Thema zu sein.
Ich würde mich freuen, wenn wir hier am Ende zu einer eindeutigen Aussage kommen würden, die von allen unterstützt wird.

Was freilich voraussetzt, daß irgendjemand am Ende von seiner bisher vertretenen Position abrückt.
Dafür sollte sich aber keiner zu fein sein, denn bei solch komplexen Themen kann man sich leicht irren, und ich denke, wir sollten hier erwachsen genug sein
a) erkannte Fehler einzugestehen
b) solche "Gelegeheiten" nicht auszuschlachten um andere niederzumachen.

In diesem Sinne bitte ich um weitere Beiträge

Hi Julian
nein, bin ja kein Motor-Studierter. Und um mich 'nebenbei' einzulesen fehlt mir hauptsächlich Zeit . . .

Hm, an Deinem Interesse fehlt es doch weitaus nicht.


Was genau bedeutet denn hier 'Luftverhältnis angesaugte Menge'??

Und: ist der Mitteldruck schon die alleinig entscheidende Größe für den Wirkungsgrad

In der angesaugten Menge in den Motor ist das das gesuchte Luftverhältnis. Kurzum, 11:1 oder so.

Beim Mitteldruck gibts versch. Versionen:

Innerer/induzierter Mitteldruck: äqivalent zu der auf den Kolben wirkenden spezifischen Arbeit
Effektiver MD: wird aus dem Drehmonent des Motors berechnet
Reib-MD: Differenz aus innerem und effektiven MD

Der Wirkungsgrad errechnet sich folglich auch aus den 3 MD's.

Grob gesagt ist der WG = Nutzen/Aufwand

Aber das alles aufzuschreiben, wäre zu aufwändig. Bringt auch nicht weiter.
Man kann sagen, daß der Mitteldruck in [bar] gemessen wird, der Wirkungsgrad in [%]. Eingangsvariablen sind gleich, der Rechenweg etwas anders. Somit sage ich einfach mal, daß sich hier gaaanz grob die Einheiten untescheiden und daher WG ~ MD gilt.

Hm, vor längerer Zeit hatte hier mal jemand singemäß geschrieben, daß ein 'Gemisch-Lambda' von 1 eine Optimierungsgröße für den Wirkungsgrad sei (ich selbst weiß nicht, inwieweit das stimmt).



Völliger Schwachsinn, glaub dem Typen nicht. (Wegen dem 3-Wege-Kat der Lambda=1 benötigt, verbrauchen alle Benziner 10% mehr Sprit gegenüber einer möglichen Erhöhung des Luftwertes auf 1,1.)
Dann verflacht die Kurve aber stark.

Sonst gibts aber wirklich zuviele Details, die beim TDI berücksichtigt werden müssen. Z.b. hat bei Gleichraumverbrennung eine Ladeluftkühlung keine positive Auswirkung auf den Wirkungsgrad und bei Gleichdruckverbrennung sogar eine schlechte, wenn man die Luftmasse aber konstant setzt.

Beim realen Motor bringt die Ladeluftkühlung aber deswegen was, weil der Motorentwickler den Gleichraumanteil erhöhen kann und die Spitzenbelastung trotzdem nicht zu hoch wird, wenn die Ladeluft gekühlt wird.

Das können wir aber nicht, deswegen wird die Kleinigkeit an Luftmassenerhöhung den Wirkungsgrad zwar verbessern, aber sicher nicht merkbar. Außer wenn gerade das LMM die Einspritzmenge begrenzt. Aber dazu muß der größere LLK wirklich eine deutliche Temperaturabsenkung bringen. Und das wird er nur wenn der Fahrzeughersteller vorher einen sehr kleinen LLK verbaut hatte, aus irgendwelchen Gründen.

Gruß Ernst

nu geb ich ma mein bescheidenes praxiswissen zum besten.

ich bin t4 fahrer und daher meist im t4forum unterwegs.

bei uns haben einige acv fahrer (75kw tdi) ihre serien llk gegen den llk vom axg/ahy (111kw) getauscht. der ist deutlich größer und sitzt direkt vor dem wasserkühler.

der kleinere serien acv llk sitzt im motorraum und wird nur indirekt angeströmt.

alle, die umgerüstet haben, spüren ein deutliches leistungsplus, bei etwas späterem schub - wohl wegen des größeren volumens.

ich persönlich habe bei meinem letzten t4 (ajt 65kw tdi - kein llk) den llk des acv nachgerüstet und konnte ähnliches feststellen. gerade auf der autobahn konnte vom tempomat ein höheres reisetempo gehalten werden.

leistungsmessung war auch positiv (74kw 220 nm- serie 65/195), aber ich hab leider nur mit llk gemessen. ergo weiß ich den 'vorher' wert nicht. da die meisten tdi etwas nach oben streuen, wird die reine llk steigerung nich so rießig sein. aber spürbar war sie.

ich denke doch, dass mittels ladelufttemperaturfühler der größere llk auf die einspritzmenge auswirkt, oder lieg ich falsch?

hoffe etwas betgetragen zu haben

... wird die reine llk steigerung nich so rießig sein. aber spürbar war sie.

ich denke doch, dass mittels ladelufttemperaturfühler der größere llk auf die einspritzmenge auswirkt, oder lieg ich falsch?

nun ja ... das ist dann keine wirkungsgradsteigerung wenn die einspritzmenge angehoben wird. Möglich wärs natürlich, daß so eine anpassung stattfindet. Und das würde dann auch leistungsschwächen im sommer und leistungsstärken im winter erklären. Nur müsste dann vom Steuergerät die Drehmomentbegrenzung verändert werden oder nach den 3 Begrenzungen noch zusätzlich eine Einspritzmengenanpassung stattfinden.

Gruß Ernst

maniac hat folgendes geschrieben:

bei uns haben einige acv fahrer (75kw tdi) ihre serien llk gegen den llk vom axg/ahy (111kw) getauscht. der ist deutlich größer und sitzt direkt vor dem wasserkühler. alle, die umgerüstet haben, spüren ein deutliches leistungsplus, bei etwas späterem schub - wohl wegen des größeren volumens.

Hi

Sorry, aber "spüren" ist mir hier zu unscharf. Wenn der spätere Turboschub gleichzeitig härter einsetzt, kann das schon subjektiv mehr PS vorgaukeln.
Interessant wären z.B. mal DZR-Messungen vorher und nachher unter sonst gleichen Bedingungen.
Oder verläßliche Prüfstandsmessungen.

Zitat:

ich persönlich habe bei meinem letzten t4 (ajt 65kw tdi - kein llk) den llk des acv nachgerüstet und konnte ähnliches feststellen. gerade auf der autobahn konnte vom tempomat ein höheres reisetempo gehalten werden. leistungsmessung war auch positiv (74kw 220 nm- serie 65/195), aber ich hab leider nur mit llk gemessen. ergo weiß ich den "vorher" wert nicht. da die meisten tdi etwas nach oben streuen, wird die reine llk steigerung nich so rießig sein. aber spürbar war sie.

OK, aber Deine Erfahrung (vorher ohne LLK, jetzt mit LLK ) geht etwas am eigentlichen Thema (= vorher kleiner LLK, jetzt größerer LLK) vorbei.
Daß ohne LLK sozusagen jedes vom LMM gemeldete Sauerstoffatom zur (noch ausreichend rußarmen) Verbrennung ausgenutzt wird und die Drehmoment- bzw. Pedalbegrenzung meist über der Rußbegrenzung liegt, kann ich mir durchaus vorstellen.

Mit einem halbwegs wirksamen LLK wird dann die Rußbegrenzung um einiges höher liegen. Das ergäbe aber zwangsläufig eine gesteigerte Einspritzmenge als Hauptursache der Mehrleistung.
Auf einen höheren Wirkungsgrad (also Mehrleistung bei gleicher Einspritzmenge) kann man jedenfalls aus Deiner Erfahrung zunächst nicht schließen.

Zitat:

ich denke doch, dass mittels ladelufttemperaturfühler der größere llk auf die einspritzmenge auswirkt, oder lieg ich falsch?

Im Detail wohl ja. Denn die mögliche Einspritzmenge wird aus dem LMM-Signal berechnet, aber nicht aus der LL-Temperatur.

Die maximale Einspritzmenge wird am Nennleistungspunkt in erster Linie nur über das Drehmomentenkennfeld begrenzt. Die meisten aktuellen Dieselmotoren fahren im Nennleistungspunkt mit ca. Rauchzahl 1. Ab Rauchzahl 2,5 wird es sichtbar. Das heißt, die Rauchbegrenzung schlägt erst sehr viel später zu und ist nur eine Sicherheitsfunktion für den Fall, dass man eine Undichtigkeit in der Luftstrecke vor dem ATL-Verdichter hat. Das die Einspritzmenge also über den LMM berechnet wird, ist nicht ganz richtig.

Wenn man überhaupt eine Leistungssteigerung mit einem anderen LLK erreichen will ohne etwas anderes zu verändern, so ist es eher angebracht einen LLK zu verwenden, welcher bei gleicher Kühlleistung den Druckverlust absenkt. Dann nämlich muss der ATL weniger Ladedruck erzeugen. Dieser wird ja erst kurz vor dem Saugrohr gemessen und somit nach dem LLK. Wenn der Druckverlust über den LLK geringer wird, muss der ATL also nicht mehr soviel Ladedruck aufbauen. Beispiel absoluter Sollladedruck 2400 mbar, Druckverlust über den LLK 150mbar...der ATL muss 2550mbar Ladedruck erzeugen. Ist der Druckverlust nur noch 50 mbar, so muss der Lader auch nur noch 2450 mbar erzeugen. Dadurch müssen die Verstellschaufeln nicht mehr so weit zu gestellt werden, der Abgasgegendruck sinkt...die Ladungswechselarbeit sinkt und somit steigt der Wirkungsgrad.

Ben1972 hat folgendes geschrieben:

Die maximale Einspritzmenge wird am Nennleistungspunkt in erster Linie nur über das Drehmomentenkennfeld begrenzt. Die meisten aktuellen Dieselmotoren fahren im Nennleistungspunkt mit ca. Rauchzahl 1. Ab Rauchzahl 2,5 wird es sichtbar. Das heißt, die Rauchbegrenzung schlägt erst sehr viel später zu und ist nur eine Sicherheitsfunktion für den Fall, dass man eine Undichtigkeit in der Luftstrecke vor dem ATL-Verdichter hat. Das die Einspritzmenge also über den LMM berechnet wird, ist nicht ganz richtig.

Hi Ben

für die 1,9er TDI sehe ich das genauso.
Aber wenn maniac durch den Einbau eines LLK ein fühl- und meßbare Mehrleistung erreicht, gehe ich davon aus, daß sich wirklich was getan hat.

Und die IMO naheliegendste Erklärung dafür ist, daß sein Wagen ohne LLK! bei Vollast "hart an der Rußgrenze" gelaufen ist, um nix von der ja nicht so übereichlich verfügbaren Frischluft zu verschenken.

Wenn die Einspritzmenge auch schon ohne LLK durch das Drehmo begrenzt würde, hätte ja der LLK keine Mehrleistung bringen dürfen

Zitat:

Wenn man überhaupt eine Leistungssteigerung mit einem anderen LLK erreichen will ohne etwas anderes zu verändern, so ist es eher angebracht einen LLK zu verwenden, welcher bei gleicher Kühlleistung den Druckverlust absenkt. Dann nämlich muss der ATL weniger Ladedruck erzeugen. Dieser wird ja erst kurz vor dem Saugrohr gemessen und somit nach dem LLK. Wenn der Druckverlust über den LLK geringer wird, muss der ATL also nicht mehr soviel Ladedruck aufbauen. Beispiel absoluter Sollladedruck 2400 mbar, Druckverlust über den LLK 150mbar...der ATL muss 2550mbar Ladedruck erzeugen. Ist der Druckverlust nur noch 50 mbar, so muss der Lader auch nur noch 2450 mbar erzeugen. Dadurch müssen die Verstellschaufeln nicht mehr so weit zu gestellt werden, der Abgasgegendruck sinkt...die Ladungswechselarbeit sinkt und somit steigt der Wirkungsgrad.

Das ist ein interessanter Gedanke.
Aber so ein LLK müßte wohl mehr bzw. größere Ladeluftkanäle haben und damit wohl auch äußerlich größer werden, was wieder Umbauprobleme an der Karosserie schafft.
Fragt sich also, ob der erreichbare Verbrauchsvorteil bzw. die Mehrleistung (bei Volllast) den Aufwand rechtfertigen würde . . . kannst Du abschätzen, wir groß der "Nutzwert" in etwa sein könnte?