Auswirkung besserer Ladeluftkühler

[_unerziehbar_]

aus einem Nissan Forum....sehr interessant und plausibel

An diese Stelle möchte ich ein paar theoretische Grundlagen zur Ladeluftkühlung erläutern. Die Lade- luftkühlung ist zu einem unverzichtbarem System im Bereich der Turboladermotoren geworden. Durch die Verdichtung der Ansaugluft im Turbolader erwärmt sich die Frischluft mehr oder weniger stark. Bedingt durch diesen Umstand sinkt die Luftdichte und die Zylinder erhalten weniger Frischluftfüllung als der Ladedruck es vorsieht. Das Risiko des Klopfens bei Benzinmotoren nimmt zu. Dem entgegen wirkt die Ladeluftkühlung, indem sie die Luft durch einen Kühler leitet und abkühlt. Die Frischluftfüllung steigt und thermische Belastung des Motors nimmt ab. Betrachtet man hierbei die Thermodynamik der Turbomotoren, so bedeutet die Ladeluftkühlung eine Erweiterung des Gesamtprozesses welche zwei wichtige Funktionen erfüllt:

- Eine Erhöhung der Luftdichte bei gleichbleibendem Ladedruck
- Eine Temperaturabsenkung der Frischluft

Bezogen auf einen Motor mit Turbolader bedeutet dies, dass mit zunehmender Dichte eine höhere Leistung möglich ist. Die Leistungssteigerung des Motors ist in erster Linie proportional von der Dichtesteigerung abhängig. Eine Absenkung der Ladelufttemperatur um 10°C bewirkt eine Dichtesteigerung von ca. 3%. Dadurch erhöht sich die Leistung um etwa den gleichen Betrag. Wird zum Beispiel die Ladeluft um 50°C abgekühlt entsteht eine Leistungssteigerung von rund 15%. Eine weiterer Vorteil ist, dass die Anfangstemperatur des Kreisprozesses herabgesetzt wird und geringere Abgastemperaturen entstehen. Abschließend lässt sich sagen, dass die Ladeluftkühlung Einfluss auf verschiedene wichtige Kenngrößen des Turbomotors hat. Eine effektivere Ladeluftkühlung beeinflußt folgende Punkte positiv:

- Leistung - höher
- Drehmoment - höher
- Ladedruck - geringer
- Verdichterleistung - geringer
- Oktanzahlbedarf - geringer
- Verdichtung - höher
- Zündwinkel - früher
- Verbrauch - geringer
- Standfestigkeit - höher

Bei der Betrachtung der Liste lässt sich natürlich feststellen, dass sich nicht alle Werte summierend verbessern lassen sondern nur alternativ. Dabei kommt es darauf an was man mit der Ladeluftkühlung bewirken möchte. Wer in erste Linie an einer Leistungssteigerung interessiert ist, kann durch eine bessere Ladeluftkühlung bei gleichbleibenden oder gar höherem Ladedruck eine beträchtliche Mehrleistung erzielen. Wie hoch diese jedoch ausfällt hängt stark von den motorspezifischen Eigenschaften und Gegebenheiten ab. Ein weiterer Effekt ist, dass durch die wirksamere Ladeluftkühlung die gleiche Motorleistung mit einem geringeren Ladedruck erreichbar ist.

[sbrunthaler]

Hi,

nicht ganz unbekannt in Summe, aber gute Zusammenfassung. Die Theorie dazu findet man auf http://www.stealth316.com und z.B. hier.

Nur folgendes ist nicht generell richtig:

Ein weiterer Effekt ist, dass durch die wirksamere Ladeluftkühlung die gleiche Motorleistung mit einem geringeren Ladedruck erreichbar ist.

Dazu muss man nämlich an die anderen Parameter wie z.B. Zündwinkel ran, weil "0,6 Bar LD + grössere LLK =^ 0,8 Bar" beim 3000GT m.E. nicht gegeben wäre.

Du kannst mit mehr LLK-Leistung risikolos mehr LD fahren, und/oder mehr Vorzündung. Letzteres erfordert aber einen Eingriff in die Motorsteuerung und Abstimmung auf dem Prüfstand, weil Du nicht einfach die Vorzündung in direkter Abhängigkeit von der effizienteren LLKühlung fix erhöhen kannst. (Man kann alles, auch ein Floß aus Palmenstämmen als Ozeandampfer bezeichnen, aber will man das?)

Beste Lösung: Möglichst effiziente SMIC's und ein AEM Steuergerät (o.ä.), das die effektive Lufttemperatur und den Ladedruck an der Drosselklappe misst und eine gute Klopferkennung hat. Siehe Otti's AEM-Projekt.

Viele Grüsse,
Stefan B.

[_unerziehbar_]

aber den ladedruck von serie z.b 0,6bar auf 0,5bar reduzieren geht doch.....und man kann doch durch die, ich sage mal optimierung der
llk, abgasanlage und luftfilters wieder an die serienleistung einigermaßen rankommen..

also ich meine Theoretisch

abgasanlage
llk
luftfilter
usw. wird optimiert und hat ja auch eine gewisse leistung zur folge.....sagen wir mal 20ps als beispiel.

also würde der gt von 286ps auf 306 ps hoch gehen.


jetzt reduziere ich den lade druck auf 0,5bar...dann würden doch die tuningmaßnahmen den verlust zur serienleistung kompensieren.

also von 0,6 auf 0,5bar = verlust..als beispiel 25PS (ich weis der drehmoment geht nach unten)
also 306PS minus 25PS ergäbe 281ps

ich weis es ist nur zahlen dreherei und reine theorie...ich will wissen ob das auch der praxis entspricht, oder ich gänzlich falsch liege.


gruß piet

[Detonator]

ich sehe das so...

ab einem gewissen Ladedruck (~1,2 Bar+ mit Serien LLKs) wird die Ansaugluft sehr heiß..
so heiß das der mehr Ladedruck nur kurz mehrleistung bringt.. danach aber die Leistung sehr stark abnimmt... im schlimmsten fall überhitzen die Ladeluftkühler (Heatsoak) und es kann zu starken klopfen kommen..

jetzt ein Beispiel:

GT hat 1,2 Bar aber Ladelufttemp weit über 100°C .. hat statt ~450PS (450PS max. kurzfristig bis LLKs heiß laufen) effektiv nur noch 420PS oder weniger..
nun mit 1,1 Bar und besseren Ladeluftkühlern (Ansaugtemp ~50°) wird dieser Ladedruck effektiv gekühlt... die Luft (Sauerstoff) ist noch gut verdichtet und das Auto fährt mit konstant ca. 440PS

daher mehr Leistung bei weniger Ladedruck!


Den Effekt das die Ladeluftkühler stark überbelastet waren hatte ich bereits mehrfach...
habe leider noch keinen Lufttempsensor (IAT Sensor)..
aber man konnte sehen/messen wie das Gemisch nach ein paar sekunden extrem fett wurde:

1.run 3000-7000rpm 4.gang = ~11,3:1
2.run 3000-7000rpm 4.gang = ~10,6:1
3.run 3000-7000rpm 4.gang = ~ 9,9:1 (lt. Log massives klopfen (HHH 24 knocks) )

[Christian]

Das Thema LLK wird leider zu wenig beachtet.
Wir hatten mal bei verschiedenen LKK die Temperatur nach dem LKK gemessen und es gab enorme Unterschiede.

Ein weiteres Merkmal bei LLK ist der Druckverlust. Hier soll es auch noch Unterschiede geben, wobei ich selbst hier noch keine Messungen gemacht habe.

Ich weiß nicht, ob es im Forum schon erwähnt wurde (sorry wenn es hier wiederholt wird):
Die Luft soll natürlich von vornherein möglichst kalt in den LLK kommt. Es bringt hier gar nichts die jeweiligen Turbos an der Grenze zu betreiben, weil die geförderte Luft dann sehr heiß wird. Die Temperatur, die die Luft bei z.B. einem bar hat wenn sie den Lader verlässt hängt sehr viel vom Lader ab. Das ist der Grund, weshalb ein größerer Lader bei z.B. einem bar Ladedruck wesentlich mehr Luft fördert als ein Serienlader. Bei den "Tuningladern" bestehen ebenfalls große Unterschiede.
Beispiel an meinem 3-Liter-V6 (300ZXTT):
Meine beiden Lader (Garrett GT2560R) fördern bei 0,84 bar mehr Luft als die Serienlader bei 1.1 bar.
Da die Luft auch noch kühl ist kann ich den Motor sehr aggressiv einstellen. Durch mehr Zündung und weniger Anfettung erreicht der Motor 436PS (und das bei 0,84 bar).

[sbrunthaler]

Meine beiden Lader (Garrett GT2560R) fördern bei 0,84 bar mehr Luft als die Serienlader bei 1.1 bar.

"Mehr" heisst hier "mehr Masse", also mehr Sauerstoff-Moleküle pro Volumeneinheit. Um eine bestimmte Luftmasse in gegebener Zeit durch ein Rohr zu transportieren muss man entweder den Querschnitt vergrößern oder die Geschwindigkeit oder beides. Die Geschwindigkeit kann man vergrössern durch höheren Druck am Eingang (also hinter dem Turbo) und/oder geringeren Innenwiderstand (=Gegendruck). "Druckverlust" im LLK bedeutet also eigentlich "hoher Gegendruck" und damit geringere Fördermenge. Andererseits möchte man, dass die Luft möglichst lange im LLK bleibt, damit sie möglichst viel Wärme abgeben kann. Ergo: LLK mit großem Volumen und vielen inneren "Umleitungen" bringen mehr Kühlleistung, aber auch schlechteres Ansprechen und mehr Gegendruck. Irgendwie muss man immer einen Kompromiss finden.

BTW: Hast Du mit den Ladern auch die Verrohrung gewechselt? Oder die Lader selbst sind entsprechen größer und strömungsgünstiger als die Serien-Lader.

Da die Luft auch noch kühl ist kann ich den Motor sehr aggressiv einstellen. Durch mehr Zündung und weniger Anfettung erreicht der Motor 436PS (und das bei 0,84 bar).

Sag' ich ja. Alleine durch die Reduzierung der Temperatur der komprimierten Luft erreicht man nicht, dass mehr Sauerstoff-Moleküle transportiert werden. Es sei denn, der Gegendruck wird durch die Kühlung stärker reduziert als durch den Widerstand des LLK erhöht. Das müsste man mal messen, aber wie?

Grüsse,
Stefan B.

[Christian]

Um eine bestimmte Luftmasse in gegebener Zeit durch ein Rohr zu transportieren muss man entweder den Querschnitt vergrößern oder die Geschwindigkeit oder beides.

oder einfach die Dichte erhöhen (-> Temperatur)
Wobei strömungsmechanisch eine höhere Dichte ebenfalls zu einem höheren Widerstand führt.

Hast Du mit den Ladern auch die Verrohrung gewechselt?

Nein
Ich wollte mal mit einem Strömungsmechaniker durchrechnen, was das bringt, bin aber noch nicht dazu gekommen.

Oder die Lader selbst sind entsprechen größer und strömungsgünstiger als die Serien-Lader.

Ja
Die Garrett-Lader der R-Serie sind schon gut. Überhaupt kein Vergleich zu unseren Serien-Garrett-Ladern der T-Serie, die technologisch 30 Jahre alt sind!
Beim GT dürfte es bei den Serienladern nicht viel besser ausschauen.

Noch besser ist die Garrett GTX-Serie. Derzeit das Beste sind die EFR-Lader von BorgWarner.

Alleine durch die Reduzierung der Temperatur der komprimierten Luft erreicht man nicht, dass mehr Sauerstoff-Moleküle transportiert werden.

doch (Dichteänderung), weil

Es sei denn, der Gegendruck wird durch die Kühlung stärker reduziert