Temperaturzuwachs beim Komprimieren von Luft und der Einfluss des LLK

[Druckluftschrauber48371]

Hallo zusammen, mich würde es brennend interessieren, wie hoch der Temperaturzuwachs von komprimierter Luft, durch z.b. einen Schraubenkompressor (0,4bar) ist.

Gibt es dafür allgemein anwendbare Formeln?

Außerdem interessiert mich der Einfluss eines passiven Ladeluft Kühlers auf die Gemischbildungstemperatur (Temperaturdelta LLK.ln zu LLK.out). Ich denke, das ist schwierig zu berechnen, ohne die Kenngrößen aller Bauteile zu kennen. Aber falls jemand Realwerte seines Fahrzeugs bereitstellen könnte, reicht mir das vollkommen aus. Mir kommt es nur darauf an, ob es bei einer LLK.in-Temperatur von z.b. 30°C und einer Umgebungstemp von 0°C (z.b.100km/h Geschwindigkeit) nur 1-2°C oder gleich 10-20°C Kühlleistung sein können.

Hintergrund ist der, dass dieser Bereich der Thermodynamik im KFZ für mich als 'neuen' Fahrer eines Kompressormotors noch eine sehr große Unbekannte darstellt.

Vielen Dank für Mühen und Hilfen

[DrHephaistos]

Zitat:

Original geschrieben von killuall

... 

Gibt es dafür allgemein anwendbare Formeln?

...

Hallo killuall,

 

die Antwort auf Deine Frage gibt die klassische Thermodynamik. Idealisiert man den Kompressionsvorgang als reversibel, adiabatisch und Luft als ideales Gas mit konstanter Wärmekapazität gilt:

 

(1)  T2 = T1 * (P2/P1) ** (1 - 1/gamma)

 

T1, P1 = Lufttemperatur bzw. Luftdruck zu Beginn des Kompressionsvorgangs

T2, P2 = Lufttemperatur bzw. Luftdruck am Ende des Kompressionsvorgangs

gamma = Verhältnis der molaren Wärmekapazitäten Cp/Cv

** = Exponentiation (vulgo "hoch")

 

Luft ist im Wesentlichen ein Gemisch 2-atomiger Moleküle, so dass für gamma näherungsweise 1.4 genommen werden kann. Mit Gleichung (1) lässt sich also die ungefähre Temperaturänderung berechnen - von der Dimension wirds hinkommen. Sollten Dich genauere Betrachtungen interessieren, müsstest Du entsprechende Fachliteratur aus dem Maschinenbau zu Rate ziehen.

 

Solltest Du Dich in die Grundlagen vertiefen wollen, möchte ich Dir das Buch von Michael M. Abbot, Hendrick C. Van Ness,'Thermodynamik - Theorie und Anwendungen', McGraw-Hill Book Company 1976, ISBN 0-07-084364-3 ans Herz legen. Diese Schwarte trug mich vor Äonen durchs Physikstudium.

 

Cheers,

DrHephaistos

[Druckluftschrauber48371]

Vielen Dank, DrHephaistos für deine Mühen. Jetzt hoffe ich nur, dass ich es richtig verstanden und umgesetzt habe.

T1 = 293K (20°C)

T2 = ?

P1 = 1bar (kann leider nicht durch 0-teilen, dehalb nehme ich die Druckdifferenz von 1bar auf 1,4bar an)

P2 = 1,4bar

Bild Formel

bekomme die Darstellung mit dem '^' leider nicht so ganz hin...

Damit bekomme ich ein P2 von 322°K --> 49°C

Ich hoffe nur, dass die Druckzunahme von 1,0bar auf 1,4bar unfefähr dem gleichen entspricht, wie 0bar auf 0,4bar.

Kommt das denn ungefähr hin? Bzw. kann diese Werte jemand aus dem Alltag bestätigen?

[Druckluftschrauber48371]

Ich habe noch etwas nach diesem Thema gegoogelt und diese, recht interessante Seite gefunden:

Link Es geht zwar eher um die VW-TDIs, aber es wird sehr gut erklärt. Einzig der Physikalische Part fehlt mir hierbei etwas.

[mc2k]

Moin,

mit der Formel die DrHephaistos dir gegeben hat, hast du schon mal alles um den Temparaturanstieg zu berechen.

"Ich hoffe nur, dass die Druckzunahme von 1,0bar auf 1,4bar unfefähr dem gleichen entspricht, wie 0bar auf 0,4bar."

Zu dem Thema kannst du dir mal diesen Link anschauen

Relativdruck zu Absolutdruck

 

Wen du mehr zu Aufgeladenen Motoren wissen willst, kann ich dir dieses Buch empfehlen "Turbo- und Kompressormotoren" ISBN 3-613-01950-7.

Aus eigener erfahrung kann ich dir sagen das bei einen Relativendruck von 0,44Bar, ich an meinen 430er Kompressor einen anstieg der Ladelufttemparatur um die 40-50°C habe. Gemessen mit einer extra Sonde im Ladeluftrohr.

Gruß,

MC2k

[Druckluftschrauber48371]

Vielen Dank :)

Hat der 430er denn auch den Eaton M65-Kompressor?

[mc2k]

Nein einen Vortech V3. Der unterscheidet sich erheblich vom Eaton.

Der Eaton ist ein "Roots" Komressor und der Vortech ein "Strömungsverdichter"/"Kreisellader".

Die vor- und nachteile sind sehr Komplex aber hier mal im groben mein Persönlicher vergleich

Kreisellader

Vorteil

• einfache und günstige nachrüstung
• höhrer wirkungsgrad im Druckbetrieb
• kein Ladeluftkühler notwendig(hoher wirkungsgrad)

Nachteil

• erst bei hoher Drezahl eine gute Durchsatzrate
• Hubraum großer Motor muss vorhanden sein

Roots

Vorteil

• zuverlässig und erprobt im Serieneinsatz
• bei geringer Drehzahl kann Laderdruck aufgebaut werden
• kann bei geringen Hubraum eingesetzt werden
• keine innereverdichtung, somit bei geöffneten Umluftventil, wenig Leistung die er dem Motor enzieht

Nachteil

• je größer der Laderdruck, um so geringer der Wirkungsgrad
• nicht ohne Ladeluftkühlung einsetzbar/sinvoll
• höhe nachrüstkosten

Das ist meine persönliche Pro/Kontra Liste.

Gruß,

MC2k

[Druckluftschrauber48371]

super, vielen Dank für die Aufklärung. Wenn ich das richtig sehe, hast du den Vortech nachgerüstet?

Leider bin ich noch auf der Suche nach etwas detailierteren Leistungsdaten zum Eaton m65 in Verbindung mit dem M271er. z.b. die Ladedruckkurve nach Motor-RPM

[mc2k]

ja der Vortech ist nachgerüstet.

Hier ist für den M62 die MAP.

Wie du siehst kann schon mit sehr wenig Umdrehung Ladedruck aufgebaut werden, abhäng von dem "Schlugvolumen" vom Motor.

Die Ladedruck Steuerung mit dem MB den Eaton nutzt, ist sehr efektiv und von MB Patentiert und nur dort zufinden, dadurch kann der Laderdruck bedarfsgerecht gesteuert werden. Z.b. im Teillastbetrieb kann der Kompressor gezielt zum teil umgangen werden und durch das Roots Prinzip verbraucht der Kompressor dann wenig Antriebskraft. Was sich sehr verbrauchsgünstig auswirkt.

Durch die möglichkeit den Ladedruck sehr Variabel und auch schon bei geringen Drezahlen steuern zu können, hat der Motor mit Rootskompressor eine sehr "Bährige" Drehmomentkurve. Beim Vortech geht das nicht, dieser hat erst bei mittleren Drezahlen dampf. Somit hat der Kreisellader eine ehr "Sportliche" Drehmomentkurve, nach alter Schule :) .

Beim Roots ist es somit möglich in einen sehr weiten Drezahlbereich mit "relativ" wenig entzug an Leistung vom Motor, einen Konstanten Laderdruck aufzubauen. Der Kreisellader ist bei solch einer auslegung nicht so effektiv und frisst bei solch einer auslegung gut Leistung. Darum ist z.b. die Auslegung des Kreisellader günstiger, so zu wählen das der Max Laderdruck kurz vor Nenndrezahl erst vorhanden ist. Den Laderdruck schon vorher beim Kreisellader auf Max Laderdruck zu bringen ist je nach auslegung nicht effektiv und kostet Leistung.

Du siehst ein sehr interesantes und komplexes Thema.

Gruß,

MC2k

[DrHephaistos]

Zitat:

Original geschrieben von killuall

...

Damit bekomme ich ein P2 von 322°K --> 49°C

 

Ich hoffe nur, dass die Druckzunahme von 1,0bar auf 1,4bar unfefähr dem gleichen entspricht, wie 0bar auf 0,4bar.

Kommt das denn ungefähr hin?

...

Hallo killuall,

 

es ist schon richtig, wenn Du das Wertepaar 1.0 und 1.4 bar nimmst. Für Lader wird üblicherweise die Druckzunahme angegeben. In Deinem Fall 0.4 bar. Ausgangsdruck ist näherungsweise Normaldruck (durchschnittlicher Luftdruck auf Meereshöhe) von 1.014 bar, macht komprimiert also 1.414 bar. (0 bar bedeutete die Abwesenheit einer Atmosphäre. Z.B. im Weltraum. Es gäbe also nichts zu komprimieren.)

 

0.4 bar Druckzunahme sind relativ wenig aber typisch für Ottomotoren. Bei Dieselmotoren erreicht man mit VTG Ladern in der Regel eine Druckerhöhung von etwa 2 bar, mit entsprechend hohen Ladelufttemperaturen. Geeignete Kühler reduzieren die Temperatur ja nach Typ um 50 - 100 °C.

 

Cheers,

DrHephaistos