Warum ist Ladeluft heiß?
Warum ist die Ladeluft eines Abgasturboladers heiß?
Nur durch die Verdichtung oder auch durch die Abwärme des heißen Laders?
In geschätztem Prozent wäre sehr Hilfreich zB 90% Verdichtungswärme 10% Abwärme
7 Antworten
Es ist sicherlich beides daran Beteiligt aber vermutlich ist die Kompressionswärme stark dafür verantwortlich.
Als Beispiel eine kleine Rechnung.
Wenn wir davon ausgehen, dass sich der Druck im Turbo so rasch erhöht, dass die Luft keine Energie mehr nach außen abgibt oder annimmt nennt man das adiaptische Zuständsänderung.
Für diese gilt T2/T1 = (p1/p2)^((gamma - 1)/gamma)
für Luft ist gamma ca 1.4 und daher
T2/T1 = (p1/p2)^0.286
Wenn wir eine Druckerhöhung um den Faktor 5 annehmen dann bedeutet das:
T2/T1 = 5^0.286 = ca. 1.5
Die Temperatur steigt also auf das 1.5 fache an, zudem werden T1 und T2 in Kelvin angegeben:
Für 20°C Ausgangstemperatur (293,15K) ergibt das 440K oder 167°C
Das stimmt mit den ca. 150 °C, die ich im Internet gefunden habe, gut überein.
Recherchier mal, wie man darauf gekommen ist, dass es eine Untergrenze für rie Temperatur geben könnte.
Das Kommentar unten stimmt aber so nicht ganz.
Wenn du dich auf dein Kommentar auf mein Kommentar bei deiner Antwort beziehst in den 20°C ist durchaus der Temperaturabfall durch die Ansaugung eingerechnet.
Allerdings wird das gekühlte Gas vor der Kompression bei einem heißen Motor nicht unwesentlich wieder erwärmt werden.
Zudem gehe ich hierbei von Turboladern auf welche auf über 1 Bar verdichten, wenn sie nur den Druckverlust kompensieren kann es durchaus hinkommen, sofern die Temperatur im Ansaugtrakt nicht wesentlich steigt.
Wenn du dich auf deine Kommentare zu der Antwort von PWolff beziehst:
Du musst hierbei zwingend mit Kelvin Rechnen sonst stimmt das Ergebnis nicht. Es würde sonst bedeuten, dass sich ein Gas anders Verhält je nachdem in welcher Einheit man die Temperatur angibt:
Denn
0°C * 1.5 = 0°C
aber
32°F * 1.5 = 48°F
Der Grund warum man hier Kelvin verwenden muss liegt darin begraben, dass es sich bei den Gasgesetzen um Berechnungen handelt welche die Innere Energie des Gases betrachten, also wie viel Energie im Schnitt die einzelnen Moleküle haben.
Bei 0K haben die Moleküle keine Energie mehr allerdings haben sie welche bei 0°C oder 0°F.
Wow danke! Sie geben mir erneut eine sehr hilfreiche Antwort. Vielen Dank
Wenn man weiß, wie groß der Druck und die Temperatur direkt nach dem Kompressor/Turbolader sind, kann man die Anteile ausrechnen (Zustandsgleichung idealer Gase, was Luft in den relevanten Druck- und Temperaturbereichen in sehr guter Näherung ist).
Leider habe ich im Internet nur zur Temperatur, nicht aber zum Druck etwas gefunden.
Dank an PeterKremsner - fen Adiabazenexponenzen hatte ich glatt vergessen.
stimmt absolut ... der witz an der sache ist aber der: der turbolader kompensiert im wesentlichen bloss den druckabfall im ansaugweg ... wenn der ladedruck auf 1 bar begrenzt ist. ergo ergibt die rechnung exakt 0° differenz ... ;-)
ist der ladedruck auf 1,6 bar begrenzt so wird der druck bloss um den factor 0,6 erhöht und das ist eben so gut wie vernachlässigbar.
Ein 1,6-facher Druck entspricht einer 1,6-fachen Temperatur, und zwar vom absoluten Nullpunkt an gemessen. Bei einer Ausgangstemperatur von 280 (7 °C) K bedeutet das 448 K (175 °C)
Hab mich übrigens vertan - wo die Energie herkommt, ist für das Gas egal. Aber wir können aus dem Druckabfall des Abgases ein wenig schließen.
Ausgangstemperatur von 280 ( 7 °C) K
tja ... das ist das alte problem der theoretiker ... dass sie stets über die einfachsten dinge stolpern ...
Ein 1,6-facher Druck entspricht einer 1,6-fachen Temperatur
7° x 1,6 ist bei mir immer noch exakt 11,2° ... und diese 4,2° differenz bezeichne ich nach wie vor als vernachlässigbar ... da die ansaugwege bei nicht geladenen motoren sogar vorgewärmt werden müssen ...
aber vielleicht ist es mit nicht ganz so komplexen zahlen einfacher zu durchschauen
1° -> 1,6°
10° -> 16°
und wenn es mal heiss her geht
30° -> 48°
ok?
aber vielleicht dämmert es ja wenn - nach deiner famosen berechnung - ein dieselmotor der auf 200 bar verdichtet dann 56.000° K im zylinder haben müsste ... träum weiter ... gute nacht ... ;-)
PS: Du hast auch bei deiner Berechnung vergessen von Kelvin auszugehen.
So ein Blödsinn.... Und bei 8 bar Druck auf meinem Werkstattkompressor schmilzt der Schlagschrauber bei der ersten Umdrehung.
Reaumur ergibt dasselbe wie Celsius, weil die Reaumurskala denselben Nullpunkt hat.
Stimmt - unter Berücksichtigung des Adiabatenexponenten sieht es etwas anders aus
Ein Dieselmotor verdichtet nicht auf 200bar.
darauf gehe ich jetzt lieber nicht weiter ein - bloss so viel: wie hoch ist die abgastemperatur gemäss deiner famosen berechnung wenn nach der zündung das gasvolumen um ca. das 40fache ansteigt? ... hmm???
Ein Ladeluftkühler (Abk. LLK, englisch intercooler) ist ein Wärmeübertrager, der im Ansaugtrakt eines aufgeladenen Verbrennungsmotors die Temperatur der dem Motor zugeführten Verbrennungsluft verringert.
Er wird im Ansaugtrakt zwischen dem Verdichter (Verdichterrad eines Turboladers oder Kompressors) und dem Einlassventil eingebaut und führt einen Teil der Wärme ab, die durch die Verdichtung der Luft im Turbolader entsteht.
Durch die Komprimierung im Verdichtergehäuse und die damit einhergehende Hitzeentwicklung, ist es wichtig, dass die Ladeluft wieder heruntergekühlt wird.
Diese Aufgabe fällt dem Ladeluftkühler zu.
Eher 98% Abwärme und je nach druck vielleicht 2% Verdichtungswärme , einfach mal so ganz grob geschätzt von mir.
Tolle Berechnungen hier mit viel heißer Luft, evtl. zu heiß für Gummischläuche und Kunststoffteile ...
Die Berechnungen stimmen durchaus, die Wärme durch die Kompression entsteht ja auch erst im Turbolader selbst und nach diesem geht die Luft nicht mehr durch Gummischläuche.
Die Frage ist ob es im Turbolader überhaupt zu großen Wärmeübertragungen kommen kann. Selbst wenn dieser heiß ist bleibt die Luft nicht lange drinnen und wird daher auch nicht viel Wärme durch Konvektion abtragen.
Der Wärmetransport ist zudem stark von der Temperaturdifferenz abhängig, ich würde daher sagen, dass es durchaus zu einer Wärmeübertragung kommen wird, sodass die angesaugte Luft nicht all zu kalt sein kann. Die Wirklich hohe Temperatur wird allerdings durch die Verdichtung erreicht werden, je nach Verdichtungsgrad natürlich.
Zudem muss man bedenken, die Berechnungen stimmen so und wenn wir auch geringere Verdichtungen etc. und einen Temperaturkoeffizienz von nur 1.3 nehmen kann nicht viel Wärme durch Abwärme kommen, sonst würden wir insgesamt auf zu hohe Temperaturen kommen.
Die Frage ist ob es im Turbolader überhaupt zu großen Wärmeübertragungen kommen kann. Selbst wenn dieser heiß ist bleibt die Luft nicht lange drinnen und wird daher auch nicht viel Wärme durch Konvektion abtragen.
ah ja ... und bei bootsmotoren mit wassergekühlten auspuffkrümmern wird das abgas ergo auch kaum runter gkühlt weil die verweilzeit ja nur so minimal ist ...
Dann lies mal etwas weiter.
Der Wärmetransport ist zudem stark von der Temperaturdifferenz abhängig, ich würde daher sagen, dass es durchaus zu einer Wärmeübertragung kommen wird, sodass die angesaugte Luft nicht all zu kalt sein kann.
Wenn ich eine Temperaturdifferenz von 100°C habe dann wirds sicherlich zu merklichen Wärmeübertragungen kommen.
Man darf allerdings nicht die Verdichtungswärme vernachlässigen, würde der Turbolader die Luft bereits vor der Verdichtung auf 100°C erhitzen, wäre die Ladeluft extrem heiß, somit kann es defakto nicht zu extremem Wärmeflüssen kommen.
Zudem ist der Grund für die wassergekühlten Krümmer nicht der, dass das Abgas gekühlt wird, sondern lediglich dass der Krümmer die Umliegende Luft nicht erhitzt. Die Abgase haben auch nach diesem noch relativ hohe Temperaturen.
weil das ein heisses teil ist ... der abgase wegen ... ;-)
verdichtungswärme ist minimal - würde sagen vernachlässigbar
Kompressionswärme ist gar nicht mal so gering.
Wir können dabei Näherungsweise von einer adiapatischen Zustandsänderung sprechen für die gilt (mit Luft als Gas):
T2 = T1*(p1/p2)^(0.286)
Wenn wir also um den Faktor 5 verdichten, erreichn wir dadurch eine Temperaturerhöhung um den Faktor 1.5 also wird die Temperatur durch die Kompression um 150% mehr betragen als bei der Ansaugung.
Minimal ist das nicht mehr.
Btw T1 und T2 sind in K nicht in °C damit hast du für 20°C Ansaugtemperatur bereits T1 = 293,15K und damit bei der Verdichtung um den Faktor 5 ein T2 von 440° oder ca 167°C
Verdichtung um den Faktor 5
wie wärs wenn du zb. den temperaturabfall durch druckverlust im ansaugweg berücksichtigst ... der durch den turbolader wieder kompensiert wird und auf 1 bar gehalten wird?
kann es sein dass sich da irgendwie etwas egalisiert?
was du rechnest ist absolut richtig ... bloss dein denkansatz lässt mehr als zu wünschen übrig ... ;-)
Die gängigen Turbolader verdichten nicht so stark.
Wenn die auf 2,5 bar verdichten ist das schon hoch.
Der ist in der Temperatur durchaus mitgerechnet.
Die Ladeluft selbst wird natürlich durch den Druckverlust im Ansaugtrakt gekühlt, allerdings wird die Luft hier mit Sicherheit auch mehr als 20°C haben wenn sie beim Verdichter angekommen ist.
Auch wenn wir mit einer Temperatur von 0°C vor der Verdichtung rechnen werden daraus immer noch 135°C.
Es macht also defakto keinen groben Unterschied ob die Ladeluft 0 oder 40°C vor der Verdichtung hat.
Ja das stimmt natürlich wobei ich hier nicht von dem Verdichtungsfaktor zum äußeren Druck rechne sondern das Verhältnis zu Druck direkt vorm Verdichter und danach.
Durch den Druckabfall im Ansaugtrakt kann hier der Druck durchaus auf 0.7 Bar abfallen, was dann durchaus auf eine Verdichtung um den Faktor 3.5 kommt.
Der Faktor für die Temperatur wird auf den Faktor 1.4 abfallen.
Für 20°C vor der Verdichtung ergibt das dann eben immer noch 136°C nach der Verdichtung.
Natürlich kommts aber stark drauf an wie stark Verdichtet wird, aber dennoch bleibe ich bei meiner Behauptung, dass der hauptsächliche Temperaturanstieg im Turbolader von der Kompression kommt.
Durch den Druckabfall im Ansaugtrakt kann hier der Druck durchaus auf 0.7 Bar abfallen
was weit daneben ist ... bei hohen drehzahlen kann die zylinderfüllung auf 20% zurückgehen was 0,2 bar entpricht ... ;-)
Das kommt nur auf den Druckverlust im Ansaugtrakt an.
Spielt aber für die Berechnungen defakto keine Rolle.
Wie oben geschrieben, die angesaugte Ladeluft kann nicht all zu kalt werden, weil sonst eben merkliche Wärmeübertragungen vom Motorraum und Abgas die Luft wieder aufheizen wird.
Wenn wir jetzt von diesen 0.2Bar auf 2 Bar gewollten Ladedruck kommen haben wir schon den Faktor 10 wodurch noch mehr Temperatur auf die Verdichtungswärme fallen wird...
Aha, mal überlegen, die Kompression im Zylinder führt beim ursprünglichen Diesel zur Selbstentzündung.
Natürlich erwärmt sich die Luft durch die Kompression massiv.
ach ja ... natürlich ... im zylinder eines dieselmotors wird der druck um läppische 0,6 bar erhöht ... zuerst denken - dann reden!
Das tut so weh, daß man schreiend weglaufen möchte.
du kannst dich gerne auch still und klamm heimlich davon machen ... ;-)
auf wieviel bar verdichtet denn ein dieselmotor im zylinder? das ist das wieviel fache des normaldrucks? und auf wie viel bar verdichtet ein torbolader?
0,6 Bar?
Dieselmotoren haben unaufgeladen ein Verdichtungsverhältnis von ca 20:1. Mit Turbolader sind es ca. 15:1 der Kompressionsdruck liegt in der Regel bei ca 24 Bar.
der Kompressionsdruck liegt in der Regel bei ca 24 Bar.
und bei zündung erfolgt eine volumserweiterung um ca. das 40fache - dann ist die abgastemperatur wie hoch?
Interessante Annahme. Jedoch wird auch teilweise Ladeluft aus kalten Kompressoren runter gekühlt. Also kann die Verdichtungswärme nicht so gering sein.
du bist dir aber schon über den unterschied zwischen compressor und turbolader im klaren?
eben genau das nicht -> siehe kommentar unten!!!