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Aufladung des Boxermotors (3)


Thermodynamische Größen
Literatur

 

B+M Blower
B&M Blower (Roots-Kompressor)

Thermodynamische Größen

Als Beispiel soll ein Lader für einen 4-Zylinder-Boxermotor (Ottomotor) mit 1,6l Hubraum bei einer Drehzahl von 3000 1/min die Ansaugluft von 1 bar (Atmosphärendruck) um 0,5 bar verdichten.
 

angesaugter Luftvolumenstrom V1 = Vh * n / 2 = 1,6 * 3000 / (2*60) = 40 Liter/s
V1 = 144 m³/h
Druckverhältnis p2 / p1 = 1,5 bar / 1 bar = 1,5
Luftmassenstrom (allg. Gasgleichung) ms = (p1 * V1) / (R * T1) = 173 kg/h
Luftdichte rho = ms / V1 = 1,19 kg/m³

Dabei bedeuten:
 

V1 angesaugter Luftvolumenstrom
Vh Hubraum des Motors
n Motordrehzahl
p1 Ansaugdruck
p2 Druck nach Lader
T1 Temperatur der angesaugten Luft
T1 Lufttemperatur nach Lader
R Gaskonstante, R = 287 J/kg K
rho Luftdichte
ms angesaugter Luftmassenstrom
Der Beispielmotor saugt pro Stunde bei 3000 Umdrehungen pro Stunde 144 m³ (oder 173 kg) Luft an. Geht man näherungsweise von einer adiabaten, d. h. zur Umgebung wärmedichten Verdichtung des Laders aus, dann ergeben sich die Lader-Antriebsleistung und die Temperatur nach der Aufladung wie folgt:
 
Arbeitsbedarf (adiabate Verdichtung) Wad = k/(k-1)*p1*V1*((p2/p1)^((k-1)/k) - 1)
Wad = 1720 J
Adiabate Förderhöhe bezogen auf 1 kg Luft Had = k/(k-1)*R*T1*((p2/p1)^((k-1)/k) - 1)
Had = 36148 J/kg
Thermodynamische Antriebsleistung Pth = Had * ms = 1,45 kW ( = 2,0 PS)
Eingangsleistung des Laders Pm = Pth / eta = 2,41 kW ( = 3,3 PS)
Temperatur der Ladeluft T2 = T1* (p2/p1)^((k-1)/k) = 329 K = 56°C

Mit den Abkürzungen:
 

k Adiabatenexponent k = 1,4
Wad Arbeitsbedarf (adiabate Verdichtung)
Pth thermodyamische Antriebsleistung
Pm Eingangsleistung des Laders
eta Lader-Wirkungsgrad (adiabat), eta = 0,60
T2 Temperatur der Ladeluft

Der Lader benötigt unter den gegebenen Bedingungen eine Eingangsleistung von 3,3 PS. Dies entspricht ca. 7% der Nennleistung des 1,6l-Motors. Die Ansauglufttemperatur erhöht sich auf 56°C. Dies legt die Verwendung eines Ladeluftkühlers nahe.  

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Literatur

/1/ H. Elfrink, Making The Volkswagen Go, Post Motor Books, Arkadia California, 1960
/2/ VW-Scene 11/98, Seite 14 ff
/3/ Robert Bosch GmbH, Kraftfahrttechnisches Taschenbuch, 22. Auflage, VDI-Verlag
/4/ Ken Ulyett,The Porsche and Volkswagen Companion, Stanley Paul, 1962
/5/ Zeitschrift Autocar, Testing a 1957 Beetle with Judson supercharger
/6/ K. Seume, They have been many ways to improve the power output of early Volkswagen engine...
/7/ JMR Performance Guide
/8/ Ray Hall Turbocharging (Australien): Berechnungen, Javascript-Rechner usw.

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