VMax, Turbo und die Luft...

[Jens kLt]

Hallo,

eine Frage zur Fahrphysik:

- Habe immer gehört, wenn's kalt ist, sei optimales Turbo-Wetter, d.h. hohe Luftdichte und Sättigung, um den Turbo optimal mit Luft vollzuschaufeln. Um schnell zu fahren.

- Jetzt Folgendes gelesen (Bericht über Bugatti Veyron in der AMS): Hohe Temparaturen, optimales Tempowetter für Rekordfahrt. Grund: Geringere Dichte der Luft, d.h. weniger Luftwiderstand.

Was stimmt? Wann fährt man schneller, vor allem mit dem Turbo? Oder gibt's eine Leistungsgrenze, an der sich das ganze umkehrt (s. Bugatti, über 400 km/h). Wer grübelt mal drüber..?

Jens

[LCV]

Hallo Jens,

der Physikunterricht liegt lange zurück. Ich kann also nur von der eigenen Beobachtung sprechen. Mein SAAB 99 Turbo beschleunigte von 0 auf 100 km/h (handgestoppt) bei -7° C etwa um 1,5 s besser als bei + 20° C. Der Turbolader hat ja die Aufgabe, der Verbrennung mehr Sauerstoff zuzuführen und damit den Wirkungsgrad zu erhöhen. Wenn ich damals richtig aufgepasst habe, enthält kalte Luft mehr Sauerstoff als warme. Warum man bei diesen Rekordfahrten nun genau das Gegenteil behauptet, weiß ich nicht. Ich würde da eine Anfrage direkt an den Verfasser senden. Entweder ist die Technik eines solchen Bugatti völlig anders oder der hat etwas verwechselt. Interessant wäre es auf jeden Fall. Tatsache ist aber, dass mein SAAB im Winter schneller war, sofern nicht Schnee und Eis im Spiel waren.

Gruß Frank

[Frankg]

Bei >400 km/h wird wohl der Gegendruck der Luft den Effekt der besseren Verbrennung mehr als wettmachen.

[LCV]

Hallo,

wenn man darüber nachdenkt, sollten z.B. auf einem Salzsee in den Anden auf weit über 2000 m Höhe optimale Bedingungen herrschen, weil die Aerodynamik profitieren würde. Allerdings müsste dann der benötigte Sauerstoff aus einem Extratank zugeführt werden. Man weiß ja von den Besteigungen der 8000-er, dass es erst nach langem Training möglich war, ohne Sauerstoffmaske hinauf zu kommen. Also ist die Luft so dünn, dass ein normal Sterblicher umkippen würde. Erhöhte Anstrengung erfordert mehr Sauerstoff, der aber nicht zur Verfügung steht. Beim Auto ist es ähnlich. Um diese extreme Leistung herauszukitzeln, wird deutlich mehr Sauerstoff benötigt. Wäre interessant zu wissen, ob dieser Bugatti nun "normale" Luft atmet oder den Sauerstoff aus einem Extratank zugeführt bekommt.

Mal abgesehen davon, halte ich diese ganze Rekordfahrerei des VW-Konzerns nur für ein weiteres Zeichen, dass Piech und Co. es "der Welt zeigen wollen". Angesichts der realen Probleme mit Energieressourcen und Klima sind solche Spinnereien Öl auf die Mühlen der Autogegner.

Gruß Frank

[mogli]

Das mit niedrigen Temperaturen für Turbo kannst Du mal garantiert glauben !
Es kommt ja auch nicht von ungefähr, daß man Ladeluftkühler verbaut - warum ?
Ein enger Querschnitt beim Lufteintritt - und den treffen wir bei jedem Auto an - läßt eben nur einen gewissen
Durchsatz zu. Gekühlte Luft benötigt weniger Volumen - erhitzte Luft benötigt mehr Volumen - siehe das physikalische
Beispiel am Heißluftballon. Natürlich - die heiße Luft wird auch Leichter - daher kommt der Auftrieb.
Kannst es auch mit einem Luftballon probieren: aufblasen bei 20-25 Grad und Umfang/Volumen messen - geht z.B mit einem Kübel Wasser. Wenn es ein schwarzer Luftballon ist - einfach 2 Stunden in die pralle Sonne geben und dann die Messung wiederholen und dann auch mal in der Kühlttruhe..So wird sich das bestätigen. Also je kälter die Luft ist umso " mehr" kann durch die engen Eintrittspforten durch - um sich dann durch Erwärmung im Zylinder viel stärker auszudehnen. Würde im Auto der Ladeluftkühler ausfallen, wäre das sofort spürbar. Und auch da gibt es große Unterschiede in den Systemen und deren Wirksamkeiten. Also für den Turbo selbst ist kalte Ansaugluft das Beste, um mehr Leistung zu produzieren. Die andere Möglichkeit wäre, den Ladedruck des Turbos zu erhöhen ! Was man ja mitunter schon noch tun kann und im Motorsport gang und gäbe war und ist. In Serie sind das heute die sogenannten Kickdownsysteme, die beim Durchtreten des Gaspedals für ein paar Sekunden deutlich mehr Leistung und Drehmoment zur Verfügung stellen. So gesehen beim Delta 1 mit der großen orangen Leuchte im Cockpit...war ein tolles Feeling, wenn das Ding aufgeleuchtet hat...
Es gäbe dann auch noch die Wassereinspritzung - nur das geht in eine Völlig andere Richtung und erzeugt ein Leistungsplus, das jenseits von gut und böse ist !!! Ein normaler Motor hält sowas nicht aus - denn hier kommt dann teilweise auch noch die Thermodynamik einer Dampfmaschine zum tragen - was Motoren - und Abgastechnisch sogar noch weitere Vorteile bringt, da die Abgase weiter verdünnt werden und die Ventile bessere Kühlung erfahren - aber eben ohne Veränderungen des gesamten Motors sofort sämtliche Motorlager killen würde.

Also heiße Luft ist leichter, soviel wissen wir vom Heißluftballon - hat also weniger spezifisches Gewicht (Dichte) - dann ist es auch klar, daß man bei weniger Dichte auch weniger Luftwiderstand hat - denn das ist auch der Grund, warum die Flugzeuge in 10km Höhe fliegen, da sie dort weniger Kerosin brauchen, da die aerodynamischen Verhältnisse besser sind - trotz der dort herrschenden Temperaturen von -40- bis -60 Grad - aber eben wegen der dünneren Luft. Ab wann für Autos am Boden, diese dünne Luft entscheidend ist, weiß ich nicht - jedoch wird von aerodynamischen Erscheinungen ab 75 km/h gesprochen.
Entscheidend dabei ist, daß mit doppelter Geschwindigkeit der Luftwiderstand quadratisch zunimmt. Gehen wir von Standard 100km/h aus, dann hat man bei 200kmh das quadrat bei 400 km/h nicht den vierfachen Gegendruck sondern die dritte Potenz. Also - zb. bei 100 kmh 40 kg (~400N) Luftwiderstand - bedeutet bei 200kmh 1600kg Gegendruck , eine weitere Verdopplung der Geschwindigkeit auf 400kmh bedeutet dann einen Gegendruck von 64.000kg oder 64 Tonnen.
Das macht schon was aus. Die Temperaturangabe ist hier von Bedeutung. Wenn schon der Schall bei 35 Grad gegenüber
15 Grad um ca 5 % schneller ist - dann gilt das umso mehr für ein Auto - welches deutlich mehr Widerstand erfährt...

Temperatur in °C Schallgeschwindigkeit in m/s Luftdichte ? in kg/m³

+35 352,17 1,1455
+30 349,29 1,1644
+25 346,39 1,1839
+20 343,46 1,2041
+15 340,51 1,2250
+10 337,54 1,2466
+5 334,53 1,2690
±0 331,50 1,2920
-5 328,44 1,3163
-10 325,35 1,3413
-15 322,23 1,3673
-20 319,09 1,3943
-25 315,91 1,4224


Was mich heutzutage immer wieder wundert, daß so viele zu einem SUV greifen, wo doch bekannt ist, daß die eine unheimlich hohe Luftverdrängung haben und daher folgende Nachteile haben :

Luftwiderstand gesamt viel höher
geringere Höchstgeschwindigkeit bei gleicher Leistung gegenüber einem PKW
deutlich Mehrverbrauch bei gleicher Leistung gegenüber einem PKW
natürlich mehr Gewicht - was Beschleunigung dämpft und Verbrauch extrem erhöht.
breitere Reifen benötigen, die verbrauchsmäßig nur Nachteile haben .

Wers nicht glaubt,soll mal bei sehr starken Wind mal mit einem Regalbrett gegen den Wind laufen, danach mit einem Gartentisch und den ganz Mutigen empfehle ich danach einen 4 Meter Gartenschirm. Wer dann noch sagt, er spüre keinen Unterschied, dem ist nicht zu helfen...

Daher: es stimmt Beides: Es macht Sinn - bei Höchstgeschwindigkeiten jenseits der 300 km/h echt heiße Tage abzuwarten, da dann der Luftwiderstand durch die geringere Dichte der Luft zum tragen kommt - und auch dass der Turbo bei kalten Temperaturen besser geht (siehe Oben), ist klar. Nur wird im Normalbetrieb wohl keiner Geschwindigkeitsrekorde brechen wollen, sondern eher sich über eine bessere Beschleunigung freuen..


Grüße
Günter

[pelle]

Ciao!

Das ideale Verhältnis von Kraftstoff zu Luft ist 1:14,8. das heißt um 1 kg Kraftstoff zu verbrennen braucht der Motor 14,8kg Luft. Das nennt sich dann stöchiometrisches Gemisch (Lambda 1). dieses sollte immer gegeben sein, um alle Schadstoffe im KAT umwandeln zu können. Ein kg Luft entspricht so etwa 800l . Um einen Liter Kraftstoff zu verbrennen braucht man also 9000l Luft. Das ist natürlich nur ein Anhaltswert... also nicht sooo genau nehmen
Wie groß soll der Sauerstofftank, der da in dem Veyron sitzt, sein?! Ist natürlich ein wenig unsinnig . Bei so einer Hochgeschwindigkeitsfahrt verbraucht der Veyron ca. 100l Kraftstoff auf 100km.

[Jens kLt]

Hallo Mogli,

beeindruckende und plausible Erklärung. Danke dir.

Dann ist mir doch kalte Luft lieber. Leider ist da die Bodenhaftung der (Winter-)Reifen eher mau. Aber vermutlich ist der Effekt nicht mehr so spürbar wie einst beim Saab 99 von Frank, wo ich bezweifeln würde, dass er modernes Motormanagement und Ladeluftkühler gehabt hat. Trotzdem habe ich den Eindruck, dass mein 20VT an manchenTagen wesentlich wacher und agiler ist als an anderen.


Gruß


Jens

[LCV]

Jens kLt schrieb:
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> Aber vermutlich ist der Effekt nicht mehr so
> spürbar wie einst beim Saab 99 von Frank, wo ich
> bezweifeln würde, dass er modernes
> Motormanagement und Ladeluftkühler gehabt hat.

In Deutschland nicht. Es war nur nachträglich für die Turbo-Version ein Frontspoiler montiert, der auf der einen Seite den Ölkühler hatte, auf der anderen einen Kühlschacht, der direkt unter die Batterie führte und diese kühlte. Der Turbo heizte mächtig und der Kühlerventilator war so stark, dass er fast einem Flugzeugrotor gleich kam. In der Schweiz gab es ein paar 99TU mit Wasser-Methanol-Einspritzung. Der reguläre Ladedruck lag bei 0,8 bar. Mit der Einspritzung war deutlich mehr möglich. Ich hatte mal drei Wochen lang nur extreme Kurzstrecke gemacht. Da müssen sich irgendwo Ablagerungen gebildet haben, die für einen erhöhten Ladedruck sorgten, ich wollte beschleunigen und der schoss derart los, dass es mich in den Sitz presste. 2 sec später öffnete das Bypassventil und ohne Gurt wäre ich durch die Scheibe geflogen. Wie eine Vollbremsung. Lt. Werkstatt sollte ich einfach mit wenig Gas ca. 50 km Autobahn fahren und dann war es wieder ok. Aber in dem Moment hat man gesehen, welche Kräfte man da mobilisieren könnte.

Gruß Frank