Ladeluftkühler: Unterschied zwischen den Versionen

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(Einbau von Kühler, Ausgleichsbehälter und Peripherie:)
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== Physikalische und thermodynamische Grundlagen ==
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== Grundlagen ==
 
Turbomotoren wie JX, AAZ, 1Z, AFN oder mechanische TDIs unterscheiden sich von Saugmotoren darin, dass dem Motor Frischluft mit erhöhtem Druck bereitgestellt wird. Mit dem Druck steigt die Frischluftmasse, die während dem Öffnungshub der Einlassventile in die Zylinder strömt. Je mehr Frischluftmasse bereit steht, desto mehr Kraftstoff kann eingespritzt und verbrannt werden. Mehr Kraftstoff -> mehr Drehmoment -> mehr Leistung.
 
Turbomotoren wie JX, AAZ, 1Z, AFN oder mechanische TDIs unterscheiden sich von Saugmotoren darin, dass dem Motor Frischluft mit erhöhtem Druck bereitgestellt wird. Mit dem Druck steigt die Frischluftmasse, die während dem Öffnungshub der Einlassventile in die Zylinder strömt. Je mehr Frischluftmasse bereit steht, desto mehr Kraftstoff kann eingespritzt und verbrannt werden. Mehr Kraftstoff -> mehr Drehmoment -> mehr Leistung.
  
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1) mit der Formel für reversible, adiabatische Zustandsänderungen (Verdichter mit Wirkungsgrad 100 % und keine Abgabe von Wärme an die Umgebung):
 
1) mit der Formel für reversible, adiabatische Zustandsänderungen (Verdichter mit Wirkungsgrad 100 % und keine Abgabe von Wärme an die Umgebung):
 
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2) einer Korrektur für die Tatsache, dass der Verdichter einen Wirkungsgrad < 100% hat. Wärmeabgabe an die Umgebung ignorieren wir weiterhin.
 
2) einer Korrektur für die Tatsache, dass der Verdichter einen Wirkungsgrad < 100% hat. Wärmeabgabe an die Umgebung ignorieren wir weiterhin.
 
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Die Größen bezeichnen dabei die Temperatur (T) den Druck (P). Die Indizes 1 und 2 stehen für den Ausgangszustand und den verdichteten und γ kennzeichnet den ‚Isentropenkoeffizient‘ (γLuft=1.4).
 
Die Größen bezeichnen dabei die Temperatur (T) den Druck (P). Die Indizes 1 und 2 stehen für den Ausgangszustand und den verdichteten und γ kennzeichnet den ‚Isentropenkoeffizient‘ (γLuft=1.4).
  
 
Jetzt mit Zahlen: Wir nehmen an, 20 °C = 293 Kelvin warme Umgebungsluft werde von 1.0 bar absolut auf 1.7 bar absolut verdichtet:
 
Jetzt mit Zahlen: Wir nehmen an, 20 °C = 293 Kelvin warme Umgebungsluft werde von 1.0 bar absolut auf 1.7 bar absolut verdichtet:
 
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Wird ein Wirkungsgrad von 75 % unterstellt erhöht sich dieser Wert noch geringfügig auf:  
 
Wird ein Wirkungsgrad von 75 % unterstellt erhöht sich dieser Wert noch geringfügig auf:  
 
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Bei 30 °C Umgebungsluft wird daraus
 
Bei 30 °C Umgebungsluft wird daraus
 
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Erhöhen wir den Ladedruck auf 0.9 bar bekommen wir bei 20° C Umgebungstemperatur bereits eine Ladelufttemperatur von 99 °C und bei 30 °C Umgebungstemperatur ganze 125 °C. Die Ladeluft aufgeladener Motoren erreicht also leicht 100 °C und mehr, wenn sie in den Zylinderkopf einströmt und variiert in Abhängigkeit von Ladedruck, Umgebungstemperatur und Wirkungsgrad.
 
Erhöhen wir den Ladedruck auf 0.9 bar bekommen wir bei 20° C Umgebungstemperatur bereits eine Ladelufttemperatur von 99 °C und bei 30 °C Umgebungstemperatur ganze 125 °C. Die Ladeluft aufgeladener Motoren erreicht also leicht 100 °C und mehr, wenn sie in den Zylinderkopf einströmt und variiert in Abhängigkeit von Ladedruck, Umgebungstemperatur und Wirkungsgrad.
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2) Die Dichte der Luft nimmt mit der Temperatur ab. Das heißt, bereits bei dem konservativen Beispiel 0.7 bar Überdruck und 83 °C Ladelufttemperatur haben wir nicht etwa 1.7 mal so viel Luft wie ohne Turbolader im Zylinder („Aufladefaktor“), sondern nur 1.4 mal. Das ergibt sich aus der universellen Gasgleichung (p*V = m*R*T):
 
2) Die Dichte der Luft nimmt mit der Temperatur ab. Das heißt, bereits bei dem konservativen Beispiel 0.7 bar Überdruck und 83 °C Ladelufttemperatur haben wir nicht etwa 1.7 mal so viel Luft wie ohne Turbolader im Zylinder („Aufladefaktor“), sondern nur 1.4 mal. Das ergibt sich aus der universellen Gasgleichung (p*V = m*R*T):
 
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Je stärker die Luft nach der Verdichtung also wieder runtergekühlt wird, desto mehr Frischluftmasse gelangt in den Zylinder. Und dann gilt wieder: Mehr Kraftstoff -> mehr Drehmoment -> mehr Leistung
 
Je stärker die Luft nach der Verdichtung also wieder runtergekühlt wird, desto mehr Frischluftmasse gelangt in den Zylinder. Und dann gilt wieder: Mehr Kraftstoff -> mehr Drehmoment -> mehr Leistung
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Vergleichen wir 0.7 bar / 83 °C (kein LLK) mit 0.9 bar / 50 °C (mit LLK), kommen wir auf 23 % Mehrleistung (oder 85 PS statt 69 PS) durch Ladeluftkühlung + Druckerhöhung, sofern die Kraftstoffmenge angepasst wird:
 
Vergleichen wir 0.7 bar / 83 °C (kein LLK) mit 0.9 bar / 50 °C (mit LLK), kommen wir auf 23 % Mehrleistung (oder 85 PS statt 69 PS) durch Ladeluftkühlung + Druckerhöhung, sofern die Kraftstoffmenge angepasst wird:
 
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Aus den Zusammenhängen folgt auch, dass der potentielle Gewinn durch einen LLK steigt, je größer die Außentemperatur ist. Auch die erforderliche Kühlleistung lässt sich exemplarisch quantifizieren, wenn Beispielsweise von 1.6 L Hubraum und 4000 Umdrehungen pro Minute ausgegangen wird. Standard-Beispiel: 0.7 bar Ladedruck, 20 °C Umgebung, 83 °C am Verdichterausgang, Herunterkühlen auf 50 °C. Hier beträgt der Luftmassenstrom (mit Dichte ~ 1 Kg/m³ bei 83 °C):
 
Aus den Zusammenhängen folgt auch, dass der potentielle Gewinn durch einen LLK steigt, je größer die Außentemperatur ist. Auch die erforderliche Kühlleistung lässt sich exemplarisch quantifizieren, wenn Beispielsweise von 1.6 L Hubraum und 4000 Umdrehungen pro Minute ausgegangen wird. Standard-Beispiel: 0.7 bar Ladedruck, 20 °C Umgebung, 83 °C am Verdichterausgang, Herunterkühlen auf 50 °C. Hier beträgt der Luftmassenstrom (mit Dichte ~ 1 Kg/m³ bei 83 °C):
 
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Wird dieser Luftmassenstrom von 83 °C auf 50 °C herunterkühlt, braucht es:
 
Wird dieser Luftmassenstrom von 83 °C auf 50 °C herunterkühlt, braucht es:
 
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Im „Tuningbeispiel“ 0.9 bar Ladedruck, 20 °C Umgebung, 99 °C Verdichterausgang sind es 4.5 kW.
 
Im „Tuningbeispiel“ 0.9 bar Ladedruck, 20 °C Umgebung, 99 °C Verdichterausgang sind es 4.5 kW.
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'''Zusammenfassung'''
 
'''Zusammenfassung'''
  
Die Ausführungen dienen dazu die wesentlichen Zusammenhänge und Wirkung von LLK-Systemen zu illustrieren. Die Wirkung eines Ladeluftkühlers auf die Motorleistung hängt in der Praxis allerdings nicht nur von der Kühlleistung des LLKs und dem eingestellten Ladedruck sondern auch von der Einstellung der Einspritzpumpe ab. Sie ist damit nicht pauschalisierbar. Die dargestellten Größenordnungen sind allerdings plausibel und deckungsgleich mit den Systemen kommerzielle Anbieter wie Motorsport Notter oder Bernd Jäger, die bei Ihren Systemen mit einer Leistungssteigerung von ca. 20 % und einer Drehmomentsteigerung von ca. 15 % werben. Eine exakte Bestimmung der Leistungssteigerung ist nur möglich, wenn Leistungsgutachten vor und nach dem Umbau vorhanden sind. Ein erster, für selbstgebaute Systeme vergleichsweise einfacher Ansatz zur Quantifizierung der Güte eines LLK-Systems ist die Messung der Ladelufttemperatur am Ansaugkrümmer vor dem Eintritt in den Motor. Effektive Systeme sollten Kühlleistungen bzw. Ladelufttemperaturen von 20-30° über Umgebungstemperatur erreichen.  
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Das Kapitel dient dazu die wesentlichen physikalischen und thermodynamischen Grundlagen über LLK-Systeme zu illustrieren. In der Praxis hängt die Wirkung eines Ladeluftkühlers allerdings nicht nur von der Kühlleistung des LLKs und dem eingestellten Ladedruck sondern auch von der Art und Einstellung der Einspritzpumpe ab. Sie ist damit nicht pauschalisierbar. Die dargestellten Größenordnungen sind allerdings plausibel und deckungsgleich mit den Systemen kommerzieller Anbieter wie [https://www.tdi-umbau.com/ladeluftkuehler-t3/ladeluftkuehler-t3.html Motorsport Notter] oder [http://www.syncro-bernd-jaeger.de/DEUTSCH/html/ladeluftkuhler-td.html Bernd Jäger], die bei Ihren Systemen mit einer Leistungssteigerung von ca. 20 % und einer Drehmomentsteigerung von ca. 15 % werben. Eine exakte Bestimmung der Leistungssteigerung ist nur durch Leistungsgutachten vor und nach dem Umbau möglich. Ein erster, für selbstgebaute Systeme vergleichsweise einfacher Ansatz zur Quantifizierung der Güte eines LLK-Systems ist die Messung der Ladelufttemperatur am Ansaugkrümmer vor dem Eintritt in den Motor. Effektive Systeme sollten Kühlleistungen bzw. Ladelufttemperaturen von 20-30° über Umgebungstemperatur erreichen.  
  
 
Zusammengefasst gilt: Ladeluftkühler holen aus aufgeladenen Motoren mehr raus: Drehmoment- und Leistungssteigerung, Reduktion der thermische Belastung der Kolben und geringe Klopfneigung, geringere NOx-Emissionen, höherer Wirkungsgrad des Motors. An allen modernen Fahrzeugen mit turboaufgeladenen Dieselmotoren sind Ladeluftkühler heute daher praktisch unverzichtbar, nicht nur zum downsizing sondern auch um die geforderten Verbrauchs- und Abgaswerte zu erreichen.
 
Zusammengefasst gilt: Ladeluftkühler holen aus aufgeladenen Motoren mehr raus: Drehmoment- und Leistungssteigerung, Reduktion der thermische Belastung der Kolben und geringe Klopfneigung, geringere NOx-Emissionen, höherer Wirkungsgrad des Motors. An allen modernen Fahrzeugen mit turboaufgeladenen Dieselmotoren sind Ladeluftkühler heute daher praktisch unverzichtbar, nicht nur zum downsizing sondern auch um die geforderten Verbrauchs- und Abgaswerte zu erreichen.
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* Einfacher Systemaufbau aus wenigen Komponenten und folglich kaum anfällig für Störungen
 
* Einfacher Systemaufbau aus wenigen Komponenten und folglich kaum anfällig für Störungen
 
'''Nachteile:'''  
 
'''Nachteile:'''  
* Der Kühler eines L-LLK System heizt sich schnell auf wenn er ungenügend vom Fahrtwind gekühlt wird (z. B. bei langsamer Fahrt auf steilen Bergetappen oder im Gelände). Problematisch z.B. bei TDI´s die ab einer definierten Temperatur von etwa 80 Grad abregeln.
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* Der Kühler eines L-LLK System heizt sich schnell auf wenn er ungenügend vom Fahrtwind gekühlt wird (z. B. bei langsamer Fahrt auf steilen Bergetappen oder im Gelände). Problematisch z.B. bei TDIs die ab einer definierten Temperatur von etwa 80 Grad abregeln.
 
* Eine effektive Durchströmung des Wärmetausches durch Umgebungsluft ist im T3 durch die Platzierung des Motors im Heck nur schwer realisierbar. Zur Platzierung des Wärmetauschers bei LLKs im Heck existieren daher zahlreiche sehr unterschiedliche Ansätze wie z.B. am Unterboden, über dem Getriebe, im (linken) Ohr oder hinter dem Rücklicht. Um eine effektive Durchströmung mit Umgebungsluft zu erreichen werden dabei häufig Luftleitbleche eingesetzt oder Karosseriearbeiten (z.B. Durchbohrung des X-Blechs) fällig, größere Lufthutzen oder besonders häufig eine Zwangsbelüftung über einen manuellen oder temperaturgesteuerten Lüfter verbaut (was den Systemaufbau wieder komplizierter macht). Je nach Platzierung des Wärmetauschers entstehen ggf. auch lange Luftwege. Letztere können sich nachteilig auswirken, da mit zunehmender Länge das Volumen der Luftwege steigt und der Druckaufbau aus niedrigem Drehzahlbereich heraus in Folge länger dauert (je größer das Luftwegevolumen zwischen Turbo und Motor, je träger der Druckaufbau, desto größer das Turboloch).
 
* Eine effektive Durchströmung des Wärmetausches durch Umgebungsluft ist im T3 durch die Platzierung des Motors im Heck nur schwer realisierbar. Zur Platzierung des Wärmetauschers bei LLKs im Heck existieren daher zahlreiche sehr unterschiedliche Ansätze wie z.B. am Unterboden, über dem Getriebe, im (linken) Ohr oder hinter dem Rücklicht. Um eine effektive Durchströmung mit Umgebungsluft zu erreichen werden dabei häufig Luftleitbleche eingesetzt oder Karosseriearbeiten (z.B. Durchbohrung des X-Blechs) fällig, größere Lufthutzen oder besonders häufig eine Zwangsbelüftung über einen manuellen oder temperaturgesteuerten Lüfter verbaut (was den Systemaufbau wieder komplizierter macht). Je nach Platzierung des Wärmetauschers entstehen ggf. auch lange Luftwege. Letztere können sich nachteilig auswirken, da mit zunehmender Länge das Volumen der Luftwege steigt und der Druckaufbau aus niedrigem Drehzahlbereich heraus in Folge länger dauert (je größer das Luftwegevolumen zwischen Turbo und Motor, je träger der Druckaufbau, desto größer das Turboloch).
  
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== Luft-Ladeluftkühler - Beispiele und konstruktive Lösungen ==
 
== Luft-Ladeluftkühler - Beispiele und konstruktive Lösungen ==
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'''Es werden weitere konstruktive Lösungen gesucht: Wer eine gute Dokumentation mit Bildern und eine Teileliste hat möge sich bitte melden bei T3details[ät]posteo.org'''
 
'''Es werden weitere konstruktive Lösungen gesucht: Wer eine gute Dokumentation mit Bildern und eine Teileliste hat möge sich bitte melden bei T3details[ät]posteo.org'''
  
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'''Erforderliche Teile:'''  
 
'''Erforderliche Teile:'''  
 
Hella/Behr Kühler (8ML 376776-154, kann auch ein anderer sein), 1x 90° Reduzierbogen 51-45 mm am Einlaßkrümmer, 1x 90° Bogen 51 mm am Turbo, 1x 45° Reduzierbogen 60-51 mm am Kühler, 1x 45° Bogen 51 mm auf halber Strecke zum Kühler, 1x Reduzierung 60-51 mm am Kühler, 1,2 m Schlauch 50 mm, 1 m Aluminiumrohr 50x1,5 mm, eine entsprechende Anzahl Schlauchschellen guter Qualität (60 mm für die Schläuche, 70 mm am Kühler).
 
Hella/Behr Kühler (8ML 376776-154, kann auch ein anderer sein), 1x 90° Reduzierbogen 51-45 mm am Einlaßkrümmer, 1x 90° Bogen 51 mm am Turbo, 1x 45° Reduzierbogen 60-51 mm am Kühler, 1x 45° Bogen 51 mm auf halber Strecke zum Kühler, 1x Reduzierung 60-51 mm am Kühler, 1,2 m Schlauch 50 mm, 1 m Aluminiumrohr 50x1,5 mm, eine entsprechende Anzahl Schlauchschellen guter Qualität (60 mm für die Schläuche, 70 mm am Kühler).
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===L-LLK mit Kühler vor dem linken Rücklicht===
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Der Platz vor dem linken Rücklicht ist bei den Seriendieseln für die Zuführung der Frischluft verbaut. Da er aber direkt neben dem Turbolader und dem Ansaugkrümmer liegt, drängt er sich als Einbauort für den LLK quasi auf. Der Einbau ist beispielsweise hier dokumentiert: [https://www.bulliforum.com/viewtopic.php?f=114&t=100746&p=751277#p751417 www.bulliforum.com (oktTali)]
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'''Vorteile'''
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* Kurze Wege für die verdichtete Luft, dadurch sehr kleines "Turboloch"
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'''Nachteile'''
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* Alternative Luftführung für Ansaugluft nötig
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* Geringere Kühlleistung durch den Einbauort
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* Änderungen an der Karosserie nötig
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|  || [[Datei:WikiLLK5.jpg|miniatur|Ladeluftstrecke]]
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Später wurde noch ein Lüfter vom Smart eingebaut, ein großer Effekt auf die Kühlleistung konnte nicht festgestellt werden.
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|  || [[Datei:WikiLLK4.jpg|miniatur|Kühler mit Lüfter]]
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Folgende Kurve wurde mit VAG-COM aufgezeichnet:  (Autobahn ohne Geländeerhebungen, relativ windstill, Bus unbeladen ohne Hochdach)
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|  || [[Datei:WikiKurveAFN.jpg|miniatur|AFN/5.Gang 0,74/4,14]]
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== Wasser-Ladeluftkühler - Beispiele und konstruktive Lösungen ==
 
== Wasser-Ladeluftkühler - Beispiele und konstruktive Lösungen ==
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Es gibt zahlreiche W-LLK Lösungen für den T3. Im Folgenden werden einige Ansätze vorgestellt, die unter [http://www.bulliforum.com www.bulliforum.com] beschrieben sind und meist in Eigenregie oder durch mehrere Nutzer konzipiert, getestet und umgesetzt wurden. Auch der Öttinger W-LLK, dass einzige System das zu Herstellungszeiten offiziell über den Zubehör bezogen werden konnte, wird kurz vorgestellt. [[Kühlkreis Wasserladeluftkühler (W-LLK)|Für alle W-LLKs gilt, dass ein zusätzlicher Kühlwasserkreislauf installiert werden muss. Eine mögliche Variante wird hier beschrieben]].  
Es gibt zahlreiche W-LLK Lösungen für den T3. Im Folgenden werden einige Ansätze vorgestellt, die unter [http://www.bulliforum.com www.bulliforum.com] beschrieben sind und meist in Eigenregie oder durch mehrere Nutzer konzipiert, getestet und umgesetzt wurden. Auch der Öttinger W-LLK, dass einzige System das zu Herstellungszeiten offiziell über den Zubehör bezogen werden konnte, wird kurz vorgestellt. Für alle W-LLKs gilt, dass ein zusätzlicher Kühlwasserkreislauf installiert werden muss. Eine mögliche Variante wird ebenfalls beschrieben.  
 
  
 
'''Skizzen und Dokumentationen weiterer Lösungen werden gesucht und können gerne ergänzt werden [mailto: T3details[ät]posteo.de]'''
 
'''Skizzen und Dokumentationen weiterer Lösungen werden gesucht und können gerne ergänzt werden [mailto: T3details[ät]posteo.de]'''
  
 
===Öttinger W-LLK===
 
===Öttinger W-LLK===
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''Vom Öttinger W-LLK gab es zwei konstruktive Ausführungen. Bei der früheren war der Kühler rautenförmig, die spätere, etwa Schuhkartongröße Variante war rechteckig. Beide waren im Motorraum links vorne, vor der Luftfiltertonne verbaut.
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BILD
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Einstellungsvorgaben von Öttinger: Ladedruck 0,74-0,86 bar. Bei der Einspritzpumpe wurde die LDA durch eine Distanzscheibe modifiziert. Die Werte der Abgas-Trübmessungen entsprachen dem Original. Resultat der Leistungssteigerung und für die Eintragung galten im Jahr 1989 beim 1,6 TD JX mit Öttinger Anlage 66 kW (90 PS) bei 4500 U min-1. Höchsgeschwindigkeit 140 km h-1 (Flachdachbus).
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[https://www.ig-syncro16.com/viewtopic.php?f=32&t=1881&p=13320&hilit=oettinger#p13320 Einbauanleitung aus dem Syncro Forum]
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[http://www.vwpix.org/T3/Prospekte/deutschland/tuning/Oettinger/1982_09_Oettinger_GTI/index.html Öttinger Prospekt]
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Hat jemand Ressourcen das Zusammenzufassen und die Bildrechte abzuklären?? Bitte melden unter t3details@posteo.org''
  
 
===Virat Mechanik===
 
===Virat Mechanik===
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# Bei Montage der Windel und Verwendung der original Luftfiltertonne ist der W-LLK quasi unsichtbar  
 
# Bei Montage der Windel und Verwendung der original Luftfiltertonne ist der W-LLK quasi unsichtbar  
  
Die Kühlleistung des Vinreeb W-LLK hängt nicht nur vom eigentlichen W-LLK sondern auch vom Kühler, der verwendeten Pumpe und natürlich dem Motor ab. Erfahrungswerte wurden aus dem Betrieb des Systems an unterschiedlichen Motoren gewonnen, indem die Temperatur der Ladeluft im Ansaugkrümmer gemessen wurde. Exemplarisch werden hier Ergebnisse von einem AFN gezeigt, wo ein Temperaturfühler in die Brücke eingebaut (Abb. XX) und die Temperatur bei verschiedenen Fahrweisen kontinuierlich aufgezeichnet wurde (Vollgas Autobahn, Landstraße, Stadtverkehr, Passfahrt auf den Col-de-Champs in den Seealpen in Frankreich). In dem dargestellten Setup wurde im höchsten Belastungsfall eine maximale Ladelufttemperatur von 34° C über Umgebungsluft gemessen. Die Normalbetrieb fiel die Ladelufttemperatur immer rasch auf 20 – 25 °C über Umgebungstemperatur ab, um sich dann langsam auf 12-12° C über Umgebungsluft einzupendeln.  
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Die Kühlleistung des Vinreeb W-LLK hängt nicht nur vom eigentlichen W-LLK sondern auch vom Kühler, der verwendeten Pumpe und natürlich dem Motor ab. Erfahrungswerte wurden aus dem Betrieb des Systems an unterschiedlichen Motoren gewonnen, indem die Temperatur der Ladeluft im Ansaugkrümmer gemessen wurde. Exemplarisch werden hier Ergebnisse von einem AFN gezeigt, wo ein Temperaturfühler in die Brücke eingebaut (siehe nächste Abbildung) und die Temperatur bei verschiedenen Fahrweisen kontinuierlich aufgezeichnet wurde (Vollgas Autobahn, Landstraße, Stadtverkehr, Passfahrt auf den Col-de-Champs in den Seealpen in Frankreich). In dem dargestellten Setup wurde im höchsten Belastungsfall eine maximale Ladelufttemperatur von 34° C über Umgebungsluft gemessen. Die Normalbetrieb fiel die Ladelufttemperatur immer rasch auf 20 – 25 °C über Umgebungstemperatur ab, um sich dann langsam auf 12-12° C über Umgebungsluft einzupendeln.  
  
 
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Ein Ergebnis der Tests am AFN war auch, dass selbst bei abgesteckter Pumpe, bei einer 26-minütigen Fahrt, nur maximale Ladelufttemperaturen von ca. 90° C (d.h. ca. 70° über Umgebungsluft) erreicht wurden. Der W-LLK kühlt also selbst wenn die Zirkulation im Kühlkreis ausfällt. Ob das auch für längere Fahrten gilt oder ob sich das Wasser im Kühlkreis hier noch stärker aufheizt ist nicht bekannt.  
 
Ein Ergebnis der Tests am AFN war auch, dass selbst bei abgesteckter Pumpe, bei einer 26-minütigen Fahrt, nur maximale Ladelufttemperaturen von ca. 90° C (d.h. ca. 70° über Umgebungsluft) erreicht wurden. Der W-LLK kühlt also selbst wenn die Zirkulation im Kühlkreis ausfällt. Ob das auch für längere Fahrten gilt oder ob sich das Wasser im Kühlkreis hier noch stärker aufheizt ist nicht bekannt.  
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HINWEIS: Es kam die Frage, warum die gemessene Temperatur nicht stärker variiert. Von längeren Autobahnetappen mit konstanter Geschwindigkeit abgesehen sollte der Ladedruck und damit die Ladelufttemperatur eigentlich stärker variieren. Die Messungen zeigen aber vergleichsweise wenig Variation. Kann es sein, dass das Messsetup von der Temperatur des Gehäuses beeinflusst war? Erklärungen, Ideen, Spekulationen bitte an t3details[ät]posteo.org
  
 
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* LDA-Schlauch vom Krümmer abziehen und Ansaugkrümmer mit 6 Imbusschrauben lösen (ggf. Schrauben am Vortag mit Kriechöl behandeln). Falls vorhanden vorher auch noch das Hitzeschutzblech vom Abgaskrümmer demontieren.
 
* LDA-Schlauch vom Krümmer abziehen und Ansaugkrümmer mit 6 Imbusschrauben lösen (ggf. Schrauben am Vortag mit Kriechöl behandeln). Falls vorhanden vorher auch noch das Hitzeschutzblech vom Abgaskrümmer demontieren.
 
* Silikondruckschlauch inkl. 2 Schellen auf Turbo aufstecken, eine Schelle am Turbo befestigen
 
* Silikondruckschlauch inkl. 2 Schellen auf Turbo aufstecken, eine Schelle am Turbo befestigen
* W-LLK-Brücke von oben einführen, auf Druckschlauch auffädeln und inkl. Dichtung anschrauben (25 Nm). 2 von 6 Imbusschrauben sind nur mit einer langen Verlängerung erreichbar.  
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* W-LLK-Brücke von oben einführen, auf Druckschlauch auffädeln und inkl. Dichtung anschrauben (25 Nm). 2 von 6 Innensechskantschrauben sind nur mit einer langen Verlängerung erreichbar.  
 
* Zweite Schelle des Silkonschlauches an der W-LLK-Brücke fixieren.   
 
* Zweite Schelle des Silkonschlauches an der W-LLK-Brücke fixieren.   
 
* LDA-Schlauch am Krümmer befestigen (Ringnippel und M8-Hohlschraube).
 
* LDA-Schlauch am Krümmer befestigen (Ringnippel und M8-Hohlschraube).
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Der Zeitbedarf für die Montage der Brücke beträgt gute 2 h (alleine und zum ersten mal). Das Platzieren der Dichtung zwischen W-LLK und Rumpf, das Fixieren der Brücke und das Anbringen des Hitzeschutzbleches sind ziemlich fummelig und erforderte einige Anläufe.
 
Der Zeitbedarf für die Montage der Brücke beträgt gute 2 h (alleine und zum ersten mal). Das Platzieren der Dichtung zwischen W-LLK und Rumpf, das Fixieren der Brücke und das Anbringen des Hitzeschutzbleches sind ziemlich fummelig und erforderte einige Anläufe.
  
===Zusätzlicher Kühlkreislaufs===
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'''Erforderliche Teile'''
Die Installation eines zusätzlichen Kühlkreises ist bei allen W-LLK Lösungen zwingend nötig und weitgehend unabhängig vom verwendeten W-LLK. Der Konzeption des Kühlkreises sollte besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, da sie über Teilebedarf, Einbauaufwand, die Leistung des W-LLK-Systems und ggf. auch über die Wartung bestimmt.
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{| class="wikitable"
 
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|-   valign="bottom"
Für eine optimale Durchströmung durch den Fahrtwind bietet sich ein zusätzlicher Wasserkühler vorne vor dem Hauptkühler an. Als Kühler sollte idealerweise ein Wasser- und kein Ölkühler verwendet werden, da Wasserkühler üblicherweise eine höhere Netzdichte (und damit größere Kontaktfläche) sowie einen geringen Durchströmungswiderstand als Ölkühler aufweisen. Letztere sind aufgrund des höheren Drucks und der geringeren Viskosität robuster gebaut. Zusätzlich ist die bei Ölkühlern häufig verwendete Banjo Verschraubung auf hohe Drücke und nicht für optimale Durchströmung optimiert. Wird ein Ölkühler als Gegenkühler verwendet sollte er möglichst groß sein. Mögliche Abmessungen oben vor dem Hauptkühler sind: 4,5 x 55 x 14 mm (Tiefe, Breite, Höhe). Unten ist Platz für folgende Abmessungen (XXX).
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| width="97" height="26" | '''Komponente'''
 
+
| width="86" | '''Mögliche Bezugsquelle'''
Die folgenden Informationen zu Kühlkreis und Pumpe wurden an einem AAZ mit Vinreeb W-LLK verbaut und getestet, sie sind prinzipiell aber für alle W-LLKs und Motoren geeignet. Die Doku gliedert sich in:
 
# Skizze und Konzeption des Kühlkreises
 
# Einbau eines Cinquecento Kühlers und Smart-Ausgleichsbehälters  vorne neben dem Kühler
 
# Anschließen der Pumpe und Entlüftung des Systems
 
 
 
Die Peripherie wurde zwischendrin verlegt und wird nicht gesondert beschrieben. Eine Teileliste des hier skizzierten Systems befindet sich am Ende der Dokumentation. Wie immer gilt, es führen unterschiedliche Wege nach Rom und Kühlkreise können aus sehr vielen verschiedenen Teilen aufgebaut werden. Der nachfolgend beschriebene Ansatz wurde mehrfach umgesetzt, ist weitgehend wartungsfrei, im Bulliforum beschrieben und hat sich im mehrjährigen Einsatz als praxistauglich erwiesen.
 
 
 
====Aufbau und Konzeption des Kühlkreises====
 
* Durchströmung des Kühlers von unten nach oben. Das stellt sicher, dass alle Luft aus dem Kühler entweichen und er vollständig durchflossen werden kann.
 
* Ausgleichsbehälter an höchster Stelle. Damit entsteht ein sich selbst entlüftendes System. Als Montageort für den AGB bietet sich z.B. der Raum hinter dem oberen Grill an, zumindest bei runden Lichtern (passt er auch dort auch mit eckigen Scheinwerfern hin?). Ggf. k nbann der AGB auch oben im Motorraum oder hinter den Lufteinlässen im Ohr platziert werden. 
 
* Pumpe an tiefster Stelle. Dadurch wird sichergestellt, dass die Pumpe immer im Wasser steht (viele Pumpen haben einen Trockenlaufschutz). Als Montageort bietet sich z.B. der Raum vorne neben der Hupe an. Das hat den Vorteil, dass die Befüllung zum Kinderspiel wird und kurze Kabelwege zur Zentralelektrik möglich sind. Alternativ bietet sich der Einbau der Pumpe im Motorraum an.
 
* Möglichst wenige Querschnittsänderungen. Jedes W-LLK System muss zwangsläufig aus unterschiedlichen Komponenten zusammengebastelt werden, wodurch sich unterschiedliche Querschnitte selten vermeiden lassen. Die Anzahl der Querschnittsänderungen hängt davon ab welcher Kühler, welcher AGB und welcher W-LLK verwendet werden. Zur Optimierung der Durchströmung sollte versucht werden die Anzahl der Querschnittsänderungen zu minimieren und möglichst kontinuierliche statt abrupte Reduzierungen zu verwenden.
 
Nachfolgend ist eine (von vielen möglichen) Strömungsskizze eines Kühlkreises dargestellt, bei dem versucht wurde diese Punkte zu berücksichtigen. Die Zahlen kennzeichnen die Innendurchmesser der jeweiligen Abschnitte und sind Beispielhaft für den Vinreeb W-LLK, der 16er Ein- und Ausgänge hat.
 
 
 
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| || [[Datei:WLLK_Kühlkreisschema.jpg|thumb|Mögliches Kühlkreisschema für einen W-LLK]]
 
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====Einbau von Kühler, Ausgleichsbehälter und Peripherie: ====
 
* Kühler ausbauen: Fahrzeug hoch, Reserverad und Reserveradwanne ausbauen, Kühlerschläuche abziehen, Kühler abstützen, Thermoschalter und Ventilator abstecken, Halter aufschrauben und Kühler ablassen. Hinweis: Es gibt vereinzelt auch Berichte im Forum, dass der Hauptkühler nicht ausgebaut werden musste und ein Lösen der unteren Schrauben und (zeitweises) versetzen des Kühlers ausgereicht hätten.
 
* Cinquecento Kühler einbauen: Kühler hinhalten, überstehende Teile markieren und entfernen (1x Schraubenaufnahme und Plastikrundung).
 
* Der Kühler wurde hier etwas asymmetrisch nach links versetzt und mit Lochband/ Drahtband so nah wie möglich an den Streben fixiert (letztere wurden mit Fahrradschlauch „gepolstert“, da ich Sorge hatte, dass durch das Anliegen von Metall auf Alu die Lamellen auf Dauer beschädigt werden). Die Befestigung des Cinquecento Kühlers mit Schlauchhaltern, so wie von manchen Usern im Forum beschrieben, war hier nicht möglich. Dadurch saß der Cinquecento Kühler etwa 1 cm weiter hinten und der Hauptkühler ging nicht mehr rein. Möglicherweise ist meine T3-Karosse mit flachem Tunnel und/ oder der große Behr-Hauptkühler dafür verantwortlich?
 
 
 
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| || [[Datei:MontageWLLK Kuehlkreis 01.jpg|100|Blick auf die Kühlzentrale mit Cinquecento Kühler unten vor dem Hauptkühler. Das schwarze oben ist ein Setrab Pro Line SLM 14 Reihen Ölkühler (490x136x40), der ebenfalls noch vor dem Hauptkühler Platz hat. Falls das jemand nachbauen sollte, es braucht vermutlich nicht das dickste Pferd ausm Setrab Stall. Ein 10 oder 12 Reihen Ölkühler sollte auch genügen, da mit diesem Setup hier über rund 20.000 Km (inklusive zwei sehr heißer Sommer, Passstraßen in den Alpen und Vollgasetappen auf der Autobahn) und validierter Öltemperaturmessung niemals Öltempertaturen > 90 °C erreicht wurden. ]]
 
|}
 
 
 
* Kühler probehalber einschieben dann aber wieder raus.
 
* Ausgleichsbehälter (AGB) montieren: dazu zunächst die Verschlauchung (Winkelstück) vom Kühler zum AGB anbringen und mit Federbandschellen fixieren. Dadurch wird die Position des AGBs festgelegt und er sitzt auch schon einigermaßen fest wenn man ihn einbaut. Beim Bau der Halterung geht es eher darum, dem AGB eine Führung zu geben und weniger darum, dass er richtig fest gemacht wird. Die Fixierung wurde auch mit Lochband gebastelt.
 
* Dann die vom AGB nach unten führende Reduzierung zur Pumpe (32-18) und die Reduzierung vom Kühler zum W-LLK Vorlauf anbringen. Letztere wurde hier mit einem Kühlwasserschlauchstück vom Schrott und einer Reduzierung aus dem Teichzubehör gebastelt. Letztere lässt sich mit Silikonteilen vermutlich noch schöner lösen. Alle Schläuche wurden mit Federbandschellen fixiert.
 
  
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|-  valign="bottom"
| || [[Datei:MontageWLLK Kuehlkreis 02.jpg|thumb|Platzierung und Montage Ausgleichsbehälter]]
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| height="26" | W-LLK Ansaugbrücke
| || [[Datei:MontageWLLK Kuehlkreis 03.jpg|thumb|Ausgleichsbehälter von hinten und Kühlerzulauf inkl. Reduzierstück]]
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| align="right" | vinreeb
|}
 
  
*Restliche Peripherie verlegen: Verschlauchung von Pumpe zu W-LLK (Vorlauf) und von W-LLK zu Kühler (Rücklauf) verlegen und alles mit Federbandschellen fixieren. Hier sitzt die Pumpe neben der Hupe. Ich wollte sie erst fest schrauben aber durch die Schläuche sitzt sie bereits sehr fest und sie kann eigentlich nicht aus. Also hängt sie da jetzt rum. Reichlich Kabelbinder sorgen dafür, dass die Wasserleitungen von vorne bis hinten in den Motorraum an dem ihnen zugewiesenen Platz bleiben.  
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|-   valign="bottom"
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| height="26" | Ansaugkrümmerdichtung (je nach Motor)
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| align="right" | Zubehör z.B. TK
  
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|-  valign="bottom"
| || [[Datei:MontageWLLK Kuehlkreis 04.jpg|thumb|Silikonverbindung/-verjüngung zwischen Ausgleichsbehälter und Pumpe]]
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| height="26" | M8x1 Hohlschraube
| || [[Datei:MontageWLLK Kuehlkreis 05.jpg|thumb|Zwischen den Kühlernetzen ist 1-2 cm Luft]]
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| align="right" | z.B. Autoteile Plauen
|  || [[Datei:MontageWLLK Kuehlkreis 06.jpg|thumb|Cinquecentokühler fertig montiert]]
 
|}
 
  
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|-  valign="bottom"
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| height="26" | Ringnippel für Hohlschrauben M8 / Schlauch-Innen-Ø: 3mm
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| align="right" | z.B. Autoteile Plauen
  
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|-  valign="bottom"
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| height="26" | Verbindungsstück Turbo-W-LLK. Gerade Silikon-Rohrverbinder von Samco (50mm Durchmesser 70mm lang)
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| align="right" | z.B. ezt Autoteile
  
* Kühler wieder einschieben und Luftleitpappen (so weit möglich) wieder montieren (Luftlöcher vollständig schließen falls Kühlsystem nicht topp in Schuss). Hier berühren sich die Rahmen der beiden Kühler (in der Abbildung gerade so zu erahnen), wodurch der Cinquecento Kühler zusätzlich fixiert wird. Zwischen den Kühlernetzen ist etwa 1-2 cm Spiel.
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|-  valign="bottom"
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| height="26" | 2x Federbandschelle ca. 24 mm
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| align="right" | z.B. Autoverwertung
  
Für diese Arbeiten haben wir zu zweit etwa 5.5 h gebraucht, wobei die ersten 1-2 Stunden für die Verlegung des Ölkühlers von unten nach oben erforderlich waren und wir gemütlich unterwegs waren. Durch die diversen Querschnittsänderungen war die Herstellung und Fixierung der Schlauchverbindungen in Summe am zeitaufwendigsten.
 
 
====Einbau des W-LLKs im Motorraum====
 
Dieser Schritt wird hier nicht beschrieben, da er von der konstruktiven Gestaltung des W-LLKs und den damit verbundenen Leitungsquerschnitten abhängt. Im weiteren wird davon ausgegangen, dass dieser Schritt erfolgreich erledigt wurde.
 
 
====Pumpe anschließen====
 
* Leitungen von der Pumpe zur Zentralelektrik in den Innenraum legen. Die Funktion der Pumpe sowie das Bestimmen von Saug- und Drückseite sollte im Vorfeld bereits erfolgt sein.
 
* Pumpe korrekt verkabeln, so dass die Pumpe nur bei laufendem Motor anspringt. Letzteres lässt sich mit Hilfe eines einfachen KFZ Relais erreichen. Dazu Relais z.B. am oder in der Nähe des Sicherungskasten platzieren und den Schaltkreis über das D+ Signal der Lichtmaschine ansteuern. Dadurch springt die Pumpe beim anschalten des Motors an (Belegung der Relaisklemmen:  85 = D+, 86 = Masse, 30 = Dauerplus, 87 = Pumpe). Die Absicherung des Laststromkreises dabei nicht vergessen (hier genügen 7.5 A).
 
* D+ kann am Sicherungskasten von Klemme 4 der Schaltgruppe G (Abb. XX) bzw. von dem dort abführenden Kabel abgegriffen werden. Dauerplus liegt gegenüber an der Klemme 30 der Gruppe P an. Ggf. vorab mit Multimeter testen.
 
 
{|
 
|  || [[Datei:MontageWLLK_Kuehlkreis_07_Relais_Pumpe.jpg|thumb|Einbauort Relais]]
 
 
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Zeitbedarf: Ca. 1.5 h je nachdem wie die Kabelverbindungen hergestellt werden (Löten dauert länger) und wie aufwendig das Verlegen der Kabel ist. Den Stecker an der Pumpe vor Spritzwasser schützen (hier wurden Schrumpfschläuche verwendet).
+
== Danksagung ==
 
+
Die hier und auf den verlinkten Unterseiten geschilderte Informationen beruhen auf den im Bulliforum dokumentierten Erfahrungen vieler Nutzer. Ein besonderer Dank geht an Vinreeb der eine vielversprechende W-LLK Lösung entwickelt und die Diskussion über geeignete Komponenten angestoßen hat. Stellvertretend für viele weitere seien die Bulliforum Nutzer Paul S., Bernd86, t3t3t3, tottiP, SeYeR, Lorenzen, xFranzx, Loudpipes, newT3, ArCane, MichaKinne, lars114, Rhuska und Bluestarschorsch genannt, die auf unterschiedliche Art und Weise zur Diskussion beigetragen und viele Komponenten und Systeme getestet oder Inhalte beigetragen haben. Die Konzeption, Zusammenstellung der Infos und Redaktion des Artikels hat seoman übernommen. Lob, Kritik, Ergänzungen bitte an T3Details[ät]posteo.org
====W-LLK Kreislauf befüllen und entlüften====
 
* Das Befüllen und Entlüften des W-LLK Kreises ist bei Beachtung der konzeptionellen Punkte einfach: Wasser + Frostschutz bei laufender Pumpe solange nachfüllen bis keine Luftblasen mehr kommen und der Wasserstand im AGB konstant bleibt. Die erforderliche Menge hängt vom Kühler-, Schlauch- und Ausgleichsbehältervolumen ab. Benötigt werden je nach System ca. 4-6 Liter.
 
* Hilfreich ist eine zweite Batterie oder entsprechend lange Kabel um die Pumpe unabhängig vom laufenden Motor mit Strom zu versorgen. Dann hört man besser, ob die Pumpe arbeitet oder nicht. Achtung: Es gibt Pumpen mit Trockenlaufschutz die abschalten, sobald saugseitig kein Wasser mehr da ist.
 
* Pumpen kommen prinzipiell sehr viele in Betracht (siehe Forenlinks). Da muss jeder seine individuelle Lösung finden. Die Förderrate des hier verwendeten Exemplars ist unbekannt, sie scheint aber hinreichend zu sein.
 
 
 
Zeitbedarf: Ca. 5 min
 
 
 
====Kühlwasserkreislauf beim Turbodiesel befüllen und entlüften====
 
* Die Komponenten und Funktion des Kühlkreises sind im Artikel [[Kühlung]] beschrieben.
 
* Das Befüllen und Entlüften ist [[Kühlsystem befüllen und entlüften|hier]] beschrieben. Hinreichend Kühlerfrostschutzmittel besorgen!
 
 
 
Zeitbedarf: Ca. 20-30 min, je nachdem wie schnell der Motor warm wird.
 
 
 
[[Kategorie:T3 Technik]]
 

Aktuelle Version vom 4. August 2020, 20:48 Uhr

Dieser Artikel oder Abschnitt ist in Bearbeitung und damit noch nicht vollständig.

Grundlagen

Turbomotoren wie JX, AAZ, 1Z, AFN oder mechanische TDIs unterscheiden sich von Saugmotoren darin, dass dem Motor Frischluft mit erhöhtem Druck bereitgestellt wird. Mit dem Druck steigt die Frischluftmasse, die während dem Öffnungshub der Einlassventile in die Zylinder strömt. Je mehr Frischluftmasse bereit steht, desto mehr Kraftstoff kann eingespritzt und verbrannt werden. Mehr Kraftstoff -> mehr Drehmoment -> mehr Leistung.

Die Bereitstellung der Frischluft bei erhöhtem Druck besorgt der Turbolader: Eine Abgasturbine, die zwangsweise einen Verdichter antreibt, denn sie sitzen starr auf derselben Welle. Im JX wird standardmäßig maximal auf ca. 0.7 bar Überdruck verdichtet. Es entspricht der Alltagserfahrung an der Fahrradpumpe, dass Luft beim Verdichten warm wird. Aber wie warm? Das lässt sich in zwei Schritten einfach abschätzen:

1) mit der Formel für reversible, adiabatische Zustandsänderungen (Verdichter mit Wirkungsgrad 100 % und keine Abgabe von Wärme an die Umgebung):

LLK Eq 1.jpg

2) einer Korrektur für die Tatsache, dass der Verdichter einen Wirkungsgrad < 100% hat. Wärmeabgabe an die Umgebung ignorieren wir weiterhin.

LLK Eq 2.jpg

Die Größen bezeichnen dabei die Temperatur (T) den Druck (P). Die Indizes 1 und 2 stehen für den Ausgangszustand und den verdichteten und γ kennzeichnet den ‚Isentropenkoeffizient‘ (γLuft=1.4).

Jetzt mit Zahlen: Wir nehmen an, 20 °C = 293 Kelvin warme Umgebungsluft werde von 1.0 bar absolut auf 1.7 bar absolut verdichtet:

LLK Eq 3.jpg

Wird ein Wirkungsgrad von 75 % unterstellt erhöht sich dieser Wert noch geringfügig auf:

LLK Eq 4.jpg

Bei 30 °C Umgebungsluft wird daraus

LLK Eq 5.jpg

Erhöhen wir den Ladedruck auf 0.9 bar bekommen wir bei 20° C Umgebungstemperatur bereits eine Ladelufttemperatur von 99 °C und bei 30 °C Umgebungstemperatur ganze 125 °C. Die Ladeluft aufgeladener Motoren erreicht also leicht 100 °C und mehr, wenn sie in den Zylinderkopf einströmt und variiert in Abhängigkeit von Ladedruck, Umgebungstemperatur und Wirkungsgrad.


Was ist das Problem mit diesen Temperaturen?

1) Dem Zylinderkopf ist eh schon meistens heiß (man denke an die Risse zwischen den Ventilen), je Kühler die einströmende Frischluft, desto besser. Das kommt natürlich auch den Kolben zugute.

2) Die Dichte der Luft nimmt mit der Temperatur ab. Das heißt, bereits bei dem konservativen Beispiel 0.7 bar Überdruck und 83 °C Ladelufttemperatur haben wir nicht etwa 1.7 mal so viel Luft wie ohne Turbolader im Zylinder („Aufladefaktor“), sondern nur 1.4 mal. Das ergibt sich aus der universellen Gasgleichung (p*V = m*R*T):

LLK Eq 6.jpg

Je stärker die Luft nach der Verdichtung also wieder runtergekühlt wird, desto mehr Frischluftmasse gelangt in den Zylinder. Und dann gilt wieder: Mehr Kraftstoff -> mehr Drehmoment -> mehr Leistung


Welche Leistungssteigerungen lassen sich erzielen?

Gute Ladeluftkühler schaffen es, die Luft auf 30 °C Temperaturdifferenz gegenüber der Umgebung herabzukühlen, in unserem Beispiel also auf 50 °C. Damit hätten wir mit obiger Gleichung bereits 1.55 so viel Frischluftmasse wie ohne Turbolader. Oder 1.54 / 1.4 = 1.1 -> d.h. 10 % mehr Frischluftmasse als ohne Ladeluftkühlung.

-> 10 % Leistungssteigerung nur durch die Ladeluftkühlung (Turbo 0.7 bar / 20 °C Umgebung). Vorausgesetzt, die Kraftstoffmenge wird entsprechend erhöht.

-> 15 % Leistungssteigerung nur durch die Ladeluftkühlung im „Tuning-Beispiel“ (Turbo 0.9 bar / 20 °C Umgebung). Vorausgesetzt, die Kraftstoffmenge wird entsprechend erhöht.

Der reine Leistungsgewinn durch die kühlere & dichtere Luft ist also nicht exorbitant, entscheidend ist aber, dass der nun etwas kühler laufende Motor höhere Leistungen besser verträgt. Welche höheren Leistungen genau?

Vergleichen wir 0.7 bar / 83 °C (kein LLK) mit 0.9 bar / 50 °C (mit LLK), kommen wir auf 23 % Mehrleistung (oder 85 PS statt 69 PS) durch Ladeluftkühlung + Druckerhöhung, sofern die Kraftstoffmenge angepasst wird:

LLK Eq 7.jpg

Aus den Zusammenhängen folgt auch, dass der potentielle Gewinn durch einen LLK steigt, je größer die Außentemperatur ist. Auch die erforderliche Kühlleistung lässt sich exemplarisch quantifizieren, wenn Beispielsweise von 1.6 L Hubraum und 4000 Umdrehungen pro Minute ausgegangen wird. Standard-Beispiel: 0.7 bar Ladedruck, 20 °C Umgebung, 83 °C am Verdichterausgang, Herunterkühlen auf 50 °C. Hier beträgt der Luftmassenstrom (mit Dichte ~ 1 Kg/m³ bei 83 °C):

LLK Eq 8.jpg

Wird dieser Luftmassenstrom von 83 °C auf 50 °C herunterkühlt, braucht es:

LLK Eq 9.jpg

Im „Tuningbeispiel“ 0.9 bar Ladedruck, 20 °C Umgebung, 99 °C Verdichterausgang sind es 4.5 kW.

Zusammenfassung

Das Kapitel dient dazu die wesentlichen physikalischen und thermodynamischen Grundlagen über LLK-Systeme zu illustrieren. In der Praxis hängt die Wirkung eines Ladeluftkühlers allerdings nicht nur von der Kühlleistung des LLKs und dem eingestellten Ladedruck sondern auch von der Art und Einstellung der Einspritzpumpe ab. Sie ist damit nicht pauschalisierbar. Die dargestellten Größenordnungen sind allerdings plausibel und deckungsgleich mit den Systemen kommerzieller Anbieter wie Motorsport Notter oder Bernd Jäger, die bei Ihren Systemen mit einer Leistungssteigerung von ca. 20 % und einer Drehmomentsteigerung von ca. 15 % werben. Eine exakte Bestimmung der Leistungssteigerung ist nur durch Leistungsgutachten vor und nach dem Umbau möglich. Ein erster, für selbstgebaute Systeme vergleichsweise einfacher Ansatz zur Quantifizierung der Güte eines LLK-Systems ist die Messung der Ladelufttemperatur am Ansaugkrümmer vor dem Eintritt in den Motor. Effektive Systeme sollten Kühlleistungen bzw. Ladelufttemperaturen von 20-30° über Umgebungstemperatur erreichen.

Zusammengefasst gilt: Ladeluftkühler holen aus aufgeladenen Motoren mehr raus: Drehmoment- und Leistungssteigerung, Reduktion der thermische Belastung der Kolben und geringe Klopfneigung, geringere NOx-Emissionen, höherer Wirkungsgrad des Motors. An allen modernen Fahrzeugen mit turboaufgeladenen Dieselmotoren sind Ladeluftkühler heute daher praktisch unverzichtbar, nicht nur zum downsizing sondern auch um die geforderten Verbrauchs- und Abgaswerte zu erreichen.

Konstruktive Ausführungen bzw. grundsätzliches zu Luft- und Wasser-Ladeluftkühlern

Mit Ausnahme von wenigen Tuningmodellen wie Öttingers GTI gab es zur Produktionszeiten keine T3 mit LLK. Aufgrund der Vorzüge ist die Nachrüstung bei TD und TDI-Fahrern heute beliebet, aufgrund fehlender Serienstandards ist das Spektrum konstruktiver Lösungen jedoch enorm breit.

Entscheidend für die Effizienz eines LLK ist in erster Linie die Kühlleistung des Wärmetauschers. Technisch wird dabei die heiße, komprimierte Ansaugluft zwischen Turbo und Motoreinlass durch viele kleine Kanäle geleitet, über die Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Die Effizienz des Wärmetauschers wird von der Kontaktfläche des Wärmetauschers und der Temperatur des Kühlmediums bestimmt wird. Theoretisch kann die Ansaugluft dabei maximal bis auf die Temperatur des Kühlmediums runter gekühlt werden. Allgemein gilt: Je größer die Kontaktfläche des Wärmetauschers, die von der Netzdichte und –fläche bestimmt wird, desto effektiver die Kühlung. Gleiches gilt für die Temperatur des Kühlmediums. Je größer der Temperaturunterschied zwischen heißer, komprimierten Ansaugluft und Kühlmedium, desto effizienter die Kühlung.

Je nach Kühlmedium werden Luft-Ladeluftkühler (L-LLKs) und Wasser-Ladeluftkühler (W-LLKs) unterschieden. Bei L-LLKs ist die Umgebungsluft das Kühlmedium, bei W-LLKs wird Wasser verwendet (welches in einem zusätzlichen Kühlkreis zirkulieren muss).

Luft-Ladeluftkühler (L-LLK)

Hier wird die Ladeluft durch Umgebungsluft bzw. durch den Fahrtwind gekühlt. Beim T3 muss also die heiße, komprimierte Ladeluft zwischen Turbo und Ansaugkrümmer umgeleitet und durch einen von der Umgebungsluft durchströmten Wärmetauscher (ähnlich dem Hauptkühler) geführt werden.

Vorteile:

  • Einfach und preiswert da vielfach Großserienkühler verwendet werden können
  • Einfacher Systemaufbau aus wenigen Komponenten und folglich kaum anfällig für Störungen

Nachteile:

  • Der Kühler eines L-LLK System heizt sich schnell auf wenn er ungenügend vom Fahrtwind gekühlt wird (z. B. bei langsamer Fahrt auf steilen Bergetappen oder im Gelände). Problematisch z.B. bei TDIs die ab einer definierten Temperatur von etwa 80 Grad abregeln.
  • Eine effektive Durchströmung des Wärmetausches durch Umgebungsluft ist im T3 durch die Platzierung des Motors im Heck nur schwer realisierbar. Zur Platzierung des Wärmetauschers bei LLKs im Heck existieren daher zahlreiche sehr unterschiedliche Ansätze wie z.B. am Unterboden, über dem Getriebe, im (linken) Ohr oder hinter dem Rücklicht. Um eine effektive Durchströmung mit Umgebungsluft zu erreichen werden dabei häufig Luftleitbleche eingesetzt oder Karosseriearbeiten (z.B. Durchbohrung des X-Blechs) fällig, größere Lufthutzen oder besonders häufig eine Zwangsbelüftung über einen manuellen oder temperaturgesteuerten Lüfter verbaut (was den Systemaufbau wieder komplizierter macht). Je nach Platzierung des Wärmetauschers entstehen ggf. auch lange Luftwege. Letztere können sich nachteilig auswirken, da mit zunehmender Länge das Volumen der Luftwege steigt und der Druckaufbau aus niedrigem Drehzahlbereich heraus in Folge länger dauert (je größer das Luftwegevolumen zwischen Turbo und Motor, je träger der Druckaufbau, desto größer das Turboloch).

Wasser-Ladeluftkühler (W-LLK)

Bei W-LLKs wird die Ladeluft durch wasserdurchströmte Kühlernetze geführt. Dazu wird der Wärmetauscher in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht, das von der Ladeluft durchströmt wird. Der Kühler verfügt daher Anschlüsse für Ladeluftein- und –ausgang sowie über Kühlwasserzu- und –ablauf. Zur Realisierung einer effektiven Kühlung muss ein zusätzlicher Kühlkreis installiert werden. Bei diesem System wird die Wärme der Ladeluft über den Wärmetauscher im W-LLK an das Wasser im Kühlkreis und von dort über einen weiteren Wärmetauscher, idealerweise an der Fahrzeugfront an die Umgebung abgegeben. Das so gekühlte Wasser fließt zurück zum Wärmetauscher und der Kreislauf beginnt von vorne. Eine Sonderform von W-LLKs sind integrierte, indirekte Ladeluftkühler (i2LLK), wo der Wärmetauscher in die Ansaugbrücke integriert ist. Hier reduzieren sich der Platzbedarf und damit der Druckabfall gegenüber konventionellen Systemen.

Vorteile:

  • optimale Platzierung des Kühlwasserwärmetauschers im Fahrtwind an der Fahrzeugfront möglich
  • kurze Ladeluftwege realisierbar
  • das Wasser stellt durch sein Volumen einen Speicher dar, der auch bei langsamer Fahrt oder im Gelände nicht unverzüglich aufgewärmt wird und somit als großer (aber natürlich endlicher) Puffer fungiert.

Nachteile:

  • Durch den zusätzlichen Kühlkreis und die konstruktiven Anforderungen an den Kühler sind W-LLKs im Aufbau aufwendiger und teurer
  • kaum geeignete Großserienteile verfügbar
  • bei sehr langer, langsamer Fahrt oder erschwertem Geländeeinsatz (4WD) heizt sich das Wasser durch den unzureichenden Fahrtwind ggf soweit auf, dass nur noch wenig Wärme aus der Ladeluft abgegeben werden kann. Bei TDIs kann es auch hier dazu kommen, das dieser in den Notlauf geht.

Rechtliches und Eintragung

Unabhängig von der konstruktiven Ausführung gilt: LLKs verändern Abgasemissionen, Geräuschkulisse und die Leistung des Fahrzeugs. Sie sind daher generell eintragungspflichtig. Durch nicht eingetragene LLKs verfällt die Allgemeine Betriebserlaubnis (ABE). Für die Eintragung ist in der Regel ein Leistungsgutachten erforderlich. Kommerzielle Anbieter werben damit, dass ihre Ladeluftkühler auch bei Fahrzeugen mit H-Zulassung eintragungsfähig sind (beim AAZ wird dazu zusätzlich ein Partikelfilter benötigt). Selbstgebaute Systeme sind vor allem in Kombination mit einem H-Kennzeichen nur in Ausnahmefällen eintragungsfähig, da Gutachten und Nachweise in der Regel fehlen.


Luft-Ladeluftkühler - Beispiele und konstruktive Lösungen

Es werden weitere konstruktive Lösungen gesucht: Wer eine gute Dokumentation mit Bildern und eine Teileliste hat möge sich bitte melden bei T3details[ät]posteo.org

L-LLK mit Kühler am Unterboden

Der Unterboden ist relativ gut unterströmt und bietet reichlich Platz zur Platzierung eines Kühlers. Bei dem folgenden Beispiel wird der LLK an vorhandenen Bohrungen der Längsträger zwischen Getriebe und Tank befestigt. Dafür sind Halterungen nötig, die passend gebaut werden müssen. Dazu müssen Leitungen zum Tubolader und zum Ansaugkrümmer verlegt werden. Knackpunkt ist die Verlegung der Leitungen über der Antriebswelle. Auch hier sind passende Halter erforderlich, die selbst gebaut werden müssen. Das folgende Beispiel wurde unter www.bulliforum.com (bluestarschorsch) beschrieben. Bei Testfahrten wurde durch Messung im Luftstrom der Ansaugbrücke im Sommer eine Ladelufttemperatur von rund 30 °C über Umgebungstemperatur dokumentiert.

Vorteile

  • Einfacher Aufbau, großer verfügbare Bauraum und dadurch große Auswahl möglicher Kühler
  • Kein Bohren bzw. keine anderen dauerhaften Änderungen erforderlich
  • Ansaugtrakt bis zum Turbolader bleibt original
  • Geringe Kosten durch einfachen Aufbau
  • Hohe Betriebssicherheit, wartungsfrei

Nachteile

  • Relativ lange Luftwege
  • Reduzierte Bodenfreiheit
  • Halterungen für den Kühler und die Verlegung der Leitungen über der Antriebswelle müssen selbst gebaut werden
Gebla Kühlerposition
Gebla Kühleranschluss
Gebla Peripherie
Gebla Halterung
Gebla Peripherie II

Erforderliche Teile: Hella/Behr Kühler (8ML 376776-154, kann auch ein anderer sein), 1x 90° Reduzierbogen 51-45 mm am Einlaßkrümmer, 1x 90° Bogen 51 mm am Turbo, 1x 45° Reduzierbogen 60-51 mm am Kühler, 1x 45° Bogen 51 mm auf halber Strecke zum Kühler, 1x Reduzierung 60-51 mm am Kühler, 1,2 m Schlauch 50 mm, 1 m Aluminiumrohr 50x1,5 mm, eine entsprechende Anzahl Schlauchschellen guter Qualität (60 mm für die Schläuche, 70 mm am Kühler).

L-LLK mit Kühler vor dem linken Rücklicht

Der Platz vor dem linken Rücklicht ist bei den Seriendieseln für die Zuführung der Frischluft verbaut. Da er aber direkt neben dem Turbolader und dem Ansaugkrümmer liegt, drängt er sich als Einbauort für den LLK quasi auf. Der Einbau ist beispielsweise hier dokumentiert: www.bulliforum.com (oktTali)

Vorteile

  • Kurze Wege für die verdichtete Luft, dadurch sehr kleines "Turboloch"

Nachteile

  • Alternative Luftführung für Ansaugluft nötig
  • Geringere Kühlleistung durch den Einbauort
  • Änderungen an der Karosserie nötig
LLLK eingebaut
Kühler im Schacht
Kühler von unten
Ladeluftstrecke

Später wurde noch ein Lüfter vom Smart eingebaut, ein großer Effekt auf die Kühlleistung konnte nicht festgestellt werden.

Kühler mit Lüfter

Folgende Kurve wurde mit VAG-COM aufgezeichnet: (Autobahn ohne Geländeerhebungen, relativ windstill, Bus unbeladen ohne Hochdach)

AFN/5.Gang 0,74/4,14

Wasser-Ladeluftkühler - Beispiele und konstruktive Lösungen

Es gibt zahlreiche W-LLK Lösungen für den T3. Im Folgenden werden einige Ansätze vorgestellt, die unter www.bulliforum.com beschrieben sind und meist in Eigenregie oder durch mehrere Nutzer konzipiert, getestet und umgesetzt wurden. Auch der Öttinger W-LLK, dass einzige System das zu Herstellungszeiten offiziell über den Zubehör bezogen werden konnte, wird kurz vorgestellt. Für alle W-LLKs gilt, dass ein zusätzlicher Kühlwasserkreislauf installiert werden muss. Eine mögliche Variante wird hier beschrieben.

Skizzen und Dokumentationen weiterer Lösungen werden gesucht und können gerne ergänzt werden [mailto: T3details[ät]posteo.de]

Öttinger W-LLK

Vom Öttinger W-LLK gab es zwei konstruktive Ausführungen. Bei der früheren war der Kühler rautenförmig, die spätere, etwa Schuhkartongröße Variante war rechteckig. Beide waren im Motorraum links vorne, vor der Luftfiltertonne verbaut.

BILD

Einstellungsvorgaben von Öttinger: Ladedruck 0,74-0,86 bar. Bei der Einspritzpumpe wurde die LDA durch eine Distanzscheibe modifiziert. Die Werte der Abgas-Trübmessungen entsprachen dem Original. Resultat der Leistungssteigerung und für die Eintragung galten im Jahr 1989 beim 1,6 TD JX mit Öttinger Anlage 66 kW (90 PS) bei 4500 U min-1. Höchsgeschwindigkeit 140 km h-1 (Flachdachbus).

Einbauanleitung aus dem Syncro Forum

Öttinger Prospekt

Hat jemand Ressourcen das Zusammenzufassen und die Bildrechte abzuklären?? Bitte melden unter t3details@posteo.org

Virat Mechanik

Der von Virat Mechanik entwickelte und vertriebene W-LLK ist ein geschlossener Kasten aus Kleinserienfertigung in welchem sich ein Kühlernetz befindet, das von Wasser durchströmt wird. Dieser Kasten hat vier Anschlüsse: Ein- und Ausgang der Ladeluft sowie Ein- und Ausgang des Kühlwasserkreislaufs (oberste Abbildung). Verfügbar sind zwei verschiedene Größen. Die kleine passt waagrecht aufs X-Blech (zweite Abbildung von oben), die große liegt schräg drauf (zweite Abbildung von unten) bzw. in verbautem zustand (ganz unten, hier am 1Z) (Bilder und Textbausteine dankenswerterweise bereitgestellt durch Virat Mechanik).

Offene Fragen und mögliche Ergänzungspunkte: Luftansaugung, Kühlleistung, Wirkung, Eintragung, Angaben über innere Werte (Kühlnetze)?

Virat W-LLK kleine Version
Virat W-LLK kleine Version verbaut
Virat W-LLK große Version
Virat W-LLK groß Version verbaut

Vinreeb W-LLK

Konzeptionell ist der Vinreeb W-LLK eine wassergekühlte Ansaugbrücke, die die originale Ansaugbrücke ersetzt (nochfolgender Text ist eine Zusammenfassung aus bulliforum.com). Sie wurde 2014 entwickelt und im Rahmen einer (privaten) Kleinserienfertigung für JX, AAZ und AFN, sowohl für 2WD als auch Syncro hergestellt. Stand Herbst 2019 sind einige Dutzend dieser W-LLK im Einsatz. Ausfälle und Probleme sind bisher keine bekannt. Konzeptionell wird beim Vinreeb W-LLK die Ansaugbrücke des jeweiligen Motortyps um einen „Kühltrakt“ erweitert. Das darin befindliche Kühlnetz stammt aus dem Nutzfahrzeugbereich und wird dort in Motoren bis 220 PS verwendet. Genau wie dort wird die Brücke direkt am Motor befestigt, mit allen sich ergebenden Erschütterungen.

Vinreeb Brücke vorne
Vinreeb Brücke hinten

Zur Herstellung werden Kühlernetze aufwendig aus sehr viel größeren NFZ Gehäusen „gewonnen“. Die Brücken werden dann zunächst gefräst und anschließend in Handarbeit hochdruckgewaschen und gebeitzt, um sie schweißbar zu machen. Dann wird alles zusammengesetzt und verschweißt. Zum Abgaskrümmer hin ist der Kühler konstruktiv bedingt doppelwandig, weil das Netz eine Kassette ist, die nur von oben eingesetzt und dann verschweißt wird. Dadurch bleibt der Kühler effektiv, selbst wenn die Unterseite Wärme vom Krümmer abbekommt. Das Netz hat ausreichend Durchlassvermögen und der Querschnitt vom Übergang Netz auf Brückenvolumen ist etwa 6 x so groß wie bei der originalen Ansaugbrücke. Vorteile des Konzeptes:

  1. Der originale Luftfilter und die komplette Luftführung bleiben erhalten (gilt auch für Zyklon bei Syncro)
  2. Deutlich weniger Umlenkungen und weniger Volumen der Ladeluftverrohrung als bei anderen LLK-Lösungen (kein Turbolag)
  3. Es ist lediglich ein kurzes (und günstiges) 70 mm langes Verbindungsstück vom Turbo zum W-LLK nötig
  4. Kein Schneiden an der Karosse notwendig, vollständig zurückrüstbar.
  5. Bei Montage der Windel und Verwendung der original Luftfiltertonne ist der W-LLK quasi unsichtbar

Die Kühlleistung des Vinreeb W-LLK hängt nicht nur vom eigentlichen W-LLK sondern auch vom Kühler, der verwendeten Pumpe und natürlich dem Motor ab. Erfahrungswerte wurden aus dem Betrieb des Systems an unterschiedlichen Motoren gewonnen, indem die Temperatur der Ladeluft im Ansaugkrümmer gemessen wurde. Exemplarisch werden hier Ergebnisse von einem AFN gezeigt, wo ein Temperaturfühler in die Brücke eingebaut (siehe nächste Abbildung) und die Temperatur bei verschiedenen Fahrweisen kontinuierlich aufgezeichnet wurde (Vollgas Autobahn, Landstraße, Stadtverkehr, Passfahrt auf den Col-de-Champs in den Seealpen in Frankreich). In dem dargestellten Setup wurde im höchsten Belastungsfall eine maximale Ladelufttemperatur von 34° C über Umgebungsluft gemessen. Die Normalbetrieb fiel die Ladelufttemperatur immer rasch auf 20 – 25 °C über Umgebungstemperatur ab, um sich dann langsam auf 12-12° C über Umgebungsluft einzupendeln.

Messung der Ladelufttemperatur

Ein Ergebnis der Tests am AFN war auch, dass selbst bei abgesteckter Pumpe, bei einer 26-minütigen Fahrt, nur maximale Ladelufttemperaturen von ca. 90° C (d.h. ca. 70° über Umgebungsluft) erreicht wurden. Der W-LLK kühlt also selbst wenn die Zirkulation im Kühlkreis ausfällt. Ob das auch für längere Fahrten gilt oder ob sich das Wasser im Kühlkreis hier noch stärker aufheizt ist nicht bekannt.

HINWEIS: Es kam die Frage, warum die gemessene Temperatur nicht stärker variiert. Von längeren Autobahnetappen mit konstanter Geschwindigkeit abgesehen sollte der Ladedruck und damit die Ladelufttemperatur eigentlich stärker variieren. Die Messungen zeigen aber vergleichsweise wenig Variation. Kann es sein, dass das Messsetup von der Temperatur des Gehäuses beeinflusst war? Erklärungen, Ideen, Spekulationen bitte an t3details[ät]posteo.org

Temperaturmessungen bei unterschiedlichen Fahrprofilen

Leistungssteigerung

Bisher ist nur eine einzige Leistungsmessung des Vinreeb-W-LLK auf einem Prüfstand an einem JX bekannt (Bulliforumnutzer Paul S.). Sie ergab eine maximale Motorleistung von 94 PS, was einer Leistungssteigerung von knapp 34 % gegenüber Serienzustand entspricht. Sollten weitere Messungen an anderen Motoren erfolgen bitte stellt die Informationen unter t3details[ät]posteo.org zur Verfügung, um das Wissen hier zu ergänzen.

Leistungsmessung am JX

Einbau

Die Einbausschritte der wassergekühlten Ansaugbrücke sind überschaubar und werden im Folgenden am Beispiel eines JX bzw. AAZ Schritt-für-Schritt skizziert:

  • Luftfiltertonne und –halter abmontieren
  • Druckschlauch zwischen Turbo und Ansaugkrümmer raus.
  • LDA-Schlauch vom Krümmer abziehen und Ansaugkrümmer mit 6 Imbusschrauben lösen (ggf. Schrauben am Vortag mit Kriechöl behandeln). Falls vorhanden vorher auch noch das Hitzeschutzblech vom Abgaskrümmer demontieren.
  • Silikondruckschlauch inkl. 2 Schellen auf Turbo aufstecken, eine Schelle am Turbo befestigen
  • W-LLK-Brücke von oben einführen, auf Druckschlauch auffädeln und inkl. Dichtung anschrauben (25 Nm). 2 von 6 Innensechskantschrauben sind nur mit einer langen Verlängerung erreichbar.
  • Zweite Schelle des Silkonschlauches an der W-LLK-Brücke fixieren.
  • LDA-Schlauch am Krümmer befestigen (Ringnippel und M8-Hohlschraube).
  • Wasserschläuche anschließen und mit passenden Federbandschellen fixieren.
  • Ggf. Hitzeschutzblech wieder drauf fummeln, drei der vier Schrauben sind noch zugänglich.
  • Luftfilterhalter und -tonne wieder einbauen.
Vinreeb W-LLK montiert Draufsicht
Vinreeb W-LLK montiert von unten

Der Zeitbedarf für die Montage der Brücke beträgt gute 2 h (alleine und zum ersten mal). Das Platzieren der Dichtung zwischen W-LLK und Rumpf, das Fixieren der Brücke und das Anbringen des Hitzeschutzbleches sind ziemlich fummelig und erforderte einige Anläufe.

Erforderliche Teile

Komponente Mögliche Bezugsquelle
W-LLK Ansaugbrücke vinreeb
Ansaugkrümmerdichtung (je nach Motor) Zubehör z.B. TK
M8x1 Hohlschraube z.B. Autoteile Plauen
Ringnippel für Hohlschrauben M8 / Schlauch-Innen-Ø: 3mm z.B. Autoteile Plauen
Verbindungsstück Turbo-W-LLK. Gerade Silikon-Rohrverbinder von Samco (50mm Durchmesser 70mm lang) z.B. ezt Autoteile
2x Federbandschelle ca. 24 mm z.B. Autoverwertung

Danksagung

Die hier und auf den verlinkten Unterseiten geschilderte Informationen beruhen auf den im Bulliforum dokumentierten Erfahrungen vieler Nutzer. Ein besonderer Dank geht an Vinreeb der eine vielversprechende W-LLK Lösung entwickelt und die Diskussion über geeignete Komponenten angestoßen hat. Stellvertretend für viele weitere seien die Bulliforum Nutzer Paul S., Bernd86, t3t3t3, tottiP, SeYeR, Lorenzen, xFranzx, Loudpipes, newT3, ArCane, MichaKinne, lars114, Rhuska und Bluestarschorsch genannt, die auf unterschiedliche Art und Weise zur Diskussion beigetragen und viele Komponenten und Systeme getestet oder Inhalte beigetragen haben. Die Konzeption, Zusammenstellung der Infos und Redaktion des Artikels hat seoman übernommen. Lob, Kritik, Ergänzungen bitte an T3Details[ät]posteo.org