Keine wirkliche Innovation wird bei Verbrennungsmotoren angewandt
Da hat man zig hoch moderne Assistenzsysteme, Head-Up Displays, Scheinwerfer aus LED-Clustern, intelligente Fahrwerke und sogar optische Verbindungen werden genutzt, mit dem die Elektronik kommuniziert.
Bei den Verbrennungsmotoren gibt`s alte Ware. Man baut sie immer noch, wie vor 30 Jahren.
Dabei gibt es ein paar neue Wege, welche die Motoren sparsamer, zuverlässiger, leistungsfähiger und zugleich emissionsärmer machen.
Laserzündung
Will man nicht, oder kann man es nicht?
Beste Antwort im Thema
In der aktuellen Ausgabe der MTZ (04/2016) ist ein interessantes Interview mit zwei anerkannten Experten der Motorenentwicklung, nämlich
Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischinger, Direktor des Instituts für Thermodynamik der RWTH Aachen University und Leiter des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen sowie Geschäftsführer der FEV GmbH, Aachen
und
Prof. Dr.-Ing. Michael Bargende, Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart, zunächst als Inhaber des Lehrstuhls für Verbrennungsmotoren, seit 2011 Inhaber des Lehrstuhls für Fahrzeugantriebe.
Zu zukünftigen Zündsystemen sagen sie:
Frage: Ein auf hohe Lambdawerte abgemagertes Gemisch beim Ottomotor zuverlässig zu zünden, ist die Crux. Rechnen Sie mit einem Durchbruch alternativer Zündverfahren?
BARGENDE: Wenn wir einerseits von 200 kW/l sprechen, sind wir bei sehr hohen Aufladegraden und sehr hohem Zündspannungsbedarf. Der wird so hoch sein, dass wir Schwierigkeiten haben werden, überhaupt noch einen Zündungsrückzug im Klopffall zu realisieren. Die Volllastzündung wird immer anspruchsvoller, durch Aufladung und eventuell auch neue Kraftstoffe. Andererseits haben wir in den homogenen oder geschichteten Teillastverfahren einen „Raumzündungsbedarf“. Beides hat seine besonderen Ansprüche. Unter dem 200-kW-pro-l-Prinzip sehe ich alle diskutierten Alternativen vor einer ganz großen Herausforderung. Egal, welche es jetzt ist. Weder Corona- noch Laserzündung halte ich in diesen Volllastbereichen für geeignet. Ganz abgesehen davon hat eine Laserzündung einen enormen Energiebedarf. Und die Coronazündung ist sehr stark von der Brennraumform abhängig. Ihr bereiten variable Ventilsteuersysteme sogar schon Schwierigkeiten.
PISCHINGER: Dann schlägt der Funken sonst wohin, nur nicht dorthin, wo er hin soll.
BARGENDE: Ganz genau – gerade unter diesem Aspekt, wenn überhaupt, sehe ich nur die Plasmazündung als mögliche Alternative zur Funkenzündung.
PISCHINGER: Zudem hat man in der Teillast und im Magerbetrieb bereits festgestellt, dass viele dieser innovativen Zündsysteme unter hoch turbulenten Randbedingungen oft gar nicht den erhofften Vorteil bringen. Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und Turbulenzen wird die auf ein großes Gemischvolumen verteilte Energie alternativer Zündsysteme dissipiert – die Flamme wird förmlich ausgepustet. Ausgerechnet Magermotoren benötigen aber hohe Turbulenz für höhere Brenngeschwindigkeiten in der späteren Verbrennungsphase. Dieses Phänomen beobachtet man sowohl bei der Plasma- als auch bei Coronazündsystemen.
556 Antworten
Hi,
es gibt durchaus erfolgreiche versuche mit speziellen Algen in Bio Reaktoren die ein vielfaches an Kraftstoffen erzeugen als üblicherweise mit natürlich wachsenden Rohstoffen erzeugt werden kann.
Die Umsetzung in industrielle und wirtschaftliche Größenordnung wird aber noch dauern, wird auch unnötig wenn die Akkutechnik Fortschritte macht und dann EE große Energiemengen zu Verfügung stehen.
Gruß tobias
Es ist leichter und effizienter aus Algen Methan herzustellen, als Flüssigkraftstoffe! Und auch umweltverträglicher.
Die Algen werden übrigens, hoch konzentrierrt, künstlich gezüchtet. Dehalb gibt es über diesen Weg auch kein Ressourcenproblem.
Was viele nicht wissen, Gasmotoren werden in Zukunft effizienter arbeiten als Dieselmotoren, wenn man die neuen Techniken auch mal anwenden würde und sie auf den Methan-Betrieb optimiert.
Zitat:
@LtLTSmash schrieb am 18. März 2016 um 12:16:27 Uhr:
Deine Betrachtungsweise beschränkt sich auf die reine Fahrzeugeffizienz. Sicher ist das reine Fahrzeug immer effizienter als sein Verbrennerpendant, jedoch unterschlägst du den Fakt, das due diesem Fahrezeug eine deutlich edlere Energiform zur Verfügung gestellt werden muß.
Das stimmt schon aber mir ist auch egal wo meine Energie herkommt mich interessieren nur meine Kosten und das technisch bessere Fahrzeug. Außerdem wird der Strom größtenteils in Deutschland hergestellt während das Öl häufig von Ländern kommt die ihre Bevölkerung unterdrücken und teilweise sogar abschlachten.
Der Elektroantrieb ist technisch deutlich einfacher aufgebaut und bietet große Vorteile gegenüber dem Verbrenner. Man kann ihn extrem überlasten und so sehr hohe Leistung generieren außerdem ist der Verschleiß deutlich geringer und viele dreckige Angelegenheiten des Verbrennungsmotors wie z.B. Motoröl und Abgas fallen komplett weg. Das ganze Fahrzeug läuft mit Strom und man kann ohne laufenden Motor alle Verbraucher nutzen. Der Komfort ist auch deutlich höher, da das Anfahren ohne Anfahrelement abläuft und im schlimmsten Fall braucht man zwei Gänge um sowohl starke Beschleunigung als auch eine hohe Höchstgeschwindigkeit zu erreichen.
Ein ordentliches Elektroauto ist demnach sparsamer, schneller, komfortabler und (Akku ausgenommen) langlebiger als ein konventionelles Auto. Wenn man zusätzlich noch eine hohe Reichweite braucht dann kann man ja einfach eine Brennstoffzelle verwenden. Nicht mehr ganz so effizient aber alle Vorteile des Elektroantriebs bleiben erhalten.
Leider dauert es noch eine Weile bis in diesem Bereich etwas Überzeugendes kommt, denn bis auf Tesla sind alle aktuellen Elektroautos (und die meisten Wasserstoffautos) nur lahme Krücken ohne Reichweite mit extrem hohem Preis.
Zur Wirkungsgrad Diskussion kann ich folgendes zitieren:
Zitat:
Relativ hohe Wirkungsgrade werden z.?B. von Motoren und Heizkesseln häufig nur bei Volllast oder zumindest starker Auslastung erzielt, während die Effizienz bei geringer Last (im Teillastbetrieb) stark abfällt. Beispielsweise kann der Wirkungsgrad eines Benzin-Automotors bei Volllast über 25?% betragen, im Stadtverkehr aber weit unter 10?% fallen. Dagegen können Elektromotoren bei guter Konstruktion auch bei niedriger Auslastung sehr effizient bleiben. Deswegen ist die Energieeinsparung durch den Elektroantrieb von Autos (statt Verbrennungsmotor) (? Elektroauto) weit größer, als es aufgrund des Vergleichs der Volllast-Wirkungsgrade zu erwarten wäre – insbesondere im Stadtverkehr.
Aus
https://www.energie-lexikon.info/wirkungsgrad.htmlZitat:
@Turbotobi28 schrieb am 18. März 2016 um 15:06:26 Uhr:
Hi,man könnte den Überschüssigen Windstrom aber auch in die Batterien von E-Autos speichern und hätte dann nicht mehr als 50% verlust wie bei E-Gas 😉
Dann müssen zu diesem Zeitpunkt aber auch immer genug E-Autos am Netz sein😉
Gas hat den Vorteil, das wir bereits ein Speichernetz haben, welches die Energie für Monate, wenn nicht Jahre aufnehmen kann.
Abgesehen davon, das ist doch keine entweder oder Frage. Die verschiedenen Konzepte haben jeweils Vor sowie Nachteile. Am Ende wird vermutlich einen Mix von verschiedenen Konzepten geben und das ist ja auch sinnvoll. Es macht einfach wenig Sinn riesige Akkus mit rumzuschleppen nur damit man große Reichweiten für Langstreckenfahrten erreicht, wenn ein Verbrenner bei Langstreckenfahrten eine vergleichbare Effizienz aufweist. Aber im gegenzug macht es einfach keinen Sinn einen Linienbus im Stadtbereich mit reinem Diesel auszustatten oder eine reines Stadtfahrzeug für kurze Strecken und geringer Nutzung mit einem Verbrenner auszustatten, das der Wirkungsgrad eine Verbrenners da einfach schlecht ist.
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Dann schmeiß ich mal noch das Buzzword Wasserstoff in die Runde. Sind ja eh offtopic. 😁
Theoretisch ließe sich Wasserstoff irgendwann aus Wasser und Sonnen- / Windenergie herstellen, wenn man künstliche Photosynthese irgendwann im großen Stil hinbekommen sollte...
Dann müsste man beim Hybriden nur noch den Otto gegen Brennstoffzelle ersetzen und fertig. Solche Autos gibt es ja sogar schon. 😉
Bis das Problem mit der sauberen und vernünftigen Wasserstoffherstellung gelöst ist, bleiben die Otto-Hybride die sinnvollste Alternative.
Zitat:
@RedRunner10 schrieb am 18. März 2016 um 15:27:38 Uhr:
Das stimmt schon aber mir ist auch egal wo meine Energie herkommt mich interessieren nur meine Kosten und das technisch bessere Fahrzeug. Außerdem wird der Strom größtenteils in Deutschland hergestellt während das Öl häufig von Ländern kommt die ihre Bevölkerung unterdrücken und teilweise sogar abschlachten......
Grundsätzlich stimme ich dir in vielen Punkten zu jedoch :
- Menschenrechte sind kein Argument, da gewisse Bestandteile von Akkus auch unter nicht netten Bedingungen gefördert werden. Das ist aber ein Systemproblem und hat nichts mit Technik zu tun.
- der Motor ist meiner Erfahrungen recht selten der begrnzende Faktor für die Lebensdauer einer KfZ. Die Wartung ist vielleicht einfacher, aber auch ein sauber konstruierter Verbrenner läuft lange genug. Die E-Motornen müssen ihre Haltbarkeit unter Massenproduktionsbedingungen und Masseneinsatz im Kfz erst mal beweisen.
- Bezüglich der Effizienz widersprichst du mir ja nicht. Natürlich gibt es Betriebsbereiche, da ist der Verbrenner schlecht, aber es gibt auch eben Bereiche da ist er so gut, da ist es fraglich ob überhaupt ein Effizienzvorteil existiert und dann natürlich, ob man dafür die weiteren Nachteile in Kauf nimmt.
Ein bisschen Off topic muss ich jetzt auch mal gehen, es reizt mich an der Stelle einfach...
Ein jeder versteift sich auf den Straßenverkehr und auf die ach so verschwenderischen Verbrennungsmotoren. Aber was ist denn mit dem Flugverkehr?! Wenn ich sehe welche Mengen Kerosin da in die obersten Luftschichten rausgehauen werden wo sie dann auch wirklich unmittelbar klimawirksam sind, dagegen ist der Kraftwagen zwar nicht wegzudenken aber doch das kleinere Übel. Was wird denn da getan an Alternativen?!
Zitat:
@kev300 schrieb am 18. März 2016 um 15:38:38 Uhr:
Dann schmeiß ich mal noch das Buzzword Wasserstoff in die Runde. Sind ja eh offtopic. 😁
Theoretisch ließe sich Wasserstoff irgendwann aus Wasser und Sonnen- / Windenergie herstellen, wenn man künstliche Photosynthese irgendwann im großen Stil hinbekommen sollte...Dann müsste man beim Hybriden nur noch den Otto gegen Brennstoffzelle ersetzen und fertig. Solche Autos gibt es ja sogar schon. 😉
Bis das Problem mit der sauberen und vernünftigen Wasserstoffherstellung gelöst ist, bleiben die Otto-Hybride die sinnvollste Alternative.
Das ist nicht wirklich Off Topic, da die Energiequellen der Zukunft auch Einfluß auf die Antriebskonzepte der Zunkunft und damit natürlich auch auf die Weiterentwicklung des Verbrenners haben.😉
Und zum Wasserstoff: Wasserstoff hat einfache eine extrem schlechte volumetrische Energidichte und wird, natürlich nur meiner Meinung nach, keine Rolle in der Zukunft spielen zumal eine Brennstoffzelle auch mit Methan betrieben werden kann.
Zitat:
@Sir Donald schrieb am 17. März 2016 um 19:07:11 Uhr:
Was die Ventilsteuerung angeht, rein elektronisch geregelte Systeme erfordern einen gigantischen Rechenaufwand mit entsprechend vielen Fehlerquellen.
Der Rechenaufwand für 'ne Ventilsteuerung dürfte sich weit unterhalb von lächerlich bewegen.
Das könnte jeder ATTiny leisten.
Gruß Metalhead
Zitat:
@LtLTSmash schrieb am 18. März 2016 um 15:47:39 Uhr:
Und zum Wasserstoff: Wasserstoff hat einfache eine extrem schlechte volumetrische Energidichte und wird, natürlich nur meiner Meinung nach, keine Rolle in der Zukunft spielen zumal eine Brennstoffzelle auch mit Methan betrieben werden kann.
Naja, man kanns komprimieren und das ist der einzige "Stoff", der ohne CO² oder andere klimaschädlichen Gase genutzt werden kann.
Zudem ist bei Wasserstoff ein zu 100% reversibler Kreislauf möglich.
Zitat:
@kev300 schrieb am 18. März 2016 um 15:58:48 Uhr:
Naja, man kanns komprimieren und das ist der einzige "Stoff", der ohne CO² oder andere klimaschädlichen Gase genutzt werden kann.
Zudem ist bei Wasserstoff ein zu 100% reversibler Kreislauf möglich.
Selbst komprimiert ist die Energiedichte wohl derzeit das größte Problem. Ich meine es wäre Faktor 3 zu Methan und das ist jetzt auch nicht Spitze.
Zum Thema CO2, nun ja liegt dran woher das Methan kommt. Wenn es aus Methanisierung kommt, wurde es ja zuvor der Luft entzogen, es ist wird somit in Summe auch keine neues CO2 freigesetzt und da es nicht giftig ist, gibt es auch kein lokales Problem,
kurze Frage: Was meinst du mit reversibler Kreislauf`?
Und man braucht dafür nicht einmal eine Brennstoffzelle. Ein Ottomotor tut's auch.
Zitat:
@RedRunner10 schrieb am 17. März 2016 um 16:22:53 Uhr:
Verbrennungsmotoren sind am Limit und es lohnt sich nicht wirklich riesige Mengen Geld zu investieren um ein Prozent mehr Effizienz rauszuholen. Letztendlich sind Elektromotoren (eventuell kombiniert mit Brennstoffzelle) die einzige zukunftsfähige Antriebstechnik aber es dauert einfach noch etwas bis diese wirklich konkurrenzfähig ist.
Das ist nur eine theoretische Position. Tatsächlich haben Elektroantriebe erhebliche Nachteile. Obwohl der Elektromotor einen hohen Wirkungsgrad hat, hat seine Energiequelle genau damit ein Problem. Akkus haben beim Laden und Entladen einen nur mittelmäßigen Wirkungsgrad. Und das wird auch noch viele Jahre so bleiben. Der Elektromotor selbst ist längst fertig entwickelt, die Akkus sind es noch lange nicht.
Der Verbrennungsmotor dagegen hat neben seinen Nachteilen einen entscheidenden Vorteil: Sein Energiespeicher ist konkurrenzlos effizient. Eine Tankfüllung Benzin speichert in einer kleinen Menge Flüssigkeit eine sehr hohe Menge Energie. So viel, daß ein voller Tank nur etwa 1/30stel des Gewichts des Fahrzeugs ausmacht. Bei einem Tesla Model S wiegen die Akkus 1/4el des gesamten Fahrzeugs. Der Vorteil im Stadtverkehr ist beim Elektroauto die Energierückgewinnung aber da darf man sich nicht täuschen, es wird nur ein Bruchteil wieder zurück gewonnen, weil durch Rückgewinnung, Speicherung, Wiederverwendung und Umwandlung in Bewegung auch ein erheblicher Teil verloren geht.
Zitat:
@LtLTSmash schrieb am 18. März 2016 um 16:05:18 Uhr:
Zum Thema CO2, nun ja liegt dran woher das Methan kommt. Wenn es aus Methanisierung kommt, wurde es ja zuvor der Luft entzogen, es ist wird somit in Summe auch keine neues CO2 freigesetzt und da es nicht giftig ist, gibt es auch kein lokales Problem,
.....
methan ist zu ~ 0,0002% in der luft enthalten. ich kann mir vorstellen, dass die 'entziehung' auch nicht energielos vonstatten geht.
allein die vorstellung, dass man um an einen liter methan zu kommen, 5000l luft irgendwo durchpumpen muß und abscheiden. was ich mir bei methan auch schwieriger vorstelle als bei co².....
das dürfte mehr energieaufwand verursachen, als es in form von methan einbringt.
dann doch besser kühen einen saugrüssel vor den pöter schnallen 😁
Zitat:
@sukkubus schrieb am 18. März 2016 um 16:28:21 Uhr:
methan ist zu ~ 0,0002% in der luft enthalten. ich kann mir vorstellen, dass die 'entziehung' auch nicht energielos vonstatten geht.
allein die vorstellung, dass man um an einen liter methan zu kommen, 5000l luft irgendwo durchpumpen muß und abscheiden. was ich mir bei methan auch schwieriger vorstelle als bei co².....das dürfte mehr energieaufwand verursachen, als es in form von methan einbringt.
dann doch besser kühen einen saugrüssel vor den pöter schnallen 😁
Das war evtl. missverständlich beschrieben. Bei der Methanisierung wird aus
Wasserstoffund CO2 Methan hergestellt, Das CO2 wird der Atmosshpäre entzogen, nicht das Methan. Methanisiserung ist ein im moment in der Entwicklung befindliches Verfahren, um überschüssige Energie aus regenerativen Energien zu speichern.