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Warum werden Motoren im Auto nicht mit Stirling-Motoren gekoppelt um die Abgaswärme zu nutzen?

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7. Februar 2012:	Ratgeber und Umfrage: So kommt Dein Auto durch den Frost!

Warum werden Motoren im Auto nicht mit Stirling-Motoren gekoppelt um die Abgaswärme zu nutzen?

Der_der_es_weiss

Themenstarter

Hallo,

in unseren Autos laufen Motoren mit einem Wirkungsgrad von unter 25%. Der Rest geht in Form von Wärme über den Kühler und den Auspuff verloren.

Fragen:

1. Was ist der Grund dafür, dass diese Wärmeenergie nicht teilweise durch eine weitere Wärme-Kraft-Maschine (z.B. Stirling-Motor) in elektrische oder mechanische Energie umgewandelt wird? Die Temperaturdifferenz zwischen Abgasen und Umgebungsluft ist ja groß genug!

Ist der Grund das hohe Gewicht des Stirling-motors im Vergleich zur "erbeutbaren" Energie?

Ist es ein patentrechtliches Problem?

2. Wie viel wiegt eigentlich ein Stirling-Motor mit sagen wir 10 kW?

3. Wie hoch wäre der realisierbare Wirkungsgrad eines Stirling-Motors im Automobil? Ich meine nicht den Carnotschen, weil der liegt bei über 50% (bei angenomenen 600 K Abgastemperatur) - ich meine den effektiven Wirkungsgrad Pi mal Daumen unter Berücksichtigung von Wärmewiderständen, Totraumeffekten und Reibungsverlusten.

Antworten: 10

titan1981

kein armer Student mehr

Audi

Zitat:
Original geschrieben von Der_der_es_weiss

Hallo,

in unseren Autos laufen Motoren mit einem Wirkungsgrad von unter 25%. Der Rest geht in Form von Wärme über den Kühler und den Auspuff verloren.

Fragen:

1. Was ist der Grund dafür, dass diese Wärmeenergie nicht teilweise durch eine weitere Wärme-Kraft-Maschine (z.B. Stirling-Motor) in elektrische oder mechanische Energie umgewandelt wird? Die Temperaturdifferenz zwischen Abgasen und Umgebungsluft ist ja groß genug!

Ist der Grund das hohe Gewicht des Stirling-motors im Vergleich zur "erbeutbaren" Energie?

Ist es ein patentrechtliches Problem?

2. Wie viel wiegt eigentlich ein Stirling-Motor mit sagen wir 10 kW?

3. Wie hoch wäre der realisierbare Wirkungsgrad eines Stirling-Motors im Automobil? Ich meine nicht den Carnotschen, weil der liegt bei über 50% (bei angenomenen 600 K Abgastemperatur) - ich meine den effektiven Wirkungsgrad Pi mal Daumen unter Berücksichtigung von Wärmewiderständen, Totraumeffekten und Reibungsverlusten.

zu 1. weil zu teuer und zu schwer.

GaryK

Senior Chaos Engineer

Audi

Weil zudem ein Stirling-Motor eine strömungsseitige Drossel im Abgastrakt darstellt und alleine damit den Wirkungsgrad des primären Motors senkt.

Zum Gewicht: Siehe http://www.bios-bioenergy.at/de/strom-aus-biomasse/stirlingmotor.html

Man beachte die Tabelle im unteren Drittel der Seite. 35 kW el. wiegen 1600 Kilo, 70 kW elektrisch das doppelte. Selbst wenn man die Hälfte an Gewicht einsparen kann, das rechnet sich nicht.

Der_der_es_weiss

Themenstarter

Gary,

danke für den Link und die Erläuterung!

Jetzt ist alles klar.

1,6 Tonnen für 35 kW, das steht in keiner Relation... Hätte ich nicht gedacht, dass so ein Stirlingmotor so schwer ist...

Merci

Drahkke

Buddy-Master

Trotz des hohen Gewichtes könnte diese Technologie aber IMHO eine Möglichkeit darstellen, die Abwärme von Diesel-Lokomotiven besser zu nutzen.

Silver_Arrow

Opel

Warum werden Motoren im Auto nicht mit Stirling-Motoren gekoppelt um die Abgaswärme zu nutzen?

Die oben genannten Ideen werden ansatzweise schon getestet.

Zum ersten hat man in Amerika einen 6Takter getestet,welchem nach dem Benzin Verbrennungsprozess ,Wasser Eingespritzt wurde,welches wie bei einer Dampfmaschine durch die Expansion des verdampfenden Wassers den Motor angetrieben und gleichzeitig den Brennraum abgekühlt hat.

Wahrscheinlich ist das an der Erdöl Lobby gescheitert,keine Ahnung.

Zum zweiten,laufen Versuche die Wärmeenergie im Abgas mit hilfe des Seebeck-Effekts nutzbar zu machen und somit Strom für das Bordnetz zu erzeugen,ohne die Lichtmaschine,welche dem Motor Kraft raubt.

GaryK

Senior Chaos Engineer

Audi

Wasser einspritzen senkt die Abgastemperaturen, aber bringt keine zusätzliche Energie. Das Gas kontrahiert beim Abkühlen (bzw. expandiert nicht so stark), dafür expandiert das verdampfende Wasser. Ein Nullsummenspiel. Wobei die Verdampfungswärme des Wassers thermodynamisch gesehen komplett verloren geht. Die Stickoxide gehen allerdings zurück, dafür wird der Kat mit höheren Wassermengen belastet (was dieser nicht mag). Im Volllastzustand (wo normalerweise zum Schutz der Motoren) angefettet wird) würde eine Wassereinspritzung Sinn machen, denn Lambda = 1 freut den Kat.

Strom über den Seebeck Effekt zu gewinnen kannst du bei den aktuellen Preisen vergessen, das rechnet sich nicht. Ein Mild-Hybrid mit Bremsenergie-Rückgewinnung oder auch eine simple Start/Stop Automatik ist wesentlich wirtschaftlicher.

gemm

Zitat:
Wahrscheinlich ist das an der Erdöl Lobby gescheitert,keine Ahnung.

Zu den Dingen, die GaryK bereits nannte musst du berücksichtigen, dass die motorinterne Reibung steigt (Kolben im Zylinder, Lager, Ventile, Nockenwelle, Krbelwelle usw.). Ein Arbeitstakt auf 4 Takte Reibung bzw. ein Arbeitstakt zu 6 Takte Reibung....

Sinn würde es hingegen machen Motoren zu bauen, die Vollast ohne Anfettung aushalten.

Und Abgasenergie kann heutzutage schon recht elegant genutzt werden - durch einen Turbolader.

Der_der_es_weiss

Themenstarter

Zitat:
Original geschrieben von GaryK
Wasser einspritzen senkt die Abgastemperaturen, aber bringt keine zusätzliche Energie. Das Gas kontrahiert beim Abkühlen (bzw. expandiert nicht so stark), dafür expandiert das verdampfende Wasser. Ein Nullsummenspiel. Wobei die Verdampfungswärme des Wassers thermodynamisch gesehen komplett verloren geht.

Das trifft nich auf den 6-Takt-Motor zu.

Dort wird der Kraftstoff in einem anderen Takt eingespritzt als das Wasser.

http://en.wikipedia.org/wiki/Crower_six_stroke

http://www.autoweek.com/article/20060227/FREE/302270007