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Abgas/Kühlwassertemperatur sinnvoll Nutzen?
Hallo,
Ich habe mich schon länger gefragt wie man theoretisch die Abgas- und Kühlwassertemperatur mehr oder weniger sinnvoll nutzen könnte in einem PKW.
Bis jetzt ist in handelsüblichen PKW's diese Energie, die in der Temperatur steckt fast gänzlich ungenutzt (auch Abgasturbolader, die ja bekanntlich den größten Teil der Energie aus dem Druckgefälle beziehen), und darausfolgend habe ich mir eine in erster hinsicht völlig idiotische, aber näher betrachtet (unter Bedingungen) vielleicht doch mögliche Alternative ausgedacht: Ne zusätzliche Dampfturbine.
Alles was ich anbieten kann ist eine sehr grobe Überschlagsrechnung, wie viel Leistung man aus der thermischen Energie in mechanische Umwandeln könnte.
Man nehme an, man habe eine Verbrennungskraftmaschine (Ob Otto oder Diesel sei mal dahingestellt) mit 136kW mechanisch Nutzbaren Leistung, die zur Vereinfachung auf die Kurbelwelle bezogen sind. Als Grobe Faustregel kann man sagen, dass der Wirkungsgrad dieser Maschine 33% beträgt. Die restlichen 66% bestehen vereinfacht aus: 33% mechanische Reibverluste, und die anderen 33% wären die besagten thermischen Verluste.
Grob überschlagen könnte man also sagen, dass die ungenutzte thermische Energie ungefähr gleich groß der mechanisch Nutzbaren Energie beträgt, also auch 136kW.
Da wir möglichst wenig am Motor selbst verändern wollen um Kosten um Aufwand zu sparen, sagen wir dass wir eine Turbine einsetzen, die durch stinknormalen Nassdampf bei 100°C gespeist wird.
Der Wirkungsgrad bei Dampfturbinen ist vereinfacht ausgedrückt bestimmt durch das Temperaturgefälle des Dampfes am Eingang der Turbine und dem Ausgang der Turbine.
Am Eingang haben wir also 100°C warmen Dampf, am Ausgang haben wir Umgebungstemperatur, sagen wir 30°C, dadurch ergibt sich formeltechnisch(Wirkungsgrad = 1-(TempAusgang/TempEingang) ein möglicher Wirkungsgrad der Dampfturbine von 18,7%.
Da ich leider keine Erfahrung habe, wie schwer so eine Dampfturbine sein könnte, habe ich mir überschlagsmäßig behelfen müssen. Dazu habe ich mir die Basisdaten von einer KKK Siemens AFA 6 DA Dampfmaschine geholt (4400kW, Wirkungsgrad 44,7%, Gewicht 12000kg), die Leistung dann an den benötigten Wirkungsgrad von 18,7% heruntergerechnet (womit aus 4400kW 1840kW werden), um dann ein Leistungsgewicht (12000kg durch 1840kW) von 6,5kg/kW zu erhalten, womit ich etwas anfangen kann.
Wir haben also 136kW thermische Verlustleistung und eine Dampfturbine mit 18,7% Wirkungsgrad, wodurch wir theoretisch 25,5kW mechanische Energie gewinnen könnten. Da wir überschlagsmäßig 6,5kg/kW Leistungsgewicht der Turbine wissen, wird diese theoretisch 166kg schwer.
Klingt erstmal nicht so spannend, weil das ziemlich viel Masse ist, die zusätzlich hinzukommen würde. Also sehen wir uns das Leistungsgewicht vom Gesamtfahrzeug einmal an, ob sich da überhaupt was verbessert hat.
Man nehme an, das Fahrzeug hat ohne den ganzen Kram 1500kg und 136kW. Das Leistungsgewicht beträgt dann 11,03kg pro Kilowatt.
Dann verbaut man den ganzen Kram wodurch zusätzlich 200kg ins Fahrzeug kommen (mit den ganzen Verrohrungen und Zusatztank, Anbindung an den Antriebsstrang usw), wodurch das Fahrzeug dann 1700kg wiegt, aber auch über 161,5kW mechanische Leistung nun verfügt. Leistungsgewicht nun: 10,53kg/kW
Ist jetzt nicht einen Luftsprung wert (auch ganz abgesehen von dem zusätzlich notwendigen Bauraum der notwendig ist), es gäbe aber durchaus Verbesserungspotentiale, wie zb. nur die Abgaswärme zu nutzen, wodurch man dann den Motor trotzdem unberührt lassen könnte und trotzdem heißeren Dampf fahren könnte und somit den Wirkungsgrad drastisch erhöhen könnte, oder auch anderweitig die Abwärme nutzen wie zb. thermoelektrisch.
Mir ist klar dass alleine aufgrund besonderer Eckdaten diese herangehensweise ziemlich unrealistisch ist, es sollte auch nur als Denkanstoß dienen weil wir immer noch den größten Teil der Energie (die zusätzlich immer teurer wird) aus dem Auspuff einfach verpuffen lassen. Und bis endlich leistbare und auch von den Materialen Umweltverträglichere sowie höher kapazitive Akkutechnologien da sind um unsere Otto's und Diesel's komplett zu ersetzen werden wir Zwischenlösungen suchen müssen.
LG Michael
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8 Antworten
Ich weiß nur, dass BMW schon vor einigen Jahren zumindest mal darüber nachgedacht hat, solche Dampfturbinen einzusetzten, allerdings wohl in einem deutlich kleineren Maßstab und im Endeffekt nur, um die Lichtmaschine und weitere Nebenaggregate (Wasserpumpe, Servopumpe, Klimakompressor etc.) damit zu betreiben, sodass die Leistung, die an der Kurbelwelle anliegt auch vollständig fürs Vorwärtskommen bereit steht!
Habe aber schon lange nichts mehr davon gehört!
Der Prius nutzt die Hitze vom Auspuff.
Läuft immer auf's gleiche raus...es lohnt einfach nicht.
Das durchschnittliche Auto fällt nach vielleicht 4000 Betriebsstunden auseinander. Den Großteil davon schwuchtelt der Motor in Leerlauf oder Teillastbetrieb.
(Für 100km/h brauchst du von den 136kw vielleicht 1/10)
In der Zeit ist eine Turbine nichtmal eingefahren.
Bissl was geht natürlich immer. Wärme aus Abgas hatte schon der Käfer. oder die Nutzung der Abgaswärme per thermoelektrischem Effekt. (wie Peltier-Element, nur andersrum). Bringt aber auch nur ein paar 100 Watt.
Zitat:
Original geschrieben von Stefan_Raba
Bissl was geht natürlich immer. Wärme aus Abgas hatte schon der Käfer. oder die Nutzung der Abgaswärme per thermoelektrischem Effekt. (wie Peltier-Element, nur andersrum). Bringt aber auch nur ein paar 100 Watt.
Immerhin, besser als nix!
Außerdem darf man nicht vergessen, dass man den eigentlichen Verbrennungsmotor durch diese Methoden gewonnene Leistung entsprechend "kleiner" machen kann, man braucht ja nur eine gewisse Leistung und eben nicht unbedingt mehr, das spart u.U. auch wieder etwas ein!
Ja schon, aber auch hier wieder das gleiche Problem.
BMW hat ein System zur Stromerzeugung aus Abgas entwickelt. Soll 200Watt bringen.
Ergibt im Autoleben dann sagen wir mal 800kWh, realistisch vielleicht eher 500kWh.
Im Leerlauf hat ein moderner Motor genug Arbeit damit, nur den Kat und im Winter den Innenraum warm zu halten. Da kann er kaum was entbehren.
Die 500kWh ersparen dir im Autoleben dann vielleicht 200l Sprit.
Dafür mußt du das Teil bauen (Rohstoffe/Energie) und rechnen sollte es sich ja auch noch irgendwie halbwegs.
...und darum verschwand die Idee auch schnell wieder in der Schublade. ;)
Dann muss man eben so ein Teil bauen, das z.B. 2000W bringt oder 5000W, dann sähe das sicherlich anders aus!
Zitat:
Original geschrieben von knüppel74
Ich weiß nur, dass BMW schon vor einigen Jahren zumindest mal darüber nachgedacht hat, solche Dampfturbinen einzusetzten, allerdings wohl in einem deutlich kleineren Maßstab und im Endeffekt nur, um die Lichtmaschine und weitere Nebenaggregate (Wasserpumpe, Servopumpe, Klimakompressor etc.) damit zu betreiben, sodass die Leistung, die an der Kurbelwelle anliegt auch vollständig fürs Vorwärtskommen bereit steht!
Habe aber schon lange nichts mehr davon gehört!
wird bei denen jetzt nicht die bremsenergie in eine extra batterie gespeist, die dann zu leerlaufzeiten die stromfresser versorgt? ein kollege hat einen neuen (gebrauchten) 3er und erzählte mir sowas.
Ne, soweit ich weiss, wird da einfach nur die Lichtmaschine entkoppelt, sobald man Vollgas gibt und eben stärker belastet, im Schibebetrieb, das nennt BMW dann vollmundig "Bremsenergie-Rekuperation"!^^
Eine zweite Batterie gibt es m.W. nach nicht bei BMW, bei den i-Modellen ist das natürlich schon anders, aber davon reden wir hier gerade nocht, gelle?!