Diesel-elektrischer Antrieb bei Straßenfahrzeugen sinnvoll?
Hi,
angesichts der in letzter Zeit verstärkten Diskussion um Elektrofahrzeuge und der damit verbundenen Problematik der Energiespeicherung habe ich mal die Überlegung angestellt, ob es nicht sinnvoll wäre, das Problem durch eine Kombination von Diesel- und Elektromotor zu lösen, wodurch nur eine relativ kleine Pufferbatterie notwendig würde.
Praktisch sähe dies dann so aus, daß ein auf den optimalen Betriebspunkt hin entwickelter Dieselmotor mit konstanter Drehzahl einen Generator antreibt, der seinerseits eine Pufferbatterie speist. Von dieser Pufferbatterie würde dann der eigentliche Antriebsmotor für das Fahrzeug mit Energie versorgt.
Im Lokomotiv-Bau ist diese Technik seit Jahrzehnten gängige Praxis, bei Straßenfahrzeugen sind mir derartige Entwicklungen oder auch nur Forschungen noch nicht bekannt.
Das alle Komponenten jeweils auf ihren optimalen Betriebspunkt hin abgestimmt werden könnte, stelle ich mir vor, daß der Gesamtwirkungsgrad im Vergleich zum herkömmlichen Diesel-Direktantrieb verbessert werden könnte.
Was spricht dagegen?
Gibt es eventuell schon derartige Forschungen oder Entwicklungen von dem einen oder anderen (Klein-)Serienhersteller?
Beste Antwort im Thema
Junge, lass dir helfen, du scheinst ja nicht dumm zu sein.
Zitat:
Wiederum nicht korrekt. Mathe und Physik gehen Hand in Hand.
2/3 ist gleich auch wie 4/6 als Beispiel, aber thermodynamisch trotzdem falsch!
Das FALSCHE hier ist die 4. Warum? Die Arbeitstemperatur BRAUCHE ich nicht kennen, solange sich der Brennstoff nicht ändert und ich verschiedene Kreisprozesse miteinander vergleichen will. Die Arbeitstemperatur (z.B. Luft/Bezingemisch) ist in den meisten Fällen als "konstant" anzusehen. Die Abgastemperatur ist dann das Kriterium zur schnellen Prozessbewertung.
Falsch,
die Arbeitstemperatur ist nicht nur vom Brennstoff sondern auch von den Randbedingungen (Lambda, homogenes oder heterogenes gemisch, AGR ja/nein, wenn ja, wieviel) abhängig und damit auch bei gleichem Kraftstoff variabel. Du triffst schon wieder irgend welche einschränkenden Annahmen und erklärst diese auch gleich noch als allgemeingültig. Wenn man nur den reinen (Carnot) Kreisprozeß beschreiben will, sind die Randbedingungen wie zum Beispiel Epsilon oder Kraftstoff unerheblich, man braucht tatsächlich nur T_oben und T_unten.
Trifft man allerdings die von dir anscheinend gemachten, restriktiven Randbedingungen, dann trifft die Aussage mit der Abgastemp zu. Das ist dann aber ein sehr spezielle und keine allgemeine Interpretation der Kreisprozeße.
Zitat:
Nun sehe ich auch keine weitere Notwendigkeit Aufklärungsarbeit zu leisten, da die Lehrresistenz höher liegt als die Wissbegierde.
Na da haßt du aber glück dass ich nicht genauso denke.
Zitat:
Wer sich " den ganzen Klimbim nicht komplett" durchliest aber trotzdem eine Meinung hat, dem ist schlecht zu helfen. Eine einfache Frage zuletzt: Wieso hängt der Wirkungsgrad bei Benziner vom Verdichtungsverhältnis ab? Die Antwort ist noch offen! Erst nachdenken dann schreiben!
Also, bei deiner falschen Definition des Gleichraumprozeß (=Benzinprozeß) 2 Beiträge weiter vorne habe ich aufgehört intensiv zu lesen und bin ins überfliegen übergegangen. Du wirst mir verzeihen ..
Die richtige Definition des Wirkungsgrad des Gleichraumprozeßes lautet:
Eta = 1 - (V2/V1)^(kappa-1)
mit V1=Hubvolumen und V2=Kompressionsvolumen.
Das ganze kann man dann noch mit den allgemein bekannten gesetzen der Physik umstellen zu
Eta = 1 - T1/T2 = 1 - (T4-T1)/(T3-T2)
Und, man sehe und staune, man erhält wieder ein Temperaturverhältnis zur Berechnung des Wirkungsgrads. Und wieder braucht man beide Temperaturen um eine allgemein gütige Aussage zu treffen. Der Wirkungsgrad hängt also deswegen von der Verdichtung ab, weil ich mittels der Verdichtung meine Prozeßtemperaturen steuern kann. Diese Antwort auf deine Frage war übrigens nie offen sondern ist schon seit Jahrzehnten in der gängigen Fachliteratur nachzuschlagen.
Zitat:
Meine Empfehlung ist den ganzen Klimbim PHYSIK od. THERMODYNAMIK komplett durchlesen und erst dann posten. Kreisprozesse beschreibt man in dem man einzelne Prozesse nimmt und zu einem Kreisprozess schließt und nicht: Wir nehmen Carnot an.....Hier geht es um STIRLING und nicht um Carnot, daher sind die Äpfel nicht Birnen.
Danke für die Komplimente, ich reiche sie gerne zurück.
Der Carnotprozeß ist übrigens der am einfachsten zu verstehende Kreisprozeß und wird daher gerne von mir für Erklärungen genutzt. Die physiklaischen Gesetze dahinter sind nämlich allgemeingültig. Das ist definitiv kein vergleich von Äpfeln und Birnen, höchsten von Golden Delicious und Boskoop.
Gruß
120 Antworten
Nette Auführung SRAM, die aber zumindest bei den hier bei mir weit verbreiteten Land=>Stadt Pendlern leider nicht ganz zutreffend ist.
Punkt a und b kann man zumindest beim hineinpendeln meist gleich weglassen und wenn man mit Punkt c "beginnt" wird das vermutlich das ganze Konzept noch unrentabler. 😕
Zitat:
Original geschrieben von Drahkke
Ich bin von der Überlegung ausgegangen, daß ein Dieselmotor den höchsten Wirkungsgrad der in Frage kommenden Verbrennungskraftmaschinen hat und sich somit für ein solches Projekt am ehesten eignen würde.Zitat:
Original geschrieben von Reachstacker
Zwar bezieht sich die Frage des TE "nur" auf Diesel obwohl es eigentlich keinen grossen Unterschied macht obs Diesel oder Benzin ist.Wenn Herstellungskosten und Abgasverhalten da auch noch mit reinspielen, wäre natürlich auch ein Benziner, evtl. auf LPG-Betrieb umgerüstet, eine denkbare Alternative.
Hi und G.N.J.
kleine Korrektur! Der größte Wirkungsgrad hängt vom Kreisprozess ab. Der beste Kreisprozess ist nach Bewertung der realisierbaren Kreisprozesse der Stirling-Prozess. Eine Strilingmaschine arbeitet optimal nur bei einer vorgegebenen Drehzahl (Frequenz), was für ein Automotor nicht erstrebenswert ist. Der Wirkungsgrad einer Stirlingmaschine ist höher als vom Diesel. Das verbessert der Gesamtwirkunugsgrad, also nicht zu unterschätzen.
Gruß
TAC engine
Aber ein Stirling-Hybrid wird im Moment noch nicht entwickelt, oder etwa doch?
Zitat:
Original geschrieben von Drahkke
Aber ein Stirling-Hybrid wird im Moment noch nicht entwickelt, oder etwa doch?
Nicht ganz! Im Moment sind immer noch keine echte Alternativen vorhanden. Daher geht die Suche nach Alternativen sehr weit.
Die heutige Technologie wird von den Motorenbauern gut beherrscht. Es ist ein Risiko völlig neue Technologien anzufangen, die man noch nicht richtig in Griff hat. Investitionsrisiko und Kundenzufriedenheit als zwei wichtige Argumente zu nennen. Der Kunde wird Neues akzeptieren, wenn es besser oder zumindest genauso gut wie die heutige Technik funktioniert.
Wenn es darum geht Energie hoch effektiv zu gewinnen/umwandeln und die Drehzahl keine große Rolle spielt, führt kein Weg an Stirling vorbei.
Leider sind die vielfältigen Funktionsweisen von Stirlingmaschinen nicht jedem so einleuchtend wie beim Viertakter oder Zweitakter. Es wird im Allgemeinen noch behauptet, dass Stirling schwer und komplex ist und damit zu teuer für die Produktion. Es ist ähnlicher Zustand/Situation wie beim Diesel Anfang des vorigen Jahrhunderts – kommt noch nicht an.
Gruß
TAC engine
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Zitat:
Der beste Kreisprozess ist nach Bewertung der realisierbaren Kreisprozesse der Stirling-Prozess.
Das ist falsch.
Otto, Diesel und Stirling können theoretisch alle Carnot erreichen.
Strling ist aber wegen der Trägheit der Wärmetauscherflächen auf niedrige Drehzahlen < 1000 U/min begrenzt, wenn hohe Wirkungsgrade gefordert werden. Für eine bestimmte Leistung wird das Aggregat also im Vergleich zu Diesel oder Otto sehr schwer.
Darüberhinaus ist die heiße Fläche des Stirlings permanent auf hoher Temperatur, wodurch die Heißtemperatur auf die Dauerstandstemperatur des jeweiligen Werkstoffes begrenzt ist (selbst bei Nickel-Basis-Legierungen < 800°C). Demgegenüber kann bei Otto und Diesel die Maximaltemperatur der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit Luft (ca. 2400°C) voll ausgereizt werden.
Gruß SRAM
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
Schauen wir uns erstmal die Randbedingungen an:- Kennfeld Diesel (der Wirkungsgrad ist deutlich höher als beim Benziner, weshalb diesem der Vorzug zu geben ist): http://motorlexikon.de/img.php4?fotos/gross/K/K36.jpg
...
--> Wirkungsgrade bis > 50% sind also bei 50 bis 75% der Maximalleistung (neue Normierung !) des Diesels möglich
Kleine Ergänzung:
Die im Diagramm eingezeichneten 205g/kWh als Bestpunkt sind gerade einmal 41,3% Wirkungsgrad (Energiegehalt Diesel: 11,8Wh/g). Bei 50% dürfte man nur 170g verbrauchen ... wer das in PKW-Größe hinkriegt darf sich mit Gold aufwiegen lassen 😉
Gruß
Hast ja recht. Das Diagramm war nur als Beispiel gedacht.
45% wurden von den VW Pumpe-Düse 2.0 TDI im Passat 2005 erreicht (190 g/kWh).
Die Schiffsdiesel erreichen heute schon die 170 g/kWh. Ich war optimistisch, daß dieser Wert auch bei kleinen Diesel in absehbarer Zeit erreicht werden kann, insbesondere, wenn gleichzeitig der Betriebsbereich eingeschränkt werden darf.
Wie ist Deine Einschätzung ?
Gruß SRAM
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
...insbesondere, wenn gleichzeitig der Betriebsbereich eingeschränkt werden darf.
Das wäre ja ein entscheidender Punkt, den ein serieller Diesel-Hybrid erfüllen würde.
Zitat:
Original geschrieben von Drahkke
Das wäre ja ein entscheidender Punkt, den ein serieller Diesel-Hybrid erfüllen würde.
Den mag er ja erfüllen, wenn da nicht die Verluste in den ganzen zusätzlichen Aggregaten wären (soll ich sie noch mal alle auflisten).😉
Entscheidend ist was unterm Strich rauskommt, und ob das Ganze jemand bezahlen kann oder will.
Nochmal auflisten ist nicht nötig, ich kann's ja weiter vorn nachlesen...😉 😛
Das ist der Knackpunkt:
bei 10% Abzinsung darf der Mehrpreis nur 2400 € betragen,
bei 5% Abzinsung 4800 €
....gegenwärtig kaum machbar.
Das Getriebe mit den E-Motoren geht vieleicht in Anbetracht des Wegfalls von Lichtmaschine, Starter und normaler Batterie gerade noch so zu null auf, aber 16 kWH Akku für 2400 € ?
....wohl eher nicht. Da müssen die Akkus noch sehr viel billiger werden.
Gruß SRAM
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
Hast ja recht. Das Diagramm war nur als Beispiel gedacht.45% wurden von den VW Pumpe-Düse 2.0 TDI im Passat 2005 erreicht (190 g/kWh).
Die Schiffsdiesel erreichen heute schon die 170 g/kWh. Ich war optimistisch, daß dieser Wert auch bei kleinen Diesel in absehbarer Zeit erreicht werden kann, insbesondere, wenn gleichzeitig der Betriebsbereich eingeschränkt werden darf.
Wie ist Deine Einschätzung ?
Gruß SRAM
170g sind meiner Meinung nach für PKW (und auch LKW, Off-Highway, Agriculture, C&I, ...) unerreichbar, gerade in Hinsicht der in Zukunft immer höheren Ansprüche an die Schadstoffe (die EU-Gesetzesvorlage zur Reinhaltung der Luft ist übrigens zum 1.1.2010 in die zweite Stufe gegangen und betrachtet nun auch die Stickoxidausstöße). Auch Schiffe werden in Zukunft (besonders in Küstengebieten) mit höheren oder zumindest gleichbleibenden Verbräuchen aufgrund niedrigerer Emissionen leben müssen.
Und nochwas zu den 190g/kWh beim VW. Ohne Zweifel, ein toller Wert für einen so kleinen Motor. Aber: im Gegensatz zu oben aufgeführten Branchen müssen im PKW-Sektor bei Volllast keine Abgasgrenzen eingehalten werden. Der für die PKW Branche angewandte NEFZ Zyklus betrachtet nur niedrige Teillast. Bei allem darüber sind die emittierten Schadstoffe "vogelfrei". Bei einem Motor der eigentlich nur "Aus" oder "Vollgas" kennt eröffnen sich da ganz neue Probleme ...
Sollte im PKW Bereich sich aber der Vollhybride durchsetzen, dann sehe ich das eher mit einem kleinen, preiswerten, optimierten Benzinmotor als mit einem teuren Diesel. Viel zu komplex ...
Gruß
Zwar nicht ganz nach was Drahkke sucht aber fast, aber es hat einen Diesel 😁 :
UPS Diesel Electric Hybrid Van (english text) immerhin 29% Ersparnis.
Gruss, Pete
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
Zitat:
Otto, Diesel und Stirling können theoretisch alle Carnot erreichen.
Das ist nicht richtig.
Die unterschiedlichen Kreisprozesse werden mit unterschiedlichen Prozesse (Isochoren, Isobaren, Isentropen etc.) um es einige zu nennen, realisiert. Dadurch sind sie theoretisch von Grund auf nicht gleich. Bei der Realisierung werden weitere Kompromisse in Bezug Wärmeübertragung, Reibung, Strömungsverluste u.s.w. gemacht, die einzelne Prozessschritte vom theoretischen Verlauf abweichen lassen. Daher ist die Aussage für "Otto, Diesel ...... Carnot erreichen." nicht richtig. Bei Abgastemperaturen von mehr als 800°C-900°C erübrigt sich die Diskussion über Wirkungsgrad.
Zitat:
Strling ist aber wegen der Trägheit der Wärmetauscherflächen auf niedrige Drehzahlen < 1000 U/min begrenzt, wenn hohe Wirkungsgrade gefordert werden. Für eine bestimmte Leistung wird das Aggregat also im Vergleich zu Diesel oder Otto sehr schwer.
Das ist auch falsch.
Ich habe selbst eine einfache Stirling mit 1800 U/min!
Weiterhin habe ich Stirling mit 24000 U/min selbst gesehen. Es gibt Strilings mit deutlich höheren Drehzahlen.
http://scitation.aip.org/.../GetabsServlet?...
Dieser Typ Stirlingmaschinen sind deutlich leichter als Diesel oder Benzin, da sie keine Reibung und keine Kolben besitzen. Man soll besser recherchieren, wenn man sich mit solchen Aussagen nicht blamieren will.
Zitat:
Darüber hinaus ist die heiße Fläche des Stirlings permanent auf hoher Temperatur, wodurch die Heißtemperatur auf die Dauerstandstemperatur des jeweiligen Werkstoffes begrenzt ist (selbst bei Nickel-Basis-Legierungen < 800°C). Demgegenüber kann bei Otto und Diesel die Maximaltemperatur der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit Luft (ca. 2400°C) voll ausgereizt werden.
s.o. Abgastemperatur. Die Thermodynamik lehrt, dass die max. mögliche Umwandlung von Wärme in nutzbarer Arbeit (Exergie) von den Arbeitstemperaturen (Carnot) abhängig ist. Die realisierten Maschinen erreichen niedrige Wirkungsgrade, da die einzelnen Prozessschritte auf Grund Verluste, Wärmeleitung etc. praktisch nicht realisierbar sind. Dies gilt gleichermaßen für alle Maschinen ohne Rücksicht, ob es sich um Otto Diesel, Stirling o.a. handelt. Daher wird die Effektivität an dem gemessen, wie nah man die einzelnen Prozessschritte an die theoretischen Prozessschritte führen kann. Dies ist erst mal die Voraussetzung um verschiedene Kreisprozesse miteinander vergleichen zu können. Das Temperaturverhältnis spielt eine untergeordnete Rolle beim Vergleich unterschiedlicher Kreisprozesse. Es gibt aber Maschinen, die sich sehr nah an die theoretischen Schritte nähern und das betrifft insbesondere den kolbenlosen Strirling.
Sonst ist die etwas antiquierte thermodynamische Erklärung o.k.
Gruß
TAC engine
@Frigenica
Warum argumentierst du eigentlich immer mit der Agasemperatur? Ohne die dazugehörige "Arbeitstemperatur" zu kennen ist die Abgastemperatur völlig nichtssagend über den Wirkungsgrad.
Gruß