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.
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Elektroautos wie der Tesla Model S verbrauchen im Stadtverkehr nach US-EPA Messungen etwa 38 kWh je 100 Meilen, also 23 kWh je 100km (http://www.fueleconomy.gov/feg/findacar.shtml. Leichtere liegen etw bei 17-18 kWh im Stadtzyklus. Ein A3 1.8 TFSI als klassischer Downsizer liegt bei 3.8 Gallonen je 100 Meilen. Was von Indianermaßen auf metrisch gerechnet etwa 8.7l auf 100km ist. Brennwert der 8.7 Liter Benzin mit 8,9 kWh/l: 77 kWh. Mittlerer Wirkungsgrad somit 30%. Spritmonitor sagt 8.2l
Nach US Zyklus gerechnet und nicht dem bescheuerten NEFZ - dort läge der A3 1.8 TFSI gerade mal bei 6.7l je 100km. Im NEFZ liegt der Tesla Model S bei 17 kWh, der A3 bräuchte 59 kWh Primärenergie. Was relativ gesehen wieder mal 28% ergibt. Mit dem durchschnittlichen Wirkungsgrad der klassischen Verstromung von etwa 40% wird der Ottomotor geschlagen. Bis man an der Tanke bzw. Ladestation steht 😉
Und man sieht wieder - die US EPA Verbrauchsangaben sind klar realistischer als NEFZ.
Anhand welcher Daten berechnest du denn den Wirkungsgrad vom Audi? Eingesetzte Energie ist bekannt, aber woher hast du die Angabe der geleisteten Arbeit?
Aus dem Quervergleich mit dem Tesla Model S. Nutzwert ist ähnlich, auch wenn der prinzipbedingt schwerer als ein A3 ist. Der kleine und leichtere Renault Z0E kommt auf 14 kWh NEFZ statt deren 17 wie der Tesla, aber formal kaum 200km weit - ab 120 km wirds praktisch gesehen bereits eng.
Eigentlich müsste aus dem NEFZ und Masse, sowie Cw*A gleich die mechanische Arbeit zu errechnen sein. Hab so eine Tabelle leider nicht. Ist zudem problematisch die Masse praktisch einfach zu übersetzen - Mit 100 kg Akku kommste nicht weit (vergleichbares Systemgewicht). Packst du aber ausreichend Akku für leidlich vergleichbare Reichweite rein, so hast du die 1t Marke alleine beim Akku in Sicht.
Moin
Auch son 800 PS Tesla fährt im Bekanntenkreis umher. Im normalen Verkehr spricht er von knap 20 kWh, auf der Bahn werden es dann auch gerne mal 30.....
Ltl
Na klar kenne ich Muscheldiagramme. Unter Idealen Bedingungen nimmt da ein Benziner kaum mehr als ein Diesel. Nur bewegt man ihn selbst in einer 280 g Kurve nur selten, da die meisten zu Zaghaft gas geben, oder einen zu hohen Gang wählen.
Moin
Björn
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Zu niedrigen Gang.
Der Tesla könnte 1800PS haben, in Tellast verbraucht der trotzdem kaum mehr.... Zudem hat der mit seinem 1-Gang Getriebe ein Problem - der Motor rennt bei hohem Speed in reichlich Feldverluste rein, da der Frequenzumrichter den Motor zwecks Drehzahl deutlich jenseits seines Auslegungspunktes zwingt Sobald du einen E-Motor aber deulich höher drehst, gewinnt der zwar noch Drehzahl, aber verliert zugleich ordentlich Drehmoment und die Verluste steigen. Dadurch hat der Tesla etwa in der Mitte seines Geschwindigkeitsbereichs den größten "Wumms". Siehe http://www.cbcity.de/zur-laengsdynamik-des-tesla-roadster-s
Zitat:
@GaryK schrieb am 22. März 2016 um 21:12:15 Uhr:
Aus dem Quervergleich mit dem Tesla Model S. Nutzwert ist ähnlich, auch wenn der prinzipbedingt schwerer als ein A3 ist. Der kleine und leichtere Renault Z0E kommt auf 14 kWh NEFZ statt deren 17 wie der Tesla, aber formal kaum 200km weit - ab 120 km wirds praktisch gesehen bereits eng.Eigentlich müsste aus dem NEFZ und Masse, sowie Cw*A gleich die mechanische Arbeit zu errechnen sein. Hab so eine Tabelle leider nicht. Ist zudem problematisch die Masse praktisch einfach zu übersetzen - Mit 100 kg Akku kommste nicht weit (vergleichbares Systemgewicht). Packst du aber ausreichend Akku für leidlich vergleichbare Reichweite rein, so hast du die 1t Marke alleine beim Akku in Sicht.
Ach so, ist abgeschätzt. Gut, ich dachte schon solche Daten wären offen zugänglich. Mitgegeben wird die radlast ja prinzipiell, wobei dabei natürlich der Wirkungsgrad von Motor inkl antriebsstrang berechnet werden kann. Der Motor allein dürfte ja noch ein wenig drüber liegen. Aber gut, das sind jetzt schon die Details.
Zitat:
@Friesel schrieb am 22. März 2016 um 21:13:18 Uhr:
Na klar kenne ich Muscheldiagramme. Unter Idealen Bedingungen nimmt da ein Benziner kaum mehr als ein Diesel. Nur bewegt man ihn selbst in einer 280 g Kurve nur selten, da die meisten zu Zaghaft gas geben, oder einen zu hohen Gang wählen.Moin
Björn
Gut, neben der Fahrweise an sich hängt basiert natürlich von der richtigen motorwahl ab. Wenn ich z.B. ein moderates fahrprofil habe (fließend bei moderaten Geschwindigkeiten) und nur ab und zu Power brauche um nennen LKW zu überholen (was so ein Profil ist, was zu den Bewohner von ländlichen Regionen passt) dann sind hier die donnerstags eine gute Wahl. Ich denke hierbei wird z.B. ein 1l turbo in einem kompakten relativ häufig genau in dem Bereich liegen. Klar, der größte Motorwird das wohl nicht scschaffen, aber der hat halt anderswo Vorteile.
Zitat:
@Cupkake schrieb am 18. März 2016 um 20:22:03 Uhr:
Ich sehe das so. Die Hersteller halten so lange es geht an alter Technologie fest, um dem Kunden am Krug zu halten.
Zumal es hier um eine technische Neuerung geht, welche dem Hersteller bei entfallenden Wartungsarbeiten Einnahmen kostet. Ob es besser für den Verbraucher und die Umwelt ist, ist den Herstellern letzendlich egal.
Das System ist überlegen!
Und Psio kann vielleicht mal erklären, warum die Laserzündung Schwachsinn ist?
http://www.photonik.de/.../274490
- Bis zu 70 weniger Stickoxide bei magerem Gemisch
- Bis zu 25% weniger Verbrauch
- Komponente muss nicht wie die Zündkerze gewechselt werden
Wenn man diese Neuentwicklungen nicht bringt, verliert der Verbrennungsmotor wirklich gegen den E-Motor. Denn die Akkumulatoren, die Schwachstelle der heutigen E-Autos, werden besser und günstiger.
Lieber Cupcake,
ich glaube Du bist einer von der Spezies: Ich lass mich durch einfache Werbebotschaften überzeugen! Damit scheinst Du für alle scheinbare Weltverbesserungstheorien empfänglich zu sein. Ungeprüft und egal was dahinter steckt!
Seit mehr als 150 Jahren forschen und entwickeln Heerscharen von Technikern am Verbrennungsmotor und nun kommt der kleine Cupcake daher und sagt: Alles Pillepalle!! Die Lösung aller Probleme steht doch im Internet, warum seid Ihr so doof?
Lass Dir gesagt sein: Wenn ein Motorenhersteller eine Lösung hätte die technisch funktioniert und, jetzt kommt das Wichtige: Auch zu vertretbaren Kosten Produziert und mit hoher Zuverlässigkeit auf dem Markt etabliert werden kann, dann würde das diese Firma auch tun!
Deine genannten Innovationen (sofern sie welche sind) sind deshalb noch nicht auf dem Markt, weil sie die oben genannten Bedingungen nicht erfüllen.
Hast Du Erfahrung in der technischen Entwicklung? Kennst Du Jemanden der daran arbeitet? Mir scheint, Du bringst die einfachsten Zusammenhänge hier nicht auf den Punkt.
Dann bringst Du immer wieder das Thema Gas ins Spiel.
Methan: Extrem Umweltschädlich, wird sich garantiert nicht durchsetzen. Und wie soll es gewonnen werden? Durch Algen? Hast Du eine ungefähre Vorstellung, wieviel davon produziert werden müsste?
LPG: Gibt es nur, wenn auch Benzin und Diesel produziert wird.
Erdgas: Wo kommt es her? Genau, hauptsächlich aus Russland. Wollen wir das? Ausserdem ein Fossiler Energieträger und damit endlich.
Biogas: "Soviel können die Menschen gar nicht sch.... wie sie müssten um das Gas für die Mobilität zu produzieren". So hat mit das ein Energieexperte mal erklärt. Pflanzliche Abfälle? Ja, könnte man machen, man durchbricht aber einen natürlichen Kreislauf. Es fehlen dann der natürliche Dünger. Extra Mais, Zuckerrohr, Palmölpflanzen anbauen? Da haben wir ja schon gelernt, dass das großer Unfug ist und die menschen, zumindest hierzulande nicht mitmachen.
Grundsätzlich zum Thema:
Ich denke, dass der Verbrennungsmotor einen (sehr) langsamen Tod sterben wird. Andere Technologien werden sich nicht aufhalten lassen und das ist auch gut so.
Mittelfristig wird es wohl der E-Antrieb sein, der sich einen großen Anteil sichern wird. Ja, die Akkutechnik ist noch sehr verlustbehaftet aber alleine die Tatsache, dass lokal keine Emissionen beim Betrieb der Fahrzeuge entstehen (Feinstaub, NOx) ist ein gewaltiger Vorteil. Selbst wenn der Strom aus einem Kohlekraftwerk kommt, lassen sich die Abgase hier besser unter Kontrolle halten als in jedem einzelnen PKW. Kommt der Strom aus regenerativen Energien, spielen auch die Verluste der Akkus eine kleinere Rolle, d.h. sie wirken sich nicht so umweltschädlich aus.
Der E-Antrieb hat den Vorteil, dass er das Fahrzeug weniger kompliziert macht. Und alleine dieser Gedanke ist schon sehr sexy.
Brennstoffzelle? Denke nicht, dass sich die hauptsächlich durchsetzen wird. Zu kompliziert, zu teuer. Und die spannende Frage: Wo kommt der Wasserstoff her und unter welchen Bedingungen und welchem Aufwand wird er produziert?
Und wo kommt der Strom für die Akku's her? Die frage ist genauso "spannend" wie die Herstellung des Wasserstoffs. Beides ist technisch umweltfreundlich machbar, rentiert sich aber im Moment noch nicht. Spätestens wenn die fossilen Brennstoffe so knapp werden, dass sie teurer sind, wird es sich rentieren.
Die Technologie entwickelt sich auch weiter und die Brennstoffzellen werden auch günstiger.
Hi,
bei der Brennstoffzelle geht halt über die Wasserstoffherstellung bis zur Erzeugung vom Strom im Fahrzeug locker 50% verloren gegenüber der direkten Speicherung und Nutzung im Fahrzeug.
Zweifelhaft ob sich das wirklich durchsetzt.
Schon mit der heutigen Akkutechnologie sind locker 1200km am Tag und mehr drin. Der Tesla schafft mit einer Ladung locker 300km und nach 15-20 min am Supercharger reicht es dann für weitere 300km. Bei entsprechender Ladeinfrastruktur selbst für Vielfahrer akzeptabel.
In 5-10 Jahren sind zuverlässige 500km pro Ladung bei deutlich günstigeren Akkupreisen keine Utopie und das reicht dann wirklich für fast jeden. Wenn dann wirklich noch ein geringer Prozentsatz auf mehr Reichweite angewiesen ist lohnt es sich nicht diese auf Brennstoffzelle umzustellen,da kann man auch beim Verbrenner bleiben.
Gruß Tobias
Zitat:
@Cooperle schrieb am 23. März 2016 um 08:50:50 Uhr:
Dann bringst Du immer wieder das Thema Gas ins Spiel.
Methan: Extrem Umweltschädlich, wird sich garantiert nicht durchsetzen. Und wie soll es gewonnen werden? Durch Algen? Hast Du eine ungefähre Vorstellung, wieviel davon produziert werden müsste?LPG: Gibt es nur, wenn auch Benzin und Diesel produziert wird.
Erdgas: Wo kommt es her? Genau, hauptsächlich aus Russland. Wollen wir das? Ausserdem ein Fossiler Energieträger und damit endlich.
Methan ist genau wo umweltschädlich? Treibhausfaktor nicht unerheblich, aber limitierte Aufenthaltsdauer in der Atmosphäre, ungiftig, Viehzucht ist eine sehr nennenswerte Emissionsquelle neben auftauendem Permafrost.
LPG fällt zudem als Kompressorkondensat der Erdgasförderung an. Zudem lassen sich sowohl Methan genau wie Methanol und LPG aus theoretisch überschüssigem Strom erzeugen. Da man Strom aktuell mit etwa 70% speichern könnte (CAES) sind die Verluste nach wie vor nennenswert, aber halb so wild im vergleich zu "dann produzieren wir eben nichts".
Zitat:
Ja, die Akkutechnik ist noch sehr verlustbehaftet aber alleine die Tatsache, dass lokal keine Emissionen beim Betrieb der Fahrzeuge entstehen (Feinstaub, NOx) ist ein gewaltiger Vorteil.
Trifft auf Gas genau wie Methanol und Ethanol zu.
Zitat:
Selbst wenn der Strom aus einem Kohlekraftwerk kommt, lassen sich die Abgase hier besser unter Kontrolle halten als in jedem einzelnen PKW.
Aktuell kommen etwa 5.3 mg/kWh Stickoxide aus dem Kraftwerk. Bei 15-25 kWh/100km ist das um eine Zehnerpotenz mehr, als Ottomotoren emittieren.
Zitat:
@kev300 schrieb am 23. März 2016 um 10:35:16 Uhr:
Und wo kommt der Strom für die Akku's her? Die frage ist genauso "spannend" wie die Herstellung des Wasserstoffs. Beides ist technisch umweltfreundlich machbar, rentiert sich aber im Moment noch nicht. Spätestens wenn die fossilen Brennstoffe so knapp werden, dass sie teurer sind, wird es sich rentieren.Die Technologie entwickelt sich auch weiter und die Brennstoffzellen werden auch günstiger.
Dir ist schon klar, welch riesige Mengen Energie notwendig sind um Wasserstoff zu erzeugen?
nennt sich power to gas? und wird schon gemacht? vielleicht beschweren sich unsere nachbarländer dann weniger weil ihre netze zusammenbrechen weil deutschland bei günstigen bedingungen enorme überschüsse die durch wind und solar entstehen in deren netze presst.
Moin
Rael
Zitat:
Zu niedrigen Gang.
Danke, natürlich meinte ich zu niedrigen Gang, zu hohe Drehzahl war im Gedanken, der Gang dann in den Fingern. Dank an dich.
LtL
Zitat:
Gut, neben der Fahrweise an sich hängt basiert natürlich von der richtigen motorwahl ab
Ungefähr das ist es ja, was VW mit den kleinen Motoren versucht. Leider macht er da die Rechnung ohne den Menschen, denn dank Turbo haben diese Motoren unheimlich viel durstige Leistung. Würde man die wirklich nur nutzen zum kurzen Beschleunigen, ich denke er wäre sparsamer zu fahren. Das gleiche macht ja, nur besser, genau der Hybrid. Einen Motor den ich lange in guten Verbrauchsbereichen halten kann, den ich sogar Drehmomentschwach, dafür auch Verbrauchsarm (Attkinson) konstruieren kann, und die Leistung kommt dann aus den E-Motoren. Die Hybride zeigen leider immernoch, wie es sparsam, einfach und vor allem haltbar funktioniert. (Ich kenne mehr DSGs und Turbos die kaputt gehen, als Hybride)
Ich kann Garys Link da nur recht geben, genau das Problem haben Hybride auch. Wenn jemand mit fährt hört man oft wie lahm doch die Beschleunigung ist bis 100. Wenn diese Menschen dann ihren Golf nehmen, gibts oft große Augen, weil sie einfach nicht vorbei kommen. (Alles bis 100) Die Beschleunigung ist ähnlich, fühlt sich aber nur bie um 40 kmh dolle an. Danach bleibt die Motorleistung exakt gleich, die Fahrwiderstände aber steigen. Beim normalen Schalter wackelt man bei jedem Schalten ein wenig mit dem Kopf, wow, Beschleunigung, beim Hybrid aber nimmt die Beschleunigung einfach nur langsam aber sicher ab. Übertrieben fühlt es sich an, nach dem kurzen aber heftigen Antritt, als würde man bremsen.
kev
Egal wie, die Brennstoffzelle verbrennt unheimlich viel Energie, bis sie Wasserstoff zum verarbeiten hat. Ihr Wirkungsgrad ist in den letzten 100 Jahren halt immer schlechter geblieben als der von Akkus.
Im 2. weltkrieg gab es allerlei Versuche mit Wasserstoff-Motoren. Flugzeuge, Torbedos, U-Boote. Alles wurde versucht diese mit Wasserstoff zu betrieben. Beim U-Boot ist der Typ XXI wohl der bekannteste, dieser wurde sogar für den Einsatz von Wassertoff konstruiert. Man hat dann aber den Raum für die Wasserstofftanks genommen und Batterien eingebaut, wodurch ein sehr ausdauerndes Unterwasserboot gebaut wurde, welches sich erstmal wirklich U-Boot nennen durfte. Unter anderem weil es unter Wasser annähernd so schnell fuhr wie über Wasser.
Aber warum hat man damals wohl gewechselt, und wieder Batterien genommen anstatt Wasserstoff? Ein Grund war der enorme Energiebedarf um die Tanks wieder mit Wasserstoff zu füllen. Dieser war wesentlich höher als z.B. bei Batterien für die gleiche Energiemenge. (Explosionsgefahr kam tatsächlich erst dann)
Die Amerikaner haben nach dem Krieg den Walterantrieb mitgenommen, aber nie verwendet, sie setzten auf Atom. Das ist der Grund warum die Kieler HDW nach den 90ern den Walter zurück bekam und eines der besten nicht Atom U-Boote der Welt bauen konnte.
Die Konstruktion des Typ XXI war so gut, das es in vielen Marinen bis in die 90er eingesetzt wurde, aber nie mehr mit Wasserstoff.
Moin
Björn