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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Zitat:
@Rael_Imperial schrieb am 6. April 2016 um 09:41:23 Uhr:
Aber wirklich durchgesetzt hat sie sich trotzdem nicht.
Warum denn nicht?
Schau Dir mal die Fotos hier an, dann ahnst Du es:
http://www.motor-talk.de/.../...enwellen-positionssensor-t4502564.html
Ui, danke für den Link, sieht viel zu teuer aus, um sich durchzusetzen. 😁
Aber heutzutage wäre das sicherlich deutlich kleiner und billiger machbar.
Nicht wirklich. Kondensatoren lassen sich kaum kleiner machen. Die IGBTs auch nicht.
Mal so ein paar Randbedingungen: Die Elkos an den Netzteilen (Bild 3) hatten (in den Prototypen) 100 uF/200 V/125°C (oder etwas mehr?? Lange her.). Das Ganze hängt direkt am Motor, wo es eh schon kuschelig warm ist. Obendrein müssen die Elkos noch einen recht hohen Ripplestrom verkraften. Das war schon hart an (oder leicht über 🙄) der Spezifikation der Bauteile. Oder die IGBTs: 1800 V. Strom weiss ich nicht mehr auswendig, war aber im zig-Ampere-Bereich. Oder die blauen Folienkondensatoren (Bild 4). Auch für die gilt: 1800 V, hohe Ströme, eigentlich viel zu heiss. Da waren schon ein paar "Herausforderungen" zu stemmen ....
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Welche Frequenz wurde denn hier für Wechselstrom benutzt? Durch eine Ehöhung der Frequenz kann man schon ordentlich verkleinern. Dann können auch kleinere Keramikkondensatoren oder Tentalkondensatoren benutzt werden. Was haben die Kondensatoren im Ausgang der Spulen zu suchen? Die dürften doch eher nur die Eingangsspannung übernehmen und damit keinen 1800V ausgesetzt sein.
Vergleich mal häutige Handynetzteile mit Netzteilen von vor 20 Jahren. Oder PC Netzteile, wenn es etwas mehr sein darf. Über 1000W aus einer kleinen Box. Geht nur wegen der hohen Schaltfrequenz 😉
Richtig! Deshalb läuft die Wechselstromzündung auch mit rund 20 kHz (soweit ich mich erinnere). Tantal und Keramik fallen da komplett aus, die machen nur dicke Backen.
Doch, die Folienkondensatoren hängen mit an der Primärseite der Zündspulen und bilden mit diesen zusammen den Schwingkreis. Deshalb bekommen die nicht nur die volle Spannung, sondern auch noch den vollen Strom ab.
Das lohnt sich besonders bei Gasmotoren. Denn bei magerer Gemischbildung kann die Zündkerze irgendwann nicht mehr zuverlässig zünden.
Auch hier gibt es eine Plasmabildung. Man brennt das Gemisch einfach richtig durch, übrig bleibt fast nichts mehr an Schadstoffen. Ein Problem mit Stickoxiden gibt es bei hoher Kompression und Magerbetrieb daher nicht, genau wie bei der Laserzündung.
Tja der Dieselmotor braucht für sowas AdBlue und für den Feinstaub den DPF. Keine elegante Lösung. 🙂
Zitat:
@towe96 schrieb am 2. April 2016 um 14:17:53 Uhr:
Zitat:
@andi_sco schrieb am 2. April 2016 um 12:41:24 Uhr:
Was macht eigentlich der elektrische Turbo bei Audi?Der ist da, im neuen SQ7.
900 Nm von 1000-3250 rpm.
Video
Flash Player?
https://www.youtube.com/watch?v=TIMwPKOIAws
Der zweite Abgasturbolader wird also über das Audi Valveliftsystem an-/ausgeschlatet.
Zitat:
@Cupkake schrieb am 6. April 2016 um 15:17:08 Uhr:
Auch hier gibt es eine Plasmabildung. Man brennt das Gemisch einfach richtig durch, übrig bleibt fast nichts mehr an Schadstoffen. Ein Problem mit Stickoxiden gibt es bei hoher Kompression und Magerbetrieb daher nicht, genau wie bei der Laserzündung.
Doch. Das Problem ist immer noch so hoch, dass ein solcher Motor ohne Speicherkat nicht klarkommt. Guck dir die verschiedenen Mechanismen der Stickoxidbildung an, die sind nicht alle zu vermeiden.
Hmm, warum haben dann jetzt schon CNG-Motoren bessere NOx Werte als Diesel? 🙂
Die Verdichtung liegt schon bei 12,5:1. VW hatte sogar ein Modell mit 14:1.
Dabei geizen die Hersteller mit AdBlue. Heisst, im realen Betrieb ist es noch schlimmer bei den Diesel bezüglich NOx.
wil CNG Motoren einen 3 Wege Kat haben und Diesel bislang meist nur nen Oxi Kat
Der 3 Wege-Kat ist aber vergleichsweiße billig. Und zum Oxi-Kat kommt ja noch das Ad Blue-System?
Exakt, die abgasnachbehandlung eines bei lambda 1 laufenden (otto)motors ist relativ günstig mit einem 3 Wege Kategorie machbar während dies bei einem mager laufenden Motors (wie der Diesel eben) nicht klappt, da ein Überangebot von Sauerstoff im Kat herrscht und die HC und CO leichter mit diesem reagieren als ihn aufwendig aus der NOx Reduktion zu gewinnen. Dies ist mit ein Grund warum sich die mager Ottos sich nicht durchgesetzt haben.
Man muss ja nicht gleich so extrem abmagern. Die Stickoxide kriegt man anders in den Griff. Entweder mit den optischen Zündverfahren, oder man spritzt Wasser zur Kühlung ein.
Die Verfahren um Stickoxide im Rohbgas zu minimieren senken meist auch den Wirkungsgrad, was ja wieder kontraproduktiv ist. Beim Laser hatten wir ja schon drüber gesprochen, das mir zumindest nicht klar ist, wie in einem magerem Gemisch dadurch die NOx Bildung nenneswert verringert werden soll. Sobald sich Sauerstoff und Stickstoff in einem Raum mit über 1000°C befinden Bildet sich NOx, je heißer je schneller. Ich wüßte nicht, wie eine Lasezündung das verhindern könnte. Und Methoden, die die Spitzentemperatur senken, senken eben meist (immer?) den WIrkungsgrad.