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:
@Cupkake schrieb am 6. April 2016 um 16:09:25 Uhr:
Hmm, warum haben dann jetzt schon CNG-Motoren bessere NOx Werte als Diesel? 🙂
Weil CNG Motoren egal bei welcher Last nicht anfetten dürfen (maximale Abbrandgeschwindigkeit nahe Lambda=1) was eben ideal ist für einen simplen Dreiwege-Kat ist.
@LtLTSmash: NOx Zersetzung im mageren klappt nicht, weil sich der massiv vorhandene Sauerstoff auf die Katalysatoroberfläche legt und stupide Oxidationskatalyse macht. Im Fetten absorbiert das NOx auf dem Platin/Palladium, hat etwas platz, zersetzt sich zu absorbiertem N und absorbiertem "O" (belegt also zwei Zentren) und das absorbierte "O" macht dann CO, H2 und CxHy platt. Der Stickstoff diffundiert dann so lange auf dem Edelmetall rum, bis er sich als "N2" verabschieden kann. Bei einer vollständig durch Sauerstoff belegten Oberfläche kannst du sowohl die Diffusion als auch die zuvor notwendige Zersetzung von absorbiertem NOx vergessen.
Bei Gasturbinen fährt man soviel Luftüberschuss in die Flamme, dass die adiabate Flammtemperatur massiv absinkt oder hilft sogar mit Wasser. Kannst du beim Motor vergessen, da diese Flammen relativ langsam sind. Bei Stationärbetrieb kein so großes Drama wie beim Hubkolbenmotor.
das sind jet die detilierten Vorgänge im 3-Wege Kat. Ich kenn mich da nur oberflächlich aus, aber meine Aussagen waren ja nicht falsch, oder?
Zitat:
@GaryK schrieb am 7. April 2016 um 11:45:40 Uhr:
Bei Gasturbinen fährt man soviel Luftüberschuss in die Flamme, dass die adiabate Flammtemperatur massiv absinkt oder hilft sogar mit Wasser. Kannst du beim Motor vergessen, da diese Flammen relativ langsam sind. Bei Stationärbetrieb kein so großes Drama wie beim Hubkolbenmotor.
Die Flamme muss doch bei Laser- oder Korona-Zündung nicht mehr gar so schnell sein. Verdünnen des Gemisches geht auch durch Abgasrückführung.
Dummerweise ist eine langsame Flamme in einem Hubkolbenmotor ein Problem. Wirkungsgrad sinkt weil der Kolbenmitteldruck sinkt. Ich stehe dem ganzen Magergeraffel sehr skeptisch gegenüber, weil du einen 1a funktionierenden Kat plus problemlose Zündung durch ein nur bei tiefen Drehzahlen funktionierendes Prinzip plus nem NOx Speicherkat ersetzt. Was schlichtweg viel Geld kostet und IMHO zu wenig bringt. Guck dir den Ärger mit BMWs N53 Schichtladern an. NOx Sensoren und Speicherkats sind sackteuer wenn kaputt. NOx Speicherkats gehen genau wie DPF leider irgendwann über die Wupper, da es schwefelfreien Sprit (jedenfalls aus Rohöl) nicht gibt und sich der Schwefel als Sulfat in den NOx Speicherkats ansammelt.
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@GaryK,
sehr verständlich erklärt, das mit dem CNG. Eine Frage hätte ich noch. Es heißt die Ventile sollen bei Gasbetrieb zu warm werden.Liegt das an der inneren Kühlung durch Otto-Kraftstoff , die bei Gas fehlt?
Übrigens, wir hatten uns für den Neubau für ein Gas- Brennwertgerät (Viessmann Mirola) mit damals sehr niedrigen NOx Werten, infolge geringer Flammentemp. entschieden, obwohl 94 noch wenig Erfahrungen vorlagen.
Guck in meine Signatur, da ist ein Link. Die "Innenkühlung" durch Kraftstoffverdampfung ist nicht auszurotten. Bei Dragstern mit Methanol (geringer Brennwert, hohe Verbrennungsenthalpie) das das langsam relevant, nicht beim 08/15 Superbenzin-Otto.
Verdampfungsenthalpie zu Verbrennungsenthalpie stehen etwa 41 kJ/Mol zu 5400 kJ/mol bzw. 1 zu 131. Siehe http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?... ... Bei 2000° adiabater Flammtemperatur macht die Verdampfung gerade mal ne Abkühlung von 15°C. Wenn ein Auto das THERMISCH nicht aushält, dann sollte der nur im Winter mit kalter Ansaugluft fahren.
Bei Merc. war die innere Kühlung in den 60er 70ern das Geheimnis der Standfestigkeit am Brenner.
Bullshit, wieder mal.
Zitat:
@GaryK schrieb am 7. April 2016 um 11:45:40 Uhr:
Weil CNG Motoren egal bei welcher Last nicht anfetten dürfen
Warum das denn? Laufen mit Erdgas betriebene Motoren eigentlich auch mager? Ich frage deshalb, weil ich in den technischen Unterlagen gesehen habe, dass ein VW Eco - Up (Gasantrieb) eine Breitband, - der normale Up jedoch nur eine Sprunglambdasonde verbaut hat.
Ich habe mal gelesen, das CNG-Motoren extrem gut magerlaufähig sind, umgekehrt gilt das nicht.
@GaryK
Warum werden dann die Ventile hitzefest gemacht und sogar spezielle Zündkerzen verwendet, wenn es da nur um 15 Grad Unterschied geht?
Zitat:
@Cupkake schrieb am 10. April 2016 um 14:50:03 Uhr:
Ich habe mal gelesen, das CNG-Motoren extrem gut magerlaufähig sind, umgekehrt gilt das nicht.@GaryK
Warum werden dann die Ventile hitzefest gemacht und sogar spezielle Zündkerzen verwendet, wenn es da nur um 15 Grad Unterschied geht?
Er spricht ja vom Kühleffekt im Moment des Ansaugens. Die Verbrennungsendtemperatur ist aber im Gasbetrieb höher, deshalb wird der Motor thermisch mehr belastet. Besonders davon betroffen sind die Auslassventile die man bei solchen Motoren eben thermisch stabiler auslegen muss. Bei den Zündkerzen ist eben der Elektrodenabbrand beschleunigt.
Ja und die Plasmazündung (Corona/Laser) hat hier Vorteile, auch in Sachen Verschleiß. Man merkt das, wenn die Zündkerzen verschlissen ist. Im Leerlauf zuckt es dann. Tauscht man die Zündkerzen, ist das vorbei.
Zitat:
@Cupkake schrieb am 10. April 2016 um 14:50:03 Uhr:
@GaryK
Warum werden dann die Ventile hitzefest gemacht und sogar spezielle Zündkerzen verwendet, wenn es da nur um 15 Grad Unterschied geht?
Was ist für dich "Hitzefest"? Bei Erdgas fehlen sämtliche Additive des Benzins, die der "Valve Seat Recession" entgegenwirken. Und die spezielle Zündkerze brauchst du, weil die Oktanzahl sehr hoch ist und entsprechend hast du eine Zündunwilligkeit. Was sich auch anhand von steigenden Durchbruchspannungen des Zündfunkens nachmessen lässt. Typisch haben die CNG Kerzen einen verringerten Kontaktabstand, das steigert die Feldstärke.
Ja eben. Und deswegen braucht man neue Zündysteme. Um das magere Gemisch (weniger Verbrauch) zuverlässig zu entzünden.
CNG sollte auch bei Lambda=1 weniger Kontaktabstand haben, mit "Mager" hat das erst mal nichts zu tun.