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:
@Kommunikinski schrieb am 30. April 2016 um 13:22:37 Uhr:
Für die Batterie gibt es jetzt eine neue Technologie: Ladezyklen
Habs gelesen. Das ist blöderweise nur ein Proof of Principle, von der Serienreife einige Jahre entfernt. Die Fertigungstechnik muss auch erst entwickelt und "debugged" werden. Zudem haben die Materialien noch andere Anforderungen - je kleiner der Akku, desto höher ist die relative Stromlast und das muss der Speicher erst mal können.
Das PRT aus den 50er jahren ist wieder aktuell.
Turbo Compound macht Scania ja schon länger. Ist aber nur bei Nutzfahrzeugen interessant weil da die Drehzahlbanden kleiner sind. Das ganze könnte man auch mit einem Generator koppeln. Die Frage ist halt was kostet es und was bringt es. Im Bereich NFZ sind ein paar Prozent Spritersparnis schnell richtig viel Geld, da darf dann auch die Anschaffung etwas mehr kosten. Das ist im PKW Bereich halt anders. Da zählen Optik, Haptik, Touch-Screen, Apps und Online Zugang im Fahrzeug mehr.
Moin
Im Bereich des LKW wird der Turbocompound auf die Schwungscheibe gelegt, beim KWK Motor ists ein eigener kleiner Generator.
Dieser bringt dort, meine ich, um die 20 kW, bei einem 250 kW Verbrennungsmotor. Ist nicht die Welt, aber immerhin 8% mehr an Wirkungsgrad.
Im PKW, solange es nicht zum reinen RE genutzt wird, taugt es nichts, funktioniert nur bei Konstanten Drehzahlen.
Moin
Björn
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In der SZ steht ein "Nachruf" auf das 37. Internationale Wiener Motorensymposium.
VG myinfo
SZ, 7. Mai 2016, 00:00 Uhr
Neue Motorenkonzepte
Der Diesel bleibt am Leben
"Vier Turbolader bei BMW, elektrische Unterstützung bei Audi: Wie die Hersteller versuchen, die Zukunft des totgesagten Antriebs zu retten.
Analyse von Joachim Becker
Abgas-Skandal, Rückrufe und steigende Rabatte: Diesel haben ein Problem - nur auf dem 37. Internationalen Wiener Motorensymposium nicht: "Vermeiden wir es, auf die Fehler der Vergangenheit zu schauen und richten unseren Blick in die Zukunft", gibt der Gründer und Tagungsleiter Hans Peter Lenz gleich zu Beginn die Richtung vor.
Dabei ist in den vergangenen Monaten eine Epoche zu Ende gegangen. In Wien wurde alljährlich das Hochamt des modernen Selbstzünders gefeiert. Sein Siegeszug spiegelte sich in den sendungsbewussten Ansprachen von Ferdinand Piëch und dessen VW-Granden wider. Die Elektrifizierung des Antriebs galt auf dem Motorensymposium bestenfalls als Hilfswissenschaft. Daran scheint sich bis heue wenig geändert zu haben:"Neue Dieselmotoren lassen alle Register spielen und liefern durch zahlreiche Innovationen einen Beweis für ihr großes Potenzial an Fortschritten", jubelt der 82-jährige Lenz. Bei batterieelektrischen Antrieben zeigt der Doyen der Motorenentwickler wenig Zuversicht: "Hier erfolgte heuer kaum ein geeigneter Input, offenbar gibt es keine wesentlichen neuen Erkenntnisse und ohnehin kaum Interesse von Kunden trotz angekündigter Subventionierung.
(...)
Vorsprung durch traditionelle Technik also? Nein, denn als Alleinunterhalter ist der klassische Verbrenner angezählt
: Einen Nachfolger mit fünf Turboladern wird es auch bei BMW nicht geben. Audis erste 48-Volt-Elektrifizierung ist ohnehin mehr Show- als Effizienzprogramm. Ab Herbst 2017 soll der neue A8 die nächste 48-Volt-Stufe zünden: Die Kombination des E-Turbos mit einem Riemenstarter-Generator soll bis zu 20 g/km CO? sparen.
"Ohne Elektrifizierung des Verbrennungsmotors geht in Zukunft nichts mehr", das muss auch Tagungsleiter Lenz in Wien zugeben."
Anstatt hoch effziente, sauberere und leise CNG-Motoren zu bauen, setzt man weiterhin auf knatternde Drecksdiesel.
Zitat:
@Cupkake schrieb am 8. Mai 2016 um 09:21:02 Uhr:
Anstatt hoch effziente, sauberere und leise CNG-Motoren zu bauen, setzt man weiterhin auf knatternde Drecksdiesel.
Naja, Tesla zeigt die Richtung an in die es gehen könnte.Über 300 000 angezahlte Best. in einer Woche bei Prod. Beginn anf. 2017. Das grössere Modell S mit 750 PS und ca.900 Nm , in 3,2sek auf 100. mit Laufzeit von 500km(Werksangabe) bei moderatem Leistungseinsatz, Allradantrieb, 8 Jahre Garantie auf alles Elektrische ohne Km-Begrenzung, kostenloses Laden an Tesla Säulen. In 25 Min. sollen 80% geladen sein, soweit ich erinnere.
Leider hat die dt. Industrie die Entwicklung verschlafen. Die Reichweiten liegen bei 150km.
CNG ist ein endlicher, fossiler Energieträger mit CO2 Relevanz, davon wollen wir weg.Die Zukunft sind erneuerbare Träger und bessere Speichermedien.
CNG ist aber der sauberste Kraftstoff den es gibt. Die konventionellen Reserven sind 4-5mal soch wie bei Erdöl!
Und man kann ihn regenerativ ohne Umweltschädigung herstellen, mit E-Gas.
Sicher ist E-Mobilität ein wichtiger Bestandteil, gerade in der Stadt. Nur werden nicht alle elektrisch fahren können und wollen.
Deswegen sehe ich einen Mix au Benzin-Hybrid, CNG (LNG für LKW) und E-Mobilität.
Und Kraftwerke laufen müssen auch erst den Strom erzeugen, es wird noch 30 Jahre dauern, bis wir 100% regenerativ versorgt werden.
Für kleines Geld lohnt es sich daher, CNG-Motorten, die Druckspeicher weiter zu entwicklen und das Tankstellennetz auszubauen. Sauber, wirtschaftlich und ganz sicher erschwinglicher, als E-Mobile.
Aber, in der Stadt haben natürlich E-Autos imense Vorteile. Nur wenn man allen darauf setzt, schafft man sich neue Probleme.
Na ja, Tesla ist derzeit das Hobby Projekt eines Milliardärs, der die Kohle hat die Verluste aufzufangen. Daher bleibt erst mal abzuwarten, ob das Konzept wirklich aufgeht und er eines Tages nicht mehr drauflegen muss (gibt halt auch Firmen die Gewinn abwerfen müssen)
Und zu CNG, nein es ist kein endlicher fossiler Energieträger, da es mehrer möglichtkeiten gibt Methan herzustellen und des weiteren löst die verwendung von E-Autos das prinzipielle Energieroblem nicht, denn der Strom wird derzeit noch größtenteils aus eben endlichen Rescourcen gewonnen. Well to Wheel wird der Verbrenner sogar, je nach Fahrprofil, manchmal besser als das E-Auto sein.
Richtig - "manchmal". Gerade bei Kurzstrecke. Benzin oder Diesel haben etwa 11 kWh Brennwert je Kilogramm, wenn das etwa 20-25% in Wellenarbeit umgewandelt wird, so kommen am Ende etwa 2-3 kWh an der Welle mechanisch hinten raus. Moderne Li-Ionenakkus haben mittlerweile 200-250 Wh/kg, also etwa 1/10tel dessen was ein klassischer Brennstoff bietet. Allerdings nahezu verlustfrei an einer Welle mechanisch abrufbar.
Erdgas hat etwa 11 kWh/m³. Das sind je nach Gasqualität rund 13-14 kWh/kg ... blöderweise ist der Druck "nur" bei typisch 200 bar. 11 kWh je 1000l und bei 200 bar betankt sind 11 kWh je 5l bzw. 2.2 kWh je Liter. Was nur 1/5tel dessen ist, was Benzin bietet. Das wiederum zu 20-25% effektiv in Wellenarbeit umgewandelt ergibt gerade mal das doppelte dessen, was ein moderner Akku bietet. Allerdings mit weit kürzeren "Ladezeiten" als dieser. Mehr Druck kostet am Ende nur Kompressionsverluste, denn die sind ganz sicher weg.
Wenn sich "Elektro" durchsetzen soll, dann muss das Problem der "Laternenparker" gelöst sein. Als Bestverdiener mit Eigenheim und eigener Solaranlage nen Tesla "CO2 neutral" zu betanken ist leicht. Übersehen wird, dass alleine die Wohnlage am Ende CO2 kostet und diese Klientel ist nicht die Masse der Autofahrer. Es kann nicht jeder Autofahrer aus einem Doppelverdienerhaushalt Typ "Oberstudienrat" sein, der als Landesbeamter niemals seinen Hintern aus dem Dunstkreis des aktuellen Arbeitsortes wegbewegen muss.
Der Hubkolbenmotor ist ausgereizt - die letzten paar Prozent Wirkungsgrad kosten halt ein Höllengeld. Daher wird vermutlich nicht mehr viel kommen. Egal ob die Chinesen nun "Freevalve" umsetzen. Als Hybrid ist Freevalve Sinnlos, bei einem leidlich stationären Betriebspunkt reicht halt eine starre Nockenwelle und die Baugröße ist bei einem Generator mit einer mittleren Leistung unter 40kW kein Thema.
@GaryK
Es wird aber an neuen CNG-Speicherverfahren gearbeitet, die in der Praxis schon funktionieren.
Diese haben ein enormes Potenzial!
1. MOFs (metal organics frameworks)
2. DLR-Wabentank
Enorm viel Potenzial. Bei den Tankstellen ist auch nicht das letzte Wort gesprochen.
Es gibt modernere weil kompakte Systeme, die die Kosten erheblich senken.
Man geht bei den CNG-Tankstellen zu konventionell vor.
Zu dem Wirkungsgrad. Da geht noch was, allerdings wird das nicht für lau zu haben sein.
> FreeValve
> Corona/Laserzündung
> Direkteinblasung statt Saugrohreinblasung (bei CNG).
> monovalente Auslegung bei CNG-Motoren (130 Oktan ermöglichen eine dieselähnliche Verdichtung).
Wenn man diese Maßnahmen kombiniert, wäre das ein enormes Potenzial.
Für LKW bietet sich LNG (liquid natural gas) eben an. Gute Reichweite, wirtschaftlich, sauber und leise.
Der Nachteil, das Netz ist kaum vorhanden. Und eine Tankstelle kostet ca. 1 Millionen €.
Man kann halt nicht nur Vorteile haben. Jeder Antrieb hat auch seine Nachteile.
Auch der "Wabentank" ändert wenig an den Kompressionsverlusten und dem Umstand, dass Erdgaspipelines nicht in jedem Dorf liegen. Erdgas per Tankwagen zu transportieren ist halt hässlich. Die neuen Zündverfahren werden sich IMHO bei Hybriden nicht durchsetzen. Weil Kosten/Nutzen in keinem Verhältnis stehen. Nahe Lambda=1 und 3-Wege-Kat tauglich spielt die Musik. Für einen robusten Allerweltsmotor mit übersichtlichem Kolbenspeed bringt ne neue Zündung sehr wenig bis nichts. Für einen Rennmotor mit > 20 m/s Kolbengeschwindigkeit jedoch eine Menge. Ich denke, genau dahin geht der Trend eher nicht.
VW ist mit Magermix bereits auf die Nase gefallen (die ersten FSI), BMW mit dem N53 Motor ebenfalls und aktuell ist Mercedes Benz dabei.
Das Erdgasnetz ist mehr als gut ausgebaut, in Deutschland! Das ist nun wirklich kein Thema.
Es muss nicht an jeder Ecke eine CNG-Tankstelle geben, sonder dort, wo die weißen Flecken sind.
Sodass man zur nächsten Tankstelle nur 5-10km fahren muss. Das ist absolut ausreichend.
Und auch für alles andere gib es eine Lösung.
Du hast zudem die Vorteile der neuen Zündverfahren nicht verstanden.
Zitat:
Schadstoffsenkung und Effizienzsteigerung durch Laserzündung. Gerade Erdgas eignet sich besonders für den Magerbetrieb. Im Magerbetrieb kommt es aber vermehrt zu der Bildung von NOX!
Im Mittelpunkt des Projekts steht ein spezieller Typ von Laserzündkerzen, die aufgrund ihrer Funktionsweise als „passiv gütegeschaltet“ bezeichnet werden. Sie sind sehr robust, können daher den Vibrationen und hohen Temperaturen eines Motors standhalten und sind zudem vergleichsweise kostengünstig. Diese Zündkerzen sind in der Lage, Licht-Impulse auszusenden, die in winzigen Abständen – zwischen 60 und 250 Mikrosekunden – aufeinander folgen. Wird eine solche Impulskette auf einen bestimmten Punkt im Brennraum fokussiert, entsteht ein leuchtendes Plasma, das eine Temperatur von nahezu 100.000 Grad Celsius hat. Innerhalb einiger hundert Nanosekunden kühlt sich das Plasma ab und sendet eine Druckwelle aus. Diese setzt sich mit Überschallgeschwindigkeit im Brennraum fort und führt schließlich zur Zündung des Gasgemisches, das den Plasmakern umgibt.
Unter geeigneten technischen Randbedingungen ist es nach diesem Prinzip möglich, Moto-ren mit einem höheren Anteil an Luft im Brennraum zu betreiben. Mit solchen Motoren lässt sich die Effizienz – also das Verhältnis von erzeugter Energie zum Brennstoffverbrauch – steigern oder der Anteil giftiger Stickoxide im Abgas deutlich reduzieren. „Dr. Sreenath Gupta vom Argonne National Laboratory in den USA hat kürzlich nachgewiesen, dass Laserzündung die Chance bietet, stickstoffhaltige Abgase um bis zu 70 Prozent zu senken“, erklärt Sebastian Lorenz.
Toll, Magerbetrieb mit einigem an NOx. Was bei Erdgas mit einer maximalen Abbrandgeschwindigkeit nahe Lambda=1 nicht nutzt und die NOxe muss man erst mal wieder mit nem teuren Speicherkat oder SCR System rausholen. Magerbetrieb ohne Kat geht nicht, keine Chance die Normen einzuhalten. Merkst du langsam, was ich unter "lohnt nicht" verstehe? Du sparst gerade, koste es was es wolle.
Ein Hybrid kostet auch mehr als ein einfacher Benziner, das kann man gut am Yaris sehen!
Diesel werden immer teurer (Abgasnachbehandlung). Und das zu Lasten der Effizienz.
Und E-Autos bleiben teuer, solange es kein Durchburch in der Zellchemie gibt.
Wenn man CNG-Autos monovalent auslegt, kann man auch die Benzin-Komponenten weglassen und dafür an anderer Stelle investieren.
Zu den Stickoxiden. Hast du das Zitat gelesen? -70%!
CNG hat von sich aus schon wesentlich besserere NOX-Werte, als ein Diesel! Und das ohne die aufwendige Abgasnachbehandlung eines Euro 6 Diesels!