ENTWICKLUNG DES AUTOS

Marko Vlai, 024603271228.11.2014.

Entwicklungsgeschichte des AutosHolzwagen der RmerErfindung der Dampfmaschine Entwicklung des Dampfwagens um 1770

1669 konstruierte Christian Huygens eine Kolbenmaschine

1876 perfektionierte Nicolaus August Otto diese Technik in Form einesViertakt-Gasverbrennungsmotors

Erfindung der Fremdzndung Entwicklung des Benzin-Verbrennungsmotors

Heutige Antriebskonzepte

Der Ottomotor Aufbau

Der Ottomotor Aufbau Einer von vier Verbrennungsmotoren

Luft-Kraftstoff-Gemisch wird fremdgezndet

Neben Benzin auch Flssiggas, Erdgas, Bioethanol, Biogas und Wasserstoff

Der Wirkungsgrad betrgt 20-30%

Generell unterscheidet man zwischen dem Zwei- und Viertaktmotor

Der Ottomotor Viertaktmotor Thermodynamischer Kreisprozess besteht aus 4 TaktenDadurch ist ein geordneter Gaswechsel mglichNur bei jeder 2. Kurbelumdrehung wird am Zylinder Arbeit verrichtet

1. Takt: Ansaugen Der Kolben saugt das Benzin-Luft-Gemisch in den Zylinder.

2. Takt: Verdichten Der Kolben presst das Gasgemisch zusammen.

3. Takt: Arbeiten Der Funke einer Zndkerze entzndet das Gasgemisch, es verbrennt explosionsartig. Das Gas verrichtet am Kolben Arbeit.

4. Takt: Ausstoen Der Kolben drckt die Verbrennungsgase aus dem Zylinder.

Der Ottomotor Zweitaktmotor Bentigt nur eine Kurbelwellenumdrehung Da keine Leertakte hhere HubraumleistungZeichnet sich durch einfache Bauart und Lageunabhngigkeit ausProblem: Splverluste und schlechteres Abgasverhalten1. Takt: Verdichten und ArbeitBei der Bewegung zum oberen Totpunkt wird das Frischgas verdichtet und entzndet

2. Takt: Aussplen, vorverdichten, befllenDie Abgase ziehen ber die Auslassffnung ab, der sich nach unten bewegende Kolben verdichtet das Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches wieder in den Zylinder strmt

Der Dieselmotor1892 patentiert Rudolf Diesel seine neue rationelle Wrmekraftmaschine

Der Gebrauch von Pflanzenl als Kraftstoff mag heute unbedeutend sein. Aber derartige Produkte knnen im Laufe der Zeit ebenso wichtig werden wie Petroleum und diese Kohle-Teer-Produkte von heute.

Die Diesel- sowie die Ottomotoren gibt es in zwei verschiedenen Ausfrungen, die Zwietakt- und die Viertaktmotoren. Sie untersheiden sich in ihrer Arbeitweise.Beim Zweitakt-Prinzip luft der Arbeitszyclus( Ausaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoen) whrend einer Umdrehung der Kurbelwelle ab.Beim Vieritakt-Prinzip werden die vier Takte in Zylinder in zwei Kurbelwellenumdrehungen durchlaufen.

VerbrennungsmotorBiodieselBioethanolBTL (Biomasse-To-Liquids) Flssiggas und Erdgas

ElektroantriebElektroantriebBrennstoffzelle

Alternative Antriebskonzepte und KraftstoffeHybridantrieb

BiodieselVerfgt ber sehr gute Schmiereigenschaften aufgrund des hohen O2-Gehalts (~11%) und chem. Aufbaus

Biodiesel ist nahezu schwefelfrei und senkt die Ru-Emissionen um bis zu 50%

Es enthlt weder das krebserregende Benzol noch andere giftige Aromaten

Momentan deckt Biodiesel 4% des Dieselbedarfs ab (2,8 Mio. l von 68 Mio. l an Kraftstoffen)

BiodieselproduktionHeizwert: 10,4 kWh/l (37,1 MJ/l)

Besitzt i .d .R. keine neutrale CO2-Bilanz

Verursacht hhere Emissionen von Kohlenwasserst. und Nox

Gutes Lsungsmittel zersetzt Dichtungen und Schluche

Kann zu Problemen an der Ein-spritzpumpe und im Motorl fhren

Die guten Eigenschaften des Ethanols als Kraftstoff sind schon lange bekannt: Bereits das Ford-T-Modell war auf Ethanol ausgelegt

1 l entspricht 0,65 l Benzin, aufgrund der hheren Oktanzahl erhlt man 10% mehr Leistung, aber auch 30% hheren Verbrauch 22,7 MJ/l 32,5 MJ/l

Ethanol ist weltweit der dominierende Biokraftstoff, besonders in USA und Brasilien kommt dieser im groen Stil zum Einsatz

Pro Liter Ethanol knnen, je nach Energiequelle und Rohstoffbasis, 0,5 bis 2,2 kg CO2eq eingespart werden

Zustzlich versucht man mit speziellen Enzymen aus Cellulose von Pflanzen-resten Cellulose-Ethanol herzustellen bessere Ausbeute u. Umweltbilanz

Bioethanol

BTL (Biomass To Liquid)Im Vergleich zu etablierten Biokraftstoffen ist der BTL-Produktionsprozess komplex und aufwendig

In einer mehrstufigen thermochemischen Umwandlung von Pflanzenmasse wird Synthesegas erzeugt und daraus der gewnschte Kraftstoff

Der Wirkungsgrad bei der Umwandlung betrgt bestenfalls 60%

Die grten Strken dieses Designerkraftstoffs sind die Verwendung von Restholz und anderer Pflanzenmasse und der potentiell hohe Ertrag von bis zu 12.000 kg BTL/ha

Zudem besitzt BTL weniger Schadstoffe und lsst sich fr versch. Motor-bedrfnisse synthetisieren bessere Verbrennung & mehr Leistung

BTL (Biomass To Liquid)

Flssiggas und ErdgasBesteht hauptschlich aus Propan und Butan

Wird bei 5 10 bar flssig gespeichert

Flssiggastank kann problemlos in Notradmulde installiert werden

Steuerbegnstigt, da besseres Abgas-verhalten als bei Benzin:15% weniger CO2 -Emissionen50% weniger Kohlenwasserstoffe80% weniger Stickoxide

Besitzt mit 12,9 kWh/kg eine hhere Energiedichte als Benzin (12,04 kWh/kg)

Besteht hauptschlich aus Methan

Wird bei einem Druck von 200 300 bar in zylinderfrmigen Druckbehltern gespeichert

Ist i. d. R. billiger als LPG, besitzt jedoch einen geringeren Brennwert

Wird in Rohren bis an die Tankstelle transportiert und vor Ort komprimiert

Besitzt mit 10 14 kWh/kg eine relativ hohe Dichte

Flssiggas (LPG)Erdgas (CNG)

Flssiggas und Erdgas - SpeicherungFlssiggas (LPG)Erdgas (CNG)

Allgemein: Antriebssystem, bei welchem zwei versch. Antriebe kombiniert werdenDas erste Hybridauto war der Lohner Porsche aus dem Jahr 1899Wurde von Ferdinand Porsche entwickeltErfuhr groe Aufmerksamkeit auf der Weltausstellung in Paris im Jahr 1900 Das Problem waren dabei die Akkumulatoren und die damit verbundene kurze Reichweite bei hherem GewichtHybridantrieb

Hybridantrieb Aufbau Elektromotor untersttzt Verbr.motorReduzierter Spritverbrauch und LrmemissionenLeistungs- und EffizienzsteigerungRckgewinnung von Bremsenergie

Zusatzgewicht durch Elektromotor und BatterieHhere Kosten durch ZusatzbauteileGeringe Ladekapazitt der Batterie

Hybridantrieb Unterteilung Allgemein unterscheidet man zwischen:Paralleler Hybrid: Elektromotor und VM wirken auf einen AntriebsstrangLeistungsaddition beide Aggregate knnen kleiner dimensioniert werdenSenkung von Verbrauch und Emissionen

Serieller Hybrid:VM hat keinerlei mechanische Verbindung zur AntriebsachseVM dient lediglich zum Antreiben eines Generators Aufladen der Batterien Es gengt kleiner und verbrauchsarmer Motor ohne ein Getriebe

Mischhybrid:Kombiniert parallelen und seriellen Hybridantrieb entsprechend der VerkehrssituationDies ermglicht ein Planetengetriebe

Zudem werden Hybride noch in Mikrohybrid, Mildhybrid und Vollhybrid unterteilt

Start-Stop-AutomatikBesteht aus einem Kurbelwellen-Startergenerator mit

MildhybridE-Motor mit 6-14 kW/t LeistungUntersttzt VM beim AnfahrenLeistungs- und EffizienzsteigerungInsbesondere bei groen Motoren interessantDownsizing mglich

Verkaufsstart: 2009Sparsamste Luxus-Limousine mit 7,2 Liter Verbrauch

E-Motor stark genug, um Pkw anzutreiben >20 kW/tStadtverkehr mit viel Stop&Go: E-Antrieb mit hohem Drehmoment berlandfahrt: wenig Leistung, VM treibt anE-Motor treibt bis zu 70 km/h anBis zu 40% Verbrauchsenkung mglichVollhybrid

Alternative Antriebskonzepte

Bereits 1881 fuhr das erste Elektroauto auf Pariser StraenIm 19. Jh. galt das Elektroauto als berlegen 1899 war es ein E-Fahrzeug, das schneller als 100 km/h fuhrUm die Jh.wende gab es in den USA:22% Benzinautos38% Elektroautos40% Dampfmaschinen

Wegen Reichweite waren sie nur im Flurfahrzeugbereich zu findenErlebt eine Renaissance seit der Umweltdiskussion und Einfhrung des Tesla Elektroautos

Elektroantrieb

Hoher Wirkungsgrad des ElektromotorsKein Umweg ber thermodyn. ProzessHohes DrehmomentKein komplexes Getriebe (1 Gang)Generell weniger Mechanik und VerschleiEntlastung der Bremse durch RekuperationKeine lokalen Emissionen und geringe LrmbelastungEnergiemix einfachere Diversifikation der Energietrger mgl.

Noch hohe KostenElektroantrieb Elektromotor

Smart EV lieferbar ab 2010100 werden in London getestetMssen keine City-Maut bezahlen (8 Euro)Besitzt Lithium-Ionen Akkus mit Reichweite von 100 kmHat nur einen Gang Kostet doppelt so viel (mind. 20.000 )Elektroantrieb Aufbau

Dem 1766 entdeckten Wasserstoff wird das Potential zugeschrieben, nach Holz, Kohle und l das vierte Energiezeitalter einzuluten

Wasserstoff ist ein Sekundrenergietrger, er speichert Primrenergie in chem. Form und hnelt damit eher einer Batterie

Das kleinste Element ist nahezu unerschpflich, denn 90% aller Atome im Universum sind H2-Atome

Universell einsetzbar: Als mobiler Energiespeicher, als Kraftstoff fr Autos oder zur Strom- und Wrmeerzeugung

Wasserstoff Kohle der Zukunft?

Generell kommen zwei Techniken zur Gewinnung von H2 infrage:Die energieintensive ElektrolyseErdgasdampfreformation von den weltweit 700 Mrd. m3 werden 98% aus Erdgas gewonnenWasserstoff Bereitstellung

Die Speicherung des H2 stellt heutzutage die grte Herausforderung dar1 kg H2 entspricht etwa 3 kg Benzin1 Liter LH2 entspricht nur Liter Benzin fr gleiche Reichweite ist grerer Tank notwendig

Gasfrmige Speicherung:Mind. 700 barHohes Tankgewicht mit nur wenig EnergiegehaltTankinhalt betrgt weniger als 4% des TankgewichtsHoher energetischer Aufwand bei der Kompression

Wasserstoff Speicherung

Spezielle Kryotanks sind notwendig, um den LH2 auf -253 C zu halten

Ein Teil des LH2 verdampft und muss bei Nicht-Nutzung raus gelassen werden

Zudem ist eine aufwendige Betankungstechnik notwendig

Insgesamt ist ein hoher Energieaufwand und verlust damit verbundenWasserstoff Speicherung

Vielen Dank fr Eure Aufmerksamkeit!

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