Fahrzeugantriebe

Präsentation von Axel Rombach
RST, Klasse 9c
2006
1. Historie des Automobils
2. Verbrennungsmotoren
3. Erdgas Antrieb
4. Elektro- Antrieb
5. Hybride Antrieb
6. Abschluss Brennstoffzellen Antriebe
Umweltvergleich verschiedener Energieträger
1. Historie des Automobils
Das erste Auto von Karl Benz um 1886, mit einem 1 Zylinder Vier-Takt-Motor
Meilensteine
1860 Jean Joseph Étienne Lenoir konstruiert den ersten Gasmotor.
1885 Carl Benz konstruiert einen Dreiradkraftwagen mit Viertaktbenzinmotor.
1886 Gemeinsam mit Wilhelm Maybach baut Daimler den ersten Vierradkraftwagen.
1890 Rudolf Diesel lässt sich seine theoretischen Arbeiten für einen
Verbrennungsmotor patentieren.
1913 Beginn der Fließbandproduktion von Henry Fords "Model T".
1933 Felix Wankel baut den ersten funktionstüchtigen Drehkolbenmotor
1952 Erste Benzineinspritzanlage für Viertaktmotoren
1967 Einführung der ersten elektronischen Benzineinspritzsysteme
1998 Erste serienmäßige Produktion von Fahrzeugen mit Hybridmotoren durch
Toyota
Aufbau eines Kraftfahrzeugs
Ottomotor
Erfinder: Nikolaus August Otto konstruierte gemeinsam mit E.
Langen einen Gasmotror aus dem kurz danach der
Viertaktverbrennungsmotor hervorgieng.
Merkmale:
-Hohe Leistungsdichte
- einfacher Aufbau
Dieselmotor:
-Erfinder: Rudolf Christian Karl Diesel (1858-1913)
Er erfand den Dieselmotor der später nach ihm benannt wurde
Merkmale:
-Selbstzündung
-hoher Wirkungsgrade (geringerer Verbrauch)
-lange Lebensdauer
Vergleich Otto und Dieselmotor
Wichtige
Leistungsdaten
Ottomotor
Dieselmotor
Zündung
Fremdzündung
(über Zündkerzen!)
Selbstzündung
Verdichtungsverhältnis
18-23
8-12
Wirkungsgrad
26-30
33-37Kammermotoren
35-45Direkteinspritzung
Abgastemperatur
700-1000
500-600
Drehmoment
hoch
niedrig
Partikel-Emission
niedrig
hoch
Vorteile:
-Geringere Schafstoffbelastung
-kostengünstig (nur geringe Änderungen an Otto-Motoren notwendig)
Vergleich:
Auf deutschen Straßen waren Anfang 2000 rund 6000 Erdgasbetriebene Autos unterwegs
(Italien 250´000).
Nutzfahrzeuge: Deutsche Bushersteller bieten Erdgasbetriebene Busse zum Verkauf an
(Mercedes, MAN, Neoplan).
PKW und Kleintransorter in bivalenter oder monovalenter Ausführung z.B.:
-Mercedes C-Klasse bivalent
-Fiat Multipla sowohl monovalent (Bluepower) als auch bivalent (BiPower) an.
-Ford (bivalent)
-Honda Civic GX (monovalent)
-VW (bivalent)
Mono- und bivalenter Betrieb
Bivalente Erdgasantrieb:
Diese umgebauten Motoren nutzen die spezifischen Vorteile (hohe
Klopffestigkeit, schadstoffarme Verbrennung) des Erdgases jedoch nicht voll
aus!
Vorteil: Umschaltung zwischen Benzin und Erdgas
Monovalente Erdgasantrieb:
Antriebe die ausschließlich für Erdgas konzipiert sind werden
Vorteil: hoher Wirkungsgrad, geringe Schadstoffbelastung
Vergleich mit anderen Gaskraftstoffen
Flüssiggas (LPG)
Erdgas
Biogas
Propan und Butan
Methan (CH4)
Methan (65%)
Weitere
Bestandteile
Erdöl, CO2
CO, NOx
CO2, Stickstoff,
Schwefelwasserstoff
Herstellung
Aus
Hydrierprozessen
Nebenprodukt der
Erdölgewinnung
Muss nur gefördert
werden
Naturprodukt,
Vorteil
Größere Reichweite
Sehr sauber
Nachwachsender
Rohstoff
Nachteil
Kaum Infrastruktur,
nicht ganz so sauber
Keine erneuerbare
Energie, lange
Tankzeit
Kann den Bedarf
nicht decken
Hauptbestandteile
Seit Beginn der Fahrzeugtechnik ist man immer wieder bestrebt, den Verbrennungsmotor durch
den Elektromotor zu ersetzen
Probleme:
-Speicherkapazität und Lebensdauer der Batterie
-Die Batterie muss aufladbar sein
-Hohe Anforderungen an Umweltbedingungen an Batterie (Temperatur, Vibration)
Je höher die Energiedichte desto mehr elektrische Arbeit kann verrichtet werden, folgende
Werte haben Batteriesysteme:
Bleisäure System:
Nickel Systeme:
Lithium-System
Natrium- System
25...30 Wh/kg
35….100 Wh/kg
60...150 Wh/kg
90...200 Wh/kg
Elektromotoren:
Drehstrommotoren
Asynchronmotor
Synchronmotor
Vergleich gegenüber konventionelle Fahrzeuge
Die Kosten sind höher als im Vergleich zu einem herkömmlichen Auto, folgende Daten werden angegeben:
Ca. 500 DM/kWh (Bleibatterie)
Ca. 1300 DM/kWh (Nickelbatterie)
Ca. 6000 DM/12kWh (Golf- City Stromer)
Vor- und Nachteile im Überblick:
Vorteile
Nachteile
Lokale Emissionsfreiheit
Geringer Lärmpege
Wartungsarmer Betrieb
Senkung der globalen Umweltbelastung
durch Schadstoffe wie CO, HC, NOX mit
Ausnahme von SO2
Lösung vom Primärenergieträger Öl im
mobilen Sektor
Niedrige Energiedichte der Batterie
Geringe Reichweite
Geringe Nutzlast
Hoher Preis
Eingeschränkte Verfügbarkeit durch lange
Aufladezeiten
Antriebe in Kombination mit Verbrennungsund Elektromotor werden als HybrideAntriebe bezeichnet.
Vorteile:
- Man kann die begrenzte Reichweite des Elektromotors vergrößern
-Die Energiespeicher (Batterie, Kondensator) wird bei Bewegung
(Bremsenergie..) wieder aufgeladen
Der Vollhybrid (Toyota-Aufbau)
Bremsen
Allradamtrieb
Aufbau Toyota Prius
Otto-Motor /
1,5ltr-58PS
und
BatterieBank
Elektromotor
mit 40PS
Spezielle
Kapazitäten
Benzintank
CVT /
stufenloses
Getriebe
Starterbatterie für
Ottomotor
Der milde Hybrid
Der Milde Hybride von Honda braucht stehts den Verbrennungsmotor.
Versuch zum Hybridantrieb
Motorbetrieb
Generatorbetrieb
Umwandlung
elektrische
(Kondensator)
in
mechanische
Energie
(Motor)
Umwandlung
mechanische
(Motor)
in
elektrische
Energie
(Kondensator)
Mercedes-Benz / Studie F 600 HY-Genius, der Antrieb besteht aus:
Wasserstofftank
Brennstoffzelle
Elektromotor
elektronischem Turbolader
Lithium-Ionen-Batterien
„Zero Emission Vehicle“ mit Brennstoffzellen,
chemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff
erzeugt Strom und treiben damit einen Elektromotor an
Anodenreaktion: 2 H2 + 2 O2- → 2 H2O + 4 e-.
Kathodenreaktion:
O2 + 4 e- → 2 O2-.
Umweltvergleich verschiedener Energieträger
Ende