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Präsentation von Axel RombachRST, 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 33-37Kammermotoren35-45Direkteinspritzung
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
Hauptbestandteile 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
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: 25...30 Wh/kg Nickel Systeme: 35….100 Wh/kg Lithium-System 60...150 Wh/kgNatrium- System 90...200 Wh/kg
Elektromotoren:Drehstrommotoren
AsynchronmotorSynchronmotor
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 EmissionsfreiheitGeringer LärmpegeWartungsarmer BetriebSenkung 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 ReichweiteGeringe NutzlastHoher PreisEingeschränkte Verfügbarkeit durch lange Aufladezeiten
Vergleich gegenüber konventionelle Fahrzeuge
Vorteile:
- Man kann die begrenzte Reichweite des Elektromotors vergrößern
-Die Energiespeicher (Batterie, Kondensator) wird bei Bewegung (Bremsenergie..) wieder aufgeladen
Antriebe in Kombination mit Verbrennungs- und Elektromotor werden als Hybride-Antriebe bezeichnet.
Der Vollhybrid (Toyota-Aufbau)
Bremsen Allradamtrieb
Aufbau Toyota Prius
Batterie-Bank
Otto-Motor / 1,5ltr-58PSund Elektromotor mit 40PS
CVT / stufenloses Getriebe
Starterbatterie für Ottomotor
Benzintank
Spezielle Kapazitäten
Der milde Hybrid
Der Milde Hybride von Honda braucht stehts den Verbrennungsmotor.
Versuch zum Hybridantrieb
Generator-betrieb
Umwandlungmechanische (Motor) in elektrische Energie (Kondensator)
Motorbetrieb
Umwandlungelektrische (Kondensator) in mechanische Energie (Motor)
Mercedes-Benz / Studie F 600 HY-Genius, der Antrieb besteht aus:
WasserstofftankBrennstoffzelleElektromotorelektronischem TurboladerLithium-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