Entwicklung des Autos.ppt
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ENTWICKLUNG DES AUTOS
Marko Vlai, 024603271228.11.2014.
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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
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Heutige Antriebskonzepte
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Der Ottomotor Aufbau
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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
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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.
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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
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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.
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VerbrennungsmotorBiodieselBioethanolBTL (Biomasse-To-Liquids) Flssiggas und Erdgas
ElektroantriebElektroantriebBrennstoffzelle
Alternative Antriebskonzepte und KraftstoffeHybridantrieb
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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)
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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
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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
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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
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BTL (Biomass To Liquid)
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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)
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Flssiggas und Erdgas - SpeicherungFlssiggas (LPG)Erdgas (CNG)
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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
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Hybridantrieb Aufbau Elektromotor untersttzt Verbr.motorReduzierter Spritverbrauch und LrmemissionenLeistungs- und EffizienzsteigerungRckgewinnung von Bremsenergie
Zusatzgewicht durch Elektromotor und BatterieHhere Kosten durch ZusatzbauteileGeringe Ladekapazitt der Batterie
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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
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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
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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
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Alternative Antriebskonzepte
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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
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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
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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
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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?
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Generell kommen zwei Techniken zur Gewinnung von H2 infrage:Die energieintensive ElektrolyseErdgasdampfreformation von den weltweit 700 Mrd. m3 werden 98% aus Erdgas gewonnenWasserstoff Bereitstellung
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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
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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
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Vielen Dank fr Eure Aufmerksamkeit!
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