Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im...

18
Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen

Transcript of Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im...

Page 1: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau

Kreisprozesse im WärmekraftmaschinenKreisprozesse im Wärmekraftmaschinen

Page 2: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

•THERMISCHE ANTRIEBETHERMISCHE ANTRIEBE

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

STIRLINGMOTOREN

STRÖMUNGSMASCHINEN

KONVERGENZ DER PROZESSE IN OTTO- UND DIESELMOTOREN

DOWN SIZING ALS PLATTFORM FORTGESCHRITTENER KONZEPTE ZU LADUNGSWECHSEL, GEMISCHBILDUNG UND VERBRENNUNG

VOLLVARIABLE VENTILSTEUERUNG

KONTROLLE DES VERBRENNUNGSPROZESSES; SELBSTZÜNDVERFAHREN

INNERE GEMISCHBILDUNG DURCH DIREKTEINSPRITZUNG IN OTTO- UND DIESELMOTOREN

VERBESSERTE PROZESSFÜHRUNG

KOLBENMOTOREN

THERMODYNAMISCHE PROZESSE – UMSETZBARKEIT UND GRENZEN

VERBRENNUNGSMOTOREN – POTENTIALE UND TRENDS

APS-2002 /2

Page 3: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

•THERMISCHE ANTRIEBETHERMISCHE ANTRIEBE

STIRLINGMOTOREN

STRÖMUNGSMASCHINEN

KONVERGENZ DER PROZESSE IN OTTO- UND DIESELMOTOREN

DOWN SIZING ALS PLATTFORM FORTGESCHRITTENER KONZEPTE ZU LADUNGSWECHSEL, GEMISCHBILDUNG UND VERBRENNUNG

VOLLVARIABLE VENTILSTEUERUNG

KONTROLLE DES VERBRENNUNGSPROZESSES; SELBSTZÜNDVERFAHREN

INNERE GEMISCHBILDUNG DURCH DIREKTEINSPRITZUNG IN OTTO- UND DIESELMOTOREN

VERBESSERTE PROZESSFÜHRUNG

KOLBENMOTOREN

THERMODYNAMISCHE PROZESSE – UMSETZBARKEIT UND GRENZEN

VERBRENNUNGSMOTOREN – POTENTIALE UND TRENDS

APS-2002 /3

Page 4: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

ANTRIEBSSYSTEME, ENERGIESPEICHERFORMEN UNDENERGIEUMWANDLUNGSKONZEPTE FÜR FAHRZEUGANTRIEBE

Wankel

Sonne

Wasser

Wind

Energie-quellen Luft

Energie-Umwandlungan Bord

Energie-Umwandlungs-station

Energiespeicher+ Elektrisch -

Hybrid Verbrennungsmotor

Otto, Kolben, DE, 4 TaktOtto, Kolben, DE, 2 Takt

Diesel, Kolben,DE, 4 TaktDiesel, Kolben, DE, 2 Takt

StirlingStrömungsmaschine, radial

Strömungsmaschine, axial

Energie-Umwandlungan Bord

WasserstoffHeißes Fluid

Pb NiCd ZiBr

Elektromotor

GleichstromDrehstrom

Asynchron

Synchron

Zeit

Alkohole

Gas, Benzin, DieselPflanzenöle

Energie-Speicherung(thermisch)

Optimiertethermodynamische

Kreisprozesse

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /4

Page 5: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

IDEALE KREISPROZESSE IN WÄRMEKRAFTMASCHINEN

Carnot-Kreisprozess

Stirling-Kreisprozess

Otto-Kreisprozess

Diesel-Kreisprozess

Joule-Kreisprozess

Ackeret-Keller-Kreisprozess

Seiliger Kreisprozess

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /5

Page 6: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Carnot-Kreisprozess

s [J/KgK]

BA

A

B

CD

CD

p

[N/m²]

v [m³/Kg]

T

[K]

AB: ISOTHERME Wärmezufuhr / Entlastung qzu / wEntl

BC: ISENTROPE - / Entlastung - / wEntl

CD: ISOTHERME Wärmeabfuhr / Verdichtung qab / wverd

DA: ISENTROPE - / Verdichtung - / wverd

qzu

qab

qzu

qab

Tmax

pmin

Tmin

pmax

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /6

Page 7: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Stirling-Kreisprozess

s [J/KgK]

CB

DA

T

[K]

B

C

D

A

qzu

qab

p

[N/m²]

v [m³/Kg]

q‘zu

q‘ab

qzu qab

q‘zu

q‘ab

Tmax

Tmin

AB: ISOCHORE Wärmezufuhr / - qzu / -

BC: ISOTHERME Wärmezufuhr / Entlastung q‘zu / wEntl

CD: ISOCHORE Wärmeabfuhr / - qab / -

DA: ISOTHERME Wärmeabfuhr / Verdichtung q‘ab / wverd

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /7

Page 8: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Stirling-Motor

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /8

Page 9: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Otto-Kreisprozess

s [J/KgK]

s [J/KgK]

C

B

B

C

D

A

B

C

D

A

p

[N/m²]

v [m³/Kg]

T

[K]

D

A

C

B

D

A

qzu

qab

qzu

qab

p

[N/m²]

v [m³/Kg]

T

[K]

qzu

qab

qzu

qab

DI

IDI

AB: ISOCHORE Wärmezufuhr / - qzu / -

BC: ISENTROPE - / Entlastung - / wEntl

CD: ISOCHORE Wärmeabfuhr / - qab / -

DA: ISENTROPE - / Verdichtung - / wverd

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /9

Page 10: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Diesel-Kreisprozess

s [J/KgK]

C

BB

C

D

A

D

A

qab

p

[N/m²]

v [m³/Kg]

T

[K]

qzu

qab

qzu

AB: ISOBARE Wärmezufuhr / Entlastung qzu / wEntl

BC: ISENTROPE - / Entlastung - / wEntl

CD: ISOCHORE Wärmeabfuhr / - qab / -

DA: ISENTROPE - / Verdichtung - / wverd

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /10

Page 11: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Seiliger Kreisprozess

s [J/KgK]

CBB C

D

E

D

Eqab

p

[N/m²]

v [m³/Kg]

T

[K]

qzu1

qab

qzu2

A

qzu1 A

qzu2

AB: ISOCHORE Wärmezufuhr / - qzu1 / -

BC: ISOBARE Wärmezufuhr / Entlastung qzu2/ wEntl

CD: ISENTROPE - / Entlastung - / wEntl

DE: ISOCHORE Wärmeabfuhr / - qab/ -

EA: ISENTROPE - / Verdichtung - / wverd

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /11

Page 12: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Viertakt-Kolbenmotor

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /12

Page 13: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Viertakt-Kolbenmotoren

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /13

Page 14: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Viertakt-Kolbenmotor mit Fremdzündung (Otto Kreisprozess)A

BC

D

qzu

q

ab

p[N

/m²]

v [m³/K

g]

DI

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /14

Page 15: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Viertakt-Kolbenmotor mit Fremdzündung (Otto Kreisprozess)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

-360 -260 -160 -60 40 140 240 340Angle [°CA]

Pre

ss

ure

[M

Pa

]

direct injection

external mixture formation

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /15

Page 16: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Viertakt-Kolbenmotor mit Fremdzündung (Otto Kreisprozess)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 20 40 60 80 100 120 140 160Volume [cm³]

Pre

ss

ure

[M

Pa

]

direct injection

external mixture formation

Cylinder PressureEngine Fired

5000 rpm;Throttle Opening 100%

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /16

Page 17: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Joule-Kreisprozess

s [J/KgK]

A B

CD

B

A

C

D

p

[N/m²]

v [m³/Kg]

T

[K]

qzu

qab

qzu

qab

AB: ISOBARE Wärmezufuhr / Entlastung qzu / wEntl

BC: ISENTROPE - / Entlastung - / wEntl

CD: ISOBARE Wärmeabfuhr / Verdichtung qab / wverd

DA: ISENTROPE - / Verdichtung - / wverd

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /17

Page 18: Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im Wärmekraftmaschinen.

Ackeret-Keller-Kreisprozess

A B

CD

p

[N/m²]

v [m³/Kg]

qzu

qab

s [J/KgK]

B

A

C

D

T

[K]

qzu qab

q‘zu

q‘ab

q‘zu

q‘ab

AB: ISOBARE Wärmezufuhr / Entlastung qzu / wEntl

BC: ISOTHERME Wärmezufuhr / Entlastung q‘zu / wEntl

CD: ISOBARE Wärmeabfuhr / Verdichtung qab / wverd

DA: ISOTHERME Wärmeabfuhr / Verdichtung q‘ab / wverd

Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme

APS-2002 /18