Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau Kreisprozesse im...
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Prof. Dr.-Ing. habil. Cornel Stan Westsächsische Hochschule Zwickau
Kreisprozesse im WärmekraftmaschinenKreisprozesse 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
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
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
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
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
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
Stirling-Motor
Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme
APS-2002 /8
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
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
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
Viertakt-Kolbenmotor
Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme
APS-2002 /12
Viertakt-Kolbenmotoren
Professor C. Stan – Alternative Antriebssysteme
APS-2002 /13
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
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
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
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
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