Wonach werden thermodynamische Energiewandlungsmaschinen Unterschieden?
Kolbenmaschinen (Nutzung von Druck/Fläche)
Strömungsmaschinen (Nutzung kin. Energie des Gases)
Nenne die Einteilung bei Kolbenmaschinen nach den Arbeitsverfahren.
- Klassische Verfahren
- Hybride Verfahren
- Sonderverfahren (Stirling-Motor, Dampf-Motor)
Nenne Unterscheidungsmerkmale bei Energiewandlungsmaschinen?
- Art des Prozesses
- Art des Ladungswechsels
- Art der Verbrennung
- Art der Zündung
- Art der Kraftstoffeinspritzung
- Art der Regelung
Vor- und Nachteile von innerer Verbrennung
+ Instationär verhalten
- hohe Anforderungen an Kraftstoff
Vor- und Nachteile von äußerer Verbrennung
+ Vielstofffähigkeit
- Wärmetauscher erforderlich
- Trägheit (Regelung)
Vor- und Nachteile von kontinuierlicher Verbrennung
+ schadstoffarm
- hohe thermische Belastung
Vor- und Nachteile von intermittierender Verbrennung
+ geringe thermische Belastung
- wenig Zeit für Verbrennung
- Emissionen schwierig
Nenne Beispiele für klassische Arbeitsverfahren mit jeweils ein paar Charakteristiken.
- Dieselverfahren (Selbstzündung, qualitätsgeregelt)
- Ottoverfahren (quantitätsgeregelt, Fremdzündung)
- DI-Ottoverfahren (qualitäts-/quantitätsgeregelt,
intermittierende Verbrennung, Fremdzündung)
-Atkinson & Millerverfahren (var. Ventiltrieb.)
Nenne Beispiele für Sonderarbeitsverfahren.
- Stirling-Verfahren
- Clausius-Rankine Verfahren
- ikV-Verfahren (innere kontinuierliche Verbrennung)
Nenne Beispiele für hybride Arbeitsverfahren mit jeweils ein paar Charakteristiken.
Merkmale von Otto und Diesel kombiniert
- Zündstrahlverfahren
- homogene selbstzündung
Wie hoch ist der Druck und die Temperatur am Ende des Verdichtungstaktes beim Dieselmotor?
30-50 Bar
550-700 °C
Expansion bei gleichem Maximaldruck (Isochor)
Wie hoch ist der Druck und die Temperatur am Ende des Verdichtungstaktes beim Ottomotor?
10-16 Bar
350-450 °C
Drucksteigerung bei Expansion möglich (Gleichraumprozess)
Wodurch zeichnet sich der Stirling Motor aus?
- äußere Verbrennung
- Wärmeeinbringung durch Wärmetauscher
- freie Wahl des Arbeitsmediums
Wie funktioniert der Stirling Motor?
- Arbeitsmedium ist entspannt im kalten Raum
- Arbeitskolben verdichtet Medium
- Verdrängerkolben fährt Richtung UT
Arbeitskolben bleibt in OT, Medium nimmt Wärme auf - Arbeitsmedium wird in heißem Raum verdichtet
- Beide Kolben bewegen sich leicht zeitversetzt nach UT - Arbeitsmedium entspannt sich und verrichtet Arbeit
Wie kann ein Stirlingmotor geregelt werden?
Temperaturregelung über Erhitzer (sehr langsam)
Hubregelung (schnell, Totpunktverstellung erf.)
Kurzschlussregelung (verlustbehaftet)
Druckregelung (Druckaufbau schnell, Druckabbau langsam)
Nenne die Vorteile des Stirling Motors.
- äußere kont. Verbrennung
- freie Brennstoffwahl
- Geräuschvorteile (keine Explosion)
- Verbrauch wie Benzin-Motor
- geringe Abgasemission auch ohne Kat.
- kein Schmieröl
- konst. Drehmoment (n=groß –> Strömungsverluste, n=klein –> Leckageverluste)
Nenne die Nachteile des Stirling Motors.
- aufwendige + schwere Konstruktion
- komplexe Regelung
- größere Kühlerfläche erforderlich
- Start- und Abschaltzeit
- Kosten
- Erhitzer hoch beansprucht
- Risiko einer Serienproduktion
Wie hoch ist der Arbeitsdruck und die Arbeitstemperatur beim Stirling-Motor?
300 Bar
600-820 °C
Wie hoch ist der Einspritzdruck beim Dampfmotor (Clausius-Rankine)?
Bis zu 500 Bar
Nach welchem Prinzip arbeitet der Clausius-Rankine-Motor und welche Motorenarten eignen sich?
2-Takt-Prinzip
Hubkolben, Rotationskolben, Turbine, äußere kontinuierliche Verbrennung
Vorteile des Dampfmotors/ Clausius-Rankine-Motors
\+ freie Brennstoffwahl \+ Geräuschvorteile \+ niedrige Abgasemissionen \+ Verbrauch etwa wie Diesel \+ kein Schmierölverbrauch \+ konstantes Drehmoment \+ gute Regelbarkeit
Nachteile des Dampfmotors/ Clausius-Rankine-Motors
- Schmierung (Öl nicht geeignet)
- Winterbetrieb (Frost)
- Startzeit
- Dampfeinspritzung schwierig (für guten Wirkungsgrad)
- große Kühlerfläche (geschlossenes System!)
- Erhitzer hoch beansprucht
Nenne Entwicklungsziele des Dampfmotors.
- Beschleunigung des Anlassverhaltens
- Weiterentwicklung der Schmierung
- Wintereinsatz muss möglich sein
- Zuverlässigkeit und Robustheit
- Keramik wegen höheren Temperaturen
Nenne Entwicklungsziele des Stirling-Motors.
- Möglichkeit schneller Laständerungen (durch var. Hub)
- Beschleunigung des Anlass- und Abschaltvorgangs
- Zuverlässigkeit und Robustheit
- Keramik wegen höheren Temperaturen
