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Alternative Antriebe für Automobile: Hybridsysteme, by Cornel Stan

By Cornel Stan

Über die Realisierungsmöglichkeiten zukünftiger Antriebskonzepte – von Hybridsystemen Elektro-/Verbrennungsmotor über Brennstoffzellen bis zu alternativen Energieträgern wie Wasserstoff oder Alkohol – werden fundierte Kriterien der Qualität eines Antriebs entscheiden. Leistungsdichte, Drehmomentverlauf, Beschleunigungscharakteristik, spezifischer Energieverbrauch sowie Emission chemischer Stoffe und Geräusche sind dafür wichtige Merkmale zur Qualitätsbeurteilung. Die Verfügbarkeit und die Speicherfähigkeit vorgesehener Energieträger, die technische Komplexität, Kosten, Sicherheit, Infrastruktur und carrier werden die Randbedingungen für die Einführung realisierbarer Konzepte alternativer Antriebe für motor vehicle stellen. Die Übersicht und die examine der Prozesse, Antriebsmaschinen und Energieträger, die entsprechend der aufgeführten Kriterien in komplexen Energie-Management-Systemen für car kombinierbar sind, bilden den Inhalt dieses Buches. Für die Entwicklung neuer Konzepte sind diese Fakten notwendiges Wissen.

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1 Thermodynamische Prozesse – Umsetzbarkeit und Grenzen 51 Aus dem p, v- Diagramm ist es ableitbar, dass zwischen den gleichen Extremtemperaturen – in diesem Fall Tmax = TB und Tmin = TA – die isotherme Verdichtung bzw. Entlastung zur Erhöhung der Kreisprozessarbeit führt. Andererseits ist aus dem T, s- Diagramm ersichtlich, dass der Unterschied zum Stirling-Kreisprozess in der Änderung der Isochoren AB bzw. CD in Isobaren besteht. Damit bleiben die Kurvenverläufe auch ähnlich, der Unterschied ist eine Steigungsdifferenz mit dem Faktor k = cP/cv.

Durch gestufte Wärmezufuhr während der angestrebten isothermen Entlastung umgesetzt. Bei Strömungsmaschinen in der Luftfahrttechnik werden gelegentlich auch solche Techniken – auch wenn nur in jeweils einer Stufe – umgesetzt: Sie bestehen aus einer isobaren Zwischenkühlung während der Verdichtung DA – durch Wassereinspritzung – wodurch die Verdichtung von isentrop in Richtung isotherm verschoben wird – bzw. aus einer isobaren Nachverbrennung während der Entlastung BC, wodurch die Zustandsänderung ebenfalls von isentrop in Richtung isotherm verschoben wird.

Die Masse des Arbeitsmediums pro Arbeitsspiel beträgt in diesem Fall m = 2 ,416 [g ] und ist dadurch weitgehend vergleichbar mit allen anderen Kreisprozessvarianten. Für den Vergleich im Voll- und Teillastbereich werden die gleichen Extremtemperaturen TmaxV , [ ] TmaxT wie im Falle des Carnot- bzw. des Stirling-Kreisprozesses zu Grunde gelegt. Daraus resultieren folgende Vergleichswerte: A B C D N⎤ ⎡ p ⎢10 5 m ² ⎥⎦ ⎣ 32,41 92,1 2,84 1 V 10 −3 m³ 0,164 0,164 1,964 1,964 764,67 2173,15 804,7 283,15 [ T [K ] ] ⎡ 5 N⎤ Teillastbereich p ⎢10 m² ⎥ ⎦ ⎣ η th = 0 ,63 V 10 −3 m³ [ T [K ] ] Volllastbereich η th = 0 ,63 A B C D 32,41 58,19 1,8 1 0,164 0,164 1,964 1,964 764,67 1373,15 508,47 283,15 Der thermische Wirkungsgrad bleibt bei dieser Berechnung im Vollund Teillastbereich gleich – Auf der einen Seite wurde hierbei die negative Kreisprozessarbeit infolge der Drosselung der zugeführten Frischladung bei Teillast nicht berücksichtigt.

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