Dampfmaschinen - Was sind das für Dinge?

Ich weiß, dass Dampfmaschinen als altmodisch, unpraktisch und selten eingesetzt gelten.

Warum werden sie als unpraktisch angesehen und daher selten verwendet?

Wie genau könnte eine Dampfmaschine ein Auto als Ersatz für den Verbrennungsmotor antreiben?

Ich habe angenommen, dass es möglich ist.

In den frühen Tagen der Automobilindustrie waren dampfbetriebene Autos häufiger als alles andere.

Nachteile der Dampfkraft für den Automobilgebrauch gegenüber dem Verbrennungsmotor:

• Ineffizienz. In einem Verbrennungsmotor wird chemische Energie direkt in mechanische Energie in Form von expandierenden Gasverbrennungsprodukten umgewandelt. Umgekehrt gibt es in einer Dampfmaschine den zusätzlichen Schritt, Wärmeenergie von der Verbrennung auf überhitztes Wasser zu übertragen und dann das überhitzte Wasser auf Dampf auszudehnen, um mechanische Energie zu erzeugen. Typischerweise verursacht jede Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere Energieverluste.
• Gewicht. Die externe Verbrennung und die zusätzliche Energieübertragung auf Wasser / Dampf erfordern zusätzliche Hardware. Dies alles erhöht das Gewicht erheblich, um die gleiche Energiemenge zu erzeugen
• Langsamer Start. Selbst mit einem Entspannungskessel muss einige Zeit gewartet werden, bis das Wasser so weit erwärmt ist, dass es nützliche mechanische Energie erzeugen kann. In den frühen Tagen von Verbrennungsmotoren war dies aufgrund der Unannehmlichkeiten / Gefahren, die mit dem Handkurbeln verbunden sind, kein großes Unterscheidungsmerkmal. Startermotoren haben dies jedoch zu einem großen Gewinn für den Verbrennungsmotor gemacht.
• Wasserversorgung. Es müssen entweder große Mengen Wasser mitgeführt werden, oder es muss eine Kondensatorausrüstung an Bord vorhanden sein, um Wasser wiederzuverwenden. In beiden Fällen führt dies auch zu einem erheblichen zusätzlichen Gewicht.

Trotz dieser Nachteile ist es durchaus möglich, dass Autos mit Dampf betrieben werden. Es ist einfach wirtschaftlicher und bequemer, einen Verbrennungsmotor zu verwenden.

Sie sehen, der Verbrennungsmotor ersetzte die Dampfmaschine, um Fahrzeuge aller Art anzutreiben. Es wurde ursprünglich in Lokomotiven im 19. Jahrhundert verwendet, um die Ostkosten der USA mit der Westküste zu verbinden. Sie trieben auch Schaufelradboote den Mississippi hinauf und ermöglichten motorisierte Überfahrten des Atlantischen Ozeans. Aber genug von der Geschichtsstunde.

Die Verwendung von Dampf zum Antreiben eines Autos hat einige Nachteile:

• Startzeit - Wir sind es gewohnt, in ein Auto zu steigen, es zu starten und relativ schnell einfach loszufahren. In einem dampfbetriebenen Fahrzeug müssen Sie den Kessel aufwärmen, bevor Sie ihn verwenden können. Es muss warm genug sein, um Dampf zu erzeugen, der den Motor antreibt. Je nach Modell der Dampfmaschine kann dies eine Stunde oder länger dauern. Es gibt keinen Grund, einfach ins Auto zu springen und in den Laden zu gehen. Es gibt eine bemerkenswerte Ausnahme, nämlich das Doble Steam Car, das einen bestimmten Gasbrenner und einen kleinen Schlauch hatte, der zu einem bestimmten Zeitpunkt nur eine kleine Menge Wasser enthielt. Dadurch konnte das Wasser in kurzer Zeit zu superheißem Dampf aufblitzen. Die Anlaufzeit hierfür war relativ kurz.

• Groß und sperrig - Eine Dampfmaschine wog normalerweise viel. Dies lag daran, dass es aus zwei Teilen bestand (Wasserkessel und Motor selbst). Es brauchte viel Metall, um den Druck einzudämmen, damit er verwendet werden konnte. In Zeiten des Formats "kleiner ist besser" würde der Großteil einer Dampfmaschine sie obsolet machen, bevor sie jemals von der Design-Leinwand abfällt. Man könnte nie die Aerodynamik bekommen, die heute bei Autos mit Verbrennungsmotor zu sehen ist.

• Gefährlich - Im Gegensatz zu modernen Verbrennungsmotoren war eine Dampfmaschine im Vergleich gefährlich. Sie hatten einen Kessel, der sehr stark unter Druck gesetzt wurde (besonders angesichts der Metallurgie des Tages). Dieser Druck trieb den Dampfkolben an. Außerdem hatten Sie eine externe Wärmequelle (Feuer), die ebenfalls Gefahren darstellte. Wenn ein Kessel explodieren würde, würde nicht nur ein Splitter aus dem Kessel austreten, sondern auch Dampf und kochendes Wasser würden überall in einem bestimmten Radius blasen und Verletzungen im Weg verursachen.

• Geringer Wirkungsgrad - Es wird angegeben, dass eine Dampfmaschine nur einen Wirkungsgrad von ~ 20% hat (nicht, dass dies zu viel anders ist als ein Benzin-Verbrennungsmotor).

Eine großartige Sache, die die Dampfmaschine hatte, war, dass man mit ihnen Drehmomentstöße erzeugen konnte. In dem oben erwähnten Doble Steam Car hatte es vier Kolben, die es antrieben. Mit einer Dampfmaschine könnte der Kolben sowohl beim "Auf" - als auch beim "Ab" -Hub des Kolbens Leistung liefern (dies ist eine relative Vorstellung, da bei diesem Auto die Kolben flach auf dem Boden lagen). Wenn Sie dies mit einem Verbrennungsmotor vergleichen, erhalten Sie mit jedem Hub des Motors Leistung, was bedeutet, dass Sie mit den vier Zylindern 16 Krafthübe für die vier Kolben über zwei Umdrehungen der Kurbelwelle haben. Mit einem Benzin-Viertaktmotor würden Sie nur vier Krafthübe während der zwei Umdrehungen der Kurbelwelle sehen. Dies ist ein großer Vorteil, da zusammen mit dem überhitzten Dampf ein Drehmoment von über 1000 lb-ft bereitgestellt wurde.

Der Grund, warum Dampfmaschinen nicht für Autos geeignet sind, liegt hauptsächlich darin, dass Dampfmaschinen mit einer meist konstanten Mindestgeschwindigkeit betrieben werden müssen und die Geschwindigkeit nicht sehr gut eingestellt werden kann.

Die Dampfmaschine muss nicht ineffizient sein, funktioniert aber am besten, wenn sie ständig verwendet wird.