Themen:
- Spezifischer Kraftstoffverbrauch
- Motoreffizienz
- Leistungsdiagramm / Eierdiagramm
- Diagramm zur Verkleinerung von Vermögenswerten
Spezifischer Kraftstoffverbrauch:
Normalerweise geben wir den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs in der Anzahl der gefahrenen Kilometer pro Liter an, zum Beispiel: 1:15. In den Fahrzeugpapieren sind häufig Liter pro 100 km angegeben. Die Fahrbedingungen wurden berücksichtigt, d.h. die Fahrwiderstände die eine große Rolle spielen.
Für Techniker ist es interessant zu wissen, wie viel Treibstoff es kostet, über einen bestimmten Zeitraum eine bestimmte Leistung zu liefern. Dieser Verbrauch wird in Kilogramm Kraftstoff pro Stunde (B) ausgedrückt. Wenn wir es pro Kilowatt betrachten, sprechen wir vom spezifischen Kraftstoffverbrauch (be), ausgedrückt in g/kWh.
Der spezifische Kraftstoffverbrauch kann in das Drehmoment-Leistungsdiagramm des Fahrzeugs einfließen. Dieses Diagramm zeigt, dass der spezifische Kraftstoffverbrauch unter Volllastbedingungen dann am letzten ist, wenn das Motordrehmoment knapp über seinem Maximum liegt.
Motoreffizienz:
Den niedrigsten spezifischen Kraftstoffverbrauch erzielen wir dort, wo die Motoreffizienz am höchsten ist. Die Leistung wird in Watt oder Joule/s ausgedrückt. Die zugeführte Leistung ist der Wärmeinhalt des Brennstoffs, der gleich dem spezifischen Brennstoffverbrauch (be) * der zugeführten Leistung (P) * der spezifischen Verbrennungswärme (H) ist.
Leistungsdiagramm / Eierdiagramm:
Während der Testphase jedes (neuen) Motors erfolgt eine Messung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs. Bei dieser Messung wird der Kraftstoffverbrauch auf einem Motorprüfstand oder Leistungsprüfstand bei unterschiedlichen Drehzahlen und variabler Motorlast durchgeführt. Die Belastung wird durch stufenweise tieferes Durchtreten des Gaspedals angepasst, sodass der Motor bei jedem Tritt ein paar kW mehr Leistung abgibt. Auf diese Weise wird der gesamte Geschwindigkeitsbereich durchlaufen.
Im Bild unten ist das Kraftstoffverbrauchsdiagramm, auch „Ei-Diagramm“ genannt, dargestellt. Die Inseln geben den Kraftstoffverbrauch in g/kWh an. Diese Linien (eiförmig) verbinden die Punkte, deren spezifischer Kraftstoffverbrauch gleich ist. Die kleinste Insel erreicht eine Drehzahl von etwa 3000 U/min. den niedrigsten Kraftstoffverbrauch, nämlich 240 g/kWh. Wir nennen dies den „Sweet Spot“. Bei solchen Drehzahlen und Belastungen ist der Motor am sparsamsten.
Erläuterung der Linien im Ei-Diagramm:
- Vertikale Achse: das Drehmoment in Nm;
- Horizontale Achse: Kurbelwellendrehzahl;
- Blaue Linie: die Drehmomentkurve des Motors;
- Grüne Linien: Stromleitungen in kW;
- Schwarze Inseln: die Konsumgebiete
Die (grünen) Leistungslinien zeigen deutlich, dass mit abnehmender Drehzahl das Drehmoment (und damit der durchschnittliche Verbrennungsdruck) ansteigen muss, um die gleiche Leistung aufrechtzuerhalten. Wir sehen auch einen Rückgang des Kraftstoffverbrauchs. Der minimale Kraftstoffverbrauch von 240 Gramm pro kWh wird bei einer Drehzahl von etwa 3000 U/min und einer Leistung von etwa 85 kW erreicht. Der Kraftstoffverbrauch dieses Autos beträgt durchschnittlich 9 l/100 km.
Das bedeutet, dass der Motor dann am sparsamsten ist, wenn er etwa 45 % der Gesamtleistung abgeben muss. Bei geringerer Leistung ist der Motor ineffizient: Es wird praktisch keine Leistung abgegeben, aber alle internen Reibungsverluste müssen aufgefangen werden. In der Praxis kann dies bedeuten, dass das Fahrzeug bei 120 km/h im 6. Gang sparsamer sein kann als bei 90 km/h im 4. Gang.
Leistungsdiagramm für Downsizing:
Bis vor Kurzem verwendeten die Hersteller Motoren mit großem Hubraum. In der VAG-Gruppe war der 6.0 (W-) 12-Zylinder-Motor das Vorzeigemodell, das unter anderem im Audi A8 und im BMW M5 (E60) mit dem 5-Liter-V10-Saugmotor hohe Leistung bot. Auch die Mittelklassewagen waren mit einem relativ großen Hubraum ausgestattet, beispielsweise einem 2.0-Liter-Saugmotor. Heutzutage suchen Hersteller nach allen möglichen Möglichkeiten, die Emissionen ohne Einbußen bei der Leistung drastisch zu reduzieren. Wir sehen, dass bei immer mehr Motoren der Hubraum kleiner wird und ein Abgasturbo für gute Leistung sorgt. Ein Beispiel dafür sehen wir im VW Golf, wo der 1.0-Liter-Motor mit Turbo besser leistet und sparsamer ist als ein (älterer) 1.4-Liter-Motor ohne Turbo:
- VW Golf V ab 2005, Hubraum: 1,4 Liter, Vermögenswerte: 59 kW, Verbrauch: 6,9 die/100km (1:14.5);
- VW Golf VII ab 2015, Hubraum: 1.0 Liter, Vermögenswerte: 85 kW, Verbrauch: 4,5 die/100km (1:22,2).
Die Eierdiagramme unten stammen von a atmosphärisch Motor mit einem Hubraum von 2,5 Liter und unter Druck 1,6 Liter Motor. Beide Motoren liefern ein maximales Drehmoment von 240 Nm. Die Drehmomentkurve des Saugmotors ist um 3000 U/min deutlich flacher als die des Turbomotors. Bei beiden Motoren wird das maximale Drehmoment bei etwa 3000 U/min erreicht, aber wir sehen, dass das durchschnittlicher effektiver Kolbendruck (BMEP) für den Turbomotor ist bei der Drehmomentdrehzahl um 7 bar höher. Ein höherer BMEP führt zu weniger Strömungsverlusten beim Gasaustausch und einem höheren Wirkungsgrad.
