Maximaler Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors
Hallo zusammen,
vielleicht kann ich mit Eurer Hilfe eine Erklärung für eine Beobachtung finden, oder sie in den Bereich der Einbildung verschieben.
Im Allgemeinen rolle ich auf der Bahn so ungefähr mit 110 bis 130 Km/h zur Arbeit (die Spritpreise sind echt nicht mehr witzig). Zur Zeit sind Ferien, und die Geschwindigkeit kann in Grenzen frei gewählt werden. Ich fahre jetzt seit der letzten Tankfüllung ca. 130 bis 150 Km/h und habe laut BC einen geringeren Verbrauch. Ich meine das letztes Jahr schonmal beobachtet zu haben, habe es dann aber als Einbildung abgetan. Diesmal vorerst nicht. Zumindest die Steigerung des Durchschnitts von 68 auf 72 Km/h ist keine Einbildung.
Soviel zur Einleitung - jetzt meine Fragen:
Wo hat ein Ottomotor seinen maximalen Wirkungsgrad?
Gibt es dafür eine Einheit (z.B. l/Kwh)?
Hängt das mit dem maximalen Drehmoment zusammen?
Gibt es dazu kurven (wie z.B. die Leistungskurve)?
Besonders interessieren würde mich das für einen 1.4l 16V 75Ps, aber auch allgemeingültige Aussagen fände ich prima.
Vielen Dank im voraus
Gruß Udo
49 Antworten
Zitat:
Original geschrieben von Daedalus
Um mal meine persönlichen Erfahrungen einzubringen...
Der Wirkungsgrad des Motors hat ab mittlerem Drehzahlbereich und eingelegtem 5. Gang nur geringe Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Viel mehr einfluss haben Luftwiderstand (nimmt quadratisch mit der Geschwindigkeit zu) und Rollreibung.
Aha und wie ändert sich der Rollwiderstand bei zunehmender Geschwindigkeit?
Weiß es nicht genau, aber kann es sein dass beim Betrachten des spezifischen Verbrauchsdiagramm die Motorlast mit einbezogen werden muss?
Beim Diagramm von Cancer ist der spezifische Kraftstoffverbrauch mit 197 g/kWh bei Volllast (bzw. beim Diesel Pedalstellung) und ca. 1.800 1/min am geringsten. Müsste man für eine korrekte Aussage nicht die Lastzustände bei 90 und 120 km/h ebenso betrachten? Von der Logik her müsste die Motorlast bei 120 km/h höher liegen, demnach wäre der Wirkungsgrad eigentlich bei höherer Geschwindigkeit besser. Der Kraftstoffverbrauch steigt aber trotzdem. Oder?
Hallo mida!
Der Rollwiderstand nimmt linear mit steigender Geschwindigkeit zu.
Das Problem des Wirkungsgrades bei Volllast/Teilllast haben meiner Meinung nach nur Benzinmotoren mit Drosselklappe. Der Diesel arbeitet auch bei Teilllast effizient und hat aufgrund fehlender Drosselklappe (er hat zwar eine, aber nicht die um die Gaszufuhr zu regeln) auch keine Strömungsverluste. Die Regel, mit viel Gas schnell in einen hohen Gang beschleunigen ist beim TDI nicht so wirksam wie bei einem Benzin-Saugmotor.
Zitat:
Original geschrieben von cancer33
Hallo mida!
Der Rollwiderstand nimmt linear mit steigender Geschwindigkeit zu.
Hallo cancer33,
Da bin ich anderer Meinung der Rollwiderstand ist doch ein konstanter Wert der abhängig von der Fahrzeugmasse, und Reibkeoffizient (Reifen, Untergrund) ist.
Fr = m*g*mü
Das Problem des Wirkungsgrades bei Volllast/Teilllast haben meiner Meinung nach nur Benzinmotoren mit Drosselklappe. Der Diesel arbeitet auch bei Teilllast effizient und hat aufgrund fehlender Drosselklappe (er hat zwar eine, aber nicht die um die Gaszufuhr zu regeln) auch keine Strömungsverluste. Die Regel, mit viel Gas schnell in einen hohen Gang beschleunigen ist beim TDI nicht so wirksam wie bei einem Benzin-Saugmotor.
Soweit korrekt ich meinte allerdings bei der Diskussion eher dass man sich bei 120 km/h durchaus in einem besseren Wirkungsgrad befinden kann während man eine Gangstufe darunter beispielsweise bei 90 km/h zwar einen schlechteren Wirkungsgrad hat, trotzdem aber weniger Kraftstoff verbraucht. Natürlich unter der Voraussetzung, dass beides mal die gleiche Motordrehzahl anliegt. Stimmt das nicht?
Edit: Ich glaube wir hatten schon mal die Diskussion bzgl. Rollwiderstand 😉 Ich meine mich zu erinnern dass du sagtest dass sich der Reibkeoffizient mit steigender Geschwindigkeit ändert (Veränderung des Latsches?!). Ich weiß nicht mehr wie es ausging, aber ist dieser nicht vernachlässigbar klein im Vergleich zum Luftwiderstand so dass man von einem konstanten Wert ausgehen kann? Ich glaube wir haben im Studium den Rollwiderstand immer als konstanten Wert genommen.
Zitat:
Original geschrieben von mida
Weiß es nicht genau, aber kann es sein dass beim Betrachten des spezifischen Verbrauchsdiagramm die Motorlast mit einbezogen werden muss?
Ja, wenn man in diesen Diagrammen einen bestimmten Punkt sucht, benötigt man die Motorlast (Moment) und die Drehzahl.
Bei höheren Geschwindigkeiten kann es durch steigende Last und Drehzahl sein, das der Motor in Bereichen besseren Wirkungsgrades arbeitet, das ist korrekt. Dadurch wird man aber praktisch nie einen Verbrauchsvorteil nur auf die Strecke bezogen feststellen. Schon gar nicht im allgemeinen Straßenverkehr wo zu viele Faktoren wirken, wie Witterung und Verkehrsfluß und dann kommt da noch die persönliche Tagesform dazu, so daß ein Unterschied von ca. 0,5 l/100km ganz schnell aus dem Nichts auftaucht. Da müsste man dann schon über viele Fahrten mitteln, aber wer macht das schon.
Ich verstehe den Sinn der Diskussion nicht ganz. Bei höheren Geschw. lasse ich mehr Energie (80%) aus dem Kraftstoff in den Luftwirbeln hinter meinem Fahrzeug. Dafür benötige ich mehr Motorleistung, die Energie dazu kommt aus dem Kraftstoff. Auch wenn der Motor diese Energie bei höheren Geschwindigkeiten durch einen anderen Arbeitspunkt besser umwandelt, verbrauche ich unterm Strich immer mehr als würde ich langsamer fahren. Daran ändert eine Wirkungsgradänderung von wenigen Prozent nichts, da der Luftwiderstand wie schon gesagt quadratisch eingeht. Andere (mehr) Gangstufungen würden da eher etwas bringen.
Ich habe auch gelernt, das der Rollwiderstand praktisch als konstant betrachtet werden kann. Deshalb ja auch die immensen Investitionen der Autobauer im Windkanal.
Bei Schiffsdieseln z.Bsp. würde die Betrachtung Sinn machen, weil die fast ausschließlich auf einem Arbeitspunkt laufen, eben knapp Volllast, auf den sie auch optimiert sind. Da spielt die Zeit eine Rolle und die installierte Leistung wird auch ausgenutzt, nicht wie bei Pkw, wo theoretisch 20kW ausreichen würden.
Ähnliche Themen
Danke AFT´ler ich habe mir eigentlich auch schon gedacht, dass es so ist aber da ich mir nicht sicher war habe ich halt gefragt 😉
Nein, der Rollwiderstand nimmt ganz sicher linear zu, dieses Diagramm habe ich noch aus der Fahrschule im Kopf.
Selbst wenn die Reibbeiwerte konstant sind - je schneller ich fahre desto mehr Umdrehungen legt das Rad zurück und ich habe mehr Reibarbeit = Widerstandskraft (physikalisch grob fahrlässig gesprochen). Man muss also auch hier mehr Energie einsetzen.
Vielleicht sollte man sich den Begriff Widerstand genauer ansehen. Wenn ihr Widerstand im Form von "Kraft" meint, dann bleibt diese eventuell schon konstant. Wenn man aber betrachtet wieviel "Energie" ein Motor für welche Widerstände aufbingen muss, dann ist der Anteil des Rollwiderstandes nicht konstant.
[Edit] Ich meinte nicht den Anteil (der ändert sich ja sowieso weil schon der Luftwiderstand zunimmt), sondern direkt Widerstandswert, den Betrag an Leistung oder Arbeit um den Rollwiderstand zu überwinden.
Hier ist noch das Diagramm das ich meine:
http://www.schulmodell.de/physik/Alltagsphysik/fahrrad/rollen.JPG
Au jetzt aber vorsicht! Ist die Quelle seriös?
Da hat jemand aus nem korrekten Fahrwiderstandsdiagramm ein Mix aus Fahrwiderstände und Leistung gemacht 😉
Der Luftwiderstand nimmt nämlich in der 3. Potenz zu wenn man die Leistung direkt über der Geschwindigkeit aufträgt. Sprich als Kraft aufgetragen nimmt er quadratisch zu (klar oder?), will man ihn direkt als Leistung oder Energie i.A. der Fahrtgeschwindigkeit ausdrücken wird aus v² ein v³.
Bei dem Diagramm hat jemand nicht korrekt nachgedacht, während der Luftwiderstand quadratisch also als Kraft aufgetragen ist, ist der Rollwiderstand als Energie bzw. Motorleistung aufgetragen.
So betrachtet geht natürlich mit höherer Geschwindigkeit auch mehr Leistung flöten. Aber ist dies auch der Rollwiderstand - mir waren bei solchen Betrachtungen bisher nur Fahrwiderstandskurven bekannt wo die Kräfte der einzelnen Komponenten über der Geschwindigkeit aufgetragen sind. Aus der Motorleistung ergibt sich die Zugkrfat und dort wo sich Zugkraft und Gesamtfahrwiderstand schneiden liegt die theoretische Höchstgeschwindigkeit.
Hm, also bist du sicher dass der Luftwiderstand quadratisch aufgetragen ist? Man kann diese Kurven durchaus soweit strecken dass es auch kubisch sein kann. Das ist hier nicht erkennbar, und wahrscheinlich soll es die kubische Funktion sein.
Zeig doch mal ein "richtiges" Diagramm.
Hier eines vom 2.0 Otto KE
uups Anhang vergessen
Aber du hast recht, der Maßstab ist recht grob. Könnte auch die 3. Potenz sein. Dann würde es stimmen
Ist das von einem (Turbo-) Diesel?
*edit* oh man, wer lesen kann ... , wohl nicht mein Tag heute :-(
Zitat:
Original geschrieben von mida
Au jetzt aber vorsicht! Ist die Quelle seriös?
Da hat jemand aus nem korrekten Fahrwiderstandsdiagramm ein Mix aus Fahrwiderstände und Leistung gemacht 😉
Der Luftwiderstand nimmt nämlich in der 3. Potenz zu wenn man die Leistung direkt über der Geschwindigkeit aufträgt. Sprich als Kraft aufgetragen nimmt er quadratisch zu (klar oder?), will man ihn direkt als Leistung oder Energie i.A. der Fahrtgeschwindigkeit ausdrücken wird aus v² ein v³.
Bei dem Diagramm hat jemand nicht korrekt nachgedacht, während der Luftwiderstand quadratisch also als Kraft aufgetragen ist, ist der Rollwiderstand als Energie bzw. Motorleistung aufgetragen.
Na das ist ja ganz großes Kino hier. Die Wiederstandskraft für einen umströmten Körper (also die Kraft die ich aufbringen muss, das sich der Körper gegen das ihn umgebende Fluid bewegt) errechnet sich wie folgt: F = ½ roh v*v cw A. Das heißt die Geschwindigkeit geht quadratisch ein-nix kubisch nix als Energirform sonstwie... Und nochwas zum Rollwiderstand: sämtliche Koeffizienten der Formel sind erster Ordnung also linear. Wie soll da sein Graph irgendeine andere Form annehmen?
Versuche einfach nochmal meinen Beitrag zu lesen und zu verstehen, steht ja eigentlich schon drin wie man von quadratisch auf die 3. Potenz kommt.
Habe da noch ein Muscheldiagramm für den FSI mit 85 kW gefunden, wen es interessiert, s. Anhang
Grüße
Ein Verbrennungsmotor arbeitet nie mit einem Wirkungsgrad, der über 50% der zugeführten Energie in kinetische Energie umwandelt.
Runde 50% des Treibstoffs wird in Wärme umgewandelt, die eher lästig, wie förderlich ist.🙁
Jedes Fahrzeug läuft sparsamer, wenn die Geschwindigkeit gesenkt wird und der größte Gang benutzt wird. Niedrige Drehzahlen sind die effektivsten Sprit-Spar-Möglichkeiten.
Der Rollwiderstand lässt sich durch höheren Luftdruck in den Reifen oder schmaleren Reifen beeinflussen. Es gibt auch Reifen, welche einen besonders niedrigen Rollwiderstand haben.
Reibverluste im Getriebe und an den Radlagern gehen linear einher, bleiben quasi gleich, egal ob 50km/h oder 200km/h gefahren wird...die Strecke ist gleich, die drehenden Teile drehen gleich oft.🙂
Bei hohen Drehzahlen des Motors ist die Füllung des Motors nicht mehr optimal, ein Teil des Kraftstoffes kann nicht mehr verbrannt werden und spült ungenutzt in den Auspuff.
Aber der ärgste Feind für Spritsparer ist der Luftwiderstand, welcher tatsächlich quadratisch zur Geschwindigkeit ansteigt!!!
Wer Sprit sparen möchte, sollte:
1. auf der BAB unter 3000 Umdrehungen bleiben
2. den Luftdruck in den Reifen erhöhen
3. unnötigen Ballast im Auto entfernen
4. zügig hochschalten, möglichst schnell den größten Gang einlegen.
MEIN Auto läuft bei 80km/h unter 8 Liter auf 100km. Er hat aber auch einen 2.3 Turbo-Motor mit 225PS.
Bei 1500 rpm liegt das volle Drehmoment an, bei 100km/h dreht der Motor rund 1800rpm im 5.Gang.
Die Karre kann aber auch 245km/h schnell sein...und braucht dann lockere 15-17 Liter, wenn man versucht, 200km/h zu halten.
RICHTIG VIEL verbraucht ein Auto durch laufende Brems- und Beschleunigungsmanöver!
Bei einer ruhigen Reisegeschwindigkeit von 160Km/h liegt der Verbrauch bei exakt 10 Litern.
Bei 130km/h Richtgeschwindigkeit auf deutschen Autobahnen liegt der Verbrauch bei knappen 9 Litern, 8,8 oder so...🙂
Das grösste Sparpotential liegt als im Gasfuß!!! Egal, welches Auto, welcher Motor!