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Kleinerer Motor = immer sparsamer?

Themenstarteram 10. November 2021 um 19:03

Liebe Freunde,

Stimmt die Theorie, dass ein kleinerer Motor in allen Aufgabenbereichen sparsamer ist, als ein größerer?

Ich weiß, dass unterschiedliche Autos/Motoren für unterschiedliche Zwecke gebaut wurden. Ein kleiner 1.0L Hyundai i10 wird in der Innenstadt definitiv weniger verbrauchen, als eine große BMW 5er 3L Maschine, die selbst im Leerlauf schon mehr schluckt, um sich selbst am Leben zu erhalten.

Wiederum ist der 5er 3L für die Langstrecke gemacht. Hier dreht er bei 160km/h wahrscheinlich gemütliche 2500 U/min, während der kleine Hyundai 1.0L sich die Seele aus dem Leib schreit und um Erlösung bittet. Doch hier ist denke ich eher der Komfortgedanke im Vordergrund. Eine große lange 3L Limousine ist für leise, komfortable Langstrecken selbst bei guter Geschwindigkeit ausgelegt. Aber ob der 3L Motor in diesem Territorium auch sparsamer ist?!

Beispiel, um Äpfel mit Äpfeln zu vergleichen:

Ein 1.0L Motor (Marke egal) bei 50km/h

Ein 3.0L Motor (Marke egal) bei 50km/h

Hier vermute ich, dass der kleinere Motor definitiv sparsamer ist. Insbesondere Stop and Gos stelle ich mir als Welten an Unterschied vor. Doch jetzt zum Spannenden:

Ein 1.0L Motor (Marke egal) bei Reisegeschwindigkeit 120km/h

Ein 3.0L Motor (Marke egal) bei Reisegeschwindigkeit 120km/h

Gibt es vielleicht Tabellen, ab wann es sparsamer wäre, auf eine größere Maschine umzusteigen? Oder werden die Kleinen auch wenn sie noch so gequält schreien, immer sparsamer sein?

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414 Antworten

Müsste man hier nicht den Vergleich unter Modellbrüdern machen, gleiche Ausstattung, und dann den kleinsten Motor mit einem wesentlich größeren testen? Sonst sind es wirklich Äpfel mit Bananen ;-))

Und dann nicht bei 120 km/h, sondern so hohem Tempo, dass der kleine Motor "fast" an seine Grenzen (Drehzahl) kommt. Natürlich macht das keinen (wenig) Sinn, wenn der "Kleine" schon 100 Kw hat und über 200 km/h rennt und der "Große" auch nur kanpp 250. Diesel gegen Benziner ist dann auch noch eine mögliche Kombination.

Die Frage kann nur lauten, gibt es "einen Geschwindigkleitsbereich" wo ein größerer Motor sparsamer ist. Im Durchschnittsverbrauch wohl kaum möglich, allein weil ein größerer Motor meist auch mehr Gewicht mit sich bringt.

Zitat:

@85mz85 schrieb am 10. November 2021 um 22:41:54 Uhr:

Tendenz ist jedoch, daß ein kleiner Motor weniger verbraucht, da er weniger Luft pumpen muss( kleiner Hubraum) und weil er häufiger in der Nähe des optimalen Betriebspunktes betrieben wird.

Falsch und richtig. Falsch weil die Luftmasse beim Otto was mit der Leistung zu tun hat. Der "große Motor" mit viel Leistung braucht an dem gewählten Betriebspunkt (also beide Fahrzeuge fordern etwa die selbe Leistung für Arbeit gegen den Wind und Rollwiderstand ab) eben weniger Fülldruck des Brennraums, was über Drosselverluste und Reibung nebst Ventiltrieb eben zu mehr Verbrauch führt. Richtig ist, dass der kleine Motor daher öfter in der Nähe seines "optimalen Betriebspunkts" liegt.

Wem statt thermodynamische eine statistische Analyse reicht: https://www.spritmonitor.de/de/leistung_kontra_verbrauch.html

Beim Benziner hast du "untenrum" ab etwa 65 kW eine Zunahme des Verbrauchs mit der Leistung, jedenfalls im Alltagsbetrieb. Beim Diesel mangels Drosselverlusten eigentlich "immer". Auch wenn ich die ganz kleinen Werte bei 20kW nicht ernst nehmen kann, wer mag schaue sich die "Fahrzeuge" an. Royal Enfield Diesel zum Beispiel ;)

 

Zitat:

@85mz85 schrieb am 10. November 2021 um 23:46:14 Uhr:

Der optimale Betriebspunkt , ist der Punkt im Schaubild , in dem der spezifische Verbrauch am niedrigsten ist und damit der Wirkungsgrad am höchsten. Klar deutlich unter diesem ist der Verbrauch niedriger. Wenn der Motor steht verbraucht er nix, dann gibt er aber auch keine Leistung ab.

Angehängt hab' ich das Muscheldiagramm vom 2ZR-FXE im Prius 3. Interessant ist die rote Linie. Diese stellt die Bestpunkte für die jeweilige Leistung von 9kW - 74kW. Dabei bewegt sich die Maschine zwischen 215g/kWh - 245g/kWh. Der absolute Bestpunkt liegt bei 100Nm @ 2000U/min. Dabei liefert der Motor 21kW und hat einen spezifischen Verbrauch von 215g/kWh und einen Wirkungsgrad von 41%.

Mit dem CVT kann man dieser Linie natürlich perfekt folgen. Dennoch ist die Last bei niedrigen Geschwindigkeiten (<50km/h) dermaßen niedrig, dass man selbst mit hoher Übersetzung (Motor dreht nur mehr 1100U/min) kaum mehr Last erzeugt. Hier springt dann der Akku ein, der dann geladen wird.

Beispielsweise, bei 50km/h benötigt mein Prius+ etwa 5kW zum Antrieb. Bei 1100U/min und 5kW lande ich bei etwa 275g/kWh (32%). Das System erhöht nun mit Akku-Laden die Last um 5kW auf etwa 10kW und rutscht damit auf 221g/kWh (40%). Sprich aus den 275g Sprit bei niedriger Last kann ich nun 1,24KWh mechanische Arbeit bekommen. Das sind 24% mehr! Diese werden im Akku gespeichert und zu einem Späteren Zeitpunkt zum fahren verwendet, wenn der Verbrenner steht.

Mit einem konventionellen Verbrenner würde man für 50km/h den Gang so wählen, dass er bei etwa 1500U/min läuft. Beim vorher dargestellten 1.4-TSI mit 170PS wäre man da bei etwa 350g/kWh.

Grüße,

Zeph

2ZR-FXE

Was glaubst man, wieviel Leistung nötig ist um 50 km/h oder 100 km/h zu fahren. Für 100 braucht man ungefähr zwischen 20 und 30 KW. Also absolute Teillast. Weit weg vom Bestpunkt. Also kleiner Motor. Normal sollten 600 ccm und 30 KW reichen. Zum Reibungoptimieren nur 2 Zylinder. Wenn dann die Komfortdinge wegfallen, Gewicht und elektrische Leistung und damit Räder, Bremsen usw. auch noch leichter werden könnten wir locker Fahrzeuge mit 600kg haben und zwischen 2 und 3 Liter pro 100 km fahren.

Zitat:

@85mz85 schrieb am 11. November 2021 um 09:16:15 Uhr:

Was glaubst man, wieviel Leistung nötig ist um 50 km/h oder 100 km/h zu fahren. Für 100 braucht man ungefähr zwischen 20 und 30 KW.

Ich hab ja ein Scanngauge in meinem Fiesta.

Also bei Tacho 60 pendelt das so um die 3,5 bis 4PS rum. Bei Tacho 90 so um die 9PS. Bei Tacho 120 so um die 20PS.

Zitat:

Mit dem CVT kann man dieser Linie natürlich perfekt folgen. Dennoch ist die Last bei niedrigen Geschwindigkeiten (<50km/h) dermaßen niedrig, dass man selbst mit hoher Übersetzung (Motor dreht nur mehr 1100U/min) kaum mehr Last erzeugt. Hier springt dann der Akku ein, der dann geladen wird.

Hört doch mal auf zu behaupten, das der Akku geladen wird, um die Last zu erhöhen, damit der Motor effizienter läuft.

Der Akku wird beim Fahren (rekuperation mal außen vor gelassen) geladen, wenn er auf ein bestimmtes Niveau entladen ist. Und wenn dafür 5PS Leistung benötigt werden, dann muss der Motor halt diese 5PS mehr leisten. Da ist es völig uninteressant, ob da gerade 10PS oder 70PS für den Vortrieb benötigt werden.

Das stufenlose Getriebe regelt die Übersetzung so ein, das der Motor die momentan abgerufene Last, in jenem Drehzahlbereich abliefert, die den geringsten Verbrauch erziehlt.

Bin doch selber mal einen Yaris Hybrid 4 Tage lang Probe gefahren. Da konnte man doch das Ganze wunderbar am Display verfolgen.

Ich fahr einen Prius+. Mit dem Hybrid Assistant, der mir so ziemlich alles mitteilt, was sich unter der Haube so tut. Ich beobachte den Antrieb ziemlich genau, jeden Tag. Also erzähl mir nicht, was ich behaupten soll und was nicht, wenn ich die Funktionsweise jeden Tag am Bildschirm sehe. Das Display vom BC ist für Laien nett, zeigt aber nicht wirklich was sich da so tut (zeigt ja auch nur einen E-Motor, das System hat aber 2 davon).

Du glaubst, nur weil du einen Fiesta untertourig sehr sparsam bewegen kannst und weisst wie ein OBD-Tool funktioniert, hast du die Weisheit mit Löffeln gefressen. Das mag für Verbrenner stimmen, aber einen Vollhybriden hast du nicht verstanden, schlimmer noch, du weigerst dich ihn zu verstehen. Du stehst dir selbst im Weg.

Und hör' auf, mir deswegen an die Karre zu fahren.

Die übergeordnete Philosophie des HSD ist, soviel mechanische Arbeit aus jedem Tropfen Treibstoff zu bekommen, wie möglich. Mittels CVT den jeweiligen Bestpunkt zur abgeforderten Leistung zu halten, ist ein Baustein davon. Die Last mittels Akkuladen zu Erhöhen und in besonderen Niedriglast-Szenarien rein elektrisch zu fahren ein anderer.

Grüße,

Zeph

Der HSD ist schon ziemlich genial und ich verstehe nicht, warum nicht einige andere Hersteller dieses Konzept nicht auch verfolgen statt ihrer Mildhybride. Die sind ökonomisch so viel schlechter, dass sie sich nur auf dem Papier lohnen und die HSD macht nur keiner, weil da keine Subvention hilfreich unter die Arme greift. Tatsächlich bekommt man aber mit Rekuperieren und Erhöhen der Motorlast in einen wirkungsgradoptimierten Bereich natürlich keine 100% an Strom aus der zusätzlich eingesetzten Leistung heraus.

Weiß jemand etwa, wieviel von der rekuperierten Leistung in % aus kinetischer Energie oder dem Verlagern des Lastpunktes des Motors nach Verstromung und erneutem Einsatz im Elektromotor wieder an der Achse ankommt?

 

Gruß

Gravitar

Zitat:

@Zephyroth schrieb am 11. November 2021 um 09:06:16 Uhr:

Zitat:

@85mz85 schrieb am 10. November 2021 um 23:46:14 Uhr:

Der optimale Betriebspunkt , ist der Punkt im Schaubild , in dem der spezifische Verbrauch am niedrigsten ist und damit der Wirkungsgrad am höchsten. Klar deutlich unter diesem ist der Verbrauch niedriger. Wenn der Motor steht verbraucht er nix, dann gibt er aber auch keine Leistung ab.

Angehängt hab' ich das Muscheldiagramm vom 2ZR-FXE im Prius 3. Interessant ist die rote Linie. Diese stellt die Bestpunkte für die jeweilige Leistung von 9kW - 74kW. Dabei bewegt sich die Maschine zwischen 215g/kWh - 245g/kWh. Der absolute Bestpunkt liegt bei 100Nm @ 2000U/min. Dabei liefert der Motor 21kW und hat einen spezifischen Verbrauch von 215g/kWh und einen Wirkungsgrad von 41%.

Mit dem CVT kann man dieser Linie natürlich perfekt folgen. Dennoch ist die Last bei niedrigen Geschwindigkeiten (<50km/h) dermaßen niedrig, dass man selbst mit hoher Übersetzung (Motor dreht nur mehr 1100U/min) kaum mehr Last erzeugt. Hier springt dann der Akku ein, der dann geladen wird.

Beispielsweise, bei 50km/h benötigt mein Prius+ etwa 5kW zum Antrieb. Bei 1100U/min und 5kW lande ich bei etwa 275g/kWh (32%). Das System erhöht nun mit Akku-Laden die Last um 5kW auf etwa 10kW und rutscht damit auf 221g/kWh (40%). Sprich aus den 275g Sprit bei niedriger Last kann ich nun 1,24KWh mechanische Arbeit bekommen. Das sind 24% mehr! Diese werden im Akku gespeichert und zu einem Späteren Zeitpunkt zum fahren verwendet, wenn der Verbrenner steht.

Mit einem konventionellen Verbrenner würde man für 50km/h den Gang so wählen, dass er bei etwa 1500U/min läuft. Beim vorher dargestellten 1.4-TSI mit 170PS wäre man da bei etwa 350g/kWh.

Grüße,

Zeph

Einen teilweise "Stationärmotor", der zusätzlich für die Stromgewinnung eingesetzt wird, mit einem Direktantriebsmotor zu verleichen ist grundsätzlich problematisch. Die Möglichkeit, den Motor in solchen Situationen zusätzlich zu beschäftigen (mit 10 anstatt 5kW), ist zwar insgesamt energiesparend, aber eben kein Vergleich der Motoren unter gleichen Randbedingungen.

Wenn, dann muss man auch den TSI bei 50km/h mit ca 1100rpm vergleichen.

Dafür nimmst du dann den 6.Gang und auch der 1,4TSI kann durchaus mit ca 1100rpm bei 50km/h und rund 5kW-Leistungsbedarf "rollen".

Dann wären wir bei ca 300g/kwh und der Unterschied zum Toyota-Motor (275g/kwh) gar nicht mehr so groß.

Der Toyota ist halt ein sehr spezialisierter Motor mit, in Relation zum TSI, sehr bescheidener Maximalleistung und Drehmoment, der nur in einem engen Drehzahl-/Drehmomentfenster arbeitet.

Im Bereich der bescheidenen Maximalleistung des Toyota-Motors, kann der TSI-Motor ca gleich ziehen und darüber hinaus kann man in einem sehr großen Bereich nicht mehr vergleichen, weil der Toyota-Motor halt eine ganz andere Leistungsklasse ist.

Den Toyota-Motor kann man bestenfalls mit einem 1L-TSI vergleichen.

Zudem ist der älteste 1,4-TSI der noch mit Kompressor und TL ausgestattet ist, von dem das Muscheldiagramm handelt, nicht unbedingt für aktuellere, kleine TSI repräsentativ.

Daher m.E.:

Man kann gerne große gegen kleinere Motoren vergleichen. Sie sollten aber zumindest ca die gleiche Maximalleistung bringen und sie sollten in ca gleicher Weise belastet werden.

Zudem sollte man man möglichst alt gegen neu vermeiden.....

 

 

Zitat:

@navec schrieb am 11. November 2021 um 10:29:23 Uhr:

 

Daher m.E.:

Man kann gerne große gegen kleinere Motoren vergleichen. Sie sollten aber zumindest ca die gleiche Maximalleistung bringen und sie sollten in ca gleicher Weise belastet werden.

Zudem sollte man man möglichst alt gegen neu vermeiden.....

Deshalb würde ich zwei Fahrzeuge nehmen, die bis auf das Antriebskonzept und Motor eben, absolut identisch sind, um realistischere Vergleiche (Ergebnisse) heraus zu bekommen.

Hybride passen eben auch nur auf ganz bestimmte Fahrprofile, wie bei E-Autos und Diesel/Benziner genauso. Folglich haben alle Konzepte "derzeit" auch noch eine Existenzberechtigung!

Dann vergleicht doch mal einen BMW F10/F11 528i. Einmal "alt" mit 3,0 l 6-Zylinder Saugmotor (N53B30), einmal "neu" als 2,0 l 4-Zylinder Turbomotor (N20B20).

Eigentlich passen Hybride in nahezu jedes Fahrprofil. Ultrakurzstrecke, das berühmte Fahren zum Bäcker geht elektrisch, im Stadt/Landbereich wird kinetische Energie beim Bremsen zurückgewonnen, bei Leistungsanforderung arbeiten beide Konzepte Hand in Hand, wie man bei Lexus sehen kann auf Wunsch auch mit ordentlich Leistung bei moderaten Verbrauch und nachgewiesener Haltbarkeit. Die einzige Konstellation von Nachteil wäre gegebenenfalls Dauervollgas auf der Autobahn mit Geschwindigkeiten jenseits der 200km/h. Deswegen sind die stärkeren Hybride wie z.B. der Camry von Toyota in der Endgeschwindigkeit abgeregelt....

Gruß

Gravitar

Zitat:

@Gravitar schrieb am 11. November 2021 um 11:18:33 Uhr:

Eigentlich passen Hybride in nahezu jedes Fahrprofil. Ultrakurzstrecke, das berühmte Fahren zum Bäcker geht elektrisch, im Stadt/Landbereich wird kinetische Energie beim Bremsen zurückgewonnen, bei Leistungsanforderung arbeiten beide Konzepte Hand in Hand, wie man bei Lexus sehen kann auf Wunsch auch mit ordentlich Leistung bei moderaten Verbrauch und nachgewiesener Haltbarkeit. Die einzige Konstellation von Nachteil wäre gegebenenfalls Dauervollgas auf der Autobahn mit Geschwindigkeiten jenseits der 200km/h. Deswegen sind die stärkeren Hybride wie z.B. der Camry von Toyota in der Endgeschwindigkeit abgeregelt....

Gruß

Gravitar

Dann wären ja Hybride die sprichwörtliche "Eierlegendewollmilchsau" ;-)) Ich denke dass dieses Konzept, wenn gut umgesetzt, eben alles abdeckt, aber wohl nicht in allen Bereichen so optimal, wie andere Konzepte, in ihrem "speziellen" Territorium.

@navec

Ist schon alles richtig, was du sagst. Vorallem eine Erkenntnis: Der Toyota-Motor ist gar nicht sooo viel besser als der (alte) TSI. Durch das Atkinson-Prinzip hat er ein paar Prozentpunkte mehr, das hat aber auch seinen Preis (geringe Literleistung). Toyota hat das erkannt, das ein Verbrennungsmotor eine gewisse Natur mitbringt, die sich nur in Grenzen verbiegen lässt.

Der Unterschied zwischen Toyota und anderen Herstellern ist nun, das Toyota versucht, mittels Hybrid & CVT den Motor möglichst lange in einem effizienten Bereich zu halten. Sprich Toyota passt den Antrieb dem Motor an, während unsere europäischen Hersteller immer noch bemüht sind, den Motor dem Antrieb anzupassen. Und genau da holt sich Toyota die Effizienz mit ihrem HSD.

Zitat:

@toyotahelferlein schrieb am 11. November 2021 um 11:24:39 Uhr:

Dann wären ja Hybride die sprichwörtliche "Eierlegendewollmilchsau" ;-)) Ich denke dass dieses Konzept, wenn gut umgesetzt, eben alles abdeckt, aber wohl nicht in allen Bereichen so optimal, wie andere Konzepte, in ihrem "speziellen" Territorium.

Das sind sie. Fast.

Das ein Vollhybrid effizienter ist, als ein Benziner liegt auf der Hand. In der Stadt spart er deutlich, auf der Autobahn nähert er sich dem Verbrauch eines normalen Benziners an. Das geht sogar soweit, dass selbst ein Diesel mit einem Vollhybrid richtig zu kämpfen hat. Es gibt nur eine Ausnahme, die ein Vollhybrid nicht gut kann: Lange Strecken mit Geschwindigkeiten jenseits der 140km/h.

Aber wo haben wir dieses Szenario? Eigentlich nur in Deutschland. Der Rest der Welt fährt maximal 130km/h. Und bei 130km/h bewegt sich der Vollhybrid vom Verbrauch her noch immer im Bereich des Diesels. Sollen's 0.5l/100km mehr sein, das holt er dann mit 3l/100km weniger im Stadverkehr wieder rein.

Grüße,

Zeph

Wobei lange Strecken jenseits der 140km/h auch problemlos möglich sind, nur die Effizienz ist dann nicht mehr ganz so herausragend......

Gruß

Gravitar

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