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Minderverbrauch von 3-Zylinder (wegen Reibung oder Hubraum/Zylinder) ?
Derzeit bin ich Fahrer eines Marbellas (was natürlich 4-Zylinder ist). Im Marbella Forum besteht die allgemeine Ansicht, daß 3-Zylinder verbrauchsmäßig schlechter ist.
Da dort im Forum keine ketzerischen Frage stellen will jetzt mal hier im motortalk-forum.l
Konkrete Frage:
Warum ist Dreizylinder sparsamer (und ist er überhaupt sparsamer) ?
Es heißt doch immer ein 3-Zylinder ist so sparsam wie ein 2-Zylinder aber so laufruhig wie ein 4-Zylinder.
Ist es
1. die geringere Reibung (also Lagerreibung und die Reibung der Kettenhemden an der Zylinderwand).
oder ist es
2. ein größerer Hubraum/Zylinder (bei einem 1,2 Liter PKW hätte man bei 3 Zylindern 400ccm/Zylinder bei 4 Zylindern 300ccm (möglicherweise ist ja die Effiziens bei einem größeren Zylinder größer) ?
3. An der größeren Antriebsmasse eines 4-Zylinderantriebsstrangs wirds doch kaum liegen. Oder fällt das erhöhte Massenträgheitsmoment des Antriebstrangs durch einen vierten Zylinder stark ins Gewicht ? - dieses würde ja ohnehin nur bei Beschleunigungsvorgängen (z.B. im Normzyklus) Einfluß nehmen.
Wenigstens sehe ich, daß die Sparsamen Benziner (C1, Aygo, Peugeot 107 , Daihatsu Cuore, Suzuki Alto usw.) alle 3-Zylinder sind (alle < 120g CO2). Einen 4-Zylinder-Benziner unter 120g gibts hingegen gar nicht. Da mag Fiat die sparsamste Flotte haben (wahrscheinlich wegen Diesel) aber Fiat-Kleinstwagen Seicento und Panda sind wahre Säufer da wahrscheinlich 4-Zylinder.
Für eine Antwort wäre ich dankbar.
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10 Antworten
Zitat:
Original geschrieben von manwappl
Konkrete Frage:
Warum ist Dreizylinder sparsamer (und ist er überhaupt sparsamer) ?
Es heißt doch immer ein 3-Zylinder ist so sparsam wie ein 2-Zylinder aber so laufruhig wie ein 4-Zylinder.
Der 3-Zylinder ist unter ökonomischen Gesichtspunkten im Hubraumbereich von ca. 800 bis 1500 ccm die optimale Lösung.
Die Laufruhe eines 4-Zylinders wird er, auch mit Ausgleichswellen, kaum ganz erreichen. Ein 800 ccm 2-Zylinder wird wahrscheinlich im spezifischen Verbrauch noch etwas sparsamer, und als Boxermotor (optimaler Massenausgleich) kaum unkomfortabler sein.
Zitat:
1. die geringere Reibung (also Lagerreibung und die Reibung der Kettenhemden an der Zylinderwand).
Die geringere Reibleistung (auch Nockenwellen und Ventile) und damit eine Erhöhung der Effizienz ist der wichtigste Grund für eine Reduzierung der Zylinderzahl.
Zitat:
2. ein größerer Hubraum/Zylinder (bei einem 1,2 Liter PKW hätte man bei 3 Zylindern 400ccm/Zylinder bei 4 Zylindern 300ccm (möglicherweise ist ja die Effiziens bei einem größeren Zylinder größer) ?
Richtig. 400ccm/Zylinder sind m.W. günstiger als 300ccm/Zylinder.
Zitat:
3. An der größeren Antriebsmasse eines 4-Zylinderantriebsstrangs wirds doch kaum liegen. Oder fällt das erhöhte Massenträgheitsmoment des Antriebstrangs durch einen vierten Zylinder stark ins Gewicht ? - dieses würde ja ohnehin nur bei Beschleunigungsvorgängen (z.B. im Normzyklus) Einfluß nehmen.
Na ja nicht nur beim Beschleunigen, auch bei konstanter Drehzahl entstehen durch das ständige Wiederbeschleunigen der Kolben Verluste, der Effekt wird vermutlich aber nicht sehr groß sein weil ein Teil der Energie ja wieder zurückgewonnen wird.
Vielleicht meldet sich aber noch ein Maschinenbauer der das noch genauer erklären kann.
Ein Punkt noch zur Ergänzung:
Die wärmeabgebende Oberfläche im Verhältnis zum Brennraumvolumen wird umso kleiner, je größer ich den Einzelbrennraum mache. Deshalb hat der Dreizylinder im Verhältnis zum hubraumgleichen Vierzylinder weniger thermische Verluste.
Gruß SRAM
Bei zunehmender Reduzierung der Zylinderzahl bis hin zum Einzylinder gibt es aber einen gegenläufigen Effekt: Das Reduzieren des Rüttelns und Schüttelns erfordert einen immer aufwendigeren Masseausgleich und größere Dämpfung, die Drehungleichförmigkeit erfordert immer größere Schwungmassen. Das schluckt den höheren Wirkungsgrad wieder.
Ein 3-Zylinder ist wohl die niedrigste noch erträgliche Zylinderzahl beim Reihenmotor.
Zitat:
Die wärmeabgebende Oberfläche im Verhältnis zum Brennraumvolumen wird umso kleiner, je größer ich den Einzelbrennraum mache. Deshalb hat der Dreizylinder im Verhältnis zum hubraumgleichen Vierzylinder weniger thermische Verluste.
Da ist aber ein Gedankenfehler drin. Mehrzylindermotoren kann man sich ja als Parallelschaltung lauter Einzylindermotoren vorstellen. Durch die Parallelschaltung verändert sich der Gesamtwirkungsgrad nicht.
So. Würde deine Aussage uneingeschränkt gelten, dann würde der Wirkungsgrad immer schlechter, je kleiner ich den Motor mache. Modell-4Takt-Motoren mit 10cm³ hätten einen ganz miserablen Wirkungsgrad, und ein großer R4 mit 600cm³ pro Zylinder hätten einen sauguten.
Dem ist aber nicht so, denn du hast da irgendetwas vergessen. Ich mußte ganz schön überlegen was.
Und ich habs gefunden. Es ist zwar eine mathematische Tatsache, daß sich bei Verdoppelung von Bohrung*Hub der Hubraum ver-8-facht und die umschließende Fläche nur ver-4-facht. Aber du hast unterschlagen, daß sich das Drehzahlniveau bei kleiner werdendem Hubraum bei gleicher Flammfront-Geschwindigkeit und damit gleicher Kolbengeschwindigkeit immer mehr erhöht. Der Gaswechsel geht also schneller. Ich habe zwar eine größere (Wärmeverlust-)Fläche pro eingeschlossenes Volumen, aber die Verweildauer des Gases ist dafür auch viel geringer, es hat also auch weniger Zeit, Verlustwärme abzugeben.
Ttrotzdem ist es natürlich so, daß diese theoretische Tatsache nicht 100% umzusetzen ist. Ein kleiner Motor mit sehr vielen Zylindern, z.B. ein V12 mit 1L Hubraum und 20000U/min, würde dermaßen Präzision bei der Fertigung erfordern, daß er das 10-fache kosten würde. Zudem steigt die Fehlerwahrscheinlichkeit mit zunehmender Zylinderzahl.
Trotzdem, so ein V12 mit 1L Hubraum wäre natürlich ein Traum. Würde ich gerne mal live sehen, eingebaut in einen Kleinwagen.
Zitat:
Original geschrieben von SeatArosa1.7SDI
Trotzdem, so ein V12 mit 1L Hubraum wäre natürlich ein Traum.
Ein 1-Liter 12-Zylinder wäre meilenweit vom idealen Verhältnis Hubraum/Zylinder entfernt.
Das günstigste Verhältnis bei Berücksichtigung aller Vor- und Nachteile liegt bei ca. 500ccm/Zylinder.
Der optimale 1-Liter Motor wäre also ein 2-Zylinder. Als Boxermotor sind die freien Kräfte der 1. und 2.Ordnung sowie die freien Momente 1.Ordnung gleich Null, damit kommt er dem Ideal, z.B. dem 6-Zylinder Reihenmotor, schon recht nahe, d.h. mit dieser Zylinderanordnung wäre nicht einmal eine Ausgleichswelle nötig.
Aber eine schöne technische Spielerei, stellt dir mal vor, da kommt ein Corsa mit 1L Hubraum, und du machst die Haube auf, und da ist ein V12 drin, mit Zylindern in Schnapsglas-Größe und Ventilen wie Reißzwecken. Das Ding läuft absolut vibrationsfrei und klingt wie ein... wie klings es eigentlich?
Zitat:
Das günstigste Verhältnis bei Berücksichtigung aller Vor- und Nachteile liegt bei ca. 500ccm/Zylinder.
Da sprichst du etwas Interessantes an. Dieses "Gesetz" kenne ich auch, aber nur im Zusammenhang mit Ottomotoren. Bei Dieselmotoren gilt, je größer um so besser. Deswegen hat man wohl auch keine Probleme, Zweitakt-Schiffsdiesel mit 500L Hubraum pro Zylinder zu bauen.
Interessant ist die Frage, wie dieses "Gesetz" von den 500cm² zustandekommt. Normalerweise sollte ja bei steigendem Hubraum pro Zylinder ein guter Wirkungsgrad immer kostengünstiger machbar sein (warum der Wirkungsgrad bei steigendem Einzelhubräumen und weniger Zylindern nicht zwingend besser wird, sondern nur deutlich kostengünstiger zu realisieren ist, schrieb ich weiter oben)
Es muß also etwas existieren, was bei Ottomotoren bei noch viel größeren Einzelhubräumen (>1L) schädlich ist. Ich habe eine Vermutung. Die Laufzeit der Flammfront (welche mit Unterschallgeschwindigkeit läuft) nimmt zu, und die Brennraumabmessungen geraten zunehmend in die Größenordnung der Wellenlängen der angeregten Schallwellen. Diese haben nun auch genügend Zeit, zwischen den Brennraumwänden hin- und herzulaufen, bevor die Flammfront den ganzen Brennraum durchlaufen hat. Somit ist der Anteil stehender Wellen größer, welche partielle Druckanstiege und damit Sekundärzündungen in abgelegenen Brennraumecken verursachen - Die Klopfneigung steigt. Aber es kommt noch schlimmer: Da bei Vergrößerung des Einzelhubraums das Volumen (und damit der Energiegehalt der Zylinderfüllung) kubisch, die umschließende Fläche aber nur quadratisch steigt, wird ein Motor mit steigendem Einzelhubraum mechanisch immer empfindlicher gegen Klopfen, kann immer leichter zerstört werden.
Sieht man mal vom 2 Takter 3 Zylinder ab wie er im DKW und Wartburg eingesetzt wurde(sehr laufruhig) braucht es doch etwas Technik den 3 Zylinder 4 Takter halbwegs laufruhig zu bekommen.
Aber 2 Zylinder 4 Takter, alle in der 600ccm Klasse, hatten wir satt! Lloyd Alexander (R2), NSU Prins IV (R2), Citroen 2CV (B2), BMW 600 (B2), DAF 33-44[Daffodil] (B2) Da ich alle diese Fahrzeuge selbst gefahren habe, ausser dem DAF, kann ich euch versichern das die nicht sehr "vibriert" haben. Interessanterweise waren alle diese Motoren luftgekühlt, Der Fiat 600-700 war ein wassergekühlter 4 Zylinder... Der Kraftstoff Verbrauch wäre für Heutige Verhältnisse zu hoch, das hat aber weniger mit der Motoren Mechanik zu tun sondern der Regelung, Mein Verdacht ist das Jeder dieser Motoren mit ECU und Direkteinspritzung garnicht so schlecht da stehen würde...
Die Japaner sind heute in der 600ccm Klasse (eigentlich 660ccm) führend, die berühmten Kei-Cars.
Ich kenn die nicht alle aber viele davon sind 3 Zylinder bis zu 65 PS aber sehr hohen Drehzahlen...
Warum sind die 2 Zylinder praktisch alle weg? Hat wenig mit Thermischen Tralala zu tun sondern der Tatsache das jeder ein grösseres Auto wollte und das lässt sich am einfachsten (sprich billig) mit einem 1,2 bis 2 Liter 4 Zylinder machen.
Gruss, Pete
PS: einen 2 Zylinder 4 Takter Benziner kann man wohl kaum mit einen Lanz Bulldog vergleichen! Das ist "Vibration"! geht mal auf YouTube 
Der Lanz hat immerhin 7,6 Liter Hubraum in einem Zylinder, John Deere hatte das gleiche als Benziner.... Das ist keine Vibration mehr, das ist fröhliches und rythmisches "HÜPFEN!!! 
Nun ja, den höchsten Wirkungsgrad unter den Dieselmotoren haben genau die, die auch den höchsten Einzelhubraum haben: die Schiffsdiesel.
Neben den Wärmeverlusten nehmen auch die spezifischen Reibverluste Kolben/Zylinder mit größerwerdendem Durchmesser der Bohrung linear ab, weil auch hier die Fläche quadratisch, der Umfang aber nur linear mit dem Durchmesser anwächst.
Beim Ventiltrieb ähnliche Verhältnisse.
In dem Bereich, in dem die Geschwindigkeit der Flammenfront eine Rolle spielt (wohlgemerkt die turbulente und nicht die statische), sinkt der Wirkungsgrad jedes Motors ab, weshalb dieser Bereich, wenn es um hohem Wirkungsgrad geht zu meiden ist.
Ein hohes Massenrotationsträgheitsmoment ist hingegen dem Wirkungsgrad nicht abträglich, wenn mann nicht dauernd die Drehzahl schnell ändern muß.
Leider landet man dann eben bei einem typischen Hochwirkungsgradmotor: langsam, drehunwillig (weil hohe Massenträgheit der rotierenden Massen), geringe spezifische Literleistung (weil geringe Drehzahl), unkomfortabel.
Deshalb die Kompromislösung bei ca. 500 ccm.
Will ich seidenweichen Lauf, dann nehme ich eben den 3 Liter 12 Zylinder Sauger, ist hingegen nur brutale Kraft, Wirkungsgrad und Leistung gefragt, dann machts ein Motor wie der Drake Offenhausser 2.4 Liter 4Zylinder Turbo besser. Die good vibrations gibts dann allerdings gratis dazu
Gruß SRAM
Mercedes (und inzwischen auch BMW) kommen ja mit 3 Zylindern in (relativer) Kürze - bei Mercedes sogar eventuell sogar bis in die C-Klasse.... der 3 Zylinder wird also wieder hoffähig :-) nicht nur bei den kleinen Autos
http://....mercedes-benz-passion.com/.../
Entwicklungsvorstand Dr. Weber meinte zu der Zeitschrift : “Für Mercedes werden nun auch die Dreizylinder relevant" wer hätte das gedacht.... erst wirft man die 12 Zylinder Benziner dann die 8 Zylinder Diesel auf den Müll und nun kommen sogar 3 Zylinder in den "Premiummarken".
Am besten alle Aktien von Zündkerzenherstellern schnell verkaufen
Macht ja bei Hybrid auch Sinn, da läuft der Verbrenner nur ab 3000U/min oder gar nicht. Also relativiert sich das Rüttel- und Schüttel-Problem.
Bin ja neugierig, was für eine Art von Hybrid die planen.
Ne das hat mit Hybrids nichts direkt zu tun
Es kommen Hybrid UND 3 Zylinder und vielleicht auch eine Kombination Hybrid mit 3 Zylinder
Aber die 3 Zylinder gibt es sicher ohne Hybrid