Warum ist Downsizing sparsamer?

[katy8]

Hallo zusammen, ich hatte gerade mit Kollegen eine Diskussion über Downsizing Motoren bzw. warum genau diese sparsamer sind.

Downsizing Motoren haben ja einen kleineren Hubraum und sollen deswegen sparsamer sein. Das versteh ich soweit auch, da der Hubraum kleiner ist, braucht es weniger Benzin um den Brennraum zu füllen, die Reibungsflächen sind kleiner und der Kolben ansich ist ebenfalls kleiner, und wird deswegen auch weniger Masse haben die beschleunigt werden muss. Auch der ganze Motor ansich ist leichter.

Aaaaaber, das resultiert ja auch in weniger Leistung. Darum werden die doch auch alle aufgeladen.
Was ich nun aber nicht verstehe, der Turbolader schauffelt ja mehr Luft in den Brennraum, das Verhältnis von Luft zu Benzin sollte ja in der Regel immer das gleiche sein, somit wird doch auch wieder mehr Benzin eingespritzt um mit der gesamten Luft reagieren zu können!? Zudem kommt das Gewicht des Turboladers wieder hinzu. Wegen dem höheren Druck im Brennraum muss doch auch bestimmt der Kolben, Pleuel, Zylinderwand usw. wieder ein wenig stärker ausgelegt sein als bei einem normalen Saugmotor.

Wo bzw. warum wird also Sprit gespart durch downsizen?😕

[GaryK]

Zitat:

@ttru74 schrieb am 9. Januar 2018 um 15:19:01 Uhr:

Deshalb sind die geschrumpften Motörchen auch nix für die Autobahn. Da ist nix mehr mit Einsparpotential.

Falsch. Lambda 1 ist Lambda 1, die Frage ist nur wie hoch die Luftmasse ist um genau diese Leistung zu erzeugen.

"Downsizing" ist nicht zwingend schlecht. Sofern das Abgas gescheit expandiert und somit kalt genug ist, ist die Notwendigkeit einer Anfettung sehr gering bis nicht vorhanden. Und in dem Fall säuft ein Turbo auch nicht. Mein letzter Motor war ein Audi V6 mit 3L Hubraum - der hat beim leisesten Tritt auf Pedal sofort angefettet, konnte aber nach Tempomat bis 220 km/h noch Lambda=1 fahren.

Somit ein klares "jein".

Physikalisch kann mans verstehen - Flammen erlöschen an "Grenzen" wie einer Zylinderwand. Siehe als Extrembeispiel eine Grubenlampe mit einem Strumpf aus Metallgeflecht. Keine Explosion des umliegenden Gemisches möglich weil die Flamme am "Strumpf" erlischt. Genau das gleiche passiert an Zylinderwänden. Siehe als Negativbeispiel den Wankel mit der beschissenen Brennraumform - die HC/CO Emissionen sind (ohne Kat) heftig.

Ein Turbo kann das Gemisch auch in Teillast bis zur Klopfgrenze verdichten und somit den Wirkungsgrad hochhalten. Ein Sauger kann das pinzipiell nicht und hat zudem durch die Luftmasse bei geringem Druck viel mehr (Brennraum-)Oberfläche, an der die Flamme erlöschen kann. Obendrein meist mehr Zylinder, was auch mehr Reibung/Arbeit am Ventiltrieb erfordert.

Soviel in Kurzform.

IMHO gehört die Zukunft dem Miller/Atkinson-Motor mit Turbo. Aus der variablen Nockenwellenverstellung in der Phase kann man zusammen mit dem Turbo einen "weiten" Bereich erzeugen, in dem der Motor nahe der Kopfgrenze bei zugleich hoher geometrischer Expansion arbeitet. Und damit maximalem Wirkungsgrad. Diesel und Benziner wachsen somit zusammen, wobei der Benziner wegen des Drei-Wegel-Kats abgastechnisch gewinnt.

[jw61]

Zitat:

@Ein_Berliner schrieb am 9. Januar 2018 um 20:08:19 Uhr:

Downsizing ist vor allem bezogen auf den NEFZ-Zyklus notwendig und wirkungsvoll.
Der NEFZ ist kurz und fordert den Motoren nur geringe Leistungen ab.
Kurz bedeutet, der Motor muss möglichst schnell auf Betriebstemperatur kommen, um sparsam zu fahren und hier sind kleine, leichte Motörchen im Vorteil.
Geringe Leistungen bedeutet, der Teillastbereich (geringer Mitteldruck, geringe Drehzahl) muss so effizient wie nur möglich sein. Das gelingt den Ingenieuren bei kleinen Hubräumen anscheinend besser.

Der neue WLTP-Zyklus wird das Angebot an größervolumigen Motoren in den nächsten Monaten und Jahren garantiert verbessern.

Genauso sehe ich das auch, zukünftig wird uns so manche dem NEFZ geschuldete Fehlentwicklung erspart bleiben!

[Timmerings Jan]

Zitat:

@katy8 schrieb am 9. Januar 2018 um 15:04:03 Uhr:

Downsizing Motoren haben ja einen kleineren Hubraum und sollen deswegen sparsamer sein. Das versteh ich soweit auch, da der Hubraum kleiner ist, braucht es weniger Benzin um den Brennraum zu füllen,

An genau dieser Stelle biegst du falsch ab.

Der Trick besteht vielmehr darin, dass man, um die im wesentlichen gleiche Menge Benzin verbrennen zu können, weniger Eisen herumwirbeln muss, wenn man den Hubraum verkleinert. Grob vereinfacht: je weniger Quadratzentimeter Zylinderwand-Fläche die Kolbenringe insgesamt rauf und runter geschoben werden müssen, um eine gegebene Menge Sprit zu verbrennen, um so mehr von der chemischen Energie aus deren Verbrennung bleibt für Vortrieb übrig: mehr Leistung aus dem gleichen Sprit, bzw. weniger Sprit für die gleiche Leistung.

Damit das klappt, muss in diesen kleinen Hubraum aber genausoviel Luft (in Kilogramm) rein wie sonst in den größeren gepasst hat. Also muss die Luft komprimiert werden. Man braucht irgendeine Art Luftpumpe: Abgas-Turbolader, riemengetriebener Kompressor, oder neuerdings auch einen elektrischen Kompressor. Oder gar eine Kombination aus solchen. Diese Luftpumpen anzutreiben kostet allerdings Energie.

Das Downsizing ist bei gleicher abgeforderter Motorleistung daher genau dann sparsamer, wenn die Antriebsleistung für den Betrieb der Luftpumpe(n) geringer ist als die Reduktion der innermotorischen Verluste durch den kleineren Motor. Ob diese Rechnung aufgeht oder nicht, hängt allerdings von sehr vielen Dingen ab, u.a. davon, wieviel von der Maximalleistung des Motors gerade abgefordert wird.

Durch die Randbedingungen in der EU, speziell die Androhung von happigen CO2-Strafsteuern auf Basis des NEFZ-Verbrauchs, wurden die hiesigen Autohersteller nun schon recht lange quasi mit Gewalt dahin gedrängt, sich nahezu ausschließlich um den Grenzfall sehr geringer Last zu kümmern. Denn der NEFZ müsste eigentlich eher NESZ heißen, so wie da geschlichen wird. Und der WLTP ist da auch nur ein bisschen besser.

Entsprechend wurden hier nun schon seit mehr als 10 Jahren fast alle PKW-Motoren nur noch darauf getrimmt, dass der Verbrauch bei ca. 10 bis 20 Prozent "Gas" gut ist, und das funktioniert eben am besten mit Downsizing und Abgas-Turbolader, denn in diesem Lastbereich tun einem die Zylinderwände besonders weh. Fordert man stattdessen Vollgas ab, kippt das Vorzeichen (früher heftig, inzwischen nicht mehr ganz so) in's Gegenteil, was dann u.a. zu der überall zu hörenden Platitüde "Turbo läuft --- Turbo säuft" geführt hat. So steckt eben in einem halbwegs typischen Golf VII, verglichen mit einem Golf III, heute manchmal ein Motor mit dem halben Hubraum, aber deutlich mehr Leistung.

Man kann es auch sehr viel abstrakter so darstellen: Turbos etc. sind deutlich flexibler als massive Motorblöcke, wenn es darum gibt, die angebotene Leistung, und damit den Verbrauch, an die benötigte Leistung anzupassen. Man kann z.B. einen Turbo z.B. viel leichter abschalten, als vorhandene Kolben davon abhalten, sich zu bewegen.

[Go}][{esZorN]

Dafür ein Danke. Alles gesagt. 🙂

[ttru74]

Sehr schön ausführlich beschrieben!

[navec]

@Volvoluder:

Zitat:

Schon vor über 10 Jahren hatte der 530D mit dem 6-Zylinder 3000 ccm3 Motor 235 PS und im 330D leistete der im wesenliche gleiche Motor 235 PS. Im aktuellen 330D (F3X) leistet der 3l 6-Zylindermotor im wesentlichen verursacht durch eine verbesserte Turboaufladung nun 258 PS. Da kann man wohl kaum von Downsizing sprechen

Ja natürlich ist das Downsizing oder wie kommt es dazu, dass ein läppischer 3L-Diesel, der normal keine 100PS bringt, auf einmal das ca 2,5-fache an Leistung mobilisiert?
Welcher Hubraum wäre minimal nötig, um 235PS aus einem Saugdiesel zu zaubern?
7L?
Von 7 auf 3L bei gleicher Leistung ist Downsizing.

Der absolute Hubraum spielt bei dieser Betrachtung doch gar keine Rolle.
Für den einen sind 2L-Hubraum groß und für den anderen fängt großer Hubraum erst bei über 4L an.

Ich fahre ehrenamtlich ein kleines Schiff mit 220L-Saugdiesel (und lediglich, in Relation läppischen 530PS). Aus dieser Sicht ist auch ein 3L-Diesel eher winzig....

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Ein 1,4L Saugbenziner bringt in Butter und Brot-Autos ca 90PS.
Mit "Downsizing" bringt er in aktuellen Butter und Brot-Autos (z.B. meinem...) 150 PS, als gut das 1,5-fache der nicht gedownsizten Version.

Von daher ist so ein Benziner weniger "gedownsizt", als jeder aktuelle Diesel, wo dieser Faktor eher im Bereich über 2 an zu siedeln ist.

[metalhead79]

Zitat:

@navec schrieb am 10. Januar 2018 um 09:41:48 Uhr:

Ich fahre ehrenamtlich ein kleines Schiff mit 220L-Saugdiesel (und lediglich, in Relation läppischen 530PS).

Da hatte Rudolf Diesels Prototyp ja mehr Literleistung. 😁

Gruß Metalhead

[GaryK]

Zitat:

@navec schrieb am 10. Januar 2018 um 09:41:48 Uhr:

Von daher ist so ein Benziner weniger "gedownsizt", als jeder aktuelle Diesel, wo dieser Faktor eher im Bereich über 2 an zu siedeln ist.

Oh ja. Siehe https://www.heise.de/.../...iesel-erstmals-mit-Pumpe-Duese-443307.html als letzte Saugdiesel. 2l Hubraum, 75 PS und 140 Nm. Als Benziner wären 200 Nm und rund 130 PS realistisch. Was auch nicht wundert: Ein Diesel hat bei maximalleistung ein lambda von rund 1.3, ein Benziner ist bei 0.8. Was bedeutet, auf die gleiche Luftmasse kann der Otto etwa 50% mehr Brennstoff geben. Was bedeutet, der (Saug) Diesel hat rund Faktor 0.8/1.3 Unterschied in Leistung und Drehmoment wenn die gleiche Luftmasse verarbeitet wird (beim Sauger gleich Hubraum). Stimmt nicht ganz, aber in erster Näherung....

Mit einer Literleistung aktueller VW TDIS von etwa 190-200 PS aus 2l Hubraum gegenüber 75PS des Saugdiesels reden wir über nahezu Faktor 3 durch "Downsizing". So gesehen sind die aktuellen 350PS Wummen eines CLA45AMG / Cupra / GTI nicht gerade ungewöhnlich - aus 2l Hubraum haben Sauger ohne Turbo schon 130PS geholt. Faktor drei drauf und du bist da, wo heute die "High End" Sportmotoren der "hot hatchbacks" sind. Das gleiche "Downsizing", was beim Dieselmotor als normal gilt.

[Moers75]

Zitat:

@jw61 schrieb am 9. Januar 2018 um 23:32:07 Uhr:

Genauso sehe ich das auch, zukünftig wird uns so manche dem NEFZ geschuldete Fehlentwicklung erspart bleiben!

Da die Realverbräuche aber auch immer weiter sinken trotz immer größerer Autos mit mehr PS scheint das ja irgendwo zu funktionieren.

Wobei die Zukunft IMHO dem kleinen wirkungsgradstarken Verbrenner + Hybridisierung gehört. Ein Auto braucht halt relativ niedrige mittlere Motorleistungen, das kurzzeitig zügige Beschleunigen kann ein E-Motor einfach besser.

[navec]

Zitat:

@metalhead79 schrieb am 10. Januar 2018 um 10:10:10 Uhr:

Zitat:

@navec schrieb am 10. Januar 2018 um 09:41:48 Uhr:

Ich fahre ehrenamtlich ein kleines Schiff mit 220L-Saugdiesel (und lediglich, in Relation läppischen 530PS).

Da hatte Rudolf Diesels Prototyp ja mehr Literleistung. 😁

Gruß Metalhead

der musste vermutlich, trotz sehr häufigem Betrieb, nicht so lange halten....außerdem haben wir kein Getriebe (auch keine Kupplung...), so dass der Motor von sich aus nicht hoch drehen darf (untere Betriebsdrehzahl bei ganz langsamer Fahrt: 80rpm)

[navec]

Zitat:

@GaryK schrieb am 10. Januar 2018 um 10:55:12 Uhr:

Zitat:

@navec schrieb am 10. Januar 2018 um 09:41:48 Uhr:

Von daher ist so ein Benziner weniger "gedownsizt", als jeder aktuelle Diesel, wo dieser Faktor eher im Bereich über 2 an zu siedeln ist.

Das gleiche "Downsizing", was beim Dieselmotor als normal gilt.

Zumindest sind wir uns offensichtlich einig, dass aktuelle Diesel deutlich gedownsizt sind...
ich schrieb zudem über "Butter und Brot"-Motoren, wozu m.E. über 300PS-starke 2L-Motoren eher nicht gehören.

Ein 2L-Diesel mit 150PS (also Downsizingfaktor ca 2) ist heute dagegen fast schon unterer Butter-und Brot-Standard.
Viele aktuelle Allerweltsautos fahren schon mit Diesel, die einen Downsizingfaktor von ca 2,5 haben (z.B. Opels 1,6 L)

Allerweltsbenziner mit Downsizingfaktor 2 und höher sind dagegen eher selten. Das schaffen i.d.R. nicht mal die 1L-Turbobenziner, die als Basismotorisierung in solchen Autos verbaut werden.

[Kurvenräuber77183]

Wenn Verbrennungsmotoren mit Turboaufladung ein Mehrfaches an Leistung pro Hubraumvolumen bringen, bedeutet das doch auch höhere Anforderung an das Material. Wie wirkt sich das auf den Verschleiß und die Lebensdauer der Zylinderbuchsen, etc. aus? Ist das vernachlässigbar?

[metalhead79]

Das muß man halt entsprechend auslegen (wie bei Saugmotoren mit größerem Hubraum).

Gruß Metalhead

[ShadMomentum]

Zitat:

@dannmalzu schrieb am 10. Januar 2018 um 12:03:00 Uhr:

Wenn Verbrennungsmotoren mit Turboaufladung ein Mehrfaches an Leistung pro Hubraumvolumen bringen, bedeutet das doch auch höhere Anforderung an das Material. Wie wirkt sich das auf den Verschleiß und die Lebensdauer der Zylinderbuchsen, etc. aus? Ist das vernachlässigbar?

Die meisten aufgeladenen Turbomotoren schaffen auch die 100.000km (und mehr) Tests, obwohl denen das am Anfang nicht zugetraut wurde (besonders den 3 Zylindern). Da gibt es bereits genug Beispiele aus vielen Konzernen, natürlich auch negative wie von BMW mit 2er Van.

[Kurvenräuber77183]

Zitat:

@ShadMomentum schrieb am 10. Januar 2018 um 15:36:12 Uhr:

Zitat:

@dannmalzu schrieb am 10. Januar 2018 um 12:03:00 Uhr:

Wenn Verbrennungsmotoren mit Turboaufladung ein Mehrfaches an Leistung pro Hubraumvolumen bringen, bedeutet das doch auch höhere Anforderung an das Material. Wie wirkt sich das auf den Verschleiß und die Lebensdauer der Zylinderbuchsen, etc. aus? Ist das vernachlässigbar?

Die meisten aufgeladenen Turbomotoren schaffen auch die 100.000km (und mehr) Tests, obwohl denen das am Anfang nicht zugetraut wurde (besonders den 3 Zylindern). Da gibt es bereits genug Beispiele aus vielen Konzernen, natürlich auch negative wie von BMW mit 2er Van.

Gerade mal 100.000 km sind nun wirklich kein Beweis für Haltbarkeit, die beginnt doch wohl ab 300.000 km (10 Jahre à 30.000).