Warum steigt der Verbrauch bei gleicher Geschwindigkeit und zunehmender Masse?
Hallo Zusammen,
schon seit einiger Zeit kann ich mir folgendes nicht so richtig erklären:
Weshalb verbraucht ein Auto bei gleichbleibender Geschwindigkeit und zunehmender Masse mehr Treibstoff? Dass dem so sein muss ist mir vollkommen klar, denn die notwendige Energie kann ja nur auf dem Treibstoff kommen.
Nur komme ich mit folgender Überlegung irgendwie auf keinen Nenner:
Angenommen ein Auto hätte nur einen Gang, bzw. eine feste Übersetzung. Dann würde eine Motorumdrehung an die Kurbelwelle weitergegeben werden und daraus würde eine bestimmte Umdrehung der Reifen resultieren.
Erhöht man nun die Masse des Fahrzeuges, dann ändert dies ja grundsätzlich nichts an der Übersetzung und im Endeffekt auch nichts am Abrollweg der Reifen. Sprich eine Umdrehung des Motors entspricht noch immer den selben Weg.
Im Hubraum selber befindet sich ja ein Gemisch aus Luft und Benzin. Der Hubraum hat ein bestimmtes unveränderliches Volumen. Für eine optimale Verbrennung wird ein Gemisch mit einem festen Verhältnis von Benzin / Luft benötigt. Hier besteht ebenfalls keine Möglichkeit der Einflussnahme, oder? Würde ich hier mehr Benzin einspritzen, jedoch weniger Luft, dann wäre die Verbrennung nicht optimal.
Sprich, dadurch kann der steigende Verbrauch ebenfalls nicht kommen?
Übertrage ich das ganze auf ein Fahrrad. Dann fahre ich 1x mit einem leichten Fahrrad und 1x mit einem schweren Rad. Aus einer Pedalbewegung resultiert noch immer der selbe weg, egal welches Rad ich nehme. Was sich jedoch ändert, dass ich mehr Muskelkraft benötige.
Nur wie lässt sich das nun auf den Verbrennungsmotor übertragen? Wie kann dieser die Kraft erhöhen?
Oder kann er das überhaupt nicht und man müsste zwangsmäßig bei höherer Masse die Übersetzung ändern und demnach die Drehzahl erhöhen, um die Geschwindigkeit konstant zu halten?
Das wäre für mich die einzige Erklärung woher ein steigender Verbrauch kommen könnte.
Ich hoffe die Problematik in meinem Gedankengang ist nachvollziehbar und ihr könnt mir auf die Sprünge helfen.
Danke! 🙂
84 Antworten
@Metalhead:
Wie kommst Du zu so einer irrigen Aussage und wiederholst sie auch noch permanent?
Als grobe Faustformel kann man annehmen, dass bis ca. 100 km/h der Luftwiderstand kleiner als der Rollwiderstand ist. Bei z. B. 60 km/h überwiegt deutlich der Rollwiderstand. Und der ist direkt proportional zur Masse. Bei Konstantfahrt wird der eingesetzte Kraftstoff also hauptsächlich für die innere Reibung (Antriebstrang) und den Rollwiderstand benötigt.
Zitat:
@metalhead79 schrieb am 12. Januar 2022 um 19:44:55 Uhr:
Zitat:
@Astradruide schrieb am 12. Januar 2022 um 18:40:20 Uhr:
Ich bin mal kätzerisch: Die meiste Energie dürfte durch die Walgarbeit in die Reifen gehen was auch die Haupterwärmungsquelle bei Reifen ist.
Richtig und da kann man mit höherem Luftdruck entgegenwirken.
Was ja so ein bische Richtung "Eisenrad" ist.
Zitat:
Die erhöhte Reibung an den Radlagern fällt nur ins Gewicht wenn man den Sprit mit der Pipette abmisst.
Eben, und die Rollreibung auf dem Asphalt mit der etwas größeren Pipette.
Zitat:
Ich bleibe dabei, der Spritverbrauch bei konstanter Fahrt ändert sich nicht bzw. nur unmerklich.
Wenn wir nicht auf akademische Auflösung runtergehen.
Zitat:
Wenn's Bergauf geht, stimmt das natürlich nicht mehr, denn da wirkt man ja der Erdbeschleunigung entgegen (dafür braucht man bergab weniger).
Du meinst dann kommt nach der Schubabschaltung sogar der Negativwert mit steigendem Tankinhalt?
😉 ... dann lade ich mir morgens am besten 300kg Wasserbalast ins Auto und zurück dann eine Leerfahrt 😉
Zitat:
@finy007 schrieb am 12. Januar 2022 um 02:38:04 Uhr:
Hallo Zusammen,schon seit einiger Zeit kann ich mir folgendes nicht so richtig erklären:
Weshalb verbraucht ein Auto bei gleichbleibender Geschwindigkeit und zunehmender Masse mehr Treibstoff? Dass dem so sein muss ist mir vollkommen klar, denn die notwendige Energie kann ja nur auf dem Treibstoff kommen.
Nur komme ich mit folgender Überlegung irgendwie auf keinen Nenner:
Angenommen ein Auto hätte nur einen Gang, bzw. eine feste Übersetzung. Dann würde eine Motorumdrehung an die Kurbelwelle weitergegeben werden und daraus würde eine bestimmte Umdrehung der Reifen resultieren.
Erhöht man nun die Masse des Fahrzeuges, dann ändert dies ja grundsätzlich nichts an der Übersetzung und im Endeffekt auch nichts am Abrollweg der Reifen. Sprich eine Umdrehung des Motors entspricht noch immer den selben Weg.
Im Hubraum selber befindet sich ja ein Gemisch aus Luft und Benzin. Der Hubraum hat ein bestimmtes unveränderliches Volumen. Für eine optimale Verbrennung wird ein Gemisch mit einem festen Verhältnis von Benzin / Luft benötigt. Hier besteht ebenfalls keine Möglichkeit der Einflussnahme, oder? Würde ich hier mehr Benzin einspritzen, jedoch weniger Luft, dann wäre die Verbrennung nicht optimal.
Sprich, dadurch kann der steigende Verbrauch ebenfalls nicht kommen?Übertrage ich das ganze auf ein Fahrrad. Dann fahre ich 1x mit einem leichten Fahrrad und 1x mit einem schweren Rad. Aus einer Pedalbewegung resultiert noch immer der selbe weg, egal welches Rad ich nehme. Was sich jedoch ändert, dass ich mehr Muskelkraft benötige.
Nur wie lässt sich das nun auf den Verbrennungsmotor übertragen? Wie kann dieser die Kraft erhöhen?
Oder kann er das überhaupt nicht und man müsste zwangsmäßig bei höherer Masse die Übersetzung ändern und demnach die Drehzahl erhöhen, um die Geschwindigkeit konstant zu halten?
Das wäre für mich die einzige Erklärung woher ein steigender Verbrauch kommen könnte.Ich hoffe die Problematik in meinem Gedankengang ist nachvollziehbar und ihr könnt mir auf die Sprünge helfen.
Danke! 🙂
Dein Denkfehler ist bereits in die Fragestellung mit eingeflossen.
Tatsächlich verbraucht dasselbe Fahrzeug bei einer einmal erreichten konstanten Geschwindigkeit und konstanter Höhe nicht mehr oder weniger bei unterschiedlicher Masse, außer wie schon in der aller ersten Antwort von Supercruise richtig geschrieben, durch einen mit der Masse steigenden Rollwiderstand der Reifen.
Der in der Praxis viel größere Effekt ergibt sich aber dadurch, dass die Geschwindigkeit ja nur selten konstant gehalten werden kann, sondern ständig verringert und wieder erhöht wird. Bei jeder Erhöhung gilt E = m/2 * v².
Und selbst, wenn das Fahrzeug eine gut arbeitende Bremsenergie-Rekuperation hat, hängt die für die Geschwindigkeitserhöhung aufzubringende Energie immernoch direkt von der Masse ab, weil man nicht 100% rekuperieren kann.
Aber eben dieser in der Praxis relevanteste Einfluss (weil viel größer als der Effekt des Rollwiederstands) wurde in der Fragestellung ausgeklammert.
Für eine während der Fahrt sich ändernde Höhe gilt, wie bekannt E = m * g * h.
Um die Geschwindigkeit konstant zu halten, geht hier natürlich die Masse direkt proportional ein.
Dies ist bei der durch die Fragestellung vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit dann der bedeutsamste Einfluss.
Falls die Höhe aber ebenfalls als konstant angenommen wird, bleibt tatsächlich nur der Rollwiderstand als einzige von der Masse abhängige Größe.
und da wir bei *konstanter* Geschwindigkeit sind fällt Rekuperation auch noch aus.
Ähnliche Themen
Zitat:
@Astradruide schrieb am 12. Januar 2022 um 20:18:40 Uhr:
und da wir bei *konstanter* Geschwindigkeit sind fällt Rekuperation auch noch aus.
Doch, etwas kann man schon rekuperieren: wenn sich die Höhe ändert.
... du hast den Thread aufmerksam verfolgt?
Hm, bei Bergauffahrt Rekuperation ....
Zitat:
@Astradruide schrieb am 12. Januar 2022 um 20:29:08 Uhr:
... du hast den Thread aufmerksam verfolgt?
Ich habe mich nur auf die Frage des TE bezogen. Und da wurde die Höhe nicht definiert, also könnte die sich auch ändern.
Zitat:
@Astradruide schrieb am 12. Januar 2022 um 18:40:20 Uhr:
Ich bin mal kätzerisch: Die meiste Energie dürfte durch die Walgarbeit in die Reifen gehen was auch die Haupterwärmungsquelle bei Reifen ist.
Du hast eindeutlg zuviel Auto und Motor Sport Zeitschriften gelesen.
Die meiste Energie geht bei der geradeaus Fahrt tatsächlich in der Rollreibung verloren, da ein nicht freirollendes Rad mit einem gewissen Schlupf über die Fahrbahn gleitet, also Gleitreibung. Das extreme Beispiel wäre mit einer Feile ein U-Stahl oder Hobel ein Holzbalken zu feilen. Das ist nichts anderes als Gleitreibung und erzeugt odentlich Wärme und somit Verlustleistung.
Im übrigen gibt es ein freirollendes Rad beim PKW und co. nicht. Da die Radlager etc. durch ein Massenträgheitsmoment und Reibmoment dem Rad ein Bremsmoment (Kraft) aufbringen.
Newton. F=m*a.
Zitat:
@Rael_Imperial schrieb am 12. Januar 2022 um 20:02:48 Uhr:
@Metalhead:
Wie kommst Du zu so einer irrigen Aussage und wiederholst sie auch noch permanent?
Als grobe Faustformel kann man annehmen, dass bis ca. 100 km/h der Luftwiderstand kleiner als der Rollwiderstand ist.
Nein, das trifft praktisch so nicht zu. Der Luftwiderstandskraft ist hier typischerweise deutlich größer. Bei Tempo 90: 2/3 Luftwiderstand und 1/3 Rollwiderstand, bzw. Luftwiderstand ist doppelt so groß wie der Rollwiderstand. Hatten wir erst neulich hier behandelt:
https://www.motor-talk.de/.../...nergie-in-waerme-um-t7192113.html?...
Zitat:
@jof schrieb am 12. Januar 2022 um 21:14:58 Uhr:
F=m*a.
Tja, wie groß ist denn in dieser Formel a, wenn man mit konstanter Geschwindigkeit fährt? Das sind dann 0 m/s², womit auch F = 0 wird. Und so wäre es ja auch, wenn man keinerlei Reibung hätte. Da es hier aber nur um Reibung geht, kommt man mit der Formel überhaupt nicht weiter.
Zitat:
@Rael_Imperial schrieb am 12. Januar 2022 um 20:02:48 Uhr:
Als grobe Faustformel kann man annehmen, dass bis ca. 100 km/h der Luftwiderstand kleiner als der Rollwiderstand ist.
Das hab ich ja noch nie gehört und da widersprechen auch sämtliche Diagramme die es im Netz dazu gibt (
Beispiel).
Gruß Metalhead
Zitat:
@Astradruide schrieb am 12. Januar 2022 um 20:04:07 Uhr:
Was ja so ein bische Richtung "Eisenrad" ist.
Naja, ist schon eher eine gängige Empfehlung den Luftdruck an den Beladungszustand anzupassen.
Zitat:
Du meinst dann kommt nach der Schubabschaltung sogar der Negativwert mit steigendem Tankinhalt?
😉 ... dann lade ich mir morgens am besten 300kg Wasserbalast ins Auto und zurück dann eine Leerfahrt 😉
Dazu kein Kommentar (du weißt selber daß Bergab weniger Kraftstoff benötigt wird um die Geschwindigkeit zu halten, je höher die Masse umso weniger. Wenn es so viel wird daß ohne Motorkraft die Geschwindigkeit steigt mußt halt auf Elektroauto umsteigen damit der "Tank" voller wird.
Gruß Metalhead
Zitat:
@metalhead79 schrieb am 13. Januar 2022 um 08:46:56 Uhr:
Zitat:
@Rael_Imperial schrieb am 12. Januar 2022 um 20:02:48 Uhr:
Als grobe Faustformel kann man annehmen, dass bis ca. 100 km/h der Luftwiderstand kleiner als der Rollwiderstand ist.
Das hab ich ja noch nie gehört und da widersprechen auch sämtliche Diagramme die es im Netz dazu gibt (Beispiel).Gruß Metalhead
Naja, Opa Hans mag ja schöne Diagramme malen können, aber von der Materie hat er offensichtlich keinen Plan. Sonst wäre bei 20 km/h der Luftwiderstand nicht genauso hoch wie der Rollwiderstand.
Meine grobe Faustformel habe ich vor über zehn Jahren aufgestellt, als ich für einige Fahrzeugmodelle die Werte durchsimuliert habe. Basis war ein BMW E90, der eben eine kleinere Stirnfläche und einen besseren cw-Widerstand hatte, dafür eine etwas höhere Masse. Und schwupp, herrscht Gleichstand bei ca. 85 km/h.
Und meine Aussage war: "Bei z. B. 60 km/h überwiegt deutlich der Rollwiderstand." Es war schließlich keine Geschwindigkeit vorgegeben. Bei 60 km/h liegt das Verhältnis von Luft- zu Rollwiderstand in meinem Beispiel übrigens bei 1:2.
Zitat:
@Rael_Imperial schrieb am 13. Januar 2022 um 15:15:27 Uhr:
Meine grobe Faustformel habe ich vor über zehn Jahren aufgestellt, als ich für einige Fahrzeugmodelle die Werte durchsimuliert habe.
Dazu fällt mir ein: "Shit in - shit out". 😁 Das beste Simulations-Modell nützt nichts, wenn die Eingangsdaten zu große Unsicherheiten haben. Da der Luftwiderstand überproportional eingeht, musst Du sehr ungünstige Eingangsdaten gehabt haben, um bei Tempo 100 den Rollwiderstand noch immer im Bereich des Strömungswiderstands zu haben. 🙂
cw, A und Rollwiderstand sind alles nur lineare Größen im Gesamtwiderstand. Die Strömungsverluste wirken auf die nötigen Vortriebskräfte quadratisch (in der Leistung kubisch), so dass bei höheren Geschwindigkeiten Rollwiderstände nur noch wenig am Gesamtleistungsbedarf ändern können.