Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotor
Hallo,
ich habe da eine Frage, die vielleicht nicht direkt mit alternativen Kraftstoffen zu tun hat, aber relevant z.B. für Elektroantriebe.
Man sagt, dass Wirkungsgrad eines Benzinmotors um die 30% liegt, weil er verschiedene Drehzahlbereiche abdecken muss. Wie effizient wäre ein Motor, der nur für eine bestimmte Drehzahl ausgelegt wäre? Welchen Wirkungsgrad haben Diesel/Benzingeneratoren?
Und noch eine: was wäre besser, ein 1-Liter Motore unter Volllast, oder ein 2-Liter Motor unter Teillast?
110 Antworten
Ein Motor hat in jedem Drehzahl- / Lastpunkt einen unterschiedlichen Wirkungsgrad. Im "Bestpunkt" schaffen moderne PKW- Diesel 42...44%, LKW Diesel geringfügig mehr, Ottomotoren liegen unter 40%. Schiffsdiesel z.B. sind heute die effektivsten Motoren mit etwa 50% Wirkungsgrad. Je nach Bauweise, Motorsteuerung, etc. liegt der beste Wirkungsgrad irgendwo im mittleren Drehzahlbereich, bei ca. 80...90% Last.
Motoren, die "für eine bestimmte Drehzahl ausgelegt" sind, also Stationärmotoren, haben auch keinen signifikant höheren Wirkungsgrad, können aber eben weitestgehend im Bereich ihres maximalen Wirkungsgrades betrieben werden (was kein Fahrzeug schafft, auch nicht mit CVT Getriebe).
Ein 1 Liter Motor unter 90% Vollast ist wesentlich effektiver als ein 2 Liter im Teillastbereich. Ottomotoren verlieren im Teillastbereich wesentlich mehr Wirkungsgrad als Diesel. Aber wenn Du über ein Stationäraggregat nachdenkst und Dir schon vorher über Wirkungsgrad Gedanken machst, wirst Du einen Otto eh' nicht in die engere Wahl ziehen...
Zitat:
Original geschrieben von XLTRanger
Ein Motor hat in jedem Drehzahl- / Lastpunkt einen unterschiedlichen Wirkungsgrad. Im "Bestpunkt" schaffen moderne PKW- Diesel 42...44%, LKW Diesel geringfügig mehr, Ottomotoren liegen unter 40%. Schiffsdiesel z.B. sind heute die effektivsten Motoren mit etwa 50% Wirkungsgrad. Je nach Bauweise, Motorsteuerung, etc. liegt der beste Wirkungsgrad irgendwo im mittleren Drehzahlbereich, bei ca. 80...90% Last.
Motoren, die "für eine bestimmte Drehzahl ausgelegt" sind, also Stationärmotoren, haben auch keinen signifikant höheren Wirkungsgrad, können aber eben weitestgehend im Bereich ihres maximalen Wirkungsgrades betrieben werden (was kein Fahrzeug schafft, auch nicht mit CVT Getriebe).
Ein 1 Liter Motor unter 90% Vollast ist wesentlich effektiver als ein 2 Liter im Teillastbereich. Ottomotoren verlieren im Teillastbereich wesentlich mehr Wirkungsgrad als Diesel. Aber wenn Du über ein Stationäraggregat nachdenkst und Dir schon vorher über Wirkungsgrad Gedanken machst, wirst Du einen Otto eh' nicht in die engere Wahl ziehen...
Also hat dann Diesel im stationären Betrieb Vorteile gegenüber Benziner? Und wenn ich einen Generator antreiben möchte (sagen wir 2000 Um), dann sollte ich einen Motor mit 4000 Um nehmen. Ich wäre dann im mittleren Drehzahlbereich.
Wirkungsgradmäßig hat ein Diesel immer Vorteile, dazu kannst Du ihn im Stationärbetrieb bedenkenlos mit Heizöl betreiben. Viele Klein-Stationär-Aggregate setzen trotzdem auf Ottomotoren, meist sogar 2-Takt, weil die einfach sehr viel billiger sind als Diesel, und auch bei -20°C halbwegs problemlos anspringen.
Zum Antrieb eines Generators hängt einiges vom Generator selbst ab. Synchron- oder Asynchron, willst Du Wechselstrom mit 50Hz haben, ist der möglicherweise an eine bestimmte Eingangsdrehzahl gebunden. 1500 U/min sind bei solchen Anwendungen recht gebräuchlich.
Da wir ja aber i.A. hier über Motoren und Antriebe in Fahrzeugen sprechen, ist doch eine Parallele recht auffällig:
Der Prius hat nicht deshalb einen geringen KS verbrauch wegen seinen optimalen Drehzahlen, auch der Wirkungsgrad ist genauso lausig wie der anderer Ottomotoren. Aber - die Kombination machts: ein kleiner Motor (68 PS) durch die VVt Technologie auch hier eher auf Variabilität im Leistungsspektrum denn auf maximale Leistung optimiert, wird durch einen E-Motor ergänzt, weil das recht schwere Gefährt beim Lasterüberholen einfach eine Verzweiflungstat wäre. Andersherum kann diese verbrauchte Elektroenergie im Benzin- (oder wie bei Fubbel Autogas-) betrieb wieder ergänzt werden. Somit wird die Leistungskurve des Motors wieder ein Stück ins Optimum befördert, also nicht nur beim Bremsen. Eine, wie ich meine sehr clevere Energieausnutzung.
Das die Motoren aufwändiger werden, war eh schon klar. Aber anstatt einen 10-Zylinder mit 50 Ventilen zu bauen, ist es sinnvoller, am Gesamtwirkungsgrad des Antriebs zu feilen.
Hut zieh vor Toyota.
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Hallo !
Was den thermodynamischen Wirkungsgrad eines Ottomotors betrifft, so liegt dieser, wie schon richtig beschrieben, bei etwa 30 - 33 % (Diesel bei etwa 40-45%).
Berücksichtigt man Gleit- und Rollreibungsverluste im Antriebsstrang und der Reifen, so wird etwa 17% der investierten Energie in Vortrieb umgesetzt.
Gruß
Tobias
Wenn Du näheres über den Gesamtwirkungsgrad, der möglich ist für Verbrennungsmotor- / Generatorkombinationen, erfahren willst, dann sieh´ Dir doch mal DIESE! Seite genauer an.
Die stellen (bewährte) relativ simpel aufgebaute Kleinblockheizkraftwerke (für den Hausgebrauch) her, betreibar mit nahezu allem, was irgendwie in Verbrennungsmotoren verfeuert werden kann.
Gruß tom 😎
Zitat:
Original geschrieben von TobiasMaurer
Hallo !
Was den thermodynamischen Wirkungsgrad eines Ottomotors betrifft, so liegt dieser, wie schon richtig beschrieben, bei etwa 30 - 33 % (Diesel bei etwa 40-45%).
Berücksichtigt man Gleit- und Rollreibungsverluste im Antriebsstrang und der Reifen, so wird etwa 17% der investierten Energie in Vortrieb umgesetzt.Gruß
Tobias
Ich hab hier ein über 10 Jahre altes Buch über Motoren und die aktuellen Motoren von damals hatte schon nen Wirkungsgrad bei den Benzinern von 37 % . Könnte sein das man im Zuge der Weiterentwicklung schon bei 40 ist . Oder ???
Also ich hab zwar nicht so viel ahnung aber soweit ich weis, ist der bissher beste motor (wirkungsgrad) die dampfmaschine gewesen, mit ca. 50% und ein beziner liegt so wie ich es gehört habe bei ca 15%.
aber ich werd mich mal auf die suche machen🙂
http://www.mg-werl.de/faecher/Physik/energie/motoren/
da stehen ein paar werte drin
Ganz unterschiedlich, nur der reine Motor, das Gesamtsystem, ...?
Die Motoren selber sind in den letzten Jahren deutlich besser geworden, leiden vom Wirkungsgrad aber unter den immer härteren Abgasgrenzen. Mehr Kat´s/Filter, ungünstigere Betrieb zugunsten der Abgase. Ideal bei Benzinern ist z.B. ein lambda=1,15 für den Wirkungsgrad, dank 3-Wege-Kat muss der jedoch mit exact 1 betrieben werden.
Die reinen Motorwirkungsgrade (im optimalen Punkt) bewegen sich wie schon angegeben bei 30-35% und bis über 40% bei Dieseln. Kann aber in ungünstigen Betriebspunkten sogar unter 15% liegen.
Für stationären Betrieb ist es daher weniger die Verbesserung des Motors als vielmehr die Auswahl desselben. Man sucht als erstes einen, der seinen Optimalpunkt genau bei der geforderten Last/Drehzahl hat. Und das ganze möglichst ohne Getriebe dazwischen die wieder Verluste bringen.
Gruß Meik
@Wirbel,
nee, die Dampfmaschine nach Stevenson (nimm z.B. die schnelleste Dampflok von Borsig) die hatte gerade mal lausige 12% Wirkungsgrad - nicht gerade prall.
Aber ich verstehe gar nicht wozu eine stationäre Maschine eigentlich gut sein soll. In der Fahrzeugtechnik haben wir ja immer nur dynamische Betriebszustände, wechselnde Einsatzbereiche. Und da liegt eben der Elektromotor uneinholbar vorn (ca 45...70%) bei einigen E-Loks vielleicht noch drüber, gefolgt vom Schiffsdiesel mit rund 50% (der arbeitet wirklich fast nur stationär).
Betrachtet man aber das NUTZBARE Einsatzspektrum, bleibt auch hier nur Elektroenergie als bestes Medium übrig, da ich nur wenig Nebenenergie produzieren muß, anstatt z.B. Leerlauf des Verbrenners im Stand oder beim Rollen, dazu noch Antrieb des Getriebes (im LL) oder des Klimakompressors, verschiedene Servopumpen (Öl. Wasser, Hydraulik, Lima, Lüfter, Wapu, etc.
Im Stadtverkehr kommt also nur ein Bruchteil der erzeugten mechanischen Energie auf die Räder, die wieder von der Bremse an der nächsten Ampel erledigt wird. Eigentlich schieben wir nur eine Riesenanzahl von Wärmequellen durch unsere Großstädte. Vergleicht man das mit der Energie pro Fahrgast mit einer Straßenbahn, kann einem nur noch schlecht werden. Da wundert mich keine Mineralölsteuer mehr.
Ich gehe sogar soweit, daß energieorientierte Konzepte notwendig sind also die Stadtautos eher leichter machen, und mit E-Energie antreiben. Für die entsprechende Reichweite könnte ein kleiner gekapselter Verbrenner (0,3..0,6l Hubraum) sorgen, der weit mehr im optimalsten Leistungsbereich arbeiten kann, als ein SOLO-verbrenner. Das Hybridkonzept ist m.E. noch sehr weit entwicklungsfähig.
Ein Verbrenner dieser Größe kann durchaus mit nur 10kg auskommen, Getriebe kann man sich ebenso fast sparen. Fahrgastzelle eines A2 ist heute schon richtungsweisend, und mit der sind sogar 190 drin. Also wir sprechen hier nicht so sehr von Utopie. Aber antriebstechnisch hat sich in den vergangenen 50 Jahren wenig getan, da tuts am meisten Not, Ölverknappung sei "Dank".
Zitat:
Original geschrieben von Audi-gibt-Omega
Aber ich verstehe gar nicht wozu eine stationäre Maschine eigentlich gut sein soll. In der Fahrzeugtechnik haben wir ja immer nur dynamische Betriebszustände, wechselnde Einsatzbereiche. Und da liegt eben der Elektromotor uneinholbar vorn (ca 45...70%) bei einigen E-Loks vielleicht noch drüber, gefolgt vom Schiffsdiesel mit rund 50% (der arbeitet wirklich fast nur stationär).
Genau aus diesem Grund habe ich die Frage auch gestellt. Elektromotoren haben einen guten Wirkungsgrad. Nur leider gibt es Probleme mit Energiespeicherung. Und kommen serielle Hybride ins Spiel. Den Generator kann man mit einer konstanten Drehzahl betreiben und ich wollte wissen, ob der Wirkungsgrad bei diesem Konzept besser wäre, als bei "normalem" Benzin/Dieselantrieb.
Ich denke in zukunft wird es die brennstoffzelle werden, die haben jetzt schon einen W.Grad von 85% und dann ein guten E-Motor dran, der vieleicht auch nochmal 85% W.Grad bringt, dann wäre es richtig gut.
Zitat:
Original geschrieben von Wirbelsturm
Ich denke in zukunft wird es die brennstoffzelle werden, die haben jetzt schon einen W.Grad von 85% und dann ein guten E-Motor dran, der vieleicht auch nochmal 85% W.Grad bringt, dann wäre es richtig gut.
Die Zukunft ist übermorgen und was ist mit heute und morgen? In der Zeit könnte man auch was tun, oder? Und dann noch ungelöstes Problem mit Herstellung und Speicherung von Wasserstoff. Bis dahin ist das alles nur ein gutes Forschungsprojekt.