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
Zitat:
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 ???
Die 33 % beziehen sich auf den Ottoprozess mit Selbstansaugung, das heißt der Ladungswechsel schlägt sich negativ in der Energiebilanz nieder.
Du kennst bestimmt die p-v-Diagramme aus einigen Motorenbüchern oder wissenschaftlichen Skripten:
Da sind beim Saugmotor zwei Schleifen zu erkennen: die große oberhalb der Abszisse stellt den Ottoprozess an sich dar. Die Fläche, die von der Schleife eingeschlossen wird, entspricht der dabei umgesetzten Arbeit (=Energie).
Es gibt aber noch eine kleine, flache Schleife, die großenteils unterhalb der Abszisse verläuft und deren eingeschlossene Fläche dem Betrag an Arbeit entspricht, die der (Saug-) Motor zur Vollendung des Ladungswechsels (Abgas raus - Frischgas rein) aufbringen muß. Diese steht nicht mehr für Antriebszwecke zur Verfügung und muß von der durch die "große Schleife" erzeugten Energie subtrahiert werden.
Turbomotoren oder andere aufgeladene Motorenkonzepte haben diese Ladungswechselverluste nicht, da das Frischgas mit hohem Druck in die Brennräume gepresst wird und nicht erst angesaugt werden muss.
Folge. höherer wirkungsgrad des aufgeladenen Triebwerks.
Ich schätze daher, daß die 37% sich auf den thermischen Wirkungsgrad des aufgeladenen Ottoprozesses beziehen.
Ach noch was:
An dem thermischen Wirkungsgrad ist nicht viel zu drehen.
Um den Gesamtwirkungsgrad eines Motors zu erhöhen, mindern die großen Hersteller daher Reibungsverluste (z.B. "Laserhohnen" bei Audi-Zylindern), was sich ja auch positiv in der Energiebilanz niederschlägt.
Gruß
Tobias
@TobiasMaurer
Hallo,
Wie sieht es denn mit dem Wirkungsgrad eines aufgeledenem Direkteinspritzers (homogen) aus (TFSI)?
MfG.
In diesem Buch wird der Opelmotor mit 2 Liter 16 V 150 PS beschrieben . Dieser Motor war zum Beispiel im Opel Calibra . Es ist ein Saugmotor mit einen Wirkungsgrad von 37 % . Ohne Kat hat er sogar 38 % . So steht es hier im Text und ja ich kann lesen . Diese Werte werden hier als sehr hervorragend beschrieben.
hallo
interessantes thema!
ich kenne mich mit pkw nicht so gut aus... aber zu Lokomotiven kann ich einiges sagen. ok, der vergleich hinkt, da es sich um eine andere groessenordnung handelt, und weil die voraussetzungen einfach anders sind. (stichwort oberleitung, das geht ja beim strassennetz nicht)
aber hier doch mal einige Zahlen zum Betrieb mit rein elektrischen Loks:
Gesamtwirkungsgrad: bei modernen E-Loks ca. 85%
Wirkungsgrad der Fahrmotoren (Asynchron mit Käfigläufer) 95%
Beim Bremsen geht Energie ins Netz zurück. Mit der heutigen Leistungselektronik ist es moeglich, dass auf der Netzseite KEINE Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung entsteht, der Leistungsfaktor ist also annähernd 1!! Messungen haben ergeben, dass die Störströme, die zurück ins Netz gehen, weniger als 1 Ampère betragen, bei einer Leistung von ca. 8500 PS
Hinzu kommt noch die Leistung ueber den gesamten Drehzahlbereich. Es ist naemlich so, dass eine moderne Lok ihre maximale Leitung ab ca. 75 km/h erreicht, und danach immer auf dieser Leistung bleibt, bis zur max. Geschwindigkeit.
utoktok
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Hi,
für den Wirkungsgrad eines Otto- oder Dieselmotors gibt es eine einfache Formel: eta_g[%] = 8200 / be[g/kWh].
Ein Pkw-Diesel liegt im Bestpunkt bei ca. 200 g/kWh, also 41%
Ein Benziner mit 240 g/kWh hat 34%.
Wohlgemerkt im Bestpunkt, der wird im Fahrbetrieb nicht unbedingt getroffen.
Gruß
Stefan
Re: @TobiasMaurer
Zitat:
Original geschrieben von Basti16
Hallo,
Wie sieht es denn mit dem Wirkungsgrad eines aufgeledenem Direkteinspritzers (homogen) aus (TFSI)?
MfG.
Kaum besser, die Direkteinspritzung dient hier lediglich der Leistungssteigerung. Der Motor wird geringere Reibungsverluste haben als ein vergleichbarer, leistungsgleicher V6, Stichwort "Downsizing", und damit in einigen Kennfeldbereichen einen besseren Wirkungsgrad. Im "Bestpunkt" macht sich das allerdings kaum bemerkbar. Eher bei hohen Drehzahlen (Reibung). Im Teillastbereich hat ein Direkteinspritzer auch nur signifikante Vorteile, wenn er ein Schichtlader ist, also nicht homogen. Der TFSI ist dies nicht.
Zitat:
Original geschrieben von utoktok
hallo
interessantes thema!
ich kenne mich mit pkw nicht so gut aus... aber zu Lokomotiven kann ich einiges sagen. ok, der vergleich hinkt, da es sich um eine andere groessenordnung handelt, und weil die voraussetzungen einfach anders sind. (stichwort oberleitung, das geht ja beim strassennetz nicht)
aber hier doch mal einige Zahlen zum Betrieb mit rein elektrischen Loks:
Gesamtwirkungsgrad: bei modernen E-Loks ca. 85%
Wirkungsgrad der Fahrmotoren (Asynchron mit Käfigläufer) 95%
Beim Bremsen geht Energie ins Netz zurück. Mit der heutigen Leistungselektronik ist es moeglich, dass auf der Netzseite KEINE Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung entsteht, der Leistungsfaktor ist also annähernd 1!! Messungen haben ergeben, dass die Störströme, die zurück ins Netz gehen, weniger als 1 Ampère betragen, bei einer Leistung von ca. 8500 PS
Hinzu kommt noch die Leistung ueber den gesamten Drehzahlbereich. Es ist naemlich so, dass eine moderne Lok ihre maximale Leitung ab ca. 75 km/h erreicht, und danach immer auf dieser Leistung bleibt, bis zur max. Geschwindigkeit.utoktok
Dem kann man zustimmen. Daß Elektromotoren einen deutlich beseren Wirkungsgrad als Verbrennungsmotoren haben, ist hinlänglich bekannt. Wenn Du aber bedenkst, wie der Strom denn in Deine Oberleitung so rein kommt, wirst Du den Begriff "Gesamtwirkungsgrad" neu definieren müssen, und im Endergebnis zumindest im "Bestpunkt" eher unter Otto- oder Dieselmotoren landen. Durch einen viel geringeren Teillastbereich und Energierückgewinnung beim Bremsen hat der Elektroantrieb natürlich dennoch Vorteile, wenn man mal nicht nach dem reinen Wirkungsgrad schaut, sondern nach Energieverbrauch pro Fahrstrecke und pro Nase.
Selbstverständlich muss man bei nem Elektromotor immer berücktsichtigen, das die Energie bzw. der Strom meist durch Verbrennungsprozesse erzeugt wird...
Allerdings reden wir bei den Verbrennungsmotoren vom maximalen Wirkungsgrad im bestmöglichen Fall... Diesen Fall wird man im alltäglichen Autofahrerleben aber nicht immer fahren können, daher liegt ein Verbrennungsmotor im Durschnitt vielleicht bei 25%...
Beim Strom erzeugen im Kraftwerk hingegen wird immer gewährleistet das die Generatoren und Turbinen im optimalen Lastpunkt arbeiten, das heisst der Wirkungsgrad liegt hier bei 40-50%...
Berücksichtig man das Elektromotoren beim Bremsen wieder ins Netz einspeisen können kommt man sogar auf noch höhere Werte...
Wenn man jetzt noch die paar Prozent, die inzwischen aus erneuerbaren Energien gewonnen werden dazu, steigt der Wirkungsgrad zum Verbrennungsmotor nochmal an...
Und letztlich geht die Wärme bei der Energieerzeugung im Verbrennungsmotor zum Großteil verloren, außer ein kleiner Teil für die Innenraumheizung...
Beim Kraftwerk wird diese Wärme inzwischen durch Kraft-Wärme-Kopplung (die Wärme wird genutzt für Fernwärme oder für angrenzende Industrie als Prozesswärme) so gut genutzt, das moderne Kraftwerke auf Wirkungsgrade von über 80% kommen...
Der Elektromotor liegt zwar insgesamt sicherlich nicht bei 85%, aber er liegt definitiv über dem Verbrennungsmotor...
Ich denke, dass sich nur der elektrische Narbenantrieb durchsetzen wird.
Grund:
Die Käufer verlangen nach immer mehr Leistung. Vor 20 Jahren wahren 100 PS viel. Heute sind 200 PS nichts Besonderes mehr. Die Hersteller könnten heute problemlos Motoren mit mehr als 500 PS einbauen. Nur machen die Getriebe und Antriebswellen nicht mit.
Deshalb gibt es den weltgrößten Lastwagen von Liebherr nur mit einem Elektromotor mit Direktantrieb.
Außerdem besteht das Problem, dass die Kraft auf die Straße muss und dies gehe nur mit einem Allradfahrzeug.
Die Fahrzeuge werden mit 4 E-Motoren und Generator ausgestattet sein. Die Ansteuerung wird durch ein e-Bauteil (wie jetzt ABS oder ESP) geregelt sein. Dabei wird es möglich sein nur in der Kurve dem äußerem Rad mehr Leistung ab zu verlangen als dem inneren. Auch könne der Antrieb nur mit einem, zwei oder drei E-Motoren erfolgen.
Auch würde keine direkte Verbindung mehr zwischen Energieerzeuger (jetzt Diesel oder Benzin-Motor) und Antrieb (z.Z. Getriebe) bestehen.
Auch wäre es einfacher, die Antriebsmotoren bei älteren Fahrzeugen durch neuerste Technik zu ersetzen. Dasselbe gilt auch für den Energieerzeuger.
Dass dies sehr realistisch ist zeigt ein Blick auf den RC-Modelbau.
E-Modelflugzeuge konnten sich vor 20 Jahren gerade Mal in der Luft halten. Von Geschwindigkeit gar keine Rede und alle haben nur über die Modelle gelacht.
Seit ein paar Jahren gibt es fast nur noch E-Modelle die Geschwindigkeiten erreichen, die mit Benzinmotoren unmöglich sind (über 300 km/h).
Nur gibt es ein Problem:
Was macht dann ZV, wenn keiner mehr ein Getriebe benötigt.
Auch wäre die Bedeutung von „Audi Quattro“ nichts Besonderes mehr.
Was sollen die Mechaniker noch in der Werkstatt reparieren.
Und das z.Z. beliebt Chip-Tuning der TDIs wäre überflüssig.
Das auch auf den Sportauspuff und dem Drehzahlmesser zutreffen würde.
Norbert
Man sollte den Verbrennungsmotor aber nicht schlecht reden, oder schlechter machen als er ist. Das dabei noch Wärme abgegeben wird, hat schließlich im Winter den Vorteil, daß man im Auto nicht friert.
Wenn man im Winter mit E-Motor fahren würde, müsste man noch Elektrisch heizen und das wäre sicher nicht viel besser …insgesamt gesehen.
Was man an dem Motorenprinzip noch verbessern könnte ist, wenn man die Wärme welcher erzeugt wird im Sommer in Strom umwandeln könnte. Mit einer Art Solarzellen welche nicht Licht sondern Wärme in Strom umwandeln. Das wär doch was … oder .
dann rechne dir mal den carnotwirkungsgrad von deiner wunderbarsolarzelle aus. das temperaturfenster wird nicht mehr wie 100K ausmachen. Respekt.
Ich glaube nicht das Emotoren die Zukunft sind, da man die Energie nur sehr aufwändig speicher kann. Wesentlich bessere Konzepte gibt es zwar, setzen sich aber nicht durch. Beispielsweise Druckluftmotoren
Zitat:
Was man an dem Motorenprinzip noch verbessern könnte ist, wenn man die Wärme welcher erzeugt wird im Sommer in Strom umwandeln könnte. Mit einer Art Solarzellen welche nicht Licht sondern Wärme in Strom umwandeln. Das wär doch was … oder .
BMW ist am testen einer Dampfturbine die Wärme aus dem Abgas nutzt und an den Antrieb leitet. Es wurden so ca. 15 PS erzeugt und dadurch 1,5l KS weniger verbraucht.
MfG.
Zitat:
Original geschrieben von golf16vau
dann rechne dir mal den carnotwirkungsgrad von deiner wunderbarsolarzelle aus. das temperaturfenster wird nicht mehr wie 100K ausmachen. Respekt.
Ich glaube nicht das Emotoren die Zukunft sind, da man die Energie nur sehr aufwändig speicher kann. Wesentlich bessere Konzepte gibt es zwar, setzen sich aber nicht durch. Beispielsweise Druckluftmotoren
Druckluftmotoren? Man braucht nen Kompressor, der braucht wiederum Stom oder Benzin...
Die effizienteste Art eine Rotationsbewegung zu erzeugen ist und bleibt ein Elektromotor...
Und zur Speicherbarkeit von Druckluft müssen wir uns glaub ich nicht unterhalten wenn man bedenkt was für ein Schluckvolumen so ein Druckluftmotor bei ordentlich Drehzahl hat, bzw. was für ein Riesenteil man dazu bräuchte...
PS: Wegen dem Heizen sollte man sich auch keine allzugroßen Sorgen machen, denn da müsste man bloss nen 1-2kW Heizlüfter mit einbauen oder ne Sitzheizung... Da friert man dann überhaupt nicht mehr im Auto, denn diese Heizung bringt schon nach 50Metern ordentlich Dampf...
Oder saß schonmal jemand im ICE und hat gefroren im Winter? Der fährt ja auch mit Strom 😉
Zitat:
Original geschrieben von oink
Oder saß schonmal jemand im ICE und hat gefroren im Winter? Der fährt ja auch mit Strom 😉
Aber auch nicht mit Batterien 😉.
Die Autos fahren erst mal auch nicht mit Batterien sondern mit einem Generator und einem Zwischenspeicher (warscheinliche ein Akku)