| [g/kWh] | [%] | |
|---|---|---|
| 200 | 42 | gute Schiffsdiesel, Bestwert des VW TDI |
| 250 | 34 | Bestpunkt sehr guter Benzin- & Dieselmotoren |
| 300 | 28 | Bestpunkt älterer Benzinmotoren |
| > 500 | < 17 | Betriebspunkt typischer Autofahrer |
*) Pro Liter ist der Heizwert von Diesel rund 13 % größer als der von Benzin, Diesel ist aber auch um eben diese 13 % dichter (schwerer). Bezogen auf die Masse, also pro Kilogramm, ist der Heizwert beider Kraftstoffe nahezu identisch.
Der erste Grundgedanke, den man sich klar machen muß, ist, daß die Leistung (in aller Regel) nicht vom Motor, sondern vom Fahrer abhängt. Genauer bedeutet jeder Fahrzustand – bergauf, bergab, beschleunigen, verzögern, konstant, usw. – jeweils eine ganz bestimmte Leistung, die vom Fahrer mit dem Gaspedal eingeregelt wird. Also nochmal (weil ganz wichtig): Für jeden Fahrzustand ist, unabhängig vom eingelegten Gang, der Drehzahl etc. die Leistung jeweils konstant. Die erste wichtige Frage muß also lauten: In welchem Betriebspunkt erreiche ich eine bestimmte gewünschte Leistung möglichst ökonomisch? Die Antwort ist (minimalst vereinfacht) eine ganz einfache: Genau bei Vollgas. Aus dem oben dargelegten wissen wir, daß Leistung das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl ist, wird also dieselbe Leistung bei z.B. der doppelten Drehzahl (kleiner Gang) erbracht, so muß das Drehmoment auf die Hälfte reduziert werden. (Nimmt man im kleinen Gang nicht Gas weg, dann „geht er richtig ab“.) Es ist aber so, daß jeder Verbrennungsmotor seinen besten Wirkungsgrad auf oder nahe der Linie des maximalen Drehmomentes hat. Ganz praktisch heißt das einfach nur: Der größte Gang, in dem die gewünschte Leistung noch erbracht werden kann, ist auch der sparsamste – und das gilt bis hinunter zu sehr niedrigen Drehzahlen (weniger als 1000 min-1).
Einmal liegt es am mechanischen Wirkungsgrad. Der Motor verbraucht auch Energie zur Überwindung seiner inneren Reibung. Diese ist zwar leicht drehzahl- (das ignorieren wir hier erstmal) aber praktisch nicht lastabhängig und entspricht typisch einem (Reib-)Mitteldruck von 2 bar. Das heißt bei den oben genannten 8 bar effektiver Mitteldruck, gehen von der bei der Verbrennung geleisteten Arbeit 20 % in die Reibung und 80 % in die Nutzarbeit. Beim halben Drehmoment (4 bar) sinkt entsprechend der mechanische Wirkungsgrad von 80 % auf 67 %, und dabei ist 4 bar noch ein recht hoher Mitteldruck. Konstant 50 km/h sind beim 1,1 l-Polo 2,25 bar im Schongang und 1,8 bar im normalen 4. (und wer fährt schon 50 im 4.?). Praktisch jeder Motor ist ab 1000 min-1 benutzbar, und es gibt kaum ein Auto, bei dem das im größten Gang mehr als 35 km/h entspricht. Der zweite Grund ist der innere Wirkungsgrad, also u.a. die Qualität der Verbrennung. Hier alle Effekte aufzulisten würde viel zu weit führen, aber der einsichtigste dürfte die bekannte Tatsache sein, daß ein höheres Verdichtungsverhältnis zu einem besseren Wirkungsgrad führt. Stark idealisiert herrscht im Zylinder im unteren Totpunkt bei Vollgas der normale Umgebungsdruck. Davon ausgehend wird dann z.B. 1:9 verdichtet. Gaswegnehmen bedeutet nun nichts anderes, als daß der Zustrom von Luft (Gemisch) in den Zylinder gedrosselt wird. Nehmen wir wieder einmal Drosselung auf genau die Hälfte an (0,5 bar absolut)(das ist gar nicht so wenig Gas!) so wird auf der ersten Hälfte des Kolbenweges erst der Normaldruck erreicht, das heißt die Verdichtung beträgt effektiv nur noch 1:4,5.
Da man irgendwann nicht mehr hochschalten kann, und der größte Gang bei Konstantfahrt immer noch zu klein ist, (s.o.) kann man auf folgende Weise noch mehr sparen: Ein Auto braucht bei konstant 80 km/h z.B. 24,6 l/100km. Alternativ wird es von ca. 70 auf 90 km/h mit Vollgas beschleunigt (bester Wirkungsgrad) und dann von 90 auf 70 ausrollen gelassen (nur Standgas). Die mittlere Geschwindigkeit ist wieder 80 km/h und der mittlere Verbrauch nur noch 18,6 l/100km, bei in der Rollphase abgeschaltetem Motor sogar nur 17,2 l/100km. Die Ersparnisse betragen also 24 % resp. 30 %! (Diese Zahlen stammen übrigens aus einem Artikel vom August 1932. Mitte der 70-er wurde dasselbe Experiment von Prof. Fiala (VW) mit dann aktuellen Fahrzeugen und derselben relativen Ersparnis von 24 und 30 % wiederholt.) Übrigens arbeitet der Motor in der Beschleunigungsphase zwar mit gutem Wirkungsgrad aber auch mit viel höherer als unbeschleunigt erforderlicher Leistung. Der Momentanverbrauch während der Beschleunigung lag bei der o.g. Messung bei 62 l/100km (Dafür entsprach der Leerlaufverbrauch im Rollen nur 2,8 l/100km)
Ein Zyklus wie der obengenannte ist im Verkehrsfluß natürlich selten unterzubringen, aber zwei Regeln lassen ihn im ohnehin selten konstanten Verkehr hinreichend annähern:
Eine Momentanverbrauchsanzeige zeigt jedesmal beim Beschleunigen natürlich horrende Werte (s.o.) und suggeriert einem extreme Unwirtschaftlichkeit. Die meisten Bordcomputer bieten aber die Möglichkeit, den Durchschnittsverbrauch über die ganze Fahrt zu zeigen.
Über die Wirkung des Motorabschaltens werden recht widersprüchliche Zahlen veröffentlicht. Meine Erfahrung ist, daß ich mit konsequentem Abschalten im Stand und im Rollen mit einem Polo, der bei konstant 90 mit 6,2 l/100km angegeben ist, im reinen Stadtverkehr (Aachen und Leverkusen) mit etwa 6 l/100km (und teilweise deutlich darunter) gefahren bin. In die nächsten Polos habe ich die Schaltung (noch) nicht wieder eingebaut, und mit meinem derzeitigen (bei 90 km/h 6,2 l/100km im normalen und 5,4 l/100km im Schongang) brauche ich in derStadt mit der o.g. Fahrweise aber ohne Abschalten ca. 6,3 bis 6,5 l/100km.
Moderne Vergaser und Einspritzungen unterbrechen im Schub die Benzinzufuhr und senken damit den Momentanverbrauch auf Null. Dies gilt meist erst oberhalb von 1500 min-1, so daß das Wiedereinsetzen kaum spürbar ist. Tatsächlich brauchen sie aber mehr Benzin, als beim Rollen im Leerlauf mit Benzinverbrauch, weil der Motor im Schub natürlich (recht kräftig) bremst. Man rollt also wesentlich weniger weit und muß viel eher wieder beschleunigen. Wenn man die Motorbremse öfter tatsächlich braucht (Berge) hilft die Abschaltung natürlich trotzdem.
Neben der Verdichtung und Temperatur haben Ablagerungen einen ganz erheblichen Einfluß auf den Oktanzahlbedarf eines Motors. Nach meiner Erfahrung bleibt ein mit viel Gas gefahrener Motor (auch im Stadtverkehr bei ausschließlich niedriger Drehzahl) so sauber, daß ein auf Super oder Super-Plus ausgelegter Motor problemlos mit Normal läuft. Autos, die ich verleihe – und die dann mit niedrigerer Last gefahren werden, – klingeln hinterher fast immer eine Weile. Das häufige Klingeln bei niedriger Drehzahl ist übrigens vollkommen harmlos – gefährlich für den Motor wird es erst ab ca. 4000 min-1. (Nach Untersuchungen von Dr. Norbert Adolph am LAT der RWTH Aachen)
Der am häufigsten gegen die o.g. Empfehlungen vorgebrachte Einwand ist: Bei Vollgas und niedriger Drehzahl erhält der Motor zwangsläufig viel mehr Benzin, als er verbrennen kann, und hat deshalb nicht nur einen hohen Verbrauch, sondern verrußt und verdreckt auch völlig.
Dies stimmt (obwohl vielfach geglaubt) so nicht, denn die Drosselklappe sitzt zwischen Vergaser und Saugrohr und regelt (vereinfacht, weil der Volumenanteil Benzin gering ist) die Luftmenge. Der Vergaser mischt (mit Mitteln der Strömungsmechanik) der Luft in nahezu konstantem Verhältnis Benzin zu. Bei niedriger Drehzahl ändert sich zwischen Viertel- und Vollgas kaum etwas, weil der Motor einfach nicht mehr ansaugen kann. Bei Einspritzern ist es im Prinzip genauso. Von der Drosselklappenstellung bekommt die Steuerung gar nichts mit, sondern auf irgendeine Weise (meistens Stauklappe) nur die angesaugte Luftmenge. Wie beim Vergaser ist konstruktiv meist eine gewisse Vollastanreicherung eingebaut, aber auch (gerade) da hält sie sich in Grenzen. Gerade bei Vollgas und extrem niedriger Drehzahl sind Einspritzungen dem Vergaser bei der Gemischbildung weit überlegen – im Leerlauf ist es umgekehrt. (Leider ist der Mist immer voll vergossen – was wäre es schön, wenn da ein steckbares EPROM drauf säße.)
Genau stimmt das obige leider nicht:
| [min^-1] | [%] | |
|---|---|---|
| 800 | 100 | |
| 1400 | 88 | |
| 2000 | 83 | |
| 2500 | 88 | bester Punkt des ganzen Kennfeldes |
| 3000 | 100 | |
| Bei allen Drehzahlen darüber liegt der Bestpunkt auf der Vollastlinie. | ||
Der zweite Einwand ist, daß „untertouriges“ Fahren dem Motor schadet und zu überhöhter Lagerbelastung führt. Im Prinzip ist das nicht falsch und es ist kein Zufall, daß die ständig bei mittlerer Drehzahl und naherzu im Standgas betriebenen amerikanischen Achtzylinder im Kurbeltrieb eine nahe unbegrenzte Lebensdauer zeigen. Tatsächlich stammt der Begriff „untertourig“ noch aus den 30iger Jahren, als die Motoren meist viel zu klein dimensionierte Weißmetallager hatten und wirklich nur gestreichelt werden durften. Mit modernen Lagerschalen fahre ich jetzt problemlos 200 000 km extrem niedrigtourig mit einem Lagersatz – allerdings mit Schonganggetriebe. Bei meinem ersten Polo mit durch das kurze Getriebe erzwungenen sehr hohen Autobahndrehzahlen habe ich diese Laufleistung nicht erreicht – wenn es also gerade die „sportlichen“ Fahrer sind, die solche Angst vor dem „Motorquälen“ haben, so geht das haarscharf an den Tatsachen vorbei. Und selbst wenn die Lebensdauer einige Prozent sinken sollte: Ein kompletter Satz Lagerschalen kostet für einen Vierzylinder ca. DM 100.- und 150 000 km halten sie bei vernünftiger Behandlung immer – was soll's also?
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