Spezifischer Kraftstoffverbrauch

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Der spezifische Kraftstoffverbrauch ist ein Maß für die Effizienz einer Verbrennungskraftmaschine. Definiert ist er als das Verhältnis zwischen Kraftstoffverbrauch pro Zeiteinheit und der abgegeben mechanischen Leistung. Bei Strahl- und Raketentriebwerken gibt es eine vergleichbare Kennziffer. Diese wird im Artikel Spezifischer Impuls beschrieben.

Der spezifische Kraftstoffverbrauchs wird üblicherweise in g/kWh angegeben.

Spezifischer Kraftstoffverbrauch als Vergleichsmaßstab[Bearbeiten]

Verbrennungskraftmaschinen können anhand des spezifischen Kraftstoffverbrauchs nur dann miteinander verglichen werden, wenn die Leistungsmessung nach den gleichen Standards erfolgt und die Kraftstoffe pro Gewichtseinheit den gleichen Heizwert aufweisen. Im Artikel Pferdestärke wird dargestellt, welche unterschiedliche Messmethoden zur Bestimmung der Motorleistung möglich sind.

Umrechnung in angloamerikanische Einheiten[Bearbeiten]

Im angloamerikanischen Maßsystem wird der spezifische Kraftstoffverbrauch bei Verbrennungskraftmaschinen, welche die Leistung an einer Welle abgeben, als "Brake Specific Fuel Consumption“ bezeichnet (Abk.: BSFC) und in lbs/(hp·h) angegeben.

Umrechnung von

  • g/kWh nach lbs/(hp·h) → 1 g/kWh = 0.001644 lbs/(hp·h)
  • lbs/(hp·h) nach g/kWh → 1 lbs/(hp·h) = 608.277 g/kWh

Spezifischer Kraftstoffverbrauch und Wirkungsgrad[Bearbeiten]

Der Wirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine bezieht sich auf den Heizwert des Kraftstoffs und nicht auf dessen (höheren) Brennwert. Der Heizwert wird üblicherweise in kJ/kg oder kWh/kg angegeben. Die Umrechnung lautet: 1 kWh = 3600 kJ. Sind spezifischer Kraftstoffverbrauch und Heizwert des Brennstoffs bekannt, so lässt sich der Wirkungsgrad wie folgt berechnen:

\text{Wirkungsgrad} \ \eta = \frac{100\,\%}{\text{spezifischer Kraftstoffverbrauch} \times \text{Heizwert des Kraftstoffs}}

Beispiel: Bei einem Dieselmotor wird ein spezifischer Kraftstoffverbrauch (in einem bestimmten Betriebspunkt) von 206 g/kWh festgestellt. Der Heizwert des verbrauchten Dieselkraftstoffs liegt bei ca. 11,8 kWh/kg. Der Wirkungsgrad errechnet sich wie folgt:

\eta = \frac{100\,\%}{0{,}206\,\text{kg/kWh} \times 11{,}8\,\text{kWh/kg}} = 41,1\,\%
Heizwerte üblicher Kraftstoffe
Diesel zirka 11,8 kWh/kg
Normalbenzin zirka 11,5 kWh/kg
Superbenzin zirka 11,3 kWh/kg

Zu beachten ist, dass die üblichen Kraftstoffe aus Kraftstoffmischungen bestehen und die Heizwerte deshalb nicht konstant sind. Beispiele sind Winterdiesel, Sommerdiesel und Benzin mit unterschiedlichen Graden an Ethanolbeimischungen.

Kennfelder des spezifischen Kraftstoffverbrauchs[Bearbeiten]

Beispiel eines Kennlinienfelds des spezifischen Kraftstoffverbrauchs [g/kWh] (Muscheldiagramm)

Der spezifische Kraftstoffverbrauch – und damit der Wirkungsgrad – ist kein konstanter Wert, sondern abhängig vom Betriebszustand des Motors. Je nach dessen Drehzahl und Belastung ergeben sich unterschiedliche Werte. Dennoch wird oftmals nur ein einziger Wert angegeben. Dieser Wert ist – wenn keine weitere Erläuterung folgt – der sogenannte „Bestwert“, also das maximal erreichbare Optimum.

Wesentlich aussagekräftiger ist ein Kennlinienfeld des spezifischen Kraftstoffverbrauchs. Dieses wird auch als „Muscheldiagramm“ bezeichnet. Aus diesem Diagramm lassen sich neben dem „Bestpunkt“ auch alle anderen vorkommenden Werte bei Volllast als auch bei Teillast ablesen.

Eine besondere Bedeutung haben diese Kennlinienfelder für die Auslegung und Steuerung von Schaltgetrieben. Durch die entsprechende Wahl der Getriebeübersetzung kann die Motordrehzahl so eingestellt werden, dass das jeweilige Verbrauchsoptimum erreicht wird.

Beispiele[Bearbeiten]

Motor / Wellentriebwerk Typ Leistung [PS] Schub [kN] Spezifischer Kraftstoffverbrauch [g·kW-1·h-1] / [kg·kN-1·h-1]
Ottomotor 227–273
aufgeladener Dieselmotor 178–209
Wärtsilä RT-flex96C Schiffsdiesel 110.000 171
modernes Mantelstromtriebwerk 35 bei 0,85 Mach
General Electric J85 Einstrom-Strahltriebwerk etwa 7.000 18,3 100
PW127 Turboprop 3.232 508 bei 30 % Pmax
328 bei 70 % Pmax
294 bei Pmax