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 abgegebenen mechanischen Leistung. Bei Strahl- und Raketentriebwerken gibt es eine vergleichbare Kennziffer. Sie wird im Artikel Spezifischer Impuls beschrieben.

Der spezifische Kraftstoffverbrauch wird üblicherweise in g/kWh angegeben.

Spezifischer Kraftstoffverbrauch als Vergleichsmaßstab[Bearbeiten | Quelltext 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 unterschiedlichen Messmethoden zur Bestimmung der Motorleistung üblich sind.

Umrechnung in andere Einheiten[Bearbeiten | Quelltext 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. Ältere deutschsprachige Literatur gibt den Kraftstoffverbrauch auch in Gramm pro PS-Stunde (g/PSh) an.

Umrechnungstabelle
lbs/(hp·h) g/kWh g/PSh
1 g/kWh = 0,0001644 0,73549875
1 lbs/(hp·h) = 608,277 447,387258
1 g/PSh = 0,0022352 1,3596216

[1]

Angloamerikanisch ist das Dezimalkomma durch einen Dezimalpunkt zu ersetzen.

Spezifischer Kraftstoffverbrauch und Wirkungsgrad[Bearbeiten | Quelltext 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:

Beispiel: Bei einem Dieselmotor wird ein spezifischer Kraftstoffverbrauch (in einem bestimmten Betriebspunkt) von 198 g/kWh festgestellt. Der Heizwert des verbrauchten Dieselkraftstoffs liegt bei etwa 11,9 kWh/kg. Der Wirkungsgrad errechnet sich wie folgt:

Heizwerte üblicher Kraftstoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

MJ/kg kWh/kg
Diesel 42,9 – 43,1 ≈ 11,9
Normalbenzin 41,2 – 41,9 ≈ 11,5
Superbenzin 41,2 – 41,6 ≈ 11,4
Flugbenzin (AvGas) 43,5 ≈ 12,1
Kerosin 43 ≈ 11,9

[2]

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 | Quelltext bearbeiten]

Beispiel eines Kennlinienfelds des spezifischen Kraftstoffverbrauchs [g/kWh] (Muscheldiagramm) Die Achsen sind effektiver Mitteldruck, pe [bar] (vertikal), und Drehzahl, ω [1/min]. (horizontal)

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 erreichbare Minimum.

Wesentlich aussagekräftiger ist ein Kennlinienfeld des spezifischen Kraftstoffverbrauchs, das auch als „Muscheldiagramm“ bezeichnet wird. Aus diesem Diagramm lassen sich außer dem „Bestpunkt“ auch alle anderen 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 können die Motordrehzahl und Lastzustand so eingestellt werden, dass das jeweilige Verbrauchsminimum erreicht wird.

Vergleichswerte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Motor Typ Spezifischer Kraftstoffverbrauch
[g/kWh]
Kraftstoff
Viertaktmotor Lkw 180–210 Diesel[3]
Viertaktmotor Pkw 220–250 Benzin[3]
Kreiskolbenmotor Pkw/Motorrad 300–380 Benzin[4]
Gasturbine Pkw/Luftfahrt 300–1000 Kerosin[4]
Kohlenstaubmotor Stationärmotor 340–350 Kohlenstaub[5]
Zweitaktmotor Motorrad 380–500 Benzin[6]
Dampfmaschine Dampflokomotive 965–1260 Kohle[5]

Ausgesuchte Motoren/Triebwerke[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Motor / Wellentriebwerk Typ Jahr Leistung [kW] Leistung PS Spezifischer
Kraftstoffverbrauch
[g/kWh]
Kraftstoff
Freischneider (Viertaktmotor) Honda GX 35 2011 0,94 1,28 390 Benzin[7]
Kettensäge (Zweitaktmotor) Stihl MS 391 2016 3,3 4,5 421 Benzin[8]
Drohne (Wankelmotor) UAV Engines AR801 1999 30 41 304 Benzin[9]
Industriemotor (Dieselmotor) VW EA188 1,9 l 2005 63 85 207 Diesel[10]
Pkw-Motor BMW N47 2007 130 177 198 Diesel[11]
Lkw-Motor ЯМЗ-238М2[12] 1960er-Jahre 176 240 214 Diesel
Nutzfahrzeugmotor OM 936.972 2015 220 299 212 Diesel[13]
Traktor John Deere 8400 2016 272 370 208 Diesel[14]
Flugmotor BMW 114 1936 460 625 266 Diesel
Gegenkolbenmotor Junkers Jumo 205 1940 647 880 211 Diesel
Formel 1-Motor Honda 1,5 L 1987 559 760 258 Superbenzin[15]
Wellenturbine Klimow TW3-117WM 1972 1.103 1.500 299,1 Kerosin[16]
28-Zylinder-Vierfachsternmotor Pratt & Whitney R-4360 1945 2.610 3.549 265 Flugbenzin[17]
Turboprop Kusnezow NK-12 1955 11.032 15.000 218,9 Kerosin[18]
2-Takt-Schiffsdiesel MAN S80ME-C9 2014 27.060 36.791 164,4 Schweröl[19]
2-Takt-Schiffsdiesel Wärtsilä RT-flex96C 2008 84.420 114.779 171 Schweröl[20]
4-Takt-Schiffsdiesel Wärtsilä 8V31 2015 4.480 5.970 170,6 Diesel ISO 8217[21]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 28. Auflage, Mai 2014. ISBN 978-3-658-03800-7., S. 33.
  2. Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 28. Auflage, Mai 2014. ISBN 978-3-658-03800-7., S. 316.
  3. a b Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 28. Auflage, Mai 2014. ISBN 978-3-658-03800-7., S. 457.
  4. a b Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 19. Auflage. 1984, ISBN 3-18-418005-0, S. 329.
  5. a b Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. Stuttgart, 10. Auflage 1950, S. 225.
  6. Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 26. Auflage, 2007. ISBN 978-3-8348-0138-8., S. 509.
  7. breitband-lambda.de Studienarbeit T3100. Seite 58 ff. (Leistungsangabe S. 67)
  8. dlg-test.de Stihl MS 391
  9. AR 801 50bhp
  10. TDI-Industriemotor, S. 3.
  11. auto-innovations.com
  12. Силовой Агрегат ЯМЗ-238М2. (russisch), abgerufen am 24. September 2017
  13. dlg-test.de Unimog U 530
  14. dlg-test.de John Deere 8400
  15. Michael Trzesniowski: Rennwagentechnik. 2 Auflage. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0857-8., S. 529
  16. Technische Daten TW3-117
  17. Gerard L. Blake: Operating the Pratt&Whitney R-4360-59B. Abgerufen am 6. November 2016.
  18. НК-12МП – Основные характеристики двигателя
  19. MAN B&W S80ME C9, S. 50.
  20. WÄRTSILÄ RT‑flex96C AND WÄRTSILÄ RTA96C TECHNOLOGY REVIEW
  21. Wärtsilä-31 Engine