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 Zeitspanne und der abgegebenen mechanischen Leistung. Bei Strahl- und Raketentriebwerken gibt es einen vergleichbaren Kennwert. Er 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 lb/(hp·h) angegeben. Ältere deutschsprachige Literatur gibt den Kraftstoffverbrauch auch in Gramm pro PS-Stunde (g/PSh) an.

Umrechnungstabelle
lb/(hp·h) g/kWh g/PSh
1 g/kWh = 0,001644 0,73549875
1 lb/(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]

Zusammenhang zwischen spezifischen Kraftstoffverbrauch (be) eines Otto- bzw. Dieselmotors und Wirkungsgrad η bei gegebenem Heizwert (HU)[2]

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 (be) und Heizwert (HU) des Brennstoffs bekannt, so lässt sich der Wirkungsgrad (η) 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[3]
Kraftstoffart 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

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 in g/kWh (Muscheldiagramm) Die Achsen sind effektiver Mitteldruck, pe in bar (vertikal), und Drehzahl, n in 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/Pkw 180–210 Diesel[4]
Viertaktmotor Pkw 220–250 Benzin[4]
Wankelmotor Pkw/Motorrad 300–380 Benzin[5]
Gasturbine Pkw/Luftfahrt 300–1000 Kerosin[5]
Kohlenstaubmotor Stationärmotor 340–350 Kohlenstaub[6]
Zweitaktmotor Motorrad 380–500 Benzin[7]
Dampfmaschine Dampflokomotive 965–1260 Kohle[6]

Ausgesuchte Motoren/Triebwerke[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Anwendungsbeispiel Motortyp Jahr Leistung [kW] Funktionsprinzip Spezifischer
Kraftstoffverbrauch
[g/kWh]
Kraftstoff
Industriemotor 1940er-Jahre[8] MAN D 0534 G 1942 51,5 Diesel 217,5 Gasöl
Industriemotor 1950er-Jahre[9] Mercedes-Benz OM 636 1952 29 Diesel 286 Dieselkraftstoff
Erster Dieselmotor[10] - 1897 13 Diesel 324 Benzin
Freischneider (Viertaktmotor) Honda GX 35 2011 0,94 Otto 390 Benzin[11]
Kettensäge (Zweitaktmotor) Stihl MS 391 2016 3,3 Otto 421 Benzin[12]
Wankelmotor für Drohne UAV Engines AR801 1999 30 Wankel 304 Benzin[13]
Industriedieselmotor 2000er-Jahre VW EA188 1,9 l 2005 63 Diesel 207 Dieselkraftstoff[14]
Pkw-Dieselmotor 2000er-Jahre BMW N47 2007 130 Diesel 198 Dieselkraftstoff[15]
Pkw-Ottomotor 2010er-Jahre Ford EcoBoost 2011 74 Otto 240 Benzin[16]
Industriemotor 1960er-Jahre ЯМЗ-236[17] 1968 132 Diesel 238 Dieselkraftstoff
Industriedieselmotor 2010er-Jahre OM 936.972 2015 220 Diesel 212 Dieselkraftstoff[18]
Flugmotor 1930er-Jahre BMW 114 1936 460 Diesel 266 Gasöl
Flugmotor 1940er-Jahre Junkers Jumo 205 1940 647 Diesel 211 Gasöl
Formel-1-Motor 1980er-Jahre Honda 1,5 L 1987 559 Otto 258 Superbenzin[19]
Wellenturbine Klimow TW3-117WM 1972 1.103 Joule 299 Kerosin[20]
Flugmotor 1940er-Jahre Pratt & Whitney R-4360 1945 2.610 Otto 265 Benzin[21]
Turboprop Kusnezow NK-12 1955 11.032 Joule 218,9 Kerosin[22]
2-Takt-Schiffsdiesel MAN S80ME-C9 2014 27.060 Diesel 164,4 Schweröl ISO 8217[23]
2-Takt-Schiffsdiesel Wärtsilä RT-flex96C 2008 84.420 Diesel 171 Schweröl ISO 8217[24]
4-Takt-Schiffsdiesel Wärtsilä 8V31 2015 4.480 Diesel 170,6 Schweröl ISO 8217[25]
Boxermotor 1960er-Jahre VW Typ 126[26] 1969 35 Otto 306 Benzin
Wankelmotor des NSU Ro80 KKM 612[27] 1967 85 Wankel 313 Benzin
Wankelmotor des Mazda 787B 26B[28] 1991 515 Wankel 286 Benzin
Industriemotor 1890er-Jahre Hornsby-Akroyd-Motor[29] 1891 5,6 Akroyd 460 Gasöl

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 28. Auflage, Mai 2014. ISBN 978-3-658-03800-7, S. 33.
  2. Klaus Schreiner: Basiswissen Verbrennungsmotor. 2. Auflage. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2015, ISBN 978-3-658-06186-9, 3.3 Was bedeutet eigentlich eine Angabe von 200 g/(kWh)?.
  3. BOSCH (Hrsg.): Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 28. Auflage. 2014, ISBN 978-3-658-03800-7, S. 316.
  4. a b Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 28. Auflage, Mai 2014. ISBN 978-3-658-03800-7, S. 457.
  5. a b Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 19. Auflage. 1984, ISBN 3-18-418005-0, S. 329.
  6. a b Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. Stuttgart, 10. Auflage 1950, S. 225.
  7. Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 26. Auflage, 2007. ISBN 978-3-8348-0138-8, S. 509.
  8. Hans Kremser: Der Aufbau schnellaufender Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge und Triebwagen. In: Hans List (Hrsg.): Die Verbrennungskraftmaschine. Band 11. Springer, Wien 1942, ISBN 978-3-7091-5016-0. S. 136
  9. Handbuch Mercedes-Benz OM 636, S. 45
  10. Günter Mau: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb. Vieweg. Braunschweig/Wiesbaden. 1984. ISBN 978-3-528-14889-8. S. 7
  11. breitband-lambda.de Studienarbeit T3100. Seite 58 ff. (Leistungsangabe S. 67)
  12. dlg-test.de Stihl MS 391
  13. AR 801 50bhp
  14. TDI-Industriemotor, S. 3. (Memento vom 12. März 2017 im Internet Archive)
  15. auto-innovations.com
  16. Ernst, R.;Friedfeldt, R.;Lamb, S.;Lloyd-Thomas, D.;Phlips, P.;Russell,R.;Zenner, T: The New 3 Cylinder 1.0L Gasoline Direct Injection Turbo Engine from Ford. In: 20th Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology. Aachen 2011.
  17. G. D. Tschernyschew (Hrsg.): ДВИГАТЕЛИ ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, Verlag „Maschinenbau“, Moskau 1968, S. 9
  18. dlg-test.de Unimog U 530
  19. Michael Trzesniowski: Rennwagentechnik. 2 Auflage. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0857-8, S. 529
  20. Technische Daten TW3-117
  21. Gerard L. Blake: Operating the Pratt&Whitney R-4360-59B. (Nicht mehr online verfügbar.) Archiviert vom Original am 5. November 2016; abgerufen am 6. November 2016.
  22. НК-12МП – Основные характеристики двигателя (Memento vom 25. April 2017 im Internet Archive)
  23. MAN B&W S80ME C9, S. 50.
  24. WÄRTSILÄ RT‑flex96C AND WÄRTSILÄ RTA96C TECHNOLOGY REVIEW
  25. Wärtsilä-31 Engine
  26. VDA: Volkswagenwerk AG Wolfsburg - Typ VW-Doppelkabine. Gruppe 13, Nummer 223b. Frankfurt am Main Dezember 1969.
  27. Matthias Parschau: Eigenschaften der Wankelmotoren, abgerufen am 1. April 2020
  28. SAE Paper 920309 Mazda 4-Rotor Rotary Engine for the Le Mans 24-Hour Endurance Race, Seite 4 Spezifischer Kraftstoffverbrauch 286 g/kW.h at 6000 rpm
  29. Friedrich Sass: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918, Springer, Berlin/Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6. S. 418