Warum verbraucht ein Auto bei gleichbleibender Geschwindigkeit, jedoch zunehmender Masse, mehr Treibstoff?
Hallo Zusammen,
kann mir jemand erklären, weshalb ein Auto, bei gleichbleibender Geschwindigkeit, jedoch mit zunehmender Masse, mehr Treibstoff verbraucht?
Ich komme mit meiner folgenden Überlegung irgendwie auf keinen Nenner.
Angenommen man würde das Auto nur in einem Gang fahren. Dann ändert sich die Übersetzung von Kurbelwelle bis zum Reifen nicht. Sprich sobald der Kolben einen bestimmten Hub verrichtet, dann ergibt das einen bestimmten weg.
Erhöht man nun die Masse des Fahrzeuges, dann ändert dies ja grundsätzlich nichts an der Übersetzung und im Endeffekt auch nichts am Abrollweg der Reifen.
Im Hubraum selber befindet sich ja ein Gemisch aus Luft und Benzin. Dieses Verhältnis von Luft und Benzin muss immer gleich sein, damit die Verbrennung möglichst effizient erfolgt. Da der Hubraum sich nicht verändert, ist das Luft- / und Treibstoffgemisch immer identisch.
Sprich dadurch kann der steigende Verbrauch ebenfalls nicht kommen.
Mein einziger Gedanke, den ich noch habe ist, dass die Kraft des Motors, bzw. die Energie die aus der Verbrennung entsteht, bei steigender Masse einfach nicht ausreicht. Dies führt dazu, dass ein Auto mit steigender Masse langsamer fährt, weil sich der Kolben einfach langsamer bewegen kann.
Dies hätte zur Folge, dass man eigentlich doch in einen anderen Gang schalten müsste, um die Geschwindigkeit überhaupt halten zu können. Daraus würde dann eine höhere Drehzahl resultieren und dadurch ein steigender Verbrauch.
Im Umkehrschluss würde folgende Aussage dann jedoch stimmten: Fahre ich ein Auto mit einer bestimmten Masse, mit einer festen Drehzahl und in einer festen Übersetzung, dann verbraucht das Auto eine gewisse Menge an Treibstoff.
Erhöhe ich die Masse des Fahrzeuges, die Drehzahl und Übersetzung bleiben jedoch gleich, dann wird die Geschwindigkeit langsamer, der Verbrauch bleibt jedoch unverändert?
Ich hoffe mein Gedankengang ist verständlich, komme irgendwie auf keinen Nenner.
Danke!
12 Antworten
Wenn wir vom Benzin- zum Elektro-Auto wechseln, umgehen wir die ganzen Probleme mit nicht optimaler Drehzahl, und es bleibt:
Wie im Physik-Unterricht gelernt: Die Reibung ist proportional zur Auflagekraft. Gilt gleichermaßen für Roll-, Gleit- und Haftreibung. Mehr Masse im Auto -> mehr Kraft auf die Reifen -> mehr Reibungswiderstand.
Das gilt nicht für den Luftwiderstand - der hängt von Form und Größe des Autos ab, und von der Geschwindigkeit (sogar quadratisch), aber nicht von der Masse. Hängt also nur dann von der Zuladung ab, wenn die Zuladung aufs Dach geschnallt wird.
Im Stadtverkehr überwiegt die Rollreibung, auf der Autobahn überwiegt die Luftreibung.
Damit das Auto bei mehr Reibung weiterfährt, musst Du mehr Gas geben. Es kommt also mehr Strom oder Treibstoff in den Motor.
Dieses Verhältnis von Luft und Benzin muss immer gleich sein, damit die Verbrennung möglichst effizient erfolgt.
Ist es aber nicht. Auch nicht die absoluten Mengen.
Das ist dann eine neue Frage, und diese deine ist schon recht unübersichtlich.
Also kommt der steigende Verbrauch daher, dass das Gemisch fetter wird und bei einem Kolbenhub mehr Benzin verbraucht wird?
Es wird auch mehr oder weniger Luft pro Kolbenhub eingesogen. Das ist ein recht komplexes Thema. Bei hochgezüchteten Motoren weichen die Öffnungs- und Verschlusszeiten um zig Grad von der Theorie ab.
Ein Schiffsdiesel hat einen Wirkungsgrad von fast 50 %, ein Auto-Benzinmotor in der Praxis vielleicht 10 %. Der arbeitet fast immer weit vom Optmum entfernt, das ohnehin schon schlecht ist, weil nicht dahin optimiert.
Also kommt der steigende Verbrauch daher, dass das Gemisch fetter wird und bei einem Kolbenhub mehr Benzin verbraucht wird?
Nur beim Dieselmotor (bzw. hier in stärkerer Ausprägung). Denn der läuft je fetter, je höher die Last und die Drehzahl ist - ohne übrigens in den fetten Bereich zu gelangen (Lambda unter 1). Auch beim Ottomotor wird angefettet, jedoch ist die Schwankung erheblich kleiner, dafür auf einem deutlich fetteren Niveau (deutlich unter Lambda 1). Hier entstammt der allergrößte Teil des Mehrverbrauchs, wenn die Last bei gleicher Drehzahl größer wird, dem höheren Luftdurchsatz, welcher fast immer per Drosselklappe geregelt wird. Lambda 1 bedeutet übrigens 1:14,7.
Dieses Verhältnis von Luft und Benzin muss immer gleich sein, damit die Verbrennung möglichst effizient erfolgt.
Das ist nicht korrekt! Das Kraftstoff/Luftgemisch Verhältnis wird dem jeweiligen Lastzustand (Drosselklappenstellung) angepasst und variiert folglich. Luftdichte bzw. Luftdruck spielt auch noch eine Rolle, ist aber bei konventionellen PKW Motoren eher irrelevant.
Das ist nicht korrekt! Das Kraftstoff/Luftgemisch Verhältnis wird dem jeweiligen Lastzustand (Drosselklappenstellung) angepasst und variiert folglich.
Nicht korrekt ist hier Folgendes: Dass diese Aussage, welche ausschließlich auf Dieselmotoren zutrifft, für alle Motoren pauschalisiert wird. Denn beim Ottomotor wird in der Regel angestrebt, das Verhältnis aus Luft und Kraftstoff möglichst immer auf Lambda 1 (1 Teil Kraftstoff auf 14,7 Teile Luft) zu halten. Zu diesem Zwecke hat man bei Pkw - Motoren seit spätestens 01.01.1993 eine Sonde im Auspuff. Abweichungen nach unten gibt es natürlich, unter anderem bem Kaltstart und bei der Volllast, diese sind aber unerwünscht, weil sie Verbrauch und vor allem Schadstoffemissionen erhöhen. Nach oben gibt´s auch gelegentlich (bis Lambda 1,6), allerdings heutzutage, ebenfalls aus Gründen der Schadstoffreduktion, recht selten.
Erstmal: Spannende Frage, genau mein Geschmack! Genau solche Fragen halten mich hier noch am Ball. :)
Warum verbraucht ein Auto bei gleichbleibender Geschwindigkeit, jedoch zunehmender Masse, mehr Treibstoff?
Weil der Abrollwiderstand, vor allem aufgrund einer höheren "Walkneigung" der Reifen, zunimmt. Hierdurch muss der Motor mehr Leistung liefern, was natürlich mehr Kraftstoff kostet. Einen erheblich größeren Einfluss auf diesen Widerstand hätte es übrigens, wenn der Luftwiderstand (cw x A - Wert) um den gleichen Faktor stiege, zumindest ab einer gewissen Geschwindigkeit, aber das nur am Rande.
Im Hubraum selber befindet sich ja ein Gemisch aus Luft und Benzin. Dieses Verhältnis von Luft und Benzin muss immer gleich sein, damit die Verbrennung möglichst effizient erfolgt. Da der Hubraum sich nicht verändert, ist das Luft- / und Treibstoffgemisch immer identisch. Sprich dadurch kann der steigende Verbrauch ebenfalls nicht kommen.
Davon mal ganz abgesehen, dass das so pauschal nicht stimmt (siehe klassischerweise den Dieselmotor, der ändert die Relation von Kraftstoff und Luft sehr stark), hast Du da einen Denkfehler. Denn läuft der Motor unter einer höheren Last, werden, üblicherweise beim Ottomotor (und meist per Drosselklappe), auch die Zylinder stärker befüllt. Mehr Luft bedingt mehr Kraftstoff (weil´s sonst zu mager wird), und schon steigt der Verbrauch. Beim Dieselmotor wird zylinderbezogen immer die gleiche Luftmasse angesaugt, jedoch bei mehr Drehzahl und/oder Last mehr Kraftstoff eingespritzt, mit dem gleichen Effekt. Der Unterschied ist lediglich, dass bei dem einen der "Lambdawert" (also die Relation aus Kraftstoff und Luft) ansteigt, bei dem anderen nicht - wobei das auch nicht ganz korrekt ist, schließlich "fetten" fast alle Ottomotoren ab einer gewissen Last auf bis zu 1:10 (1 Teil Kraftstoff auf 10 Teile Luft, ideal wären 1:14,7) an. Ein paar wenige Ottomotoren laufen noch mit 1:24, aber oberhalb wird´s dünn. Beim Dieselmotor hingegen variiert das jedoch zirka zwischen 1:20 und 1:80, der Bereich ist also erheblich größer.
Mein einziger Gedanke, den ich noch habe ist, dass die Kraft des Motors, bzw. die Energie die aus der Verbrennung entsteht, bei steigender Masse einfach nicht ausreicht. Dies führt dazu, dass ein Auto mit steigender Masse langsamer fährt, weil sich der Kolben einfach langsamer bewegen kann.
Das wäre nur dann der Fall, wenn der Motor bereits an der Volllast angekommen ist. Das oben beschriebene Verhalten hat man jedoch auch dann, wenn die Geschwindigkeit identisch bleibt.
Wenn sich der Kolben langsamer bewegt, ist die Geschwindigkeit niedriger und die Verbrennung geändert, also alles anders
Hauptsache was geschrieben, egal ob es zum Text passt. Bist nicht ohne Grund auf meiner Trollliste, wie ich erneut dankbar feststelle.
Höheres Gewicht = Höhere Rollreibung.
Verbrennungsvorgänge und dergleichen haben damit erstmal wenig zu tun.
Danke. Das mag ja auch stimmen, woher kommt aber der steigende Verbrauch? Bei einem Fahrrad entspricht ja eine Umdrehung der Pedale auch einen festen Weg. Dieser Weg ändert sich nicht wenn ich ein schwereres Fahrrad nehme. Was sich ändert ist die Kraft die ich aufbringen muss. Die notwendige zusätzliche Kraft erbringe ich durch mehr Muskelkraft, nicht jedoch durch eine andere Drehzahl etc. Nur wie macht es der Motor, der kann ja nicht auf einmal mehr Kraft haben. Denn der Hubraum bleibt identisch und wir haben nur Benzin und Luft...
Über die Drosselklappe und die Einspritzmenge kann man sehr wohl die Leistung variieren bzw. beim Diesel nur durch die Einspritzmenge. Höheres Gewicht, Mehr ROllreibung bei sonst gleichen Fahrzeugeigenschaften, zusätzlich muss die Masse natürlich auch noch beschleunigt werden, ergo wird mehr Leistung benötigt und es muss mehr Kraftstoff eingespritzt werden.
Sofern die Leistung ausreicht, dauert es einfach nur länger bis bei gleicher Drehzahl etc. die gleiche Geschwindigkeit erreicht wird, sofern die Bedingungen gleich sind.
Würdest du also die Zeit mal dem Verbrauch rechnen, dann wäre das Ergebniss bei höherer Masse auch höher, weil die Zeit höher ist.
Danke, aber wie kann aus einer gleichen Drehzahl eine unterschiedliche Geschwindigkeit resultieren? Die Übersetzung ist doch fest. Sprich aus einem Kolbenhub resultiert eine bestimmte Drehung des Rades. Ändere ich nun die Masse und die Drehzahl bleibt unverändert, dann kann sich doch keine andere Geschwindigkeit einstellen?
Wenn du in der Formel die Kraft nicht änders, musst du die Zeit ändern.
Aber gibt es nicht ein Optimum an Luft und Benzin, damit eine Verbrennung möglichst effizient abläuft? Ich habe doch ein festes Volumen, wenn ich nun mehr Treibstoff und weniger Luft einspritze, dann ist doch die Verbrennung nicht mehr optimal, oder nicht?