Wieso ist es sparsam, wenn man langsamer auf der Autobahn fährt als schneller?

9 Antworten

Wegen des Luftwiderstandes und der benötigten Leistung, um diesen zu überwinden.

Der Luftwiderstand hängt quadratisch von der Geschwindigkeit ab. Sprich: Von einer bestimmten Geschwindigkeit ausgehend, bedeutet eine Verdoppelung der Geschwindigkeit eine Vervierfachrung des Luftwiderstandes. Und den doppelten Luftwiderstand erhältst du schon bei 40% höherer Geschwindigkeit.

Sprich:

  • Bei 100 km/h ist der Luftwiderstand deines Autos viermal so groß wie bei 50 km/h.
  • Bei 140 km/h ist der Luftwiderstand doppelt so groß wie bei 100 km/h.
  • Bei 200 km/h ist der Luftwiderstand viermal so groß wie bei 100 km/h und 16-mal so groß wie bei 50 km/h.
  • Allein 150 km/h zu fahren statt 130 km/h, erhöht den Luftwiderstand um ein Drittel.

Und jetzt wird es noch blöder: Der Luftwiderstand ist nur eine Kraft, also rechnerisch etwas Statisches ohne Bewegung. Um über eine gewisse Zeit dagegen anzuarbeiten, brauchst du Leistung... und diese ist Kraft * Geschwindigkeit. Also eine quadratische Geschwindigkeitsabhängigkeit mal einer linearen Geschwindigkeitsabhängigkeit... ergibt eine Geschwindigkeitsabhängigkeit in der 3. Potenz. Heißt: Um die doppelte Geschwindigkeit zu erreichen, brauchst du die 8-fache Leistung. Ich nehme nochmal die Tabelle von oben her:

  • Für 100 km/h ist die benötigte Leistung 8x so groß wie für 50 km/h.
  • Für 140 km/h ist die benötigte Leistung fast 3x so groß wie für 100 km/h.
  • Für 200 km/h ist die benötigte Leistung 8x so groß wie für 100 km/h und 64x so groß wie für 50 km/h.
  • Allein 150 km/h zu fahren statt 130 km/h, erhöht die benötigte Leistung um über 50 %.

So, und dass der Motor mehr Sprit verbraucht, wenn er mehr Leistung abgeben muss, ist klar.

Das ist zwar erstmal zeitbezogen, aber dafür, dass du pro Stunde doppelt so viel Sprit verbrauchst, schaffst du nur 1/4 mehr Strecke. Der Mehrverbrauch wird also nicht annähernd durch die höhere Geschwindigkeit aufgefressen.

Und was bedeutet Luftwiderstand? Genau: Reibung. Was macht Reibung? Genau: Sie wandelt Bewegungsenergie in Wärmeenergie um.

Die long story short ist also: Je schneller du fährst, desto mehr Sprit verbrennst du um Luft zu erwärmen. Zusätzlich zum Fahren von A nach B.

Geh 4 Kilometer spazieren.

Und jogg die selbe Strecke.

Wo mehr "kaputt"?

Oder lerne auf 3 Klausuren im Monat oder in der Woche? Wo mehr kaputt?

Reine Physik.

Arbeit= Kraft * Weg

Leistung = Arbeit / Zeit

Logisch, dass man das mehrfache Energie braucht, wenn man mehr leistet

(Achtung, steigt nicht proportional)

hartmutschoen  10.04.2024, 18:33

Ich würde sogar behaupten, daß der Verbrauch beim Joggen in Litern Getränk höher ist, als beim Autofahren in Litern Sprit. Und das bei den heutigen Lebensmittelpreisen ...

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Das stimmt so pauschal nicht. Inwieweit das stimmt, hängt u.a. auch vom Motor und Getriebeauslegung ab.

  • Bei meinem Benziner muss man nur mind. 60km/h fahren um den höchsten Gang nutzen zu können. Bei meinem Fahrschul-Diesel 90km/h. Da ich gerade kein besseres Beispiel habe: Ich sehe es bei 50 vs. 30km/h bei von der Schaltempfehlungsanzeige empfohlenen Gang regelm., dass mein Auto bei 30km/h weniger effizient unterwegs ist als bei 50km/h. Ok, in dem Geschwindigkeitsbereich bin ich auf der Autobahn nur im Stau.
  • Unter hoher Last werden Verbrenner tendenziell effizienter.
  • Wenn du einen Stau erzeugst, weil du z. B. nicht bei den LKW mitschwimmst sondern die alle dich überholen (der sich langsam nach hinten fortpflanzt, sodass du das Ende wo's richtig schlimm wird nicht siehst), müssen alle weiter hinten deswegen bremsen, also Energie vernichten. Also unterm Strich das Gegenteil von sparsam.
  • Bei den meisten BEV muss bei 130km/h noch gezielt Energie im Akku verheizt werden, damit die versprochene Ladegeschwindigkeit geschafft wird. Heißt wenn man schneller fährt, ist unterm Strich der Mehrverbrauch deutl. geringer.

notting

Woher ich das weiß:Hobby
hartmutschoen  11.04.2024, 21:28

Wieviel würde der Lkw mehr verbrauchen, wenn ich mich mit einem Abschleppseil hinten dran hänge ?

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notting  11.04.2024, 21:33
@hartmutschoen

Die Frage ist eher z. B. wieviel Sprit Rettungsdienst und die Polizei brauchen, wenn sie zu dir fahren, weil du über die Straße geschliefen wirst. Mal ganz abgesehen von dem Aufwand die Blutspur wegzumachen.

notting

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notting  12.04.2024, 21:03
@hartmutschoen

Du hast deine Frage sicher auch absichtlich so seltsam gestellt, alles andere hätte folglich nicht dazu gepasst ;-)

notting

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Der Luftwiderstand steigt quadratisch mit der Fahrgeschwindigkeit und ab etwa 50-60 km/h holt der zusätzliche Energieverbrauch die Einsparung durch den höheren Motorwirkungsgrad ein.

hartmutschoen  10.04.2024, 18:02

Bei allen neueren Autos ist auch bei niedrigen Drehzahlen der Wirkungsgrad gut, u.a. weil die Drosselklappe elektronisch voll geöffnet wird und keine Drosselverluste entstehen.

Unter 50km/h ist jedoch das Getriebe nicht im höchsten Gang, was es unwirtschaftlich macht. Mein Toyota dreht (in der Ebene bei konstanter Geschwindigkeit) bis 60 km/h mit 1200 U/min womit der höchste Gang erreicht ist.

Gerade bei Motoren mit geringer Leistung muß ab ca. 120 km/h das Getriebe wieder runterschalten und es wird erneut unwirtschaftlicher.

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SpitfireMKIIFan  10.04.2024, 19:08
@hartmutschoen

Drosselklappe voll öffnen geht nur, wenn Ventilhub und Öffnungsdauer angepasst werden können, das können nicht alle, und auch dann hat man den Wirkungsgradverlust noch immer (wenn auch nicht mehr so krass wie das früher mal der Fall war).

Mein Hyundai ist bei Stadtfahrt Tempo 50 bei knapp 10% Motorlast, selbst die richti gguten Dynamic Force Motoren von Toyota hätten bei so einem Lastszenario vielleicht noch 25% Wirkungsgrad.

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checkpointarea  11.04.2024, 08:12
@hartmutschoen

Wenn die Drosselklappe voll geöffnet ist, bedeutet das bei einem Ottomotor - von Ausnahmen mit vollvariablem Ventilhub abgesehen - dass der Motor unter Volllast läuft. Wie soll das bei langsamer Fahrt funktionieren?

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hartmutschoen  11.04.2024, 08:40
@checkpointarea

Das gibt's schon seit über 15 Jahren. Die Einspritzmenge kann ohnehin beliebig angepaßt werden. Weitere Voraussetzung ist ein elektronisches Gaspedal.

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checkpointarea  11.04.2024, 10:09
@hartmutschoen

Auweia, da klaffen riesige Wissenslücken. Hier mal ein wenig Expertise aus 3,5 Jahren Kfz - Ausbildung:

Ottomotoren arbeiten klassischerweise nach dem "Quantitätsprinzip". Das bedeutet, dass die Relation von Kraftstoff und Luft immer in etwa gleich ist (heutzutage meist rund 15 Teile Luft auf einen Teil Kraftstoff), und man zur Last, - und Drehzahlregelung eine Einrichtung zur Beschneidung der Verbrennungsluft benötigt. Dies wird auch heute noch und im Zeitalter elektronisch betätigter Stellelemente per Drosselklappe dargestellt. Wenn Du es nicht glaubst, pack' den Ansaugstutzen bei einem fast beliebigen aktuellen Ottomotor weg (geht meist schnell und einfach), lass' innen jemanden Gas geben (vom Motorraum aus geht es ja nicht mehr), und staune, wie wenig sich die Drosselklappe öffnet. Oder Du schaust Dir im Stadtverkehr per Livedaten den DK - Öffnungswinkel an, dies ist aber schwieriger.

Es gab mal vermehrt (und gibt aktuell auch noch, aber recht selten) Ottomotorkonzepte, welche ohne Drosselklappe auskamen - verbaut war für den Notfall trotzdem eine. Zum Beispiel die BMW N42 und N46 - Aggregate. Diese hatten jedoch Ventile, welche ihren Hub je nach Gaspedalstellung erhöhen oder verringern konnten, diese übernahmen dann die Aufgabe der Drosselklappe. BMW nannte es "Valvetronic", Toyota hatte sowas auch mal unter dem Begriff "Valvematic". Auch VAG hatte eine Technik, welche die Drosselklappe, hier aber nur in Teilen, überflüssig machte, und zwar die ersten FSI - Aggregate mit Schichtladung. Diese erlaubten es, in einem bestimmten und recht engen Last, - und Drehzahlbereich die vom Dieselmotor bekannte "Qualitätsregelung" (bei dieser wird immer die volle Luftmasse angesaugt, die Last, - und Drehzahlregelung erfolgt per fetterem oder magererem Gemisch) anzuwenden, aber all das sind Ausnahmen. Wenn also bei aktuellen Motoren die Drosselklappe bereits bei Niederlast offen ist, dann bei Dieselmotoren. Die haben nämlich auch eine, obwohl sie konzeptionell gar keine benötigen, hier dient sie dem Abstellen und der AGR - Regelung.

Heutige Ottomotoren haben fast alle keine Schichtladung mehr, auch vollvariable Ventilhübe sind selten. Daher MÜSSEN sie Last und Drehzahl per Drosselklappe regeln, und wenn die ganz geöffnet ist, saugt der Motor an, was er eben ansaugen kann ("Vollgas"), mit entsprechender Motorleistung. Um im Stadtverkehr also mit Volllast zu laufen, dürfte er in einem 1 - Tonnen - Pkw vielleicht 5 bis 7 PS Spitzenleistung haben, und 50 km/h wäre dann die Höchstgeschwindigkeit. Kennst Du ein solches Fahrzeug? Ich nicht.

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hartmutschoen  11.04.2024, 14:27
@checkpointarea

Die Drosselklappe wird bei heutigen Benzinfahrzeugen nicht nur für den Notfall benötigt, sondern auch um den für den Bremskraftverstärker benötigten Unterdruck aufzubauen.

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checkpointarea  11.04.2024, 15:07
@hartmutschoen

Nicht grundsätzlich, manche nutzen hierfür eine Vakuumpumpe. Aber wenn, dann bringt sie wenig Unterdruck, wenn sie grundsätzlich offen wäre, wie Du behauptet hast. Dann könnte man sie auch gleich weglassen.

Hast Du meinen Text überhaupt vollständig gelesen? Glaube nicht, denn ansonsten müsste ich mir die Aussage, dass alle heutigen Ottomotoren die Drosselklappe nur für den Notfall nutzen, nicht anhören.

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Wieso ist es sparsam, wenn man langsamer auf der Autobahn fährt als schneller?

Weil der Luftwiderstand im Quadrat ansteigt. Das bedeutet: Der Widerstand ist bei 200 km/h nicht doppelt so hoch wie bei 100 km/h, sondern 4x so hoch. Und wenn man noch weiß, dass ein Fahrzeug, welches mit 200 km/h fährt, für 100 Kilometer Strecke nur halb so lange benötigt wie eines, welches 100 Kilometer weit mit 100 km/h fährt, kann man ungefähr erahnen, wie hoch der tatsächliche Mehrverbrauch (also in Liter pro Stunde) ungefähr ist. Spoiler: Der Unterschied ist viel größer als jener, wenn man den Verbrauch bei 100 km/h mit dem bei 200 km/h vergleicht.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung