Spezifischer Kraftstoffverbrauch
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
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
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.
| lb/(hp·h) | g/kWh | g/PSh | |
|---|---|---|---|
| 1 lb/(hp·h) = | - | 608,277 | 447,387258 |
| 1 g/kWh = | 0,001644 | - | 0,73549875 |
| 1 g/PSh | 0,0022352 | 1,3596216 | - |
<ref>Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 28. Auflage, Mai 2014. ISBN 978-3-658-03800-7, S. 33.</ref>
Angloamerikanisch ist das Dezimalkomma durch einen Dezimalpunkt zu ersetzen.
Spezifischer Kraftstoffverbrauch und Wirkungsgrad
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:
- <math>\eta = \frac{1}{b_e \cdot H_U}</math>
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:
- <math>\eta = \frac{100\,\%}{0{,}198\,\text{kg/kWh} \times 11{,}9\,\text{kWh/kg}} = 42{,}4\,\%</math>
| Kraftstoffart | MJ/kg | kWh/kg | g/kWh |
|---|---|---|---|
| Diesel | 42,9–43,1 | ≈ 11,9 | 84 |
| Normalbenzin | 41,2–41,9 | ≈ 11,5 | 87 |
| Superbenzin | 41,2–41,6 | ≈ 11,4 | 88 |
| Flugbenzin (AvGas) | 43,5 | ≈ 12,1 | 82,5 |
| Kerosin | 43 | ≈ 11,9 | 84 |
| Methan | 50 | ≈ 13,9 | 72 |
| Wasserstoff (LH₂) | |||
| Wasserstoff (gasf.) | 120 | ≈ 33 | 30 |
| Ethanol | 29,7 | ≈ 9,25 | 108 |
| Methanol | 22,7 | ≈ 6,3 | 159 |
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
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
| Motor | Typ | Spezifischer Kraftstoffverbrauch (g/kWh) |
Kraftstoff |
|---|---|---|---|
| Viertaktmotor | Lkw/Pkw | 180–210 | Diesel<ref name="Bosch28">Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 28. Auflage, Mai 2014. ISBN 978-3-658-03800-7, S. 457.</ref> |
| Viertaktmotor | Pkw | 220–250 | Benzin<ref name="Bosch28" /> |
| Wankelmotor | Pkw/Motorrad | 300–380 | Benzin<ref name="Bosch19">Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 19. Auflage. 1984, ISBN 3-18-418005-0, S. 329.</ref> |
| Gasturbine | Pkw/Luftfahrt | 300–1000 | Kerosin<ref name="Bosch19" /> |
| Kohlenstaubmotor | Stationärmotor | 340–350 | Kohlenstaub<ref name="Bosch10">Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. Stuttgart, 10. Auflage 1950, S. 225.</ref> |
| Zweitaktmotor | Motorrad | 380–500 | Benzin<ref>Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 26. Auflage, 2007. ISBN 978-3-8348-0138-8, S. 509.</ref> |
| Dampfmaschine | Dampflokomotive | 965–1260 | Kohle<ref name="Bosch10" /> |
Ausgesuchte Motoren/Triebwerke
| Anwendungsbeispiel | Motortyp | Jahr | Leistung (kW) |
Funktions- prinzip |
Spezifischer Kraftstoffverbrauch (g/kWh) |
Kraftstoff |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Industriemotor 1940er-Jahre<ref>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</ref> | MAN D 0534 G | 1942 | 51,5 | Diesel | 217,5 | Gasöl |
| Industriemotor 1950er-Jahre<ref>Handbuch Mercedes-Benz OM 636, S. 45</ref> | Mercedes-Benz OM 636 | 1952 | 29 | Diesel | 286 | Dieselkraftstoff |
| Erster Dieselmotor<ref>Günter Mau: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb. Vieweg. Braunschweig/Wiesbaden. 1984. ISBN 978-3-528-14889-8. S. 7</ref> | 250/400 | 1897 | 13 | Diesel | 324 | Kerosin |
| Motorsense / Freischneider (Viertaktmotor) | Honda GX 35 | 2011 | 0,94 | Otto | 390 | Benzin<ref>breitband-lambda.de Studienarbeit T3100. Seite 58 ff. (Leistungsangabe S. 67)</ref> |
| Kettensäge (Zweitaktmotor) | Stihl MS 391 | 2016 | 3,3 | Otto | 421 | Benzin<ref>dlg-test.de Stihl MS 391</ref> |
| Wankelmotor für Drohne | UAV Engines AR801 | 1999 | 30 | Wankel | 304 | Benzin<ref>AR 801 50bhp</ref> |
| Wankelmotor für Flugzeug | Curtiss-Wright RC2-47 | 1982 | 238,6 | Wankel | 226 | Kerosin<ref>NASA CR-165398 CW-WR-81.21B ADVANCED STRATIFIEDCHARGE ROTARYAIRCRAFT ENGINEDESINSTUDY Seite 2.7.1</ref> |
| Dieselmotor für Panzer | MTU MB 873-Ka 501 | 1980- | 1100 | Diesel | 226 | Diesel<ref>Datenblatt MTU MB 873 [1]</ref> |
| Industriedieselmotor 2000er-Jahre | VW EA188 1,9 l | 2005 | 63 | Diesel | 207 | Dieselkraftstoff<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />TDI-Industriemotor, S. 3. ( vom 12. März 2017 im Internet Archive)</ref> |
| Pkw-Dieselmotor 2000er-Jahre | BMW N47 | 2007 | 130 | Diesel | 198 | Dieselkraftstoff<ref>auto-innovations.com</ref> |
| Pkw-Ottomotor 2010er-Jahre | Ford EcoBoost | 2011 | 74 | Otto | 240 | Benzin<ref>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.</ref> |
| Industriemotor 1960er-Jahre | ЯМЗ-236<ref name="Tschernyschew_9">G. D. Tschernyschew (Hrsg.): ДВИГАТЕЛИ ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, Verlag „Maschinenbau“, Moskau 1968, S. 9</ref> | 1968 | 132 | Diesel | 238 | Dieselkraftstoff |
| Industriedieselmotor 2010er-Jahre | OM 936.972 | 2015 | 220 | Diesel | 212 | Dieselkraftstoff<ref>dlg-test.de Unimog U 530</ref> |
| 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<ref>Michael Trzesniowski: Rennwagentechnik. 2 Auflage. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0857-8, S. 529</ref> |
| Wellenturbine | Klimow TW3-117WM | 1972 | 1.103 | Joule | 299 | Kerosin<ref>Technische Daten TW3-117</ref> |
| Flugmotor 1940er-Jahre | Pratt & Whitney R-4360 | 1945 | 2.610 | Otto | 265 | Benzin<ref>Gerard L. Blake: Operating the Pratt&Whitney R-4360-59B. Archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am 5. November 2016; abgerufen am 6. November 2016.</ref> |
| Turboprop | Kusnezow NK-12 | 1955 | 11.032 | Joule | 218,9 | Kerosin<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />НК-12МП – Основные характеристики двигателя ( vom 25. April 2017 im Internet Archive)</ref> |
| 2-Takt-Schiffsdiesel | MAN S80ME-C9 | 2014 | 27.060 | Diesel | 164,4 | Schweröl ISO 8217<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />MAN B&W S80ME C9, S. 50. ( des Vorlage:IconExternal vom 9. August 2016 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.</ref> |
| 2-Takt-Schiffsdiesel | Wärtsilä RT-flex96C | 2008 | 84.420 | Diesel | 171 | Schweröl ISO 8217<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />WÄRTSILÄ RT‑flex96C AND WÄRTSILÄ RTA96C TECHNOLOGY REVIEW ( des Vorlage:IconExternal vom 19. März 2017 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.</ref> |
| 4-Takt-Schiffsdiesel | Wärtsilä 8V31 | 2015 | 4.480 | Diesel | 170,6 | Schweröl ISO 8217<ref>Wärtsilä-31 Engine</ref> |
| Boxermotor 1960er-Jahre | VW Typ 126<ref>VDA: Volkswagenwerk AG Wolfsburg - Typ VW-Doppelkabine. Gruppe 13, Nummer 223b. Frankfurt am Main Dezember 1969.</ref> | 1969 | 35 | Otto | 306 | Benzin |
| Wankelmotor des NSU Ro80 | KKM 612<ref>Kenichi Yamamotor Rotary Engine Seite 130 Tabelle</ref> | 1967 | 85 | Wankel | 306 | Benzin |
| Wankelmotor des Mazda 787B | 26B<ref>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</ref> |
1991 | 515 | Wankel | 286 | Benzin |
| Wankelmotor des Mazda RX-8 | 13B Renesis<ref>SAE Paper 2021-01-0638 Universität Bath Further Investigations into the Benefits and Challenges of Eliminating Port Overlap in Wankel Rotary Engines Seite 4</ref> | 2021 | 169 | Wankel | 257 | Benzin |
| Industriemotor 1890er-Jahre | Hornsby-Akroyd-Motor<ref>Friedrich Sass: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918, Springer, Berlin/Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6. S. 418</ref> | 1891 | 5,6 | Akroyd | 460 | Gasöl |
Einzelnachweise
<references responsive />