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Kraftstoffverbrauch

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Unter Kraftstoffverbrauch versteht man bei Antrieben und Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor den Energie- bzw. Kraftstoffbedarf pro bestimmten Bezugsgrößen.

Die in chemisch gebundener Form zugeführte Energie (Heizwert des Kraft- oder Treibstoffs) wird im Verbrennungsmotor in mechanische Arbeit für den Antrieb umgewandelt. Der thermische Wirkungsgrad alleine sagt jedoch nur wenig über den Verbrauch eines Fahrzeuges aus.

Die erzeugte mechanische Arbeit geht beim Transport komplett als Wärmeenergie verloren, daher dienen zur Beurteilung des Kraftstoffverbrauches von Fahrzeugen andere spezifische, von der Nutzung abhängige Bezugsgrößen (zurückgelegte Strecke, Zeit, Personenkilometer, Tonnenkilometer, mechanische Energie).

Inhaltsverzeichnis

Verbrauchsangaben

Bezug zur umgewandelten Energie

Der spezifischen Kraftstoffverbrauch auf dem Gebiet der Antriebstechnik ist der Verbrauch in Gramm pro Kilowattstunde. Dieser Wert ist auch ein direktes Maß für den Wirkungsgrad einer Maschine, wenn der Brennstoffheizwert ebenfalls noch berücksichtigt wird.
Beispiel:
Gute Werte bei LKW-Motoren (Diesel) liegen bei ca. 190 g/kWh im sogenannten Bestpunkt, also unter optimalen Betriebsbedingungen. D.h. 19 kg bei 100 kW Leistung und diese Leistung 1 h lang. Beispiel: Bei einem 380 kW LKW-Motor (Nennleistung) bei einem optimalen Betriebspunkt von 75% der Nennleistung, also dann 285 kW, 1/2 h lang laufend, ergibt sich eine Arbeit von 142.5 kWh. Verbrauch total = 285 kW x 0,190 kg/kWh x 0,5 h = 27,1 kg Diesel. Jedoch im Fahrbetrieb wird die Leistung 380 kW stets nur für Sekunden zum Beschleunigen benötigt. Auf Fahrt bei in der Ebene sind für die Erhaltungsgeschwindigkeit nur ca. 60 kW nötig (1/6 Gas). In aller Regel wird von Motorenherstellern der niedrigste erzielte Wert innerhalb eines ausgemessenen Kennfeldes über verschiedene Drehzahlen und Lasten (Drehmoment) angegeben (Muscheldiagramm). Wenn der Motor jedoch außerhalb dieses Bestpunktes betrieben wird - also bei anderen Drehzahlen oder Lasten (Drehmoment) - so ist der spezifische Verbrauch höher.

Bezug zur erbrachten Transportarbeit

Neben dem Antrieb spielt für den Verbrauch auch die Konstruktion des Fahrzeuges und die Logistik eine Rolle. Verkehrsmittel können besser verglichen werden, wenn der Verbrauch auf die Transportarbeit bezogen wird. Beispielsweise:

  • Kraftstoffverbrauch pro Personenkilometer (pro Person bzw. Sitzplatz und Kilometer)
  • Kraftstoffverbrauch pro Frachttonnen oder -kubikmeter und Kilometer

Dabei spielt die Auslastung der Verkehrsmittel eine große Rolle. So übertreffen moderne Großflugzeuge mit einem Treibstoffverbrauch von 3,3 Litern pro 100 Personenkilometer (Airbus) die Werte für PKW (nur mit Fahrer), wenn sie vollbesetzt sind. Das gilt insbesondere auch für öffentliche Verkehrsmittel wie die Eisenbahn, die zwar im Durchschnitt energieeffizienter ist als einige anderen motorisierte Verkehrsmittel, aber im Bereich Nebenstrecken mangels Auslastung und im Bereich Hochgeschwindigkeit infolge des Luftwiderstandes einen höheren Endenergieverbrauch pro Personenkilometer hat.

Treibstoffverbrauch

Bei Verbrennungsmaschinen, die sich häufig lange Zeit in einem konstanten Betriebszustand befinden (z.B. in Schiffen, Stromaggregaten oder Flugzeugen) wird üblicherweise die verbrauchte Kraftstoffmenge je Arbeitseinheit angegeben, d.h. in (kg/kWh).

Bei Raketentriebwerken wird der Treibstoffverbrauch als spezifischer Impuls angegeben, also Ns/kg. Dies entspricht dann einfach der theoretischen Ausströmgeschwindigkeit ins Vakuum, kgms/kgs²= m/s.

Bezug zum Heizwert

Bei Kraftwerken ist die Menge des pro Zeit verbrauchten Treib- oder Brennstoffes zwar logistisch interessant, deren Effizienz wird jedoch durch die umgewandelte Energiemenge pro Heizwert des Brennstoffes angegeben. Moderne Gasturbinenkraftwerke können bis zu 60 % des Heizwertes in Elektroenergie umwandeln, bei Kohlekraftwerken und Dieselgeneratoren liegt dieser Wert bei etwa 40 %.

Kraftfahrzeuge

Für Kraftfahrzeuge wird der Kraftstoffverbrauch in der Regel in Liter pro 100 km Fahrtstrecke bei genormten Fahrzyklus angegeben. Er ist eine maßgebliche Größe bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit und der Umweltfreundlichkeit von Automobilen. Er wird ermittelt, indem mit dem Fahrzeug ein festgelegter Fahrzyklus durchfahren wurde und der hierbei verbrauchte Kraftstoff ermittelt wird. Dabei werden erfahrene Fahrer eingesetzt, um innerhalb der Vorgaben einen möglichst geringen Verbrauch zu erzielen. Um einheitliche Randbedingungen zu schaffen, erfolgt die Ermittlung des Kraftstoffverbrauches seit dem 1. Januar 1996 generell auf einem Rollenprüfstand.

Die genormten Fahrzyklen stellen Durchschnittsprofile dar, um die Fahrzeuge untereinander vergleichen zu können, sie stimmen oft nicht mit dem Nutzungsprofil des Kunden überein, insbesondere dann, wenn viel Kurzstrecken- und Stadtverkehr vorkommt oder auf Autobahnen sehr hohe Geschwindigkeiten gefahren werden.

Weit verbreitete Fahrzyklen sind:

  • In der Europäischen Union wird der Kraftstoffverbrauch für Kraftfahrzeuge nach der Richtlinie 93/116/EWG ermittelt. Dabei wird ein synthetischer Fahrzyklus mit klar abgegrenzten Beschleunigungs-, Konstantfahr- und Bremsphasen auf einem Teststand verwendet.
  • Dem gegenüber ist der US-amerikanische FTP75 ein Zyklus, welcher die Abbildung Messung einer konkret durchgeführten Fahrt darstellt.
  • In Japan wird der sogenannte 10-15 Mode verwendet, wie in Europa ein synthetischer Zyklus, jedoch mit abweichendem Verlauf.

Die Verbräuche, welche sich durch die verschiedenen Zyklen ergeben, unterscheiden sich zum Teil erheblich und sind daher nicht direkt miteinander vergleichbar. Technische Maßnahmen der Hersteller von Automobilen zur Senkung des Kraftstoffverbrauches betreffen effizientere Motoren, Verringerung des Luftwiderstandes und des Rollwiderstandes der Reifen sowie alternative Antriebskonzepte. Daneben bietet vor allem das Nutzungsverhalten großen Einfluss auf den Energieverbauch.

Umrechnungen

Umrechnung l/100 km in mpg

In angelsächsischen Ländern wird noch vielfach die mögliche Fahrstrecke je Gallone Kraftstoff in Meilen je Gallone (abgekürzt: mi/gal oder mpg für miles per gallon) angegeben.

(1 US-Gallone = 3,785411784 Liter; 1 US-Meile = 1,609344 km)

  • Verbrauch in l/100 km = 235,21458 / mpg
  • Verbrauch in mpg = 235,21458 / l/100 km

Für die Umrechnung mit Imperialen Gallonen und US-Meilen gilt der Faktor 282,481.

Umrechnung l/100 km in CO2 g/km

Bei der Diskussion um den Treibhauseffekt wird der Kohlenstoffdioxid (CO2)-Anteil an den Abgasen bewertet. Ein in diesem Sinn idealer Kraftstoff ist Wasserstoff. Er wird vollständig zu Wasser umgesetzt. Das andere Extrem bildet reiner Kohlenstoff (Kohle), er verbrennt vollständig zu CO2. Gängige Treibstoffe liegen dazwischen. Da der Kohlenstoffanteil von Motorkraftstoffen konstant ist, lässt sich der Verbrauch unmittelbar in die Menge von erzeugtem CO2 umrechnen:

1 l/100km Diesel ≈ 26,2 g CO2/km[1]
1 l/100km Benzin ≈ 23,2 g CO2/km[2]
1 l/100km Autogas ≈ 18-20 g CO2/km (entspricht ca. 21-23 g/km, wenn als Bezugspunkt die Energiedichte von Benzin zugrunde gelegt wird)

Der von der Europäischen Kommission vorgeschlagene Richtwert von 130 g CO2 pro km entspricht einem Verbrauch von 5,0 l/100 km Diesel bzw. 5,6 l/100 km Benzin.

Weblinks

Quellen

  1. ↑ "Energiesparend Fahren" Broschüre des Innenministeriums Baden-Württemberg; 6., aktualisierte Auflage August 2006; Seite 20; als PDF online unter [1]
  2. ↑ "Energiesparend Fahren" Broschüre des Innenministeriums Baden-Württemberg; 6., aktualisierte Auflage August 2006; Seite 20; als PDF online unter [2]

Siehe auch

Wikipedia
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