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Kraftstoffverbrauch und Höchstgeschwindigkeit

Kraftstoff-

verbrauch

Rollwiderstand

Motor-Wirkungsgrad

Kraftstoff-Verdampfung

Motorleistung

Getriebeübersetzung

Luftwiderstand

Getriebe-Wirkungsgrad

Bremsvorgänge

Leistungsbedarf der

Lichtmaschine

Höchstge-

schwindigkeit

Die nebenstehende Abbildung erläutert die Einflussgrößen auf die beiden Zielgrößen Kraftstoffverbrauch und Höchstgeschwindigkeit. Gelb markiert sind die Einflussgrößen, welche sich auf beide Zielgrößen auswirken.

 

Will man also ein Fahrzeug hinsichtlich beider Zielgrößen optimieren, so ist es am effektivsten, die gelb markierten Einflussgrößen zu verbessern.

 

Direkt daraus ersichtlich ist, dass sich die durch die liegende Fahrerposition und die Verkleidungselemente erreichte Verringerung des Luftwiderstandes positiv auf Kraftstoffverbrauch und Höchstgeschwindigkeit auswirkt.

 

Im Folgenden werden die Einflussgrößen und die Art ihres Einflusses näher beschrieben.

· Kraftstoff-Verdampfung: Die in Ottokraftstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffe haben eine Siedetemperatur zwischen 25°C und 215°C. Dies bedeutet, dass Teile des Kraftstoffes anfangen zu verdampfen, wenn der Kraftstoff über die Temperatur-Untergrenze hinaus erhitzt wird. Bei Motorrädern ist der Tank meist direkt der Sonne ausgesetzt, der Kraftstoff wird im Sommer dementsprechend häufig über die genannte Temperaturgrenze hinaus erhitzt. Bei Druckerhöhung durch verdampfenden Kraftstoff öffnet sich ein Überdruckventil (oft im Tankdeckel integriert) welches diesen in die Umgebung entlässt. Zu einem geringen Anteil geht auch Kraftstoff durch Diffusion durch die Kraftstoffschläuche verloren.

· Leistungsbedarf der Lichtmaschine: Die Lichtmaschine nimmt zur Stromerzeugung mechanische Energie von der Kurbelwelle ab. Um Kraftstoff zu sparen ist es daher sinnvoll, die benötigte Menge an elektrischer Energie zu reduzieren. Dies ist am Motorrad insbesondere möglich durch eine effiziente Beleuchtungsanlage (LED Leuchten wo möglich) und den sinnvoll begrenzten Einsatz von z.B. Griffheizungen (auch Schuhheizungen und Heizwesten), großen Navis, Funkanlagen etc..

· Bremsvorgänge: Entgegen der früher verbreiteten Meinung, das Kraftstoff beim kräftigen Beschleunigen vergeudet wird, hat sich heute die viel zutreffendere Erkenntnis durchgesetzt, dass gerade beim kräftigen Beschleunigen der Motor in einem Bereich guten Wirkungsgrades arbeitet (von der Volllastanreicherung einmal abgesehen) und wertvolle Energie vielmehr bei Bremsvorgängen vernichtet wird. Daher ist die Grundlage einer kraftstoffsparenden Fahrweise ein vorausschauendes Fahren mit dem Ziel der Vermeidung von Bremsvorgängen.

· Motor-Wirkungsgrad: Üblicherweise drückt man die Effizienz des Motors aus durch die Menge Kraftstoff, die zur Erzeugung einer Kilowattstunde Energie an der Kurbelwelle erforderlich ist, den sog. spezifischen Verbrauch. Sehr gute Dieselmotoren erreichen spezifische Verbräuche im Optimum von unter 200g/kWh, sehr gute Ottomotoren liegen im Bereich von 220g/kWh. Motorradmotoren liegen häufig deutlich darüber (300g/kWh und mehr), sind sie doch weniger auf besten Verbrauch und mehr auf geringe Baugröße und Gewicht sowie Höchstleistung getrimmt. Je nach Arbeitspunkt des Motors (also abgerufenes Drehmoment bei bestimmter Drehzahl) hat der Motor einen bestimmten Wirkungsgrad bzw. spezifischen Verbrauch. Zeichnet man Punkte gleichen spezifischen Verbrauchs in das Arbeitskennfeld des Motors ein, so erhält man das sog. Muscheldiagramm. Ähnlich einer Muschelhälfte hat der spezifische Verbrauch ein Minimum (in der Nähe der Volllastkennlinie) und steigt von dort zu allen Seiten hin an (zu den Rändern der Muschel). Soll Kraftstoff gespart werden, muss man versuchen, den Motor immer möglichst im Bereich des Optimums zu betreiben. Die Getriebeübersetzung hat hierbei einen entscheidenden Einfluss.

· Luftwiderstand: Dieses Thema wird im Abschnitt „Aerodynamik“ genauer behandelt. Bei gegebenen äußeren Umständen (Fahrstrecke und -geschwindigkeit, Temperatur, Luftdruck) hängt der Luftwiderstand wie gezeigt nur von den Eigenschaften des Fahrzeuges ab, dem angeströmten Querschnitt und dem Widerstandsbeiwert.

· Rollwiderstand: Er ergibt sich aus dem Gewicht des Fahrzeuges und dem Rollreibungskoeffizienten. Letzterer hängt insbesondere vom Aufbau des Reifens und dem Reifenfülldruck ab. Vereinfachend gesagt: je härter der Reifen, desto weniger Energie setzt der Reifen bei der Verformung im Bereich der Aufstandsfläche in Wärme um und umso geringer ist der Rollreibungskoeffizient. Eine Erhöhung des Reifenluftdruckes bringt somit Vorteile im Rollwiderstand, geht allerdings auch mit einer Verschlechterung des Komforts einher. Aufgrund des vergleichsweise geringen Gewichtes spielt der Rollwiderstand bei Motorrädern mit der klassisch-aufrechten Sitzposition nur eine untergeordnete Rolle. Wird jedoch die Aerodynamik stark verbessert, so steigt der Rollwiderstandsanteil am Leistungsbedarf an, so dass es dann erforderlich wird, auch diesen in den Focus der Verbesserungsmaßnahmen zu rücken.

· Getriebe-Wirkungsgrad: Auf dem Weg der mechanischen Energie von der Kurbelwelle bis an das Hinterrad geht ein Teil dieser Energie verloren, wird in Wärme umgesetzt. Insbesondere in den Kontaktstellen der Zahnradpaarungen und der Antriebskette treten Verluste auf. Je nach Zustand der Komponenten, Temperatur, Schmiermittel etc. können auf diesem Weg bis zu 5% (in Extremfällen mehr) der ursprünglichen mechanischen Energie verloren gehen.

· Getriebeübersetzung: Wie oben erwähnt, ist eine angepasste Getriebeübersetzung essentiell für den Betrieb des Motors in einem guten Wirkungsgrad-Bereich. Dieser liegt tendeziell bei höheren Lasten und niedrigen bis mittleren Drehzahlen. Daher wird ein Getriebe für gute Verbrauchswerte eher lang ausgelegt - d.h. eine geforderte Geschwindigkeit wird mit einer niedrigen Motordrehzahl erreicht. Früher gab es dies z.B. beim VW Golf in Form des sogenannten 4+E Getriebes. Auch heute sind die Sparvarianten z.B. der VW Modelle (Bluemotion) mit einer längeren Getriebeübersetzung ausgerüstet. Es gibt jedoch auch noch weitere Kriterien für die Abstimmung eines Getriebes: gute Durchzugswerte im letzten Gang oder auch die Höchstgeschwindigkeit. Solche Getriebe sind dann kürzer übersetzt als die zuvor genannten kraftstoffsparenden Getriebe. Insbesondere bei der Auslegung auf Höchstgeschwindigkeit ist die Übersetzung so zu wählen, dass bei Erreichung der höchsten Geschwindigkeit auch genau die maximale Motorleistung anliegt. Ob dies im letzten Gang, oder, wie teilweise auch praktiziert, im vorletzten Gang stattfindet, spielt dabei eine untergeordnete Rolle.

· Motorleistung: Dies ist der einzige der genannten Parameter, der in der obigen Betrachtung allein die Höchstgeschwindigkeit beeinflusst. Dabei ist es einfach zu verstehen, dass mit steigender Motorleistung auch die Höchstgeschwindigkeit ansteigt. Insbesondere bei Motorrädern (niedriger Rollwiderstand) gilt dabei der der Zusammenhang, dass eine Verdoppelung der Höchstgeschwindigkeit eine Verachtfachung der Motorleistung erfordert. Dies erklärt, warum 150PS-Motorräder eine nur um etwa 15% höhere Endgeschwindigkeit erreichen als 98PS-Motorräder. Indirekt beeinflusst die installierte Motorleistung über den Motor-Wirkungsgrad auch den Kraftstoffverbrauch, da Motoren im Bereich niedriger Leistungsabgabe allgemein mit geringerem Wirkungsgrad laufen. Der Ersatz hubraumstarker Motoren durch Motoren geringeren Hubraums mit gleicher Motorleistung, das sog. „Downsizing“, kann helfen, diesen Effekt zu verringern. Insbesondere kleine Motoren mit Turboaufladung laufen auch bei vergleichsweise geringen Motorleistungen noch mit gutem Wirkungsgrad.

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