Verbrauchsoptimierung - optimale Drehzahl bei CDI bzw. optimales Gas

[Patrick]

Turbodiesel - Kennfeld OM 611 DE 22 LA

Hallo Sebastian,

ich habe einmal das Kennfeld des OM 611 DE 22 LA aus dem Dokument Deines Links herauskopiert (Bild 1) und mit einem generellen Kennfeld (eines Otto-Saugmotors?) verglichen (Bild 2).

Bild 1:
http://www.db-forum.de/galery/data/500/Kennfeld_OM611DE22LA.jpg

Quelle: Labor Landfahrzeugtechnik - Versuch 7, TECHNISCHE UNIVERSITÄT BRAUNSCHWEIG - Institut für Verbrennungskraftmaschinen


Bild 2:
http://www.db-forum.de/galery/data/500/Verbrauchskennfeld.jpg

Quelle: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, BOSCH


Im Prinzip lassen sich nun ähnliche Rechenbeispiele durchführen. Ich versuche demnächst einmal, zwei Fahrwiderstandskurven (z.B. für konstant 90 km/h) mit unterschiedlicher Übersetzung für einen C 220 CDI mit OM 611 DE 22 LA einzuzeichnen.

Was nun auch klar ist, das von mir ganz oben gepostete Diagramm stellt wahrscheinlich die optimale Lastlinie für b_e dar (das Minimum stimmt ziemlich genau mit dem Minimum in Bild 1 überein). Die Teillastlinien (i.e. für X% Gaspedal) fehlen, somit kann man mit dem von mir geposteten Diagramm leider doch nicht ohne weiteres den Streckenverbrauch errechnen. Bei Teillast sinkt der Nutzwirkungsgrad zwar, jedoch ist auch das Gaspedal nur teilweise durchgetreten, so dass insgesamt die Einspritzmenge niedriger liegen müsste.

Den Verlauf von b_e bei Teillast sieht man links in Bild 3, wenn auch dieses Diagramm nur für einen Saug-Dieselmotor gilt. Bei Turbodieseln ist der Verlauf steiler (Bild 4).

Bild 3:
http://www.db-forum.de/galery/data/500/Teillastverhalten.jpg

Quelle: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, BOSCH

Bild 4:
http://www.db-forum.de/galery/data/500/Diesel_Turbodiesel.jpg

Quelle: Otto- und Dieselmotoren, Heinz Grohe


Hilfreich sind noch folgende Formeln zur Umrechnung bei 4-Takt-Motoren (nicht für euch Cracks gedacht, sondern z.B. für Laien wie mich ).

P_e = V_H · p_e · n · 0.5

M_d = V_H · p_e / (4 · Pi) = P_e / (2 · Pi · n)

eta_e = P_e / (B · H_u)

b_e = B / P_e = 1 / (eta_e · H_u)

Legende:
- P_e: Motornutzleistung [W, üblich in kW]
- V_H: Gesamthubvolumen [m3, üblich in l]
- p_e: Mittlerer Kolbendruck ("Mitteldruck") [Pa, üblich in bar]
- n: Motordrehzahl [1/s, üblich in 1/min]
- M_d: Motordrehmoment [Nm]
- eta_e: Motornutzwirkungsgrad [-]
- B: Kraftstoffverbrauch [kg/s, üblich in g/h]
- H_u: spezifischer Heizwert [J/kg, üblich in kJ/kg]
- b_e: spezifischer Kraftstoffverbrauch [g/Ws, üblich in g/kWh]


Gut Nacht,

 

[Otfried]

Hallo Sebastian,

den Zündwinkel verändert der Motor nicht, da er aus der Zeit vor den „Klopfsensoren“ stammt. Ich finde es nur lustig, weil dieses Fahrzeug völlig seltsame Verbrauchwerte aufweist . Allerdings ist auch die Nennleistung bei 5.000 U/min für einen Benziner unüblich. Da der Wagen ein mechanisches Getriebe besitzt, sehe ich die Punkte bezüglich des Verbrauches ähnlich wie Du sie beschrieben hast. Der Tempomat gibt mehr Gas, Ladedruck steigt = höherer Mitteldruck, allerdings kommt er unter Volllast selbst bei 98 Oktan in den Bereich der klopfenden Verbrennung, je nach Ansauglufttemperatur.

Ähnliches Verbrauchsverhalten habe ich auch bei zwei andere Turbos { AM 333/ AM 339} beobachtet, nur ohne die Verbrauchdiagramme bringt uns das nicht weiter.

Interessant ist auch, das meine beiden ersten AMG bei schneller Fahrweise weniger Verbrauch als bei langsamerer. Ich beobachte dies auf meinen „Standardstrecken“ {mit Schnittzeiten}. Logisch ist das nicht zu erklären.

Ich schriebe dazu mehr, wenn ich am Montag wieder zurück bin.

@ Patrick,

wir müssen bei Gelegenheit einmal eine solche Rechnung für den „Schwarzen“ durchführen

 

[Sebastian_MW]

Hallo Otfried.
Mit allem hätte ich gerechnet... aber nicht mit altem Schwedenstahl. Alles in allem ist das ein extrem interessantes Thema. Leider bringen alle Rechnungen die man mal noch so im Kopf und auf Papier anstellen kann für die meisten Leute nichts, weil nur stationäres Verhalten berechnet werden kann. Ein Kumpel von mir schreibt zur Zeit seine Dipl. Arbeit über Hybridsysteme und erstellt eine Fahrzeugmodell von einem kleinen Diesel PKW. Das Modell wird auch mit anderen Fahrzeugdaten fütterbar sein und ermöglicht komplexe Berechnungen unter anderem auch von Verbräuchen bei beliebigenFahrzyklen. Er steht nur zur Zeit auch vor dem Problem eine selbst eingefahrene "Punktewolke" aus Wertepaaren von Drehzahl,Moment und spez. Kraftstoffverbrauch interpolierbar ins Simulink zu bringen. Die normalen Lookup Tables gehen dafür leider nicht, denn denen liegt ein festes Raster zugrunde.
Also mal abwarten. Aber ich bleibe dran.

Grüße Sebastian

 

[Otfried]

Hallo Sebastian,

..aber nicht mit altem Schwedenstahl..

– das glaube ich gerne. Wenn ich mich jetzt noch „oute“, das er Chipgetunt ist bricht für viele bestimmt eine Welt zusammen . Es ist ein alter Firmenwagen, welchen mit AHK ausgerüstet ist.
Lustig ist, wenn man bergab fährt, d.h. kein Gas gibt. Der Ladedruckmesser geht dann in den Unterdruckbereich.

Eine meiner „Standardstrecken“ ist die A 3/A 8 wo ich die geschilderten Beobachtungen gemacht habe habe.

Wenn das Rechenmodell fertig ist können wir ja mit verschiedenen Daten spielen. Am Wochenende wurde mir ein Verbrauchdiagramm in Erinnerung gerufen - suche es diese Woche.

 

[DOMMY]

Hallo zusammen,

alle Achtung, Ihr steigt ja tief ein. Der Thread ist zwar schon älter und die avisierte Woche schon länger her... aber ich hänge mal was dran.

Ich denke wir sind uns aus Erfahrung einig, dass moderat mit nicht zu viel aber auch nicht zu wenig „Gas“ fahren, dabei zu hohe Drehzahlen meiden, grundsätzlich Voraussetzung für Sprit-sparendes Fahren ist. Mit einem 4-Liter Hubraum-Motor geht das natürlich weniger gut, als mit einem 3-Liter bzw. 2-Liter.

Falle es noch jemanden interessiert, stelle ich mal ein paar pauschale Aussagen in den Raum, die prinzipiell obiges Ergebnis nähren:

Wir verbrennen Kraftstoff, erzeugen damit heißes unter hohem Druck stehendes Gas, welches dann unter Wärme- und Arbeitsabgabe in mechanische Arbeit bzw. „Leistung“ umgesetzt wird. Das geschieht in einem Verbrennungs-Motor in einer Kette (einem Produkt) aus vielen einzelnen Wirkungsgraden. (thermodynamisch, mechanisch, Verbrennungsgüte, …)

Der Thermodynamische Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors (also dass, was dieser aus der durch Verbrennung entstehenden Wärme an Arbeit rausholen kann) ist umso höher, je höher das Verdichtungsverhältnis ist.
Das spricht für den Diesel (Epsilon 17-22) gegenüber Benziner (Eps. 9-11).

Verdichtungsverhältnis alleine reicht jedoch nicht.
Es ist wichtig, dass die Verbrennung = Wärmezufuhr möglichst kurz andauert („isochore“ Wärmezufuhr). Das spricht für den Benziner. Egal ob Vollgas oder Teillast, die Verbrennung ist beim Benziner immer in etwa gleich lang bzw. kurz. (Das ist beim Diesel nicht so. Kommt später.)

Dumm ist nur: Je weniger Gas ich beim Benziner gebe, je mehr Drosselverluste hat der Motor (über die Drosselklappe) und je schlechter wird der spezifische Kraftstoff-Verbrauch. Daher ist Fahren mit eher mehr als weniger geöffneter Drosselklappe grundsätzlich günstiger beim Benziner. Aber kein „Vollgas!“ sondern 1/3 bis max. 3/4 Drosselklappenöffnung bei moderaten Drehzahlen.

Beim Diesel ist das „zunächst“ anders. Hier findet die „isochore“ Wärmezufuhr nur dann statt, wenn ich so wenig Gas wie möglich gebe. Dann sind die Einspritz- und Brennzeiten sehr kurz und der Diesel arbeitet –thermodynamisch gesehen- ähnlich einem Benziner, aber eben mit einem weit höheren = besserem Verdichtungsverhältnis. Daher lohnt es sich bei einem (Saug-)Diesel (!) eher weniger „Gas“ zu geben, als viel. Viel Gas bedeutet lange Einspritzzeit und lange Verbrennung, also auch dann noch, wenn der Kolben schon ein ziemliches Stück nach unten gelaufen ist und zwar sehr hohe Temperaturen entstehen, das Gas aber nicht mehr weit entspannen (Druck und Temperatur abbauen) kann.

Allen Motoren gemein ist, dass niedrigere Drehzahlen weniger innermotorische Leistungsverluste erzeugen (mechanischer Wirkungsgrad). Das spricht grundsätzlich für moderate Drehzahlen. Um trotzdem beim Diesel mit wenig Gas von der Stelle zu kommen, lohnt sich bei diesem daher eher mehr Hubraum, als weniger. Beim Benziner ist das anders. Mehr Hubraum ist dort verbrauchstechnisch eher ungünstig, da man meist Teillast fährt.

Jetzt geht es jedoch weiter und relativiert einiges vorgesagte:
Der Diesel hat heutzutage üblicherweise einen Abgasturbolader (ATL). D.h. die Turbine des ATL „zieht“ aus dem Abgas Wärme (unter Druckabbau) und verwandelt diese in echte mechanische Arbeit bzw. Leistung. Auch der ATL hat einen Wirkungsgrad, d.h. ein Wirkungsgradfenster von etwa 0 (Leerlauf) bis etwa 50%. (Irgendwo bei ca. ½ bis ¾ Gas, abhängig von der Motordrehzahl.)

D.h. allzu wenig Gas geben beim modernen Diesel st unter dem Strich also doch wieder kontraproduktiv. Ja im Grunde kann man sagen, dass man bei Diesel mit ATL ähnlich wie mit einem Benziner fahren kann: Moderat mit nicht zu wenig „Gas“ fahren und zu hohe Drehzahlen meiden. Mit einem 4-Liter Hubraum-Diesel geht das natürlich ebenfalls weniger gut, als mit einem 3-Liter bzw. 2-Liter.

Die soll keine Belehrung sein, einfach nur Weitergabe von allgemeiner Information.

Viele Grüße-DOMMY...

 

[coca-light]

Hallo Dommy

Hallo Dommy,

schön und verständlich erklärt, finde ich !

Obwohl ich, zugegebenen, auf den Verbrauch generell nicht sehr achte, ist es doch immer ein interessantes Thema.

Viele Grüße
Peter

 

[DOMMY]

Danke Dir!

 

[Otfried]

Hallo Dommy,

insofern richtig, wobei ich nicht grundsätzlich für Maschinen mit geringem Hubraum spreche. Je nach Karosserie/Fahrzeuggewicht/Strecke wird eine bestimmte Leistung zum erreichen/halten der „mittleren“ Geschwindigkeit benötigt, welche u.a. ein „4 Liter“ bei niedrigerer Drehzahl mit einem geringeren Kraftstoffverbrauch abgibt als ein „2 Liter“, welcher zum erzielen der Leistung höher Dreht und mehr Kraftstoff benötigt. Die von Patrick eingestellte Gleichung zeigt die Problematik m.E. optimal.

 

[bernd n]

@Patrick, deine Diagramme aus dem Kraftfahrtechnischen Handbuch sind leider nicht sichtbar.

Je weniger Gas ich beim Benziner gebe, je mehr Drosselverluste hat der Motor (über die Drosselklappe) und je schlechter wird der spezifische Kraftstoff-Verbrauch. Daher ist Fahren mit eher mehr als weniger geöffneter Drosselklappe grundsätzlich günstiger beim Benziner.

http://home.wolfsburg.de/neudecker/img/M271_acc.jpg

Ich habe für den Benziner im spezifischen Verbrauchsdiagramm(M271, 120kW) mal zwei Linien gezeichnet, die eine jeweils eine über Drehzahl konstante Leistung darstellen. D.h. der spezifische Verbrauch entspricht im Verhältnis direkt dem tatsächlichen Verbrauch. Die schwarze Linie stellt eine gedachte Leistung zur Konstantfahrt dar, die rote eine zur Fahrzeugbeschleunigung. Entsprechend des jeweiligen Ganges liegen die Drehzahlpunkte auf den jeweiligen Linien. Dazu kann man zwei Aussagen treffen:

Zur Konstantfahrt(schwarze Linie): Je niedriger die Drehzahl, desto geringer der Verbrauch, mit sinkender Drehzahl singt bei konstanter Leistung der Verbrauch, also sollte verbrauchsoptimiert im höchstmöglichen Gang gefahren werden.

Beim (hier leichten) Beschleunigen(rote Linie) liegt das Verbrauchsoptimum für den gedachten Beschleunigungsvorgang bei 1200-1600 1/min.

Was gut ist für den Motor, ist hier ausser acht gelassen, wobei ich beim Mitschwimmen im Verkehr persönlich bei Konstantfahrt durch Ortschaften auf 1100-1300 1/min, beim leichtem bis mittlerem Gaspadal > 1500 1/min und Vollgas > 2000 1/min gehe(Handschalter). Wen ich das durchhalte , sind bei Fahrten von und zur Arbeit, jeweils 24km und ca. 25 Minuten Fahrzeit mit Kaltstart einfache Strecke solche Verbräuche drin(5% Wohngebiet/Stadt, Rest Landstraße mit ca. insgesamt 5 Ampeln):

http://home.wolfsburg.de/neudecker/img/C200K_Verbrauch.jpg

Bei unökonomischer Fahrweise sind es etwa 2 Liter Mehrverbrauch bei 2 Minuten Zeitgewinn, normal brauche ich um 7,2 Liter/100km.

Gruß

Bernd

 

[Patrick]

Bilder

@Patrick, deine Diagramme aus dem Kraftfahrtechnischen Handbuch sind leider nicht sichtbar. ...

Sorry, die Links haben geändert. Das hatte ich nicht bemerkt!

Jetzt müsste es gehen ...


Ciao,

 

[bernd n]

Sorry, die Links haben geändert. Das hatte ich nicht bemerkt!

Da ich jetzt auch das Diesel-Diagramm sehen kann , zeichnet man da die Linien ein, gilt das für den Benziner geschriebene für die ausgewählten Lastpunkte 1:1 für den Diesel.....

Gruß

Bernd