Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Energiesparende Fahrweise

Beim Autofahren wird je nach Fahrweise unterschiedlich viel Energie meist in Form von Benzin oder Diesel verbraucht. Durch entsprechende energiesparende Fahrweise kann dieser Energieverbrauch gesenkt werden.

Allgemein lässt sich sagen, dass der Energieverbrauch pro Person und Kilometer beim Automobil wesentlich höher ist als bei Zuegen und Bussen und natuerlich bei muskelbetriebenen Fortbewegungsarten. Die folgenden Punkte beschraenken sich jedoch auf das Automobil.

Es ist vorauszuschicken, dass idealerweise für den Transport eines Objektes von A nach B aus physikalischer Sicht gar keine Energie notwendig ist. Dies gilt jedoch nur unter folgenden Annahmen:

• Start und Zielpunkt befinden sich auf gleicher Hoehe
• Es wird keine Energie durch Beschleunigungs- und Bremsvorgaenge in Wärme umgewandelt
• Es treten keine Reibungsverluste auf

Demnach sind folgende Ursachen für den unter realen Bedingungen zu beobachtenden Energieverbrauch zu unterscheiden (die wichtigsten sind hervorgehoben dargestellt): Reibungsverluste

Hierzu zaehlen allgemein gesprochen alle Vorgaenge, bei denen Energie in Wärme umgesetzt wird und dadurch nicht zur Fortbewegung nicht mehr zur Verfuegung steht. Dies sind:

• Luftreibung: kommt durch den Luftwiderstand des Fahrzeuges zustande und steigt ueberproportional   mit der Geschwindigkeit an
• Rollreibung: entsteht durch den Rollwiderstand der Reifen und erhöht sich mit groesserer   Fahrzeugmasse
• Innere Reibung des Motors - ist von der Motordrehzahl abhaengig (geringer je kleiner die Drehzahl)
• Reibung im Antriebsstrang des Fahrzeuges

Hierbei handelt es sich genaugenommen ebenfalls um Reibungsverluste, da die Energie, die dem Fahrzeug bei der Beschleunigung zugefuehrt wird, anschliessend durch Reibung im Bremssystem wieder in Wärme umgewandelt wird (besonders dominant im Stadtverkehr). Prinzipiell lassen sich diese Verluste verringern, indem Beschleunigungs- und Bremsvorgaenge möglichst vermieden werden und die Energie durch Ausrollen genutzt wird. Da die Bewegungsenergie (Kinetische Energie) quadratisch mit der Geschwindigkeit anwaechst steigt der Einfluss bei höheren Geschwindigkeiten ueberproportional; beispielsweise ist das Abbremsen im Stadtverkehr von 50km/h auf 0km/h mit den gleichen Verlusten verbunden wie das Abbremsen auf der Autobahn von 130km/h auf 120km/h !

Bei der ueberwindung von Hoehenunterschieden spielt Energie eine wichtige Rolle. Bei der Bergfahrt muss der Motor zunaechst Energie aufwenden. Bei der Talfahrt wird diese Energie dann wieder frei, indem sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erhöht. Durch eine energiesparende Fahrweise kann diese Energie zum Teil genutzt werden, indem möglichst wenig durch Bremsen in Wärme umgesetzt wird und dadurch verloren geht.

Hierbei handelt es sich um die Frage, welcher Anteil der im Kraftstoff vorhandenen Energie im Motor tatsaechlich in Bewegungsenergie umgesetzt wird. Man spricht auch vom Wirkungsgrad des Motors. Dieser ist abhaengig von vielen Motorparametern wie Kompression, Luftzufuhr, Temperatur, Sauerstoffgehalt, Vorverdichtung (Turbo) uvm. Auch die innere Reibung des Motors (s.o.) könnte hier hinzugerechnet werden. Die Effizienz des Motors ist stark von der Drehzahl und der momentan abgegebenen Leistung abhaengig. Da die meisten Motoren bei hoher Leistung und niedrigen Drehzahlen am effizientesten arbeiten empfiehlt sich in der Regel, das Fahrzeug in einem hohen Gang kurz und stark zu beschleunigen und auf diese Weise die gewuenschte Geschwindigkeit zu erreichen.

Diese werden über die Lichtmaschine mit Energie versorgt, die wiederum vom Motor angetrieben wird. Beispiele sind Klimanlage, Licht, Heckscheibenheizung, Scheibenwischer, Radio,...

Je später der Motor gestartet wird, umso weniger läuft er im Leerlauf. Taetigkeiten, die bei ausgeschaltetem Motor durchgefuehrt werden verringern den Verbrauch.

Moderne Motoren brauchen im Stand nicht warmzulaufen. Warmlaufenlassen im Leerlauf ist kontraproduktiv, da unter Last die Betriebstemperatur wesentlich schneller erreicht wird. Ausnahmen sind Lkw, bei denen der Vorratsbehaelter der Druckluftbremsanlage meist vor Fahrtbeginn aufgefuellt werden muss, um die Bremsen zu lösen. Dies bedarf jedoch nur weniger Minuten.

Der Rollwiderstand ist abhaengig vom Reifendruck und der Fahrzeugmasse, zu der auch die Zuladung zählt.

Formel: Proll = vKfzFroll = vKfzmrollmKfz

wobei mroll für den Rollwiderstandsbweiwert steht und mKfz für die Fahrzeugmasse.

Ein hoher Reifendruck (Obergrenze der Reifenherstellerempfehlung) vermindert den Rollwiderstand. Die von den Reifenherstellern angegebenen Obergrenzen liegen oft weit über den von den Fahrzeugherstellern empfohlenen Drücken. Die niedrigere Empfehlung der Fahrzeughersteller erklärt sich aus deren Bestreben, durch einen geringeren Reifendruck den Fahrkomfort zu verbessern, sowie die Lebensdauer des Fahrwerks sicherzustellen.

Oftmals kann der von den PKW-Herstellern angegebene Reifendruck um 0,3 oder 0,4 bar höher gewählt werden. Jedoch nicht zu hoch, um die Reifenaufstandsflaeche nicht zu verkleinern und den mittigen Reifenverschleiss nicht zu erhoehen.

Fahrzeugmasse/Zuladung
Auch eine verringerte Fahrzeugmasse reduziert den Rollwiderstand und hilft den Energieverbrauch zu senken. Man rechnet ueberschlaegig mit einem Mehrverbrauch von 0,6 l je 100 kg zusaetzlicher Masse an Bord. Ein von ungenutzten Dingen befreiter Kofferaum traegt seinen Teil dazu bei.

Der Luftwiderstand wirkt sich vor allem bei Fahrten mit erhoehtem Tempo ausserhalb von Ortschaften ganz erheblich auf den Energieverbrauch aus. Die vom Motor aufzubringende Leistung zur ueberwindung des Luftwiderstands ist proportional zur 3. Potenz der Geschwindigkeit. PLuftw = vKfz3

Da der Verbrauch aber nur auf die Fahrtstrecke bezogen wird (nicht aber auf die Geschwindigkeit) ist diese Formel durch die Zeit zu dividieren.

Es ergibt sich also: WLuftw = vKfz2 Eine Verdoppelung der Geschwindigkeit bedeutet eine VerVierfachung des Energieverbrauches zur ueberwindung des Luftwiderstandes.

Oder, ein realitaetsnahes Beispiel: statt Tempo 120 auf der Autobahn 180 zu fahren, ist eine Geschwindigkeitserhoehung um 50%. Der Kraftstoffverbrauchsanteil zur ueberwindung des Luftwiderstandes hingegen ist bei gleichem zurueckgelegten Weg gut zweimal so hoch. Dies bedeutet allerdings nicht, dass das Fahrzeug insgesamt einen mehr als zweifachen Verbrauch aufweist, da der Luftwiderstand nicht alleine für den Kraftstoffverbauch verantwortlich ist.

Der Luftwiderstand erhöht sich drastisch beim Einsatz von Dachgepaecktraegern. Der Kraftstoffverbrauch lässt sich senken, indem sie demontiert werden, und auch durch Vermeidung hoher Geschwindigkeiten mit Dachtraegern. Auch das Fahren mit geoeffneten Fenstern wirkt sich wegen der hierbei entstehenden Turbulenzen unguenstig auf den Luftwiderstand - etwa 5 % höher - und damit auf den Energieverbrauch aus. Offene Cabrio-Daecher (und Schiebedaecher) sind daher bei hohen Geschwindigkeiten wegen höherer Turbulenzen ebenfalls ein Grund für erhoehten Verbrauch.

Bei kontinuierlichem Fahren ohne Bremsen und Anfahren, beispielsweise auf der Autobahn ist hauptsaechlich der Luftwiderstand (ueberwiegt ab ca. 80 km/h) und der Rollwiderstand für den Kraftstoffverbrauch entscheidend.

wobei FLuftw für die Kraft steht die das Fahrzeug gegen den Luftwiderstand zu ueberwinden hat, AQuerschn die Querschnittsflaeche, rLuft für die Dichte der Luft und vLuft für die Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs gegenüber der Luft (also inkl. Wind)

Eine Fahrweise, die kaum Bremsen erfordert (vorausschauendes Fahren), benötigt auch weniger Energie zum Beschleunigen. Beim Anfahren ist die Variante mit dem geringsten Energieverbrauch, stark zu Beschleunigen und bei möglichst geringen Drehzahlen schon in den naechsthoeheren Gang zu schalten. Wenn eine konstante Geschwindigkeit gehalten werden soll, sollte in einem möglichst hohen Gang mit möglichst geringer Drehzahl gefahren werden. (Dies beschraenkt sich auf Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor und Schaltgetriebe).

Bei Dieselmotoren empfiehlt es sich im Bereich der Drehzahl des hoechsten Motordrehmoments zu fahren, da dort der spezifische Kraftstoffverbrauch am niedrigsten liegt. Bei Ottomotoren sollte stets mit der niedrigsten moeglichen Drehzahl gefahren werden, da deren Wirkungsgrad erheblich von der Belastung des Motors abhaengt - dieser ist in einem hohen Gang höher als bei gleicher Geschwindigkeit in einem niedrigen Gang. Bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe und Ottomotor sollte zu dem Zeitpunkt geschaltet werden, zu dem gewaehrleistet ist, das der Motor im nächst höheren Gang ohne zu stottern die Zugkraft uebernehmen kann.

Ein Beispiel: Ein Turbodieselmotor hat sein hoechstes Drehmoment herstellerabhaengig bei rund 1.600 Umin. Man kann ihn bis ca. 2.000 U/min beschleunigen, dann schalten, und sollte mit ca. 1.400 U/min im naechsten Gang wieder guten Anschluss zum Weiterbeschleunigen haben.

Insbesondere Ottomotoren zeichnen sich bei hohen Drehzahlen und relativ geringer Belastung durch einen merklich höheren Kraftstoffverbrauch aus. Der Verbrauch eines Ottomotors bei 50 km/h im dritten Gang liegt rund 40% höher als bei gleicher Geschwindigkeit im 5. Gang.

Bei Fahrten mit regelmaessigen Anfahren und Bremsen (z.B. Stadtverkehr) spielt die notwendige Energie zur ueberwindung des Rollwiderstands und der Traegheit der Fahrzeugmasse eine grosse Rolle, da die benoetigte Energie quadratisch zur Geschwindigkeit und proportional zum Fahrzeuggewicht waechst. Beispielsweise benötigt ein Beschleunigen von 0 auf 55 km/h 49,3% mehr Energie als ein Beschleunigen von 0 auf 45 km/h.

wobei Ebeschl für die zur Beschleunigung notwendige Energie steht, mKfz für die Fahrzeugmasse und vKfz für die Fahrzeuggeschwindigkeit.

Bei allen modernen Fahrzeugen kommt eine so genannte Schubabschaltung zum Einsatz. Wenn kein Gas gegeben wird, unterbindet sie die Kraftstoffzufuhr solange bis eine gewisse Mindestmotordrehzahl erreicht ist. Bei ausgekuppeltem Motor läuft dieser jedoch im Leerlauf und verbraucht Kraftstoff, auch wenn das Fahrzeug nur rollt. Bleibt der Motor eingekuppelt, wird er vom Fahrzeug "geschoben". Ein weiterer Effekt ist eine Bremswirkung, die so genannte Motorbremse. Obwohl die Rollstrecke dadurch verkuerzt wird, lohnt sich ein Auskuppeln definitiv nicht. Eine einfache Rechnung soll dies verdeutlichen: Der Verbrauch eines normalen PKW mit Ottomotor, rund 100kw (136 Ps) und zwei Litern Hubraum beträgt im Stadtverkehr etwa 10 Liter pro 100km. Im Stadtverkehr ist eine Durchschnittsgeschwindigkeit von ca. 30 km/h erreichbar, was etwas 3 Litern pro Stunde entspricht. Der Leerlaufverbrauch eines Ottomotors pro Stunde liegt etwa in der Gröoessenordnung 2/3tel seines Hubraums - in diesem Fall also bei etwa 1,3 bis 1,5 Litern pro Stunde. Das Rollen im Leerlauf halbiert den Verbrauch lediglich, das Rollen im Schubbetrieb reduziert ihn auf 0.

An Ampeln lohnt sich auch das kuerzeste Abstellen des Motors - bereits ab wenigen Sekunden. Untersuchungen haben gezeigt, dass selbst staendiges Anlassen und Abstellen des betriebswarmen Motors weniger Kraftstoff verbraucht als in der gleichen Zeit im Leerlauf verbraucht wird. Durch das Abstellen des Motors wird darueberhinaus zur Verminderung der verkehrsbedingten Laerm- und Schadstoffemissionen beigetragen. ueblicherweise wird empfohlen, den Motor abzustellen, wenn abzusehen ist, dass das Fahrzeug laenger als etwa 20 Sekunden steht. Der oft vernommene Einwand, dass der Anlasser darunter leiden könnte, berücksichtigt nicht dessen Auslegung von etwa 1 Million Startvorgaengen. Beachtet werden muss hierbei allerdings der Ladezustand der Batterie, da der Anlasser einen sehr hohen Strom benötigt.

Beim Heranfahren an eine Ampel sollte man diese genau beobachten. Wenn sie auf gelb schaltet, sollte man sofort vom Gas gehen (Motorbremse). Ab diesem Moment verbraucht der Motor durch die Schubabschaltung keinen Kraftstoff mehr. Das selbe passiert bei Bergabfahrten. Hier ist es auf jeden Fall empfehlenswert, den Gang eingelegt zu lassen, da auch hier der Verbrauch auf Null geht.

Während beim Bergabfahren aus Sicherheitsgruenden der selbe Gang zum Bremsen verwendet werden sollte wie zum Bergauffahren, ist beim Heranrollen an Hindernisse ein hoher Gang besser. Teilweise funktioniert aber die Schubabschaltung erst oberhalb einer bestimmten Drehzahl, ueblicherweise etwa 1.500 U/min bei Benzinern. Bei älteren Fahrzeugen steigen jedoch ohne diese Faehigkeit die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen.

Ist die Ampel bereits rot, so kann durch geschicktes Senken der Geschwindigkeit (fruehzeitiges Gas wegnehmen, bzw. Betaetigung der Bremse) beim Heranfahren an die Ampel das Fahrzeug bis zu Beginn der Gruenphase laenger in Bewegung gehalten werden. Diese Bewegungsenergie, die man durch das Rollen beibehaelt, ist eingespart und muss beim erneuten Beschleunigen nicht wieder aufgebracht werden.

Auch die Energie für im Auto betriebene Verbraucher wird letztendlich durch den Verbrennungsmotor erzeugt und wirkt sich damit auf den Kraftstoffverbrauch aus. Die grössten durch den Fahrer steuerbaren Verbraucher sind:

• Klimaanlage (zwischen 0,5 ... 2,5 l pro Stunde Mehrverbrauch je nach Hersteller und Kuehlbedarf)
• Licht (etwa 0,1 l Mehrverbrauch)
• Heckscheibenheizung (etwa 0,1 l Mehrverbrauch)
• elektrische Verbraucher (Scheibenwischer, Musikanlage, Kuehlbox, elektrische Fensterheber, elektrisch verstellbare Sitze usw.)

Auf die Funktion von sicherheitsrelevanten Verbrauchern, wie Servolenkung oder Bremskraftverstaerker kann kein Einfluss genommen werden.

Bei Hybridfahrzeugen, aber auch bei vielen modernen "konventionellen" Fahrzeugen wird dazu uebergegangen, auch Verbraucher, die derzeit direkt angetrieben werden, elektrisch zu versorgen. Dadurch steigt der Wirkungsgrad bzw. kann der Motor oefters abgeschaltet werden.