Fahrzeugtechnik

Muscheldiagramm

In diesem Beitrag erklären wir dir unter anderem, wie du anhand eines Muscheldiagramms den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs bestimmen kannst.

Inhaltsübersicht

Finden des spezifischen Kraftstoffverbrauchs an Hand des Muscheldiagramms

Wenn du schon häufiger selbst mit dem Auto gefahren bist, dann ist dir bestimmt aufgefallen, dass der Kraftstoffverbrauch abhängig von deinem Fahrverhalten ist. Das Muscheldiagramm, auch Verbrauchskennfeld genannt, stellt den spezifischen Kraftstoffverbrauch dar. Dabei wird der Energieverbrauch des Verbrennungsmotors betrachtet.

Drehzahl, Kraftstoffverbrauch, Abgegebenes Drehmoment
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Relevante Daten die ermittelt werden

Um diesen zu ermitteln, müssen wir den Motor auf einen Prüfstand stellen und die Drehzahl, das abgegebene Drehmoment und den Kraftstoffverbrauch über den Zeitraum bestimmen, über den eine konstante Leistung abgegeben wird. Das Ergebnis ist dann der spezifische Kraftstoffverbrauch. Er wird in Gramm pro Kilowattstunde (g/kWh) gemessen und gibt an, wieviel Kraftstoff der Motor benötigt, um eine bestimmte Arbeit zu generieren. Arbeit ist dabei das Produkt aus Leistung und Zeit

W=P\ast \ t\ \ \ \left[kWh\right]=\left[kW\right]\ast \left[h\right]

Die Bestwerte für den spezifischen Kraftstoffverbrauch werden nur in einem Betriebspunkt erreicht. In anderen ist der Verbrauch höher. Bei Dieselmotoren liegen die Bestwerte bei 190 g/kWh und bei Ottomotoren bei 220 g/kWh.

Aufbau und Funktionsweise des Muscheldiagramms

Schauen wir uns an, wie das Muscheldiagramm aufgebaut ist! Auf der x-Achse befindet sich die Drehzahl und auf der y-Achse der effektive Mitteldruck

Mitteldruck, Drehzahl
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Das Muscheldiagramm

Begrenzt wird das Kennfeld durch die Mindestdrehzahl, die Höchstdrehzahl und nach oben durch die Volllastkurve. Auf den Linien hat jeder Betriebspunkt den selben Kraftstoffverbrauch. Sie liegen um den optimalen Betriebspunkt herum. Die Linien formen zusammen ein Muschelmuster.

Aussagekräftiger ist allerdings die Verwendung des effektiven Mitteldrucks, da dieser das Ergebnis aller Motoreigenschaften beinhaltet. Dazu gehören die Brennraumgestaltung, der Zündzeitpunkt und die Aufladung des Motors. Den Mitteldruck berechnet man folgendermaßen:

p_{me}=\frac{2\ \ast \ P}{V_{H\ }\ast {\ n}_M}

Aus dem Kennfeld lässt sich für jede mögliche Kombination aus Drehzahl und Mitteldruck der spezifische Kraftstoffverbrauch ablesen. Wir können außerdem noch die Kurven gleicher Motorleistung eintragen, die verschiedene Muschellinien schneiden.

Muscheldiagramm, Motorleistung, Kenndiagramm
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Kurven gleicher Motorleistung

Das bedeutet, dass es für eine bestimmte, geforderte Motorleistung mehrere mögliche Betriebspunkte mit unterschiedlichem Kraftstoffverbrauch gibt. Von besonderem Interesse ist dabei natürlich der Betriebspunkt mit dem geringsten spezifischen Kraftstoffverbrauch.

Zuletzt können wir noch die Motorleistung für jeden Betriebspunkt im Diagramm berechnen. Sie ist das Produkt aus Mitteldruck und Winkelgeschwindigkeit

P=p_{me}\ast\ \omega

Den Mitteldruck lesen wir einfach direkt aus dem Diagramm ab. Die Winkelgeschwindigkeit lässt sich mit der folgenden Formel berechnen:

\omega=2\ast \pi\ast n

Zusammenfassung

Jetzt weißt du was es mit dem Muscheldiagramm auf sich hat! Lass uns nochmal die wichtigsten Punkte zusammenfassen: Das Muscheldiagramm ist ein Verbrauchskennfeld und stellt den spezifischen Kraftstoffverbrauch über den effektiven Mitteldruck und die Drehzahl des Motors dar. Es gibt mehrere Verbrauchskennlinien, die sich um den optimalen Betriebspunkt scharen.

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