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Beim Autofahren wird je nach Fahrweise unterschiedlich viel Energie, meist in Form der Kraftstoffe 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 Zügen und Bussen und natürlich bei muskelbetriebenen Fortbewegungsarten. Die folgenden Punkte beschränken sich jedoch auf das Automobil.

Ursachen für den Energieverbrauch

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 Höhe
  • Es wird keine Energie durch Beschleunigungs- und Bremsvorgänge 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 zählen allgemein gesprochen alle Vorgänge, bei denen Energie in Wärme umgesetzt wird und dadurch für die Fortbewegung nicht mehr zur Verfügung steht. Dies sind:
  • Luftreibung: kommt durch den Luftwiderstand des Fahrzeuges zustande und wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit
  • Rollreibung: entsteht durch den Rollwiderstand der Reifen und erhöht sich mit größerer Fahrzeugmasse
  • Innere Reibung des Motors - ist von der Motordrehzahl abhängig (geringer je kleiner die Drehzahl)
  • Reibung im Antriebsstrang des Fahrzeuges

Beschleunigungs-/Bremsvorgänge

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

Höhenunterschiede

Bei der Überwindung von Höhenunterschieden spielt Energie eine wichtige Rolle. Bei der Bergfahrt muss der Motor zunächst 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.

Effizienz des Motors

Hierbei handelt es sich um die Frage, welcher Anteil der im Kraftstoff vorhandenen Energie im Motor tatsächlich in Bewegungsenergie umgesetzt wird. Man spricht auch vom Wirkungsgrad des Motors. Dieser ist abhängig von vielen Motorparametern wie Kompressionsdruck, Luftzufuhr, Temperatur, Sauerstoffgehalt, Vorverdichtung (Turbolader) 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 abhängig. 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 gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen.

Zusatzverbraucher

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

Vor der Fahrt

Je später der Motor gestartet wird, umso weniger läuft er im Leerlauf. Tätigkeiten, die bei ausgeschaltetem Motor durchgeführt 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 Vorratsbehälter der Druckluftbremsanlage meist vor Fahrtbeginn aufgefüllt werden muss, um die Bremsen zu lösen. Dies bedarf jedoch nur weniger Minuten.

Typische Tätigkeiten die vor dem Starten des Motors ausgeführt werden können:

  • Anlegen des Sicherheitsgurts,
  • sofern notwendig, Einstellen von Sitzposition und Spiegel,
  • Warten bis alle Mitfahrer Platz genommen haben und abfahrbereit sind

Rollwiderstand

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

Formel: {P_{roll}=v_{Kfz} \cdot F_{roll}=v_{Kfz} \cdot \mu_{roll} \cdot m_{Kfz} \cdot g}

wobei {\mu_{roll}} für den Rollwiderstandsbweiwert steht, {m_{Kfz}} für die Fahrzeugmasse und {g} für die Erdbeschleunigung.

Reifendruck
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 Reifenaufstandsfläche nicht zu verkleinern und den mittigen Reifenverschleiß nicht zu erhöhen.

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

Luftwiderstand

Der Luftwiderstand wirkt sich vor allem bei Fahrten mit erhöhtem Tempo außerhalb von Ortschaften ganz erheblich auf den Energieverbrauch aus. Die vom Motor aufzubringende Leistung zur Überwindung des Luftwiderstands ist proportional zur 3. Potenz der Geschwindigkeit.

{P_{Luftw}=v_{Kfz}^3}

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: {W_{Luftw}=v_{Kfz}^2} Eine Verdoppelung der Geschwindigkeit bedeutet eine Vervierfachung des Energieverbrauches zur Überwindung des Luftwiderstandes.

Oder ein realitätsnahes Beispiel: statt Tempo 120 auf der Autobahn 180 zu fahren, ist eine Geschwindigkeitserhöhung um 50 %. Der Kraftstoffverbrauchsanteil zur Überwindung des Luftwiderstandes hingegen ist bei gleichem zurückgelegten Weg gut doppelt 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 Dachgepäckträgern. Der Kraftstoffverbrauch läßt sich senken, indem sie demontiert werden, und auch durch Vermeidung hoher Geschwindigkeiten mit Dachträgern. Auch das Fahren mit geöffneten Fenstern wirkt sich wegen der hierbei entstehenden Turbulenzen ungünstig auf den Luftwiderstand - etwa 5 % höher - und damit auf den Energieverbrauch aus. Offene Cabrio-Dächer (und Schiebedächer) sind daher bei hohen Geschwindigkeiten wegen höherer Turbulenzen ebenfalls ein Grund für erhöhten Verbrauch.

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

{P_{Luftw}=v_{Kfz} \cdot F_{Luftw}=v_{Kfz} \cdot A_{Querschn} \cdot cw_{Kfz} \cdot \frac {v_{Luft}^2 \rho_{Luft}} {2} }

wobei F_{Luftw} für die Kraft steht, die das Fahrzeug gegen den Luftwiderstand zu überwinden hat, {A_{Querschn}} für die Querschnittsfläche, {\rho_{Luft}} für die Dichte der Luft und {v_{Luft}} für die Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs gegenüber der Luft (also inkl. Wind).

Während der Fahrt/Fahrweise

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 nächsthöheren Gang zu schalten. Wenn eine konstante Geschwindigkeit gehalten werden soll, sollte in einem möglichst hohen Gang mit möglichst geringer Drehzahl gefahren werden. (Dies beschränkt sich auf Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor und Schaltgetriebe).

Drehmomentverlauf

Bei Dieselmotoren empfiehlt es sich, im Bereich der Drehzahl des höchsten Motordrehmoments zu fahren, da dort der spezifische Kraftstoffverbrauch am niedrigsten liegt. Bei Ottomotoren sollte stets mit der niedrigsten möglichen Drehzahl gefahren werden, da deren Wirkungsgrad erheblich von der Belastung des Motors abhängt - 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 gewährleistet ist, dass der Motor im nächsthöheren Gang ohne zu stottern die Zugkraft übernehmen kann.

Ein Beispiel: Ein Turbodieselmotor hat sein höchstes Drehmoment herstellerabhängig bei rund 1.600 U/min. Man kann ihn bis ca. 2.000 U/min beschleunigen, dann schalten, und sollte mit ca. 1.400 U/min im nächsten 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 fünften Gang.

Beschleunigung

Bei Fahrten mit regelmäßigen Anfahren und Bremsen (z.B. Stadtverkehr) spielt die notwendige Energie zur Überwindung des Rollwiderstands und der Trägheit der Fahrzeugmasse eine große Rolle, da die benötigte Energie quadratisch zur Geschwindigkeit und proportional zum Fahrzeuggewicht wächst. Beispielsweise benötigt ein Beschleunigen von 0 auf 55 km/h 49,3 % mehr Energie als ein Beschleunigen von 0 auf 45 km/h.

{E_{beschl}= \frac {1} {2} \cdot m_{Kfz} \cdot v_{Kfz}^2 }

wobei E_{beschl} für die zur Beschleunigung notwendige Energie steht, m_{Kfz} für die Fahrzeugmasse und v_{Kfz} für die Fahrzeuggeschwindigkeit.

Verzögerung

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 verkürzt wird, lohnt sich ein Auskuppeln definitiv nicht. Eine einfache Rechnung soll dies verdeutlichen: Der Verbrauch eines normalen PKW mit Ottomotor, rund 100 kW (136 PS) und zwei Litern Hubraum beträgt im Stadtverkehr etwa 10 Liter pro 100 km. Im Stadtverkehr ist eine Durchschnittsgeschwindigkeit von ca. 30 km/h erreichbar, was etwa 3 Litern pro Stunde entspricht. Der Leerlaufverbrauch eines Ottomotors pro Stunde liegt etwa in der Größenordnung 2/3 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.

Stehzeiten

An Ampeln lohnt sich auch das kürzeste Abstellen des Motors - bereits ab wenigen Sekunden. Untersuchungen haben gezeigt, dass selbst ständiges Anlassen und Abstellen des betriebswarmen Motors weniger Kraftstoff verbraucht als in der gleichen Zeit im Leerlauf verbraucht wird. Durch das Abstellen des Motors wird darüber hinaus zur Verminderung der verkehrsbedingten Lärm- und Schadstoffemissionen beigetragen. Üblicherweise wird empfohlen, den Motor abzustellen, wenn abzusehen ist, dass das Fahrzeug länger als etwa 20 Sekunden steht. Der oft vernommene Einwand, dass der Anlasser darunter leiden könnte, berücksichtigt nicht dessen Auslegung für etwa 1 Million Startvorgänge. 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 Sicherheitsgründen 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, üblicherweise etwa 1.500 U/min bei Benzinern. Bei älteren Fahrzeugen steigen jedoch ohne diese Fähigkeit die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen.

Ist die Ampel bereits rot, so kann durch geschicktes Senken der Geschwindigkeit (frühzeitiges Gaswegnehmen, bzw. Betätigung der Bremse) beim Heranfahren an die Ampel das Fahrzeug bis zu Beginn der Grünphase länger in Bewegung gehalten werden. Diese Bewegungsenergie, die man durch das Rollen beibehält, ist eingespart und muss beim erneuten Beschleunigen nicht wieder aufgebracht werden. Dies funktioniert allerdings nicht, wenn zum Auslösen der Ampel erst noch eine Induktionsschleife überfahren werden muss.

Zusatzverbraucher

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

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

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

Siehe auch

Weblinks

Straßenverkehr | Umweltschutz

 

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