Mittwoch, 2. Februar 2011

Luftwiderstand

Der Luftwiderstand, den der Motor eines Autos überwinden muss, steigt quadratisch mit der Geschwindigkeit. Für ein "normales" Auto (Golf oder so was) gilt für
  • 100 km/h =>  0.2kN
  • 150 km/h =>  0.5kN
  • 200 km/h =>  0.8kN
Das umgerechnet auf die Leistung der Motor dafür bereitstellen muss:
  • 100km/h: 0.2kN für 100km pro Stunde =>  5.5kW
  • 150km/h: 0.5kN für 150km pro Stunde => 20.0kW
  • 200km/h: 0.8kN für 200km pro Stunde => 44.4kW
Und alleine aus diesen Zahlen wird klar, dass der Luftwiderstand zwar mit der zweiten Potenz steigt, die Leistung, die für eine Stunde Fahrt benötigt wird, mit der dritten Potenz geht ;-).

Luftwiderstand:
F = k * v²
Leistung für 1h:
W = F * s = F * v * t =
  = k * v² * v * t =
  = k * v³ * t
Deshalb benötigen Sportwagen einen guten cw-Wert, um k möglichst klein zu halten, aber gegen die dritte Potenz der Geschwindigkeit hilft das nicht wirklich viel.

Nachtrag:
Aus den Zahlen folgt leider, dass auch Elektromotoren mit "normalen" Fahrzeugen bei 100km/h einen Motor mit 5.5kW benötigen (Rollreibung etc. mal weggelassen).
Die 4kW aus Wikipedia gelten dann nur für Einsitzer oder langsame Fahrzeuge...




Dienstag, 18. Januar 2011

Wirkungsgrad...

Bei meinem letzten Posting hatte ich den Energieinhalt von Benzin mit der Leistung des Motors verglichen und daraus hätte man schlußfolgern können, der Verbrennungsmotor hat einen Wirkungsgrad von 80-90%.
Allerdings begrenzt die Physik den Wirkungsgrad bei Wärmekraftmaschinen auf:

1-(Tmin/Tmax)

wobei Tmin und Tmax die kleinste und größte Temperatur des Kreisprozesses sind. Bei Verbrennungsmotoren gilt >2000°C und ca 100°C. Dies entspäche einem Wirkungsgrad von 83%.
Laut Wikipedia gilt für Ottomotoren 37%.
Der Kommentar zum letzten Posting zeigt dasselbe Bild.

Daraus folgt aber auch wieder, dass der Golf mit 55kW bei einer Fahrt von 100km mit voller Leistung 14 Liter verbrauchen müsste... (Ausprobieren werde ich das nicht ;-)

Stellt sich die Frage: Sieht das bei Elektormotoren besser aus? Oder hilft hier nur der Ansatz, dass regenerative Energieerzeugung verwendet wird? Aber würde hier Bio-Kraftstoff nicht auch ausreichen?
Gerade an dieser Stelle ist natürlich die Frage, bei welcher Energie-/Kraftstoff-Gewinnung weniger Flächen benötigt bzw. versiegelt werden...
[Aber das gibt ein anderes Posting]

Donnerstag, 6. Januar 2011

Stromverbraucher in Autos

In der ADAC-Motorwelt wurden typische Stromverbraucher in Autos genannt. Zum Beispiel
  • Scheibenwischer - 100W
  • Heizung - 300 W
  • Licht - 200 W
Jedenfalls ungefähr diese Werte. Weiterhin wurde folgender Kennwert genannt:
0.1 l Mehrverbrauch pro 100W
(hier ist schon klar, dass es entweder 0.1l pro h oder pro 100J heißen müsste)
Laut Wikipedia ist der Energieinhalt von Benzin 43 MJ/kg. Die Dichte beträgt 0,720–0,775 kg/L. Daraus folgt:
=> 1Liter pro Stunde entsprechen 32 MJ pro Stunde.
=> o.1Liter pro Stunde entsprechen 888W

Dass heißt, dass zur Erzeugung von elektrischer Energie nur ein 11% genutzt wird und der Rest verloren geht.

Ist diese Rechnung korrekt?

Eine Überprüfung mit folgender Rechnung:
Welche Leistung hat ein Motor der 7Liter Benzin pro Stunde (7Liter auf 100km mit 100km/h) verbraucht:
=> 7Liter pro Stunde entsprechen 224 MJ in einer Stunde
=> 224 MJ/h = 224 MJ/3600s = 62.2kW

Ein Golf mit 75PS verbraucht ungefähr 7Liter und hat laut Fahrzeugschein 55kW. Schon verwirrend:
  1. Der Wirkungsgrad ist 88% (unwahrscheinlich)
  2. Bei 100km/h werden nicht die 55kW abgerufen
Allerdings heißt das auch, dass z.B. ein 5Liter Auto im Durchschnitt in einer Stunde nur 44kW verwenden darf. 4-25 kWh benötigt ein Elektroauto pro 100km. Nehmen wir 25 kWh an, dann ist weniger als 2.8Liter nicht drin. Für 4kWh gilt allerdings 0.5Liter....