Warum verbrauchen Fahrzeuge Kraftstoff und wie kann der Kraftstoffverbrauch verbessert werden?

Fahrzeuge verbrauchen Kraftstoff, weil die Energie im Kraftstoff folgenden Zwecken zugeführt wird:

• Luftwiderstand. Da sich Fahrzeuge nicht im Vakuum bewegen, hat die Luft eine Widerstandskraft, und da Kraft mal Entfernung Energie ist, wird Energie verbraucht.
• Rollwiderstand. Obwohl Reifen die Reibung eliminieren, gibt es einen geringen Rollwiderstand, der kinetische Energie beim Fahren in Wärme umwandelt.
• Beschleunigung. Eine Masse auf Touren zu bringen, erfordert Energie. Beim Bremsen könnte diese Energie theoretisch irgendwo gespeichert werden, in der Praxis ist dies jedoch selten und wenn (z. B. bei Hybridfahrzeugen) der Wirkungsgrad gering.
• Widerstand bergauf. Bergauf muss das Auto die Schwerkraft überwinden. Sicher, beim Zurückfahren bergab wird die im Gravitationsfeld gespeicherte Energie freigesetzt, geht dann aber in der Regel beim Bremsen verloren.
• Motorverluste. Motoren verlieren Energie an das Kühlsystem und das Abgassystem.
• Zubehörverluste. Sie haben elektrische Verbraucher im Auto, z. B. Lichter. Außerdem verbrauchen die Servolenkung, die Motorkühlung über die Wasserpumpe und die Klimaanlage Energie.

Die einzige Möglichkeit, den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen zu verbessern, besteht darin, die Menge an Abfallenergie zu reduzieren, die einer dieser Verwendungen zugeführt wird. Wenn jemand behauptet, eine Lösung zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs zu haben, aber nicht angibt, zu welcher Kategorie sie gehört, handelt es sich mit ziemlicher Sicherheit nicht um eine echte Lösung.

Es gibt mindestens diese Technologien, die die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessern:

• Massenreduzierung. Geringere Masse bedeutet geringeren Bergaufwiderstand und geringeren Beschleunigungswiderstand.
• Stirnflächenreduzierung durch zB Tieferlegung des Autos. Dadurch verringert sich der Luftwiderstand.
• Bessere Aerodynamik. Eine bestimmte Körperform reduziert den Luftwiderstand für eine konstante Stirnfläche. Der wohl praktischste Body ist der Kammback-Body.
• Höherer Reifendruck. Mehr Druck bedeutet weniger Rollwiderstand.
• Radialreifen, die heute in allen Fahrzeugen anstelle älterer Diagonalreifen verwendet werden.
• Motor-Downsizing. Dies wird häufig in Verbindung mit Technologien verwendet, die mehr Leistung aus kleinen Motoren herauspressen, indem sie das Drehmoment oder die Drehzahl verbessern, damit die Beschleunigung nicht leidet
• Turboaufladung. Die Turboaufladung gewinnt einen Teil der Energie des Abgases zurück, um mehr Luft zum Motor zu komprimieren.
• Ladeluftkühlung. Dadurch werden Klopfprobleme des Motors bei der Turboaufladung verhindert.
• Abgasrückführung. Dadurch werden Drosselverluste und Wärmeabgabe aufgrund der niedrigeren Temperaturen reduziert.
• Höhere Kompressionsverhältnisse. Gemäß der grundlegenden Thermodynamik gibt das Verdichtungsverhältnis den maximalen theoretischen Wirkungsgrad eines Motors an. Leider können hohe Verdichtungsverhältnisse Klopfen verursachen.
• Selbstzündung, dh Dieselmotoren. Dies ermöglicht die Verwendung sehr hoher Verdichtungsverhältnisse und Magerverbrennung und eliminiert Drosselverluste vollständig.
• Elektrisch betriebenes Zubehör wie Servolenkung, Klimaanlage und elektrische Wasserpumpe. Wenn die Zubehörteile elektrisch angetrieben werden, müssen sie sich nicht mit einer Geschwindigkeit proportional zur Motordrehzahl drehen, wodurch die Effizienz verbessert wird.
• Elektronische Kraftstoffeinspritzung. Indem eine präzise Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ermöglicht wird, wird die Kraftstoffökonomie verbessert. Die elektronische Kraftstoffeinspritzung ermöglicht auch eine Motorbremskraftstoffabschaltung.
• Magerverbrennungs. Bei Verwendung eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gibt es immer eine geringe Menge an unverbranntem Kraftstoff. Magerverbrennung eliminiert diesen unverbrannten Kraftstoff fast vollständig.
• Emulierter Atkinson-Zyklus. Bei einem herkömmlichen Ottomotor ist am Ende des Expansionshubs der Druck im Zylinder größer als der Luftdruck, und daher geht beim Öffnen des Auslassventils sofort etwas nutzbare Energie verloren. Der emulierte Atkinson-Zyklus verwendet eine Ventilsteuerung, die zu Beginn des Verdichtungshubs etwas Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Ansaugkrümmer zurückdrückt. Dann ist das Kompressionsverhältnis niedriger als das Expansionsverhältnis, und daher ist der Zylinderdruck ähnlich dem Luftdruck beim Öffnen des Auslassventils.
• Variable Ventilsteuerung. Dadurch kann der Motor für alle Drehzahlen statt nur für bestimmte Drehzahlen optimiert werden.
• Direkte Injektion. Diese Technologie ermöglicht eine ultramagere Verbrennung.
• Common-Rail-Einspritzung bei Dieselmotoren. Der höhere Druck ermöglicht eine bessere Kraftstoffzerstäubung.
• Zylinderabschaltung. Das Deaktivieren von Zylindern bedeutet, dass weniger Zylinder Luft durch den Ansaugkrümmer saugen, wodurch Pumpverluste reduziert werden.
• Kurbelwelle gekröpft. Während des Expansionshubs sind die Kräfte am größten und wenn die Kurbelwelle nicht versetzt ist, treten Seitenkräfte auf. Eine gekröpfte Kurbelwelle eliminiert diese Seitenkräfte und reduziert somit die Reibung.
• Schmiermittel mit niedrigerer Viskosität. Die Viskosität von Schmiermitteln bedeutet, dass das Schmiermittel nicht frei fließt und daher Energie zum Fließen benötigt. Durch Motoren, die mit Schmiermitteln mit niedrigerer Viskosität arbeiten, werden diese Fließverluste des Schmiermittels reduziert.
• Erhöhte Anzahl von Übersetzungsverhältnissen. Das bedeutet, dass der Motor häufiger mit der optimalen Drehzahl läuft und somit die Kraftstoffeffizienz verbessert wird. Diese Technologie kann mit einem stufenlosen Getriebe (CVT) auf die Spitze getrieben werden.
• Start/Stopp-System. Dieses System stoppt den Motor im Stillstand und eliminiert Leerlaufverluste.
• Regeneratives Bremsen. Diese Art von System verwendet einen Generator, der als Bremse Energie in einer Batterie speichert. Dies geschieht am besten in einem Hybridauto, aber auch bei Nicht-Hybridfahrzeugen kann ein gewisses regeneratives Bremsen auftreten, wenn die Spannung des Ladesystems während der Fahrt niedrig gehalten und beim Motorbremsen plötzlich erhöht wird.
• Drehmomentwandler arretieren. Drehmomentwandler haben einen gewissen Schlupf und verlieren daher Energie als Wärme. Durch die mechanische Verriegelung des Drehmomentwandlers bei hohen Drehzahlen wird der Energieverlust eliminiert. Dies verbessert die Effizienz von Autos mit Automatikgetriebe.
• Hybrid-Technologie. Diese Technologie nutzt Strom als weitere Energiequelle. Das Ergebnis ist, dass die Motoreffizienz durch Motor-Downsizing oder die Verwendung des Atkinson-Zyklus verbessert werden kann, ohne die Beschleunigung zu verringern.
• Variabler Ventilhub. Dies reduziert Pumpverluste, indem der Ventilhub anstelle des Drosselklappengehäuses verwendet wird, um den Lufteinlass in den Motor zu steuern.
• Mehrventiltechnik. Indem mehr als zwei Ventile pro Zylinder vorhanden sind, kann die kombinierte Fläche aller Ventile verbessert werden. Dies wird fast immer durch eine doppelte obenliegende Nockenwelle realisiert.

Die meisten Techniken lassen sich nicht ohne Weiteres auf bestehende Autos anwenden, und daher besteht der beste Weg zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs neben sparsamem Fahren darin, dies beim Kauf des nächsten Fahrzeugs zu berücksichtigen. Wenn eine Lösung zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs nicht in dieser Liste enthalten ist, ist es wahrscheinlich, dass die Lösung den Kraftstoffverbrauch nicht wirklich verbessert (obwohl es vorkommen kann, dass ich etwas Wichtiges in der Liste vergessen habe).