Der Wirkgungsgrad beim Benzinmotor – Berechnung und Vorteile gegenüber anderen Motoren

Was ist der Wirkungsgrad bei einem Verbrennungsmotor?

Bei allen Benzin- und Verbrennungsmotoren sorgt ein Gemisch aus Luft und Benzin für den Betrieb. Der Wirkungsgrad ist dabei der Anteil der zugeführten Energie, die in nutzbringende umgewandelt werden kann. Er bestimmt entsprechend das Mass der Energieumwandlung und wird beim Ottomotor wie beim Dieselmotor in Prozent angegeben. Seine Aufgabe ist es, zu zeigen, wie effizient die Ausgangsenergie für den gewünschten Zweck genutzt wird. Bei einem Kraftfahrzeug ist der Energieträger Benzin und der Wärmeverlust sehr hoch. Das bedeutet, dass nur eine geringe Prozentzahl tatsächlich für die Fortbewegung genutzt wird.

Der Wirkungsgrad hat daher immer mit der Energie und Leistung eines Motors zu tun und ist von Bedeutung auch bei der Entstehung von thermischer Energie oder wenn Wärme an die Umgebung abgeben wird. Bei einem Kraftfahrzeug bedeutet das, dass die zugeführte chemische Energie des Kraftstoffes in Form von Benzin nur etwa zu zwanzig Prozent für die eigentliche Fortbewegung genutzt wird. Der Rest von 80 Prozent ist Energie, die als Wärme abgegeben wird. Je grösser daher die nutzbringende Energie ist, desto günstiger ist das Fahrzeug in seiner Energieeffizienz und Energieumwandlung. So bestimmt der Wirkungsgrad auch die Güte. Dabei ist der Wirkungsgrad immer kleiner als hundert Prozent, da die nutzbare Energie und Leistung grundsätzlich kleiner als die zugeführte Energie ist.

Wie hoch ist der Wirkungsgrad bei einem Ottomotor?

Der Ottomotor ist ein Viertaktmotor mit

• Zylinder,
• beweglichen Kolben,
• Pleuelstange und
• Kurbelwelle.

Die Wände des Zylinders werden durch Wasser gekühlt, da hier die Temperatur stark ansteigt. Der Motor hat ein Einlassventil für die Aufnahme des Benzin-Luft-Gemischs und ein Auslassventil für den Ausstoss aller Verbrennungsgase. Er arbeitet entsprechend in vier Takten durch Ansaugen der Kolben, Verdichtung des Benzin-Luft-Gemischs, durch Verbrennung der Gemischbildung im Brennraum und durch Ausstoss von Abgas unter Druck. Der Wirkungsgrad liegt dabei zwischen 20 und 35 Prozent.

Warum hat ein Dieselmotor oftmals einen höheren Wirkungsgrad?

Ein Dieseltriebwerk hat einen geringeren Kraftstoffverbrauch, während gleichzeitig auch Diesel als Kraftstoff energiereicher als Benzin ist. Das liegt an einem höheren Anteil von Kohlenstoffatomen, die wiederum einen Nachteil für den Schadstoffausstoss haben. In einem Liter Diesel steckt etwa 20 Prozent mehr Energie als in der gleichen Menge Benzin. Für die Sparsamkeit von Dieselantrieben spricht der unterschiedliche Wirkungsgrad der Motoren, wobei Fahrzeuge mit Benzinantrieb mittlerweile etwas aufgeholt haben. Beim Dieselmotor liegt der Wirkungsgrad bei maximal 45 Prozent. Daher strahlt auch das Aggregat nicht so viel Wärme wie ein Benziner ab, wofür Dieselfahrzeuge dann oftmals eine weitere Zusatzheizung besitzen.

Welche Rolle spielt der Wirkungsgrad für Leistung und Energie eines Motors?

Der Wirkungsgrad einer Maschine steht in engem Zusammenhang mit der Energie und ist die quantitative Angabe der Energieeffizienz. Für die Leistung des Motors bedeutet das, dass der Wirkungsgrad das Verhältnis zwischen der erzeugten und nutzbaren Energie zur tatsächlich eingesetzten Energie ist. Beispiel: Bei einem Elektromotor wäre ein Wirkungsgrad von 90 Prozent vorhanden, wenn ein Kilowatt elektrische Leistung eine Antriebsleistung von 0,9 Kilowatt erzeugt. Der Rest wäre Verlustleistung, die als Wärme freigesetzt wird. Daher hängt der Wirkungsgrad stark von der Belastung der Drehzahl eines Motors ab. Bei Fahrzeugen mit Ottomotor oder Dieselmotor liegen die Wirkungsgrade bei hoher Leistung etwa zwischen 25 bis 40 Prozent, bei niedriger bei 5 Prozent. Das hängt davon ab, wo du dein Fahrzeug fährst und wie der Strassenverkehr das Fahren ermöglicht.

Wie errechnet sich der Wirkungsgrad?

Die Berechnung des Wirkungsgrads ist einfach. Du teilst die nutzbare Energie durch die tatsächliche, die für den Antrieb oder die Fortbewegung aufgewendet wird. Für den Motor deines Autos bedeutet das, dass die nutzbare Energie des Kraftstoffes höher als der Energiewert ist, den der Motor wirklich verbraucht. Für komplexere Anlagen wie ein Auto besagt der Wirkungsgrad jedoch nicht alles. Das liegt schon daran, dass auch das verbrannte Benzin aufbereitet werden muss. Besser ist es dann, den Gesamtwirkungsgrad mit einzubeziehen und diesen mit dem Wirkungsgrad zu vergleichen. Ersterer ermöglicht die Berechnung weiterer vorhandener Vorgänge der Energieumwandlung.

Welche Vorteile im Wirkungsgrad bringt ein Fahrzeug, das mit Erdgas angetrieben wird?

Bei Fahrzeugen mit Erdgas ist der Wirkungsgrad noch einmal höher als bei einem Benzin- oder Dieselmotor. Er liegt etwa zwischen 40 bis 50 Prozent, während gleichzeitig jedoch der Ausstoss von Abgas und Schadstoffen geringer ist. Die CO2-Emission ist niedrig, die Fahrzeuge sind daher wesentlich umweltfreundlicher.

Wie funktionieren Gasmotoren mit Wasserstoff?

Neben den Modellen, die mit Erdgas betrieben werden, gibt es auch Motoren mit Wasserstoff als Kraftstoff. Deren Eigenschaften unterscheiden sich noch einmal deutlich. Wasserstoff ermöglicht weite Zündgrenzen, während die Motorleistung durch die Wasserstoffkonzentration beeinflusst wird. Eine Drosselung der Luftzufuhr ist hier grösstenteils nicht notwendig. Die Energiedichte ist hier sehr gering im Volumen. Das führt entsprechend zu einer geringeren Leistung des Motors. Der Wirkungsgrad ist entsprechend niedrig und schlechter als bei vergleichbaren Verbrennungsmotoren.