Hilfe zur Selbsthilfe Teil 2: Wann schalten?

Als ich vor Jahren meinen Führerschein gemacht habe, da wurde auf Kraftstoffsparendes Fahren kaum Wert gelegt. Schaut man, oder vielmehr hört man, heute ins Straßenbild, so scheinen noch immer viele die alten Techniken zu beherzigen. So manch einer nutzt bei 50km/h den dritten Gang -  das war ja schließlich schon immer so. Überhaupt, "untertourige" Fahrweise schade ja dem Fahrzeug. Der Reihe nach.

I. Die Theorie

Immer diese Theoretiker, nicht wahr? Keine Angst, ich werde Sie nicht über die Maßen mit Grundlagen der Thermodynamik belasten. Doch soviel muss sein: Der effektive Wirkungsgrad eines Hubkolbenmotors (Sauger) ist definiert als Summe des Wirkungsgrads des vollkommenen Motors, dem Gütegrad und dem mechanischen Wirkungsgrad. Klingt kompliziert - ist es aber gar nicht. Blendet man nämlich alle von der Motorauslegung vorgegebenen Parameter wie Hubraum, Verdichtungsverhältnis, Hub und vieles mehr aus, so bleiben nur wenige Einflussmöglichkeiten des Fahrers übrig:

1. Liefergrad = Gaspedalstellung und
2. Drehzahl

Der Liefergrad wird durch Drosselverluste verschlechtert. Gemeint ist die Ansaugseite des Motors. Je mehr Widerstände dort eingebracht werden, zum Beispiel durch die Drosselklappe, desto höher die Verluste. Ist die Drosselklappe also ganz offen - also Vollgas - ist der Liefergrad maximal. Der Motor hat so die Chance auf maximale Effizienz.

Die Drehzahl bestimmt den mechanischen Wirkungsgrad. Je höher die Drehzahl, desto größer die mechanischen Verluste im Motor. Eigentlich recht logisch - mehr Reibung, mehr Energie, die für den Antrieb des Ventiltriebs verwendet werden muss.

In der Theorie heißt es also: Je niedriger die Drehzahl und je mehr Gas man gibt, desto sparsamer wird die Kiste.

II. Der Realitätscheck

Blöde Theorie. Lässt sich das in die Praxis übertragen? Um dies zu überprüfen bietet sich ein Blick ins Verbrauchskennfeld an. In einem Verbrauchskennfeld stellt man den spezifischen Verbrauch eines Motors in Abhängigkeit von Drehzahl und Mitteldruck (vereinfacht: abgegebenem Drehmoment/Leistung) dar. Unter spezifischen Verbrauch wird dabei der Kraftstoffbedarf verstanden, um eine kWh zu erzeugen.

Vereinfacht: Im Verbrauchskennfeld kann man also ablesen, wieviel Sprit nötig ist um 1 PS zu erzeugen.

Wie sieht so ein Verbrauchskennfeld aus? Exemplarisch sei der Mercedes M 273 E55 genannt. Es handelt sich dabei um einen 5,5 Liter V8, einen Saugrohreinspritzer.

M 273 E55 (Quelle MTZ12/2005)

Auf der X-Achse findet sich die Drehzahl. Auf der Y-Achse der effektive Mitteldruck (der Drehmoment/Leistung bestimmt). Die blaue Linie beschreibt den maximalen effektiven Mitteldruck (und diese Kurve entspricht genau der Drehmomentkurve). Grün eingezeichnet sind Linien gleichen spezifischen Verbrauchs.

Steigen wir in das Diagramm ein: Bei etwa 1300/min bis 2000/min findet man bei 8bar mit 235g/kWh den minimalen spezifischen Verbrauch. 8bar (bei 9-11bar maximalen effektivem Mitteldruck) entsprechen 80-90% Gaspedalstellung. Je höher die Drehzahl steigt, desto höher wird auch der spezifische Verbrauch. Bei 5000/min kann man zum Beispiel bestenfalls 290g/kWh erreichen. Je niedriger der effektive Mitteldruck (und damit die Gaspedalstellung, desto schlechter (hier 500g/kWh).

Eine Anekdote am Rande. Ein Freund von mir fährt den identischen Wagen mit einem Motor aus der gleichen Motorenfamilie. Allerdings ist sein Triebwerk um einiges schwächer. Fahren wir zusammen auf die Autobahn um sehr zügig zu Reisen, lasse ich ihn deshalb immer vor mir fahren. Er bestimmt also die Beschleunigung und die Geschwindigkeit. Während er seinen Motor (3.0 V6, 231PS) voll ausdrehen muss, kann ich (5.5 V8, 387PS) bei mittlerer Drehzahl hinterher schwimmen. Ich bewege mich also bei ~3000/min mit 250g/kWh und er bei ~6000/min mit 300g/kWh. Am Ende verbraucht mein Wagen dann tatsächlich erheblich weniger! Leider kehrt sich dieses Bild bei beiderseitig sehr ruhiger Fahrweise um.

III. Optimale Schaltpunktdrehzahl?

Wann sollte man also schalten? Kommt darauf an.

1. Stationäre Geradeausfahrt (Konstantfahrt)

Will man eine Geschwindigkeit halten, so gilt bei allen Motoren die Drehzahl so gering wie möglich zu halten. Beispiel Volkswagen 1.6 FSI.

Volkswagen BLF "1.6 FSI", Quelle: Volkswagen.de

Fährt man diesen Motor im Volkswagen Golf V 1.6 FSI zum Beispiel bei 100km/h, so werden zur Überwindung der Fahrtwiderstände gute 16kW benötigt. Bei 100km/h sind folgende Gänge denkbar (Serienbereifung 195/65 R15, Neureifen):

3. Gang	5100/min
4. Gang	3850/min
5. Gang	3220/min
6. Gang	2800/min

Werfen wir einen Blick in das Leistungsdiagramm:

 Betrachten wir zunächst den 6. Gang. Hier dreht der Motor bei 100km/h 2800/min. Bei 2800/min kann der FSI unter Vollgas etwas mehr als 40kW leisten. Für 16kW muss man das Gaspedal also in etwa 40% durchrücken (16/40). Geht man mit diesem Wert in das Verbrauchskennfeld, so ergibt sich bei 2800/min ein maximaler Mitteldruck von etwa 11,5bar (=40kW bei 2800/min). Für 16kW (40% maximaler Mitteldruck) liegt etwa ein effektiver Mitteldruck von knapp unter 5bar an. Aus dem Diagramm kann man nun einen Wert von etwa 250g/kWh für 16kW bei 2800/min ablesen. Dieses Prozedere wiederholt man für die übrigen Gänge:

Gang	Drehzahl	Vollgas	für 16kW	max. Mitteldruck	für 16kW	spezf. Verbrauch
3. Gang	5100/min	81kW	20%	12,0bar	2,4bar	400g/kWh
4. Gang	3850/min	60kW	27%	12,0bar	3,2bar	300g/kWh
5. Gang	3220/min	50kW	32%	11,5bar	3,7bar	280g/kWh
6. Gang	2800/min	40kW	40%	11,5bar	4,6bar	250g/kWh

Diese Rechnung kann bei jeder beliebigen Geschwindigkeit wiederholt werden - das Ergebnis ist immer gleich. Der minimale Verbrauch liegt im höchsten möglichen Gang an.

2. Beschleunigung
Einen generell gültigen Hinweis bezüglich der Beschleunigung kann man nicht geben. Hierfür unterscheiden sich die Verbrauchskennfelder von Motoren je nach Einspritzart, Zylinderzahl und Verwendung von Aufladung. Vergleicht man die oben gezeigten Verbrauchskennfelder, so erkennt man schnell Unterschiede. Während der Saugrohreinspritzer ein relativ schmales verbrauchsgünstiges Band bei niedrigen Drehzahlen hat, ist der Direkteinspritzer FSI bis in die mittleren Drehzahlen hinein unter hoher Last sehr sparsam.

Der Tip möglichst früh auch beim Beschleunigen zu schalten ist zunächst mal nicht verkehrt. Allerdings kann man bei Direkteinspritzern ähnlich effektiv auch bei mittleren Drehzahlen beschleunigen - vorausgesetzt man möchte tatsächlich aufgrund der Verkehrssituation auch schneller beschleunigen. Denn eines ist immer gleich:

Man muss unter 80-90% Vollgas beschleunigen! Hält man zusätzlich die Drehzahlen dabei noch so gering wie möglich (nicht mehr als 2000/min) wird mit jedem modernen Motor gespart. Einige Motoren erlauben effiziente Beschleunigung (bei 80-90% Gaspedalstellung) auch darüber hinaus.

IV. Schädlich für den Motor?

Verschiedene Gerücht halten sich hartnäckig auch bei Auto-Enthusiasten. Das Fahren unterhalb von 1500-2000/min schädige:

1. die Lager der Kurbelwelle,
2. Mögliche Vibrationen schädigen die Motorlager / das (wenn vorhanden) Zweimassenschungrad.

In früheren Fahrzeugbetriebsanleitungen fanden sich tatsächlich entsprechende Passagen, die das Fahren unterhalb von 1500/min reglementierten. Diese sind aus heutigen Handbüchern verschwunden. Der Hintergrund ist ein ganz einfacherer: Jedes moderne Fahrzeug mit intakter Ölversorgung kann selbst bei extrem heißem Öl auch unter Leerlaufdrehzahl eine ausreichende Schmierung der Lager sicherstellen. Punkt 1 ist definitiv nicht mehr valide. Vibrationen hingegen sind schon für Mitfahrer unangenehm und deshalb möglichst zu vermeiden. Es gilt somit: Solange ein Fahrzeug nicht Resonanzfrequenzen aufweist (brummt), solange ist alles wunderbar. Niedrige Drehzahlen sind als solches nicht schädlich.

Allerdings sollte man ab und an durchaus auch ein paar Minuten länger höhere Drehzahlen auch bei höherer Last fahren. Hintergrund sind Ablagerungen (Verkokungen), die sich im Motor, speziell auch auf den Einlassventilen, bilden können. Um diese freizubrennen sind höhere Brennraumtemperaturen nötig. Man merkt bei einigen Fahrzeugen - besonders den Direkteinspritzern - durchaus die Veränderung im Motorverhalten nach einem Freibrennen.

V. Fazit

Wer dafür sorgt, dass sein Fahrzeug ab und an auch mal die Sporen bekommt, macht mit dem Fahren bei unter 2000/min nicht falsch. Moderne Automatikgetriebe machen übrigens genau das schon im Normalmodus. [JG]

Auf den Hund gekommen (Transportkäfige zum Schnäppchenpreis)

Nur zu gerne begleitet mich der beste Freund des Menschen. Mein Hund ist oft und überall dabei, so auch beim Autofahren. Um den Transport rechtlich einwandfrei zu gestalten, muss das Tier (die Ladung) natürlich ordentlich gesichert sein. Dies kann durch einen 5-Punkt Brustgurt und dessen Befestigung an dafür vorgesehenen Zurrpunkten im Fahrzeug gewährleistet werden, oder aber durch einen Transportkäfig.

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Hier gibt es Transportkäfige mit einem Nachlass von 100 €! Sicherlich die praktischere Alternative, wenn man das Tier öfter transportieren möchte. Eine gewissenhafte Sicherung ist schon aus purem Eigenschutz anzuraten -  man stelle sich vor wie schnell ein Tier zu einem tödlichen Geschoss im Innenraum mutiert, sollte es einmal zu einem Unfall kommen. [JG]

Hilfe zur Selbsthilfe - der Kampf gegen die Tanknadel (Teil 1: Autogas)

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Mit fast schon "alter" Gewohnheit steigen die Treibstoffpreise auf immer neue Höchststände. Immer wenn die Preise eine psychologische oder gar tatsächliche Schmerzgrenze durchbrechen, wird der Ruf nach Alternativen laut. Mein erster Eintrag soll sich deshalb einigen immer wieder vorgetragenen Argumentationen zur Spritsparthematik widmen.

I. Autogas (LPG)

Vielfach wird in Kreisen der Benziner-Fahrer eine Umrüstung auf Autogas (LPG) propagiert. Ob sich dort tatsächlich langfristige Einsparungen realisieren lassen können, scheint auf dern ersten Blick unumstritten.

1. Einsparpotential

Den (tagesaktuellen) Preisen (meiner Region) von ~1,65 € je Liter Super stehen ~0,85 € je Liter Liquefied Petroleum Gas gegenüber, einer Mischung aus Propan und Butan. Die Treibstoffkosten könnten doch somit sofort halbiert werden, oder? Jaja, die Anschaffung habe ich vergessen, sagen Sie jetzt. In der Tat - diese schlägt mit mehreren Tausend Euro zu Buche. Doch dazu später unter 2. mehr. Vielmehr stelle ich auf den tatsächlichen Kraftstoffverbrauch ab. Denn der Verbrauch steigt im Betrieb mit Flüssiggas signifikant an (zumindest wenn die Gasanlage richtig eingestellt ist).

Warum ist das so? Super (ROZ95) hat eine bis zu 33% höhere Dichte als Flüssiggas (je nach Mischungsverhältnis). Das bedeutet: Mit jedem getankten Liter Super hat man letztlich 33% mehr Masse und damit "brennbares" im Tank.

Das sich der Mehrverbrauch letztlich nicht in dieser Größenordnung realisieren kann liegt zum einen am Brennwert, also dem Energiegehalt pro Kilogramm Sprit und zum anderen an der Klopfregelung moderner Fahrzeuge. So hat LPG über 105 Oktan. Vorausgesetzt die Elektronik des Fahrzeug lässt dieses zu, kann so der Zündzeitpunkt verschoben und damit gehörig Treibstoff eingespart werden. Wer besonders Modifikationsfreudig ist, kann auch zum "Tuner" seines Vertrauens gehen und die Kennfelder auf Flüssiggas optimieren lassen. So lässt sich das ganze Potential abschöpfen. Doch zurück zum Thema:

Berücksichtigt man die Einflussfaktoren Dichte, Brennwert und Klopffestigkeit, so ergibt sich in etwa ein Mehrverbrauch von ~20%. Einige LPG-Fahrer werden einwenden, dass sie in der Praxis weit weniger Mehrverbrauch hinnehmen müssen. Dafür gibt es drei Erklärungen:

1. Man hat vergessen das Startbenzin zum Autogasverbrauch zu addieren.
2. Die Anlage ist nicht sauber eingestellt, weshalb der Motor zu mager läuft (Gefahr des Motorschadens!)
3. Selbstbetrug - man weiß ja: Nirgends wird soviel gelogen wie bei der Höchstgeschwindigkeit und dem Verbrauch!

Unter dem Strich bleibt von unseren ~48% Ersparnis weniger übrig. Wie wenig hängt vor allem davon ab, wie gut die Anlage eingestellt ist, wie sehr sich das Motorsteuergerät an die gestiegene Oktanzahl adaptieren kann und vor allem: Welche Strecken man fährt! Die meisten Anlagen starten nämlich zunächst auf Benzin um nach Erreichen einer bestimmten Kühlwassertemperatur auf Gas umzuschalten. Dies ist vor allem im Kurzstreckenbetrieb und schweren Wintern extrem ärgerlich. Wir alle wissen, wie lange moderne Autos bei den Temperaturen des vergangenen Winters brauchen um auf Betriebstemperatur zu kommen. Wie drückt sich das in Zahlen aus?

Fahrtstrecke (100km)	Benzin	Autogas	Kosten	Ersparnis
Benzinbetrieb	10,0 l	0,0 l	16,50 €
Kurzstrecke (2x5km, Sommer)	1,0 l	10,8 l	10,83 €	34%
Kurzstrecke (2x 5km, Winter)	2,0 l	9,6 l	11,46 €	31%
Mittelstrecke (25km)	0,4 l	11,5 l	10,45 €	37%
Gasbetrieb (Langstrecke)	0,1 l	11,9 l	10,26 €	38%

Man spart also im bestenfalls irgendwas zwischen 31% und 38% bei den Kraftstoffkosten ein (Berechnung mit obengenannten tagesaktuellen regionalen Preisen und einem Mehrverbrauch von 20%).

2. Umrüstung oder "Verbasteln"

Die reinen Treibstoffkosten sind beleuchtet. Wie sieht es mit den Anschaffungskosten aus? Die Preise für den Kauf einer solchen Anlage könnten nicht unterschiedlicher sein. Sie variieren nicht nur mit Unternehmer, der sie verbaut, sondern auch mit der Art der verbauten Anlage sowie natürlich dem eigenen Motortyp. So ist natürlich die Umrüstung eines Fahrzeugs mit mehr Zylindern ebenso teurer wie eines mit einer hohen Literleistung. Direkteinspritzende Motoren - bis vor wenigen Jahren nicht umrüstbar - verlangen ebenso eine größere Investition. Genug allgemeine Floskeln: Was sind die Knackpunkte?

Wer ein recht modernes Fahrzeug fährt und unter Umständen Anspruch auf Leistungen aus Gewährleistung und Garantie haben könnte oder zumindest begründete Hoffnung auf Kulanz haben darf, der ist in einer besonderen Zwickmühle. Wie verhindert man, diese schönen Nebeneffekte eines neuen Autos nicht zerstört werden? Zwar schließen die meisten Garantiebedingungen die Leistung bei Gasumbauten nicht grundsätzlich aus, doch will man sich streiten? Die Beweislast liegt beim Hersteller, klar - aber ein Prozess bedingt nicht selten, dass das Fahrzeug bis zur Verhandlung steht. Man braucht also einen zweiten Wagen. Kosten? Abseits der Werksgarantie läuft man bei vielen Anschlussgarantien in die Beweislast. Man hat also dem Garantiegeber zu beweisen, dass der Gasumbau den Schaden nicht verursacht hat. Oft unmöglich. Kulanz? Schwierig.
Für diese Problematik gibt es eigentlich nur einen Ansatzpunkt: Man muss bei einem Vertragshändler des Garantie- und Kulanzgebers umrüsten lassen. Diese Umrüstungen sind zumeist etwas preisintensiver und man  hat in der Regel leider keinen Einfluss auf den verwendeten Anlagentyp und die Fähigkeit des Umrüsters. Aber man spart sich im Schadensfall die Rennerei zwischen Umrüster und Vertragswerkstatt - alles in einer Hand und schwarzer Peter zuschieben ist damit obsolet.

Ein weiterer Fallstrick lauert natürlich bei der verwendeten Anlage. Bei vielen Anlagen wird in den Kühlkreislauf eingegriffen, um das Gas zu verdampfen. An diesen Nahtstellen kann bei preiswert produzierten Anlagen (zum Beispiel Tartarini) durchaus zu Leckagen kommen. Diese führen zu unschönen Werkstattaufenthalten. Auch beim Setzen der Düsen oder deren Auswahl ist schon so mancher Fehler gemacht worden, der Nacharbeiten notwendig machte. Selbst wenn mechanisch alles gut installiert wurde, bleibt die Elektronik. Wenn hier nicht absolut sauber gearbeitet wird, muss das Motorsteuergerät permanent nachregeln. Melden die Lambdasonden ein zu mageres/zu fettes Gemisch, so wird bei dem nächsten Einspritzvorgang die Treibstoffmenge angepasst. Dies kann jedoch nur in engen Grenzen geschehen - werden diese überschritten so droht eine fehlerhafte Gemischbildung. Zu fett und die Lambdasonden und Zündkerzen verenden schneller. Zu mager und Ventile sowie Katalysatoren sind in Gefahr. Der Umrüster sollte sehr genau wissen, was er tut und alle Bauteile richtig dimensionieren und aufeinander abstimmen.

3. Der Alltag mit Flüssiggas und die langfristige Folgen

Einige Gas-Fahrer werden nach diesem Text nur verständnislos mit dem Kopf schütteln. Ich hätte doch keine Ahnung, man selbst sei ja zufrieden. In der Tat geben sich viele Gasfahrer als äußerst zufrieden, gilt es nicht zuletzt doch die eigene Investition zu rechtfertigen. Ich selbst habe einige Erfahrung auf Fahrzeugen mit Flüssiggas sammeln können (weit über 200.000km). Dabei blieb es jedoch nicht immer bei schönen Erfahrungen. Es gab durchaus mal eine Motorkontrollleuchte, die mich darauf aufmerksam machte, dass die Gemischbildung nicht reibungslos funktionierte. Es gab in meinem Umfeld Probleme mit der Kraftstoffpumpe. Diese sitzt bei vielen Fahrzeugen im Tank und wird vom Kraftstoff gekühlt Fährt man nun permanent mit niedrigen Benzin-Pegel, so fehlt dessen kühlende Wirkung. Überhitzung. 500-700 € futsch. Zündkerzenwechsel? Bei meinem damaligen Fahrzeug alle 120.000km. Im Gasbetrieb waren die Zündkerzen deutlich schneller fertig. Ärgerlich bei einem Auto, wo zum Kerzenwechsel die Ansaugbrücke demontiert werden muss. Durch eine schlecht eingestellte Anlage musste zudem mein Motorsteuergerät Akkordarbeit leisten. Es wurde permanent nachgeregelt, was dazu führte, dass das Motorsteuergerät sich an die neuen Werte anlernte. Nach einiger Zeit fuhr der Wagen dann nicht mehr auf Benzin - er war aus dem Kennfeld gelaufen! Später hatte ich eine Lambdasonde, die ordentlich einen Wegbekommen hatte. Bei der Endoskopischen Untersuchung stellte ich zudem extreme Ablagerungen auf den Einlassventilen fest. Während die Auslassventile durch den Abgasstrom freigebrannt werden, sind die Einlassventile auf die reinigende Wirkung des Benzins angewiesen - die fehlte bei meinem Langstreckenbomber. Zum Glück bemerkte ich den Mangel früh genug, um einen Motorschaden zu verhindern. Leistungsverlust hatte ich dadurch allerdings schon seit Monaten.

Selbst das Tanken, was ja soviel Freude machen soll, war nicht immer problemfrei. Zum einen stinkt LPG, was mich jedoch nie sonderlich tangierte. Zum anderen ist die Tankstellendichte nicht in allen Bereichen Deutschlands voll gegeben. Abschließend war auch der Zapfvorgang selbst langwierig und störend, vor allem im Winter. Eines meiner Fahrzeuge hatte den Stutzen hinter der werkseitigen Tankklappe. Dadurch konnte nur ein Stutzen mit geringem Querschnitt verbaut werden - der Tankvorgang dauerte ewig. Hinzu kam, dass zum Zapfen permanent ein Notausschalter betätigt werden muss - auch bei -20°C.

Tankstutzen hinter der originalen Tankklappe

Das Fahrerlebnis selbst war bei normalen Außentemperaturen eigentlich gleichbleibend. Nervig war nur die äußerst ungenaue Tankanzeige der Systeme, die die Tankstopplanung zur Kopfrechenübung werden ließ. Bei niedrigen Außentemperaturen jedoch erfolgte das Umschalten vom Benzinbetrieb in den Gasbetrieb oft sehr spät und dann auch so manches mal mit Problemen.

Tankanzeige und Umschalter Gas-/Benzinbetrieb

Sternstunde des Gasumbaus sollte, nach meiner damaligen Meinung, dann beim Wiederverkauf schlagen. Das Gegenteil war der Fall: Viele Interessenten sahen den Gasumbau als das an, was er auch immer ist: Eine nachträgliche Bastellei am Fahrzeug und damit wertmindernd!

Beim Kapitel Betriebskosten müssen zudem einige Zeilen freigehalten werden. Eine Gasanlage bedarf in der Regel der Wartung, zumindest aber der turnusmäßigen Prüfung im Rahmen der Hauptuntersuchung. Hier kommen weitere Mehrkosten hinzu. Will man ein "aus dem Kennfeld laufen" vermeiden, empfehle ich außerdem ab und an den Wagen auch mal auf Benzin richtig ranzunehmen und eine Tankfüllung zu verfahren. Letztlich habe ich außerdem alle 10.000km meinen Motor spülen lassen, um die Verkokung der Einlassventile in den Griff zu bekommen.

4. Fazit

Kurzum: Von den möglichen 38% blieben in meinem Fall unter 30% Ersparnis übrig, obschon die Anlage über 200.000km abgeschrieben wurde. Allerdings kann dies, bei einem trinkfreudigen Fahrzeug, schon eine erhebliche Ersparnis bedeuten. Im gleichen Zug sinkt jedoch leider auch die Problemlosigkeit des Fahrzeug spürbar. Ich würde es zumindest bei hochwertigen, neuen Fahrzeugen nie wieder tun. [JG]