Spezifischer Kraftstoffverbrauch

Der spezifische Kraftstoffverbrauch ist ein Maß für die Effizienz einer Verbrennungskraftmaschine. Definiert ist er als das Verhältnis zwischen Kraftstoffverbrauch pro Zeitspanne und der abgegebenen mechanischen Leistung. Bei Strahl- und Raketentriebwerken gibt es einen vergleichbaren Kennwert. Er wird im Artikel Spezifischer Impuls beschrieben.

Der spezifische Kraftstoffverbrauch wird üblicherweise in g/kWh angegeben.

Spezifischer Kraftstoffverbrauch als Vergleichsmaßstab

Verbrennungskraftmaschinen können anhand des spezifischen Kraftstoffverbrauchs nur dann miteinander verglichen werden, wenn die Leistungsmessung nach den gleichen Standards erfolgt und die Kraftstoffe pro Gewichtseinheit den gleichen Heizwert aufweisen. Im Artikel Pferdestärke wird dargestellt, welche unterschiedlichen Messmethoden zur Bestimmung der Motorleistung üblich sind.

Umrechnung in andere Einheiten

Im angloamerikanischen Maßsystem wird der spezifische Kraftstoffverbrauch bei Verbrennungskraftmaschinen, welche die Leistung an einer Welle abgeben, als Brake Specific Fuel Consumption bezeichnet (Abk.: BSFC) und in lb/(hp·h) angegeben. Ältere deutschsprachige Literatur gibt den Kraftstoffverbrauch auch in Gramm pro PS-Stunde (g/PSh) an.

Umrechnungstabelle

lb/(hp·h)	g/kWh	g/PSh
1 lb/(hp·h) =	-	608,277	447,387258
1 g/kWh =	0,001644	-	0,73549875
1 g/PSh	0,0022352	1,3596216	-

Angloamerikanisch ist das Dezimalkomma durch einen Dezimalpunkt zu ersetzen.

Spezifischer Kraftstoffverbrauch und Wirkungsgrad

Zusammenhang zwischen spezifischen Kraftstoffverbrauch (b_e) eines Otto- bzw. Dieselmotors und Wirkungsgrad η bei gegebenem Heizwert (H_U)

Der Wirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine bezieht sich auf den Heizwert des Kraftstoffs und nicht auf dessen (höheren) Brennwert. Der Heizwert wird üblicherweise in kJ/kg oder kWh/kg angegeben. Die Umrechnung lautet: 1 kWh = 3600 kJ. Sind spezifischer Kraftstoffverbrauch (b_e) und Heizwert (H_U) des Brennstoffs bekannt, so lässt sich der Wirkungsgrad (η) wie folgt berechnen:

Beispiel: Bei einem Dieselmotor wird ein spezifischer Kraftstoffverbrauch (in einem bestimmten Betriebspunkt) von 198 g/kWh festgestellt. Der Heizwert des verbrauchten Dieselkraftstoffs liegt bei etwa 11,9 kWh/kg. Der Wirkungsgrad errechnet sich wie folgt:

Heizwerte üblicher Kraftstoffe

Kraftstoffart	MJ/kg	kWh/kg	g/kWh
Diesel	42,9–43,1	≈ 11,9	084
Normalbenzin	41,2–41,9	≈ 11,5	087
Superbenzin	41,2–41,6	≈ 11,4	088
Flugbenzin (AvGas)	0043,5	≈ 12,1	082,5
Kerosin	0043	≈ 11,9	084
Methan	0050	≈ 13,9	072
Wasserstoff (LH₂)
Wasserstoff (gasf.)	0120	≈ 33	030
Ethanol	0029,7	≈ 9,25	108
Methanol	0022,7	≈ 6,3	159

Zu beachten ist, dass die üblichen Kraftstoffe aus Kraftstoffmischungen bestehen und die Heizwerte deshalb nicht konstant sind. Beispiele sind Winterdiesel, Sommerdiesel und Benzin mit unterschiedlichen Graden an Ethanolbeimischungen.

Kennfelder des spezifischen Kraftstoffverbrauchs

Beispiel eines Kennlinienfelds des spezifischen Kraftstoffverbrauchs in g/kWh (Muscheldiagramm) Die Achsen sind effektiver Mitteldruck, p_e in bar (vertikal), und Drehzahl, n in 1/min (horizontal).

→ Hauptartikel: Verbrauchskennfeld

Der spezifische Kraftstoffverbrauch – und damit der Wirkungsgrad – ist kein konstanter Wert, sondern abhängig vom Betriebszustand des Motors. Je nach dessen Drehzahl und Belastung ergeben sich unterschiedliche Werte. Dennoch wird oftmals nur ein einziger Wert angegeben. Dieser Wert ist – wenn keine weitere Erläuterung folgt – der sogenannte „Bestwert“, also das erreichbare Minimum.

Wesentlich aussagekräftiger ist ein Kennlinienfeld des spezifischen Kraftstoffverbrauchs, das auch als „Muscheldiagramm“ bezeichnet wird. Aus diesem Diagramm lassen sich außer dem „Bestpunkt“ auch alle anderen Werte bei Volllast als auch bei Teillast ablesen.

Eine besondere Bedeutung haben diese Kennlinienfelder für die Auslegung und Steuerung von Schaltgetrieben. Durch die entsprechende Wahl der Getriebeübersetzung können die Motordrehzahl und Lastzustand so eingestellt werden, dass das jeweilige Verbrauchsminimum erreicht wird.

Vergleichswerte

Motor	Typ	Spezifischer Kraftstoffverbrauch (g/kWh)	Kraftstoff
Viertaktmotor	Lkw/Pkw	180–210	Diesel
Viertaktmotor	Pkw	220–250	Benzin
Wankelmotor	Pkw/Motorrad	300–380	Benzin
Gasturbine	Pkw/Luftfahrt	300–1000	Kerosin
Kohlenstaubmotor	Stationärmotor	340–350	Kohlenstaub
Zweitaktmotor	Motorrad	380–500	Benzin
Dampfmaschine	Dampflokomotive	965–1260	Kohle

Ausgesuchte Motoren/Triebwerke

Anwendungsbeispiel	Motortyp	Jahr	Leistung (kW)	Funktions- prinzip	Spezifischer Kraftstoffverbrauch (g/kWh)	Kraftstoff
Industriemotor 1940er-Jahre	MAN D 0534 G	1942	51,5	Diesel	217,5	Gasöl
Industriemotor 1950er-Jahre	Mercedes-Benz OM 636	1952	29	Diesel	286	Dieselkraftstoff
Zweiter Dieselmotor	22/40	1897	13	Diesel	324	Kerosin
Freischneider (Viertaktmotor)	Honda GX 35	2011	0,94	Otto	390	Benzin
Kettensäge (Zweitaktmotor)	Stihl MS 391	2016	3,3	Otto	421	Benzin
Wankelmotor für Drohne	UAV Engines AR801	1999	30	Wankel	304	Benzin
Wankelmotor für Flugzeug	Curtiss-Wright RC2-47	1982	238,6	Wankel	226	Kerosin
Dieselmotor für Panzer	MTU MB 873-Ka 501	1980-	1100	Diesel	226	Diesel
Industriedieselmotor 2000er-Jahre	VW EA188 1,9 l	2005	63	Diesel	207	Dieselkraftstoff
Pkw-Dieselmotor 2000er-Jahre	BMW N47	2007	130	Diesel	198	Dieselkraftstoff
Pkw-Ottomotor 2010er-Jahre	Ford EcoBoost	2011	74	Otto	240	Benzin
Industriemotor 1960er-Jahre	ЯМЗ-236	1968	132	Diesel	238	Dieselkraftstoff
Industriedieselmotor 2010er-Jahre	OM 936.972	2015	220	Diesel	212	Dieselkraftstoff
Flugmotor 1930er-Jahre	BMW 114	1936	460	Diesel	266	Gasöl
Flugmotor 1940er-Jahre	Junkers Jumo 205	1940	647	Diesel	211	Gasöl
Formel-1-Motor 1980er-Jahre	Honda 1,5 L	1987	559	Otto	258	Superbenzin
Wellenturbine	Klimow TW3-117WM	1972	1.103	Joule	299	Kerosin
Flugmotor 1940er-Jahre	Pratt & Whitney R-4360	1945	2.610	Otto	265	Benzin
Turboprop	Kusnezow NK-12	1955	11.032	Joule	218,9	Kerosin
2-Takt-Schiffsdiesel	MAN S80ME-C9	2014	27.060	Diesel	164,4	Schweröl ISO 8217
2-Takt-Schiffsdiesel	Wärtsilä RT-flex96C	2008	84.420	Diesel	171	Schweröl ISO 8217
4-Takt-Schiffsdiesel	Wärtsilä 8V31	2015	4.480	Diesel	170,6	Schweröl ISO 8217
Boxermotor 1960er-Jahre	VW Typ 126	1969	35	Otto	306	Benzin
Wankelmotor des NSU Ro80	KKM 612	1967	85	Wankel	306	Benzin
Wankelmotor des Mazda 787B	26B	1991	515	Wankel	286	Benzin
Industriemotor 1890er-Jahre	Hornsby-Akroyd-Motor	1891	5,6	Akroyd	460	Gasöl

Einzelnachweise

1. Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 28. Auflage, Mai 2014. ISBN 978-3-658-03800-7, S. 33.
2. Klaus Schreiner: Basiswissen Verbrennungsmotor. 2. Auflage. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2015, ISBN 978-3-658-06186-9, 3.3 Was bedeutet eigentlich eine Angabe von 200 g/(kWh)?. 
3. BOSCH (Hrsg.): Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 28. Auflage. 2014, ISBN 978-3-658-03800-7, S. 316. 
4. Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 28. Auflage, Mai 2014. ISBN 978-3-658-03800-7, S. 457.
5. Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 19. Auflage. 1984, ISBN 3-18-418005-0, S. 329.
6. Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. Stuttgart, 10. Auflage 1950, S. 225.
7. Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 26. Auflage, 2007. ISBN 978-3-8348-0138-8, S. 509.
8. Hans Kremser: Der Aufbau schnellaufender Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge und Triebwagen. In: Hans List (Hrsg.): Die Verbrennungskraftmaschine. Band 11. Springer, Wien 1942, ISBN 978-3-7091-5016-0. S. 136
9. Handbuch Mercedes-Benz OM 636, S. 45
10. Günter Mau: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb. Vieweg. Braunschweig/Wiesbaden. 1984. ISBN 978-3-528-14889-8. S. 7
11. MAN historisches Archiv letzte Seite aus dem französischen Testbericht. 22/40 ist einer der vier ersten Versuchsmotoren und der älteste überhaupt erhaltene Dieselmotor.

    MAN 22 40

12. breitband-lambda.de Studienarbeit T3100. Seite 58 ff. (Leistungsangabe S. 67)
13. dlg-test.de Stihl MS 391
14. AR 801 50bhp
15. NASA CR-165398 CW-WR-81.21B ADVANCED STRATIFIEDCHARGE ROTARYAIRCRAFT ENGINEDESINSTUDY Seite 2.7.1
16. Datenblatt MTU MB 873 [1]
17. (Memento vom 12. März 2017 im Internet Archive)
18. auto-innovations.com
19. Ernst, R.;Friedfeldt, R.;Lamb, S.;Lloyd-Thomas, D.;Phlips, P.;Russell,R.;Zenner, T: The New 3 Cylinder 1.0L Gasoline Direct Injection Turbo Engine from Ford. In: 20th Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology. Aachen 2011. 
20. G. D. Tschernyschew (Hrsg.): ДВИГАТЕЛИ ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, Verlag „Maschinenbau“, Moskau 1968, S. 9
21. dlg-test.de Unimog U 530
22. Michael Trzesniowski: Rennwagentechnik. 2 Auflage. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0857-8, S. 529
23. Technische Daten TW3-117
24. Gerard L. Blake: (Nicht mehr online verfügbar.) Archiviert vom Original am 5. November 2016; abgerufen am 6. November 2016. 
25. (Memento vom 25. April 2017 im Internet Archive)
26. MAN B&W S80ME C9, S. 50.
27. WÄRTSILÄ RT‑flex96C AND WÄRTSILÄ RTA96C TECHNOLOGY REVIEW
28. Wärtsilä-31 Engine
29. VDA: Volkswagenwerk AG Wolfsburg - Typ VW-Doppelkabine. Gruppe 13, Nummer 223b. Frankfurt am Main Dezember 1969.
30. Kenichi Yamamotor Rotary Engine Seite 130 Tabelle
31. SAE Paper 920309 Mazda 4-Rotor Rotary Engine for the Le Mans 24-Hour Endurance Race, Seite 4 Spezifischer Kraftstoffverbrauch 286 g/kW.h at 6000 rpm
32. Friedrich Sass: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918, Springer, Berlin/Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6. S. 418