Bremsenspezifischer Kraftstoffverbrauch

Der spezifische Kraftstoffverbrauch ( BSFC ) ist ein Maß für die Kraftstoffeffizienz von Antriebsmaschinen, die Kraftstoff verbrennen und Rotations- bzw. Wellenleistung erzeugen. Er wird typischerweise zum Vergleich der Effizienz von Verbrennungsmotoren mit Wellenleistung verwendet.

Es handelt sich um die Kraftstoffverbrauchsrate geteilt durch die erzeugte Leistung . In traditionellen Einheiten misst es den Kraftstoffverbrauch in Pfund pro Stunde geteilt durch die Bremsleistung in PS, lb/(hp⋅h); in SI-Einheiten entspricht dies dem Kehrwert der Einheit der spezifischen Energie , kg/J = ^s² / ^m² .

Aus diesem Grund kann man es auch als leistungsspezifischen Kraftstoffverbrauch betrachten . Der BSFC ermöglicht den direkten Vergleich der Kraftstoffeffizienz verschiedener Motoren.

Der Begriff „Bremse“ bezieht sich hier, wie in „ Bremsleistung “, auf eine historische Methode zur Messung des Drehmoments (siehe Prony-Bremse ).

Der bremsenspezifische Kraftstoffverbrauch ergibt sich aus:

${\displaystyle {\text{BSFC}}={\frac {r}{P}}}$

Wo:

${\displaystyle r}$ist die Kraftstoffverbrauchsrate in Gramm pro Sekunde (g/s).

${\displaystyle P}$ist die erzeugte Leistung in Watt, wobei (W) ${\displaystyle P=\tau \omega }$

${\displaystyle \omega }$ist die Motordrehzahl in Radiant pro Sekunde (rad/s).

${\displaystyle \tau }$ist das Motordrehmoment in Newtonmetern (N⋅m).

Die oben genannten Werte für r , und lassen sich leicht mit Instrumenten messen, indem man einen Motor in einem Prüfstand montiert und den laufenden Motor belastet. Die resultierende Einheit für den spezifischen Kraftstoffverbrauch (BSFC) ist Gramm pro Joule (g/J). ${\displaystyle \omega }$${\displaystyle \tau }$

Üblicherweise wird der spezifische Brennstoffverbrauch (BSFC) in Gramm pro Kilowattstunde (g/(kW⋅h)) angegeben. Der Umrechnungsfaktor lautet wie folgt:

BSFC [g/(kW⋅h)] = BSFC [g/J] × (3,6 × 10 ⁶ )

Die Umrechnung zwischen metrischen und imperialen Einheiten erfolgt wie folgt:

BSFC [g/(kW⋅h)] = BSFC [lb/(hp⋅h)] × 608,277

BSFC [lb/(hp⋅h)] = BSFC [g/(kW⋅h)] × 0,001644

Zur Berechnung des tatsächlichen Wirkungsgrades eines Motors benötigt man die Energiedichte des verwendeten Kraftstoffs.

Verschiedene Brennstoffe besitzen unterschiedliche Energiedichten, die durch ihren Heizwert definiert werden. Für die Berechnung des Wirkungsgrades von Verbrennungsmotoren wird der untere Heizwert (LHV) verwendet, da Wärme bei Temperaturen unter 150 °C (300 °F) nicht nutzbar ist.

Beispiele für niedrigere Heizwerte von Fahrzeugkraftstoffen sind:

Zertifizierungsbenzin = 18.640 BTU / lb (0,01204 kW⋅h/g)

Normalbenzin = 18.917 BTU/lb (0,0122222 kW⋅h/g)

Dieselkraftstoff = 18.500 BTU/lb (0,0119531 kW⋅h/g)

Der Wirkungsgrad eines Dieselmotors beträgt somit 1/(BSFC × 0,0119531) und der Wirkungsgrad eines Benzinmotors 1/(BSFC × 0,0122225).

Jeder Motor weist bei unterschiedlichen Drehzahlen und Lasten unterschiedliche spezifische Kraftstoffverbrauchswerte (BSFC) auf. Beispielsweise erreicht ein Hubkolbenmotor seinen maximalen Wirkungsgrad, wenn die Ansaugluft ungedrosselt ist und der Motor nahe seinem maximalen Drehmoment läuft. Der häufig angegebene Wirkungsgrad eines bestimmten Motors ist jedoch nicht sein maximaler Wirkungsgrad, sondern ein statistischer Mittelwert über einen Kraftstoffverbrauchszyklus . So beträgt der durchschnittliche BSFC-Wert eines Benzinmotors beispielsweise 322 g/(kWh), was einem Wirkungsgrad von 25 % entspricht (1/(322 × 0,0122225) = 0,2540). Der tatsächliche Wirkungsgrad kann aufgrund unterschiedlicher Betriebsbedingungen niedriger oder höher als der Durchschnittswert des Motors sein. Bei einem serienmäßigen Benzinmotor liegt der effizienteste BSFC-Wert bei etwa 225 g/(kWh), was einem thermodynamischen Wirkungsgrad von 36 % entspricht.

Es wird eine Kennlinie (Kraftstoffinseldiagramm) eines Dieselmotors mit iso-BSFC (spezifischem Kraftstoffverbrauch) dargestellt. Der optimale Betriebspunkt bei 206 BSFC weist einen Wirkungsgrad von 40,6 % auf. Die x-Achse zeigt die Drehzahl, die y-Achse den mittleren effektiven Druck (BMEP) in bar (der BMEP ist proportional zum Drehmoment ).

Die spezifischen Kraftstoffverbrauchswerte (BSFC) variieren stark je nach Motorkonstruktion, Verdichtungsverhältnis und Leistung. Motoren unterschiedlicher Klassen, wie z. B. Diesel- und Benzinmotoren, weisen sehr unterschiedliche BSFC-Werte auf, die von weniger als 200 g/(kWh) (Dieselmotor bei niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment) bis zu mehr als 1.000 g/(kWh) (Turboprop-Triebwerk bei niedriger Leistung) reichen.

Die folgende Tabelle enthält beispielhafte Werte für den spezifischen Kraftstoffverbrauch verschiedener Motortypen. Die tatsächlichen Werte können und weichen häufig von den Tabellenwerten ab. Die Energieeffizienz basiert auf einem unteren Heizwert von 42,7 MJ/kg (84,3 g/(kW⋅h)) für Diesel und Kerosin sowie 43,9 MJ/kg (82 g/(kW⋅h)) für Benzin.

Die Turboprop- Effizienz ist nur bei hoher Leistung gut; der spezifische Kraftstoffverbrauch (SFC) steigt im Anflug bei niedriger Leistung (30 % P _max ) und insbesondere im Leerlauf (7 % P _max ) dramatisch an.

• Kraftstoffverbrauch bei Automobilen
• Energieeffizientes Fahren
• Kraftstoffmanagementsysteme
• Schiffstreibstoffmanagement
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• Hubkolbenmotoren
• HowStuffWorks: Wie Automotoren funktionieren
• Hubkolbenmotoren bei infoplease
• US-Kommission zum 100-jährigen Jubiläum der Luftfahrt – Kolbenmotoren
• Einfluss der Abgasrückführung auf die Abgastemperatur und die Abgastrübung bei Kompressionszündungsmotoren
• Heywood JB 1988 Schadstoffbildung und -bekämpfung. Grundlagen des Verbrennungsmotors. Internationale Ausgabe (New York: McGraw-Hill) S. 572–577
• Well-to-Wheel-Studien, Heizwerte und das Energieerhaltungsprinzip
• Beispielhafte Kennfelder für Nutzfahrzeugmotoren, gesammelt von Nutzern des Ecomodder-Forums.