Sind Verbrennungsmotoren im Sommer 'sparsamer'?

Tolga Hozer · Gast

Hallo.

Unter Beachtung des Energieerhaltungssatzes und des Entropiesatzes komme ich zur Annahme, dass Verbrennungsmotoren wie z.B. der Otto-Motor im Winter für die selbe Leistung weniger Treibstoff bebötigen als im Sommer.

Begründung:

Mehr als die Hälfte der chemischen Energie des Brennstoffs wird bei diesen Motoren in Form thermischer Energie an die Umgebung abgegeben und damit verpufft. Mit zunehmender Temparaturdifferenz zwischen dem brennenden Luft-Gas Gemisch und der Umgenungswärme wird mehr Wärme an die Umgebung abgegeben. (Voruassetzung: Umgebung ist wärmer als Motor)

Wenn im WInter die Außentemparatur -10°C beträgt und im Sommer +40°C, so ist das eine Temparaturdifferenz von 50°C.

Ich gehe davon aus, dass im Sommer damit weniger Wärme an die Umgebung verloren geht und somit mehr Kraft auf den Kolben wirkt.
Kurz: Selbe Leistung mit weniger Treibstoff.

Stimmt meine Annahme?

Danke im Voraus. MfG.

PS: Ich weiß, dass der 'Spareffekt' wenn auch minimalst wäre und in der Praxis wegen erhöhter Kühlungsleistung (Wasserpumpe /Ventilator) wiederum mehr Energie in die Kühlungseinrichtung gesteckt werden muss.
Mir geht es nun um den Otto-Motor allein. Um das Prinzip.

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

hmm ich glaube du hast da den falschen Ansatz. Der Ottomotor hat einen Wirkungsgrad. Der war afaik im einstelligen Wertbereich. Der Rest wird als Wärme abgegeben. d.h du hast zuerst die leistung des Motors und der Rest wird abgegeben, nicht andersrum;) Fragt sich nur noch, wohin dann diese "Überschüsige" energie hingeht, wenn es wärmer ist, aber ich denke da gibt es genug Möglichkeiten

Gast

Du schreibst durcheinander. Einmal ist es der Winter der spart und dann
wieder der Sommer.

Der Sommer ist falsch, theoretisch zumindest. Stell dir einfach vor, im Sommer sei es um ein vielfaches heißer, um so größer wär der Anteil der rausgekühlt werden müsste weil dem Motor bestimmte termische Obergrenzen gesetzt sind die kaum überschritten werden können.

Im Winter ist das günstiger, weil die Differenz Eingangstemp zu kritischer Motortemp größer ist. Auch ist in der Tat die effektive MotorLEISTUNG im Winter größer als im Sommer, weil die Füllung besser ist (das geht allerdings konform mit steigendem Verbrauch).

Im extremen Kurzstreckenverkehr sieht der Winter erheblich schlechter aus, warum ?

Sven_86 · Anmeldungsdatum: 19.01.2005 Beiträge: 15 Wohnort: Hamm

Hallo,

Ich glaube du müsstest das eher auf die Verbrennung beziehen.
Heute habe ich wieder gehört das Autos im Winter mehr Sprit schlucken.

Zuerst aber möchte ich auf deine Theorie eingehen:
Der (2takt) Motor hat eine optimale Betriebstemperatur von ca. 55°C.
Wenn ich damit im Winter fahre brauche ich nur länger um den Motor warm zu fahren. Die Umgebungstemperatur hat, meiner Meinung nach, ab jetzt theoretisch nichts mehr mit dem Brennvorgang zu tun.

Zu deinem eigentlichen Problem hätte ich nur einen Ansatz:
Das optimale Benzin:Luft Gemisch liegt in etwa bei 1 Teil Benzin und 15 Teile Luft.
Im Winter ist mehr Sauerstoff in der Luft.
Vielleicht könnt ihr den Ansatz fortsetzen, mir fällt derzeit nichts mehr dazu ein.

dachdecker2

Ich sags mal so:

Der Wirkungsgrad einer WKM (Wärmekraftmaschine) hängt von dem Quotienten aus oberer und unterer Temperatur ab. Wenn die Außentemperatur sinkt, wird dieser Quotient besser und damit der Wirkungsgrad größer. Der Wirkungsgrad eines 4-Takt-Ottomotors liegt mit reichlich 30% nicht im einstelligen Bereich Augenzwinkern

.

Das ganze geht natürlich total an der Realität vorbei, da die Wirkungsgrad eines Autos nähmlich von noch deutlich mehr Faktoren beeinflusst wird:
- die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Temperatur ab (kaltes Gas reagiert langsamer)
- Reibungsverluste hängen von der Temperatur ab (optimiert sind Verbrennungsmotoren für etwa 80-90°C) daher fallen im Winter höhere Verluste beim Fahrtantritt an
- Winterreifen sind weicher als Sommerreifen und haben damit mehr innere und äußere Reibung
- man hat im Winter öfter Licht an

Da findet man bestimmt noch mehr.

Dem entgegen steht, dass kalte Luft mehr Sauerstoff enthalten soll als warme. Keine Ahnung, ob das Auswirkungen hat. Man kann da zwar mehr Kraftstoff mit dem gleichen Luftvolumen verbrennen, aber der Wirkungsgrad wird davon sicherlich wenig beeinflusst.

Ergebnis: Im Winter kostet die Kutscherei mehr als im Sommer - selbst getestet.

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

ups, mein Fehler, ich hatte einmal einen Wert von ca 30% und dann noch von ca 9% im Kopf, tut mir leid, ich denke dachdecker hast recht :p

Dieter5858 · Moderator Anmeldungsdatum: 02.08.2004 Beiträge: 696 Wohnort: Hamburg

Hiho Leute
Also ich glaube das die Aussage von Tolger Hozer
ganz richtig ist, zumindest die das der Motor im Sommer sparsamer ist als im Winter.
Aber ich sehe das auch wieder mit anderen Gesichtspunkten.
Also ein Auto verbraucht am meisten beim Kaltstart.
Vor allem im Winter.
Hab in den USA mal ein Lexus gesehen der beim start den Treibstoff unverbrannt aus dem Auspuff geworfen hat.
Die Strasse war nachher befeuchtet mit Benzin (hat aber nix mit Kaltstart zu tun).
Aber zurück zum Thema, beachten sollte man auch das im Winter der Treibstoff eine andere Dichte hat, und wenn der motor eine gewisse Menge Treibstoff in die Zylinder pumpt kommt im Winter "mehr" Benzin in die Zylinder als im Sommer. dadurch hast du schon ein erhöhten Verbrauch.
Ob dadurch auch die Leistung erhöht wird, bin mir nicht sicher würde aber nein sagen, da der Motor nicht auf Minusgrade ausgelegt wurde und damit vom optimalem Betriebsklima abweicht.

Ich meine das der Winter eher eine "anstrengende"
belastende Zeit für ein Auto ist, oder kannst du bei -10°C draussen besser joggen als bei 20°C?
ich kann mir sogar vorstellen das er im Sommer weniger Verbraucht (natürlich nicht bei 100°C) aber wenns 30° sind ist der Motor sogar beim start etwas angewärmt und er fühlt sich schneller "wohl".

Gast

Verbrennungsmotoren fühlen sich im Winter nur in der Kaltstartphase (europäische Temperaturen) unwohl, danach wohler als im Sommer.

Der erhöhte Verbrauch dürfte nur auf der Kaltstartphase, gewisser gering erhöhter Reibung im Getriebe und eventuell leicht erhöhtem Rollwiderstand der Reifen beruhen. Alles andere ist im Winter positiv. Die Temperaturen in den Lagern usw sind recht fix auf Standart Temperaturen

Tolga · Gast

Hmmm.. ein paar interessante Argumente sind gefallen.
Bitte beachtet, das es hier ALLEIN UM DEN OTTO-MOTOR geht.

D.h.

* wir sehen von Getriebe / Reifen und Co. ab
* wir sehen von der Kühleinrichtung ab

In der Brennkammer im Motor explodiert ein Luft-Gasgemisch (gezündet von der Zündkerze). WÄHREND (!!) dieser Explosion wird Wärme an die Kammerwände und über diese an die Umgebung (Luft) abgeleitet. Während der Explosion haben wir auch die maximale Temparatur in der Brennkammer und damit dir größte Temparaturdifferenz im Vergleich zur Aussenluft.

Im Sommer ist die Aussenluft bis zu 50°C wärmer und damit 'entzieht' die Aussenluft der Wand der Brennkammer wneiger thermische Energie. (siehe Entropiesatz).

Wegen EES kann diese kleine überschüssige Energimenge nicht im Nichts verschwinden. Meine konkrete Frage war und ist:

Wird diese Zusatzenergie auf den Kolben übertragen, oder nicht?

Danke.

Wenn nun

Gast

Die Frage kannst du so nicht stellen. Ein Ottomotor ohne Kühlung ist putzblitz kaputt. Der Entzug der Wärme an den Zylindern muss leider immer stattfinden im Sommer wie im Winter und zwar in etwa bei gleichen Zylindertemperaturen ... der Entzug muss damit im Sommer größer sein als im Winter usw.

Wenn du anfängst völlig zu theoretisieren Temp sielen nirgendwo eine Rolle usw, dann darfst aber auch nicht mit Entzugtemp an den Zylindern kommen, dann können wir auch 100% isolieren und rechnen

dachdecker2

Ich würde nochmal sagen wollen, dass der Kreisprozess bei niedregeren Temperaturen einen Besseren Wirkungsgrad hat. Vieles andere zäheres Öl, weichere Reifen und und und fressen diesen Vorteil mehr als auf...

Tolga · Gast

Ok, vergesst den komplizierten Otto-Motor.

wir machen ein Gedankenexperiment:
(das selbst-abstrahieren enfällt damit)

Es gibt einen Zylinder der eigentlich oben offen ist und von nem Deckel verschlossen wird. Wenn in diesem Zylinder eine Benzinmege m von Geisterhand gezündet wird, so wird auf den Deckel eine mechanische Kraft (Druck) ausgeübt. Gleichzeitig wird es im Zylinder heiß und Wärme wird an die Umgebungsluft abgegeben.

Wenn aber nun die Umgebungsluft 50°C wärmer würde, dann würde weniger Wärmeenergie an die Aussenluft verloren gehen.

Damit entsteht ein Energieüberschuss. Würde diese Energie nicht den Innendnruck des zylinders zur explosionszeit und damit den Druck auf den Deckel des Zylinders steigern???

MfG.

dachdecker2

Warum sollte mehr Energie "verloren" gehen, wenn der Wärmeübergangskoeffizeint nicht Temperaturabhängig ist?

Durch die Explosion wird dem Gasgemisch eine Wärmemenge zugeführt. addiert mit der Wärmemenge die vorher schon darin war (die Temperatur war sicher nicht 0 sondern gleich mit der äußeren, oder?).

Es wird bei beiden Anfangstemperaturen gleich viel chemische in thermische Energie umgewandelt. Warum sollte sich der vorher-nachher-Unterschied bei verschiedenen Anfangstemperaturen dann unterscheiden?

Tolga · Gast

dachdecker2

Angenommen das gas enthält 1 Joule Chemische Energie, die beim Verbrennen als Wärme frei wird. Im Meine jetzt, dass sich die innere Energie durch die Verbrennung um 1 Joule vergrößert. das Passiert bei -20°C genauso wie bei 30°C. Der Temperaturanstieg würde exakt gleich sein, genau das selbe gilt für den Ausgleichsvorgang, bei dem nachher dieses Joule an die Umgebung abgegeben wird.

So wie ich dich verstehe, gehst du davon aus, dass die Endtemperatur immer gleich ist. Wenn man jetzt gedanklich die Außentemperatur auf diese fiktive Endtemperatur setzen würde, meinst du dass der Motor dann verlustlos liefe? Der Motor würde dann gar nicht mehr laufen, da der theoretische thermische Wirkungsgrad 0% wäre (praktisch wäre der natürlich kleiner, also negativ).

Nikolas

Wie kann ein Wirkunsgrad, der so viel ich weiss, als Quotient von Energien definiert ist, negativ werden???

dachdecker2

In der Thermodynamik muss das nicht unbedingt ein Quotient aus Energien sein.

eta = 1 - Tunten / Toben

Toben ist dabei die heiße Seite zb 1000K (kelvin ist wichtig, in der °C-Skala wirds falsch)
Tunten ist die kalte seite zb 300K

Macht in dem Beispiel 70%
Zum Verbessern könnte man die Temperatur der kalten Seite senken oder die Temperatur der heißen Seite anheben. Bei beiden hat man gewisse Grenzen, die durch die Umgebungstemperatur bzw Materialbelastbarkeit vorgegeben sind.

Nikolas

Aso, vielen Dank. Ich kenne nur die Definition aus der Schule und die war eben eta = (NutzbareEnergie)/(reingesteckteEnergie)

dachdecker2

Irgendwo in den Weiten des Physikerboards hab ich geschrieben "in der Physik führen viele Wege nach Rom". Toxman, du hast natürlich recht, aber es gibt immer noch einen zweiten und dritten Ansatz Augenzwinkern

. Das mit dem Druckverhältnis oder dem Temperaturverhältnis geht auch nur in der Thermodynamik, beim Getriebebau wirds nicht gehen Augenzwinkern

. Dort ist der Wirkungsgrag zum Beispiel:

Weil man hier die Zeit aus der Energie wegkürzen kann.

Tolga · Gast