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	-

[1]

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)[2]

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:

${\displaystyle \eta ={\frac {1}{b_{e}\cdot H_{U}}}}$

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:

${\displaystyle \eta ={\frac {100\,\%}{0{,}198\,{\text{kg/kWh}}\times 11{,}9\,{\text{kWh/kg}}}}=42{,}4\,\%}$

Heizwerte üblicher Kraftstoffe[3]

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).

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[4]
Viertaktmotor	Pkw	220–250	Benzin[4]
Wankelmotor	Pkw/Motorrad	300–380	Benzin[5]
Gasturbine	Pkw/Luftfahrt	300–1000	Kerosin[5]
Kohlenstaubmotor	Stationärmotor	340–350	Kohlenstaub[6]
Zweitaktmotor	Motorrad	380–500	Benzin[7]
Dampfmaschine	Dampflokomotive	965–1260	Kohle[6]

Ausgesuchte Motoren/Triebwerke

Anwendungsbeispiel	Motortyp	Jahr	Leistung (kW)	Funktions- prinzip	Spezifischer Kraftstoffverbrauch (g/kWh)	Kraftstoff
Industriemotor 1940er-Jahre[8]	MAN D 0534 G	1942	51,5	Diesel	217,5	Gasöl
Industriemotor 1950er-Jahre[9]	Mercedes-Benz OM 636	1952	29	Diesel	286	Dieselkraftstoff
Erster Dieselmotor[10]	250/400	1897	13	Diesel	324	Kerosin
Motorsense / Freischneider (Viertaktmotor)	Honda GX 35	2011	0,94	Otto	390	Benzin[11]
Kettensäge (Zweitaktmotor)	Stihl MS 391	2016	3,3	Otto	421	Benzin[12]
Wankelmotor für Drohne	UAV Engines AR801	1999	30	Wankel	304	Benzin[13]
Wankelmotor für Flugzeug	Curtiss-Wright RC2-47	1982	238,6	Wankel	226	Kerosin[14]
Dieselmotor für Panzer	MTU MB 873-Ka 501	1980-	1100	Diesel	226	Diesel[15]
Industriedieselmotor 2000er-Jahre	VW EA188 1,9 l	2005	63	Diesel	207	Dieselkraftstoff[16]
Pkw-Dieselmotor 2000er-Jahre	BMW N47	2007	130	Diesel	198	Dieselkraftstoff[17]
Pkw-Ottomotor 2010er-Jahre	Ford EcoBoost	2011	74	Otto	240	Benzin[18]
Industriemotor 1960er-Jahre	ЯМЗ-236[19]	1968	132	Diesel	238	Dieselkraftstoff
Industriedieselmotor 2010er-Jahre	OM 936.972	2015	220	Diesel	212	Dieselkraftstoff[20]
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[21]
Wellenturbine	Klimow TW3-117WM	1972	1.103	Joule	299	Kerosin[22]
Flugmotor 1940er-Jahre	Pratt & Whitney R-4360	1945	2.610	Otto	265	Benzin[23]
Turboprop	Kusnezow NK-12	1955	11.032	Joule	218,9	Kerosin[24]
2-Takt-Schiffsdiesel	MAN S80ME-C9	2014	27.060	Diesel	164,4	Schweröl ISO 8217[25]
2-Takt-Schiffsdiesel	Wärtsilä RT-flex96C	2008	84.420	Diesel	171	Schweröl ISO 8217[26]
4-Takt-Schiffsdiesel	Wärtsilä 8V31	2015	4.480	Diesel	170,6	Schweröl ISO 8217[27]
Boxermotor 1960er-Jahre	VW Typ 126[28]	1969	35	Otto	306	Benzin
Wankelmotor des NSU Ro80	KKM 612[29]	1967	85	Wankel	306	Benzin
Wankelmotor des Mazda 787B	26B[30]	1991	515	Wankel	286	Benzin
Wankelmotor des Mazda RX-8	13B Renesis[31]	2021	169	Wankel	257	Benzin
Industriemotor 1890er-Jahre	Hornsby-Akroyd-Motor[32]	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. breitband-lambda.de Studienarbeit T3100. Seite 58 ff. (Leistungsangabe S. 67)
12. dlg-test.de Stihl MS 391
13. AR 801 50bhp
14. NASA CR-165398 CW-WR-81.21B ADVANCED STRATIFIEDCHARGE ROTARYAIRCRAFT ENGINEDESINSTUDY Seite 2.7.1
15. Datenblatt MTU MB 873 [1]
16. TDI-Industriemotor, S. 3. (Memento vom 12. März 2017 im Internet Archive)
17. auto-innovations.com
18. 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. 
19. G. D. Tschernyschew (Hrsg.): ДВИГАТЕЛИ ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, Verlag „Maschinenbau“, Moskau 1968, S. 9
20. dlg-test.de Unimog U 530
21. Michael Trzesniowski: Rennwagentechnik. 2 Auflage. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0857-8, S. 529
22. Technische Daten TW3-117
23. Gerard L. Blake: Operating the Pratt&Whitney R-4360-59B. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 5. November 2016; abgerufen am 6. November 2016. 
24. НК-12МП – Основные характеристики двигателя (Memento vom 25. April 2017 im Internet Archive)
25. MAN B&W S80ME C9, S. 50. (Memento des Originals vom 9. August 2016 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/marine.man.eu
26. WÄRTSILÄ RT‑flex96C AND WÄRTSILÄ RTA96C TECHNOLOGY REVIEW (Memento des Originals vom 19. März 2017 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.test.swiss-ships.ch
27. Wärtsilä-31 Engine
28. VDA: Volkswagenwerk AG Wolfsburg - Typ VW-Doppelkabine. Gruppe 13, Nummer 223b. Frankfurt am Main Dezember 1969.
29. Kenichi Yamamotor Rotary Engine Seite 130 Tabelle
30. 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
31. SAE Paper 2021-01-0638 Universität Bath Further Investigations into the Benefits and Challenges of Eliminating Port Overlap in Wankel Rotary Engines Seite 4
32. Friedrich Sass: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918, Springer, Berlin/Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6. S. 418