Montag, 1. März 2010

Die Theorie hinter dem Spritsparen

Nach dem Umzug kürzlich fahre ich jetzt natürlich eine ganz andere Strecke zur Arbeit. Sie ist wesentlich bergiger, und so hatte ich mit einem deutlichen Anstieg des Verbrauchs meines Polos gerechnet. Um so erstaunter war ich, als ich feststellte, dass er trotz Winter und teils sehr kalten Temperaturen kaum angestiegen war.
Das brachte mich dazu, ein bisschen über die theoretisch-physikalischen Grundlagen des Spritsparens nachzudenken, und ich kam zu Ergebnissen, mit denen ich nicht gerechnet hatte. (Sie sind aber nicht falsch, natürlich habe ich mich mittlerweile rückversichert, ob ich da nicht so manches übersehen hatte.)
Der sehr umfangreiche Artikel ist mit einem Klick auf den Link zu erreichen.
Beginnen wir also mit den Kräften, die im Auto zu Ernergieverbrauch führen:
  • Reibung der Reifen und der diversen Lager an Achsen usw. beim Rollen. Größer, je breiter die Reifen sind, außerdem wächst die Reibung proprotional zur Geschwindigkeit. Da Räder mit kleinem Durchmesser zu größeren Drehgeschwindigkeiten der Räder führen, steigen die Reibungsverluste an den Lagern außerdem, wenn die Räder kleiner werden.
  • Reibung in Motor und Getriebe. Stiegt und sinkt mit der Motordrehzahl. Die Reibungsverluste im Getriebe sind außerdem vom eingelegten Gang abhängig. Wie sich das genau auswirkt, weiß ich mangels entsprechender Aufstellungen aber nicht.
  • Luftwiderstand. Steigt quadratisch zur Geschwindigkeit und proportional zu Frontfläche und cw-Wert des Autos.
  • Beschleunigungsenergie. Steigt quadratisch zur Geschwindigkeit (zur Beschleunigung von 50 auf 100 km/h ist viel mehr Energie nötig als zur Beschleunigung von 0 auf 50 km/h – bei 1 kg fast 300 J statt knapp 100 J) und proportional zur Masse.
  • Bergauffahrten: Die für die Höhenänderung nötige Energie ist proportional zur Masse und zur Höhe.
  • Verlustleistung des Motors. Als Faustregel kann man sagen: Wenn der Motor bei etwa 90% der Leistung, die er bei der aktuellen Drehzahl bringen kann, gefahren wird, arbeitet er besonders effizient. Langsames Schnellerwerden, „Gaspedal Streicheln“ beim Beschleunigen ist dagegen keine gute Idee.
    Außerdem ist der Verlust extrem groß, solange der Motor kalt ist. Bei der morgendlichen Fahrt zum Bäcker, die nur ein paar hundert Meter weit führt, sollen Verbräuche um 60 l/100 km keine Seltenheit sein.
  • Absichtliches Abbremsen (Also nicht Gebremstwerden von Reibung/Luftwiderstand/Berg, sondern Nutzung des Bremspedals.)
  • Andere Verbraucher. Die Klimaanlage schaltet einen meist mechanisch angetriebenen Kompressor mit in den Antrtiebsstrang, und elektrische Verbraucher wie Sitzheizung, Gebläse oder Licht verlangen mehr Leistung von der Lichtmaschine, die dann ebenfalls stärker bremst.
Teilweise kann man diese Energie aber wieder zurückbekommen, wenn man entsprechend fährt:
  • Die Energie, die man in die Beschleunigung gesteckt hat, verpufft ja nicht – sie bleibt als kinetische Energie in der Geschwindigkeit vorhanden und wird nur von den Energieverlusten durch Reibungskräfte inkl. Luftwiderstand nach und nach abgebaut.
    Solange man nicht bremst. Dann wird sie komplett in Wärme umgewandelt und verpufft vollkommen ungenutzt.
  • Gleiches gilt für Berge, die man anschließend wieder hinunterfährt. Von zwei gleich langen Wegen zum gleichen Ziel, von denen einer über einen Berg führt und einer im Flachland bleibt, ist nicht zwingend der flache der effizientere. Da beim Bergauffahren möglicherweise der Motor in einem effizienteren Leistungsbereich bewegt wird, kann der Bergweg sogar zu weniger Verbrauch führen. Solange man bergab nicht viel bremsen muss und nicht hochtourig bergauf gefahren ist.
Das führt zu folgenden Möglichkeiten der Verbrauchseinsparung:
  • Nicht bremsen. Ok, sagen wir: So wenig bremsen wie möglich. So lange man rollen kann, nutzt man die Energie, die man vorher in die Beschleunigung oder den Anstieg gesteckt hat. Beim Bremsen lässt man sie verpuffen. Auch wenn das auf den ersten Blick wie ein Raserspruch klingt, bedeutet es genau das Gegenteil: Vorausschauend fahren und viel Abstand halten, um wenig bremsen zu müssen, im Zweifel eher langsamer als schneller fahren.
  • Leerlauf. Auf den ersten Blick könnte man denken, dass es Sinn macht, den Gang beim Rollen drinzulassen, schließlich hat heute jedes Auto eine Schubabschaltung und braucht dann überhaupt keinen Kraftstoff mehr. Tatsächlich hält man damit aber den Motor auf relativ hohen Drehzahlen, was große Reibungsverluste bedeutet. Insgesamt geht viel weniger Energie verloren, wenn der Motor zum Halten der Leerlaufdrehzahl angetrieben wird, als wenn man sich von einem relativ hoch drehenden Motor abbremsen lässt.
    Dabei sollte nicht nur die Kupplung getreten, sondern unbedingt auch ausgekuppelt werden, weil sonst im Getriebe zur Synchronisation der Gänge noch so einiges in Bewegung bleibt und Reibungsverluste erzeugt.
    Wenn man sowieso bremsen/langsamer werden muss, macht es aber natürlich Sinn, den Gang drinzulassen.
  • Kräftig beschleunigen. Beim Beschleunigen sollte das Gaspedal zu etwa 90% durchgetreten werden. Dabei natürlich trotzdem frühzeitig hochschalten, um Reibungsverluste durch hohe Drehzahlen zu vermeiden.
    Dass im Motor beim anschließenden „Dahingleiten“ ohne weitere Beschleunigung relativ viel der eingesetzten Leistung verpufft, macht nicht viel aus: Relativ viel von ganz wenig ist immer noch ganz wenig. Will sagen: Dass von der wenigen Energie, die zum Halten der Geschwindigkeit benötigt wird, ein großer Prozentsatz verloren geht, ist nicht so schlimm. Beim Beschleunigen wird aber sehr viel Energie benötigt, deshalb sollte es in einem möglichst effizienten Leistungsbereich des Motors vonstatten gehen.
  • Nicht zu schnell fahren. Spätestens jenseits der 100 km/h wird der Luftwiderstand wirklich sehr groß – das kann man wunderbar spüren, wenn man bei diesem Tempo einmal die Hand aus dem Fenster hält. Und er steigt quadratisch zur Geschwindigkeit!
    Noch wichtiger ist, nicht unnötig zu beschleunigen, wenn man ohnehin gleich wieder bremsen muss – so bläst man ungeheure Energiemengen einfach in die Luft.
  • Drehzahlen niedrig halten. Faustregel: Spätestens bei 2000 U./min in den nächsthöheren Gang schalten. Außerdem: Wenn nicht mehr beschleunigt werden muss, reichen bei vielen Motoren auch deutlich niedrigere Drehzahlen unter 1500 U./min (5. Gang im Stadtverkehr). Das muss man selbst ausprobieren – solange es nicht ruckelt und dröhnt, ist alles in Ordnung. Wenn man wieder beschleunigen muss, ist es dann natürlich meist sinnvoll, wieder zurückzuschalten.
  • Gewicht sparen. Das heißt vor allem: Möglichst ein relativ kleines Auto fahren. Und natürlich nichts unnötig herumkutschieren, was man ohnehin selten braucht; Kofferraum ausräumen.
  • Luftwiderstand sparen. Für den Luftwiderstand ist neben der Geschwindigkeit die Frontfläche und der cw-Wert ausschlaggebend. Beides ist bei einem SUV besonders groß und damit besonders ungünstig – bei solchen Autos kann schon im Stadtverkehr der Luftwiderstand die sonstigen Reibungsverluste übersteigen!
    Und natürlich: Keine Dachträger oder gar Dachboxen herumfahren, wenn man sie gerade nicht benötigt, bei höheren Geschwindigkeiten (außerhalb der Stadt) lieber die Lüftung an- als die Fenster aufmachen.
  • Unnötige Verbraucher abschalten. Das betrifft vor allem die Klimaanlage, aber auch Sitzheizung, Radio (vor allem bei großer Lautstärke und zusätzlichen Verstärkern), Heckscheiben- und Außenspiegelheizungen, Lüftung auf hoher Stufe und Licht. Vor allem bei letzterem ist aber natürlich Sicherheit wichtiger als die letzten Milliliter Minderverbrauch.
  • Gute, passende Reifen wählen. Eher schmal als breit, mit möglichst geringem Rollwiderstand. Im Frühjahr nicht zu lange bei Winterreifen bleiben. Aber auch hier gilt natürlich: Sicherheit geht vor. (Konkret: Keinesfalls auf schönes Wetter spekulieren und deshalb verfrüht Sommerreifen aufziehen! Aber eben auch nicht das Reifenwechseln aus Faulheit bis fast in den Sommer hinein aufschieben.)
    Wichtig ist natürlich auch der passende Reifendruck. Zu wenig Druck bedeutet mehr Reibung, mehr Verschleiß und mehr Verbrauch.
  • Keine großen Motoren wählen. Große Motoren haben mehr Reibungsverluste, brauchen mehr Energie, um in Schwung gebracht zu werden und sind schwerer. Und vor allem: Es ist fast unmöglich, mit ihnen bei etwa 90% Leistung effizient zu beschleunigen: Meist sind andere Autofahrer „im Weg“, außerdem sollte man sich manchmal auch um die Nerven der Mitfahrer Gedanken machen.
    Zudem kann man so schnell gar nicht hochschalten, wie ein kraftvoller Motor schon wieder über die 2000 U./min hinausgeschossen ist.
    Zu klein sollte der Motor aber auch nicht sein: Wenn man erst ab 2500 U./min überhaupt die Leistung auf die Straße bringt, die einen beim Beschleunigen nicht zum Verkehrshindernis macht, verliert man wieder zuviel Energie durch Reibungsverluste im Motor.
  • Strecken klug auswählen. Wo man die Wahl hat, etwa bei einem längeren Weg zur Arbeit, sollte man sich die möglichen Strecken anhand ihres Spritverbrauchspotentials ansehen. Besonders schlimm sind Strecken, bei denen ständig beschleunigt und abgebremst werden muss, sprich Stadtverkehr. Autobahn kann zwar effizienter sein als Landstraße, aber nur, wenn man sich im Tempo eher an LKWs als an Sportwagen orientiert, und wenn man ständiges Abbremsen und Beschleunigen nach Möglichkeit vermeidet.
    Den Umweg, den Autobahnen gegenüber einem Weg übers Land oft bedeuten, sind sie von der Spitersparnis her aber meist nicht wert – außer die Landstraßenalternative jagt einen vom einen Dorf direkt ins nächste oder über extrem viele Kurven und Serpentinen, so dass wieder das Problem vieler Bremsungen besteht.
    Gerade, wenn man die Strecke gut kennt und sie nicht allzu befahren ist, kann man auf der Landstraße aber oft die aufgebaute Geschwindigkeit nutzen und ins nächste Dorf hinein ausrollen.
  • Uhrzeiten klug auswählen. Wenn man in Gleitzeit arbeitet und insofern die Wahl hat, sollte man den Berufsverkehr unbedingt meiden. Das schont nicht nur die Nerven, sondern auch den Geldbeutel. Eine halbe Stunde hin oder her macht oft extreme Unterschiede im Verkehrsaufkommen aus, und mithin in der Notwendigkeit, viel zu bremsen.
  • Zu mehreren oder mit öffentlichen Verkehrsmitteln fahren. Wer alleine im Auto unterwegs ist, lässt immer unnötig viel Energie auf der Straße, so sparsam Auto und Fahrstil auch sein mögen. Wo immer es möglich ist, sollte man deshalb auf Fahrgemeinschaften oder öffentliche Verkehrsmittel setzen.
Theoretisch wäre es ideal, immer wieder (im höchsten Gang bei fast durchgetretenem Gaspedal) hochzubeschleunigen, dann auszukuppeln, eine Weile zu rollen und wieder hochzubeschleunigen. Außerdem müsste man so fahren, dass man die Bremse nie benötigt und immer rechtzeitig vom Gas geht.
Natürlich ist das unrealistisch. Ich persönlich würde auch ständiges Hochbeschleunigen und Wiederausrollen auf gerader Strecke geradezu als unangenehm empfinden.
Aber wo es ohne Verrenkungen möglich ist, macht es auf jeden Fall Sinn, diese Punkte zu beherzigen. Speziell der Gedanke des Leerlaufs ist für mich völlig neu, und ich lerne erst langsam, wo ich dieses Mittel auf meinem Arbeitsweg sinnvoll einsetzen kann.
Ich bin sehr gespannt, ob sich daraus eine deutlich messbare, zusätzliche Spritersparnis ergibt.

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