110 oder 90? Warum steigt der Kraftstoffverbrauch mit zunehmender Geschwindigkeit?

Da der Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zunimmt, ist Fahren mit 110 viel teurer als Fahren mit 90; der wahre Feind des Kraftstoffs ist die Geschwindigkeit selbst.
Da der Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zunimmt, ist Fahren mit 110 viel teurer als Fahren mit 90; der wahre Feind des Kraftstoffs ist die Geschwindigkeit selbst.

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Die meisten Benziner erreichen ihre beste Kraftstoffeffizienz bei etwa 90 km/h; unterhalb dieser Geschwindigkeit erhöhen Motor- und Getriebeineffizienz den Verbrauch, oberhalb der quadratisch steigende Luftwiderstand. Das heißt: Mit steigender Geschwindigkeit schießt der Kraftstoffverbrauch nicht linear, sondern entlang einer steilen Kurve nach oben. Die richtige Frage lautet also nicht 110 oder 90, sondern wo bei Ihrem Fahrzeug dieses Gleichgewicht liegt.

Die wichtigsten Punkte

  • Der Luftwiderstand steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, die zu seiner Überwindung nötige Leistung mit dem Kubus der Geschwindigkeit
  • Mittelklasse-Benziner erreichen ihre beste Effizienz bei etwa 55 mph (ca. 88 km/h)
  • Bei 65 mph ~8 %, bei 80 mph ~28 % Effizienzverlust
  • Bei 100 km/h ist etwa 80 % des Gesamtwiderstands aerodynamisch bedingt
  • Eine maßvolle wirtschaftliche Fahrweise bringt durchschnittlich ca. 15 % Kraftstoffersparnis

Warum ist der Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Verbrauch nicht linear?

Hızı ikiye katladığınızda hava direnci iki kat değil dört kat artar; yakıt faturası da bu karesel sırrı asla affetmez.

Es gibt zwei Hauptwiderstände, die ein Auto vorwärtsbewegen müssen überwinden: den Rollwiderstand und den Luftwiderstand. Der Rollwiderstand entsteht durch die kontinuierliche Verformung zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche und ist in etwa geschwindigkeitsunabhängig. Der Luftwiderstand hat einen ganz anderen Charakter: Er steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Verdoppelt sich die Geschwindigkeit, vervierfacht sich der Widerstand, nicht verdoppelt er sich.

Dieser quadratische Anstieg ist aber nur die halbe Geschichte. Die zur Überwindung des Widerstands benötigte Leistung ist das Produkt aus Widerstandskraft und Geschwindigkeit; sie ist also proportional zur dritten Potenz der Geschwindigkeit. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit um 25 % kann den Bedarf an der Kraftstoffpumpe beinahe verdoppeln. Dass der Motor mehr Leistung erzeugt, bedeutet, dass er pro Minute mehr Kraftstoff verbrennt - das ist die mathematische Grundlage des steilen Anstiegs der Verbrauchskurve.

Machen wir es mit Zahlen greifbar. Untersuchungen zeigen, dass bei einem Auto mit 90 km/h die aerodynamische Widerstandskraft mehr als das Doppelte des Rollwiderstands beträgt. Bei etwa 100 km/h macht der Luftwiderstand bereits 80 % des Gesamtwiderstands eines Mittelklassewagens aus. 30-50 % der Kraftstoffenergie gehen allein durch aerodynamische Verluste verloren. Im Stadtzyklus beträgt der Anteil der Aerodynamik am Verbrauch etwa 20 %, im Autobahnzyklus steigt er auf etwa 50 % - das Paradox: Geschwindigkeitsreduzierung auf der Autobahn spart weitaus mehr als in der Stadt. Eine Widerstandsreduzierung um 10 % verbessert den Autobahnverbrauch um etwa 5 %, den Stadtverbrauch hingegen nur um etwa 2 %.

110 oder 90? Welcher Gleichgewichtspunkt ist die effiziente Reisegeschwindigkeit?

Das Wechselspiel der beiden Kräfte erzeugt in der Geschwindigkeits-Effizienz-Kurve einen Scheitelpunkt. Bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten ist das Problem nicht die Aerodynamik, sondern die mechanische Ineffizienz: Da Sie im niedrigen Gang bleiben, drehen Sie pro Kilometer hoch, Zubehörlast und innere Reibung fallen proportional stärker ins Gewicht. Bei hohen Geschwindigkeiten übertrumpft der quadratisch steigende Luftwiderstand alles. Die effiziente Reisegeschwindigkeit liegt in dem Bereich, wo sich diese beiden Verluste kreuzen.

Laut dem Datenblatt des US-Energieministeriums erreichen Mittelklasse-Benziner ihre beste Effizienz im Bereich von 55 mph (ca. 88 km/h); bei Dieselfahrzeugen beginnt die Effizienz ab 45 mph allmählich zu sinken. Beim Anstieg auf 65 mph gehen etwa 8 %, beim Anstieg auf 80 mph etwa 28 % Effizienz verloren. Im Vergleich zu einem Fahrzeug, das mit derselben Geschwindigkeit bleibt, verbraucht ein Fahrzeug, das mit 65 statt 55 mph fährt, bis zu 15% mehr Kraftstoff. Der Unterschied zwischen 110 km/h und 90 km/h liegt genau auf diesem steilen Kurvenverlauf: Ein Motor, der mit 110 fährt, ist nicht nur schneller, sondern verbraucht aufgrund des mit der dritten Potenz steigenden Leistungsbedarfs pro Stunde deutlich mehr Energie.

Fährt ein modernes Fahrzeug bei leichter Last im Kon Cruising bei 100 km/h im höchsten Gang im Bereich von 1300–1800 rpm, befindet es sich physikalisch im effizienten Bereich. Das Problem ist nicht, dass die Drehzahl beim Wechsel von 90 auf 110 gleich bleibt; sondern dass bei gleicher Drehzahl bei jeder Zylinderzündung mehr Kraftstoff eingespritzt wird, um den kubisch wachsenden Widerstand zu überwinden.

Warum ist die effizienteste Geschwindigkeit nicht bei jedem Fahrzeug gleich?

Der einzige Faktor, der die effiziente Reisegeschwindigkeit bestimmt, ist nicht der Kampf gegen die Luft. Der Charakter des Fahrzeugs - Getriebeübersetzungen, Achsübersetzung und Motor-Wirkungsgradkarte - verschiebt diesen Punkt. Deshalb passen allgemeingültige Regeln wie "die ideale Geschwindigkeit für alle ist 90" nicht vollständig zu den Daten.

Anzahl der Gänge und Spreizung der Übersetzungen

Die Aufgabe des Getriebes ist es, den Motor möglichst lange im effizienten Arbeitsbereich zu halten. Je höher die Gangzahl und je breiter die Übersetzungsspreizung, desto niedriger dreht der Motor selbst bei hohen Geschwindigkeiten und bewegt sich in der effizienten Karte. Eine Automatik mit sieben oder acht Gängen kann 110 km/h mit einer niedrigeren Drehzahl fahren als das höchste Gang eines Fahrzeugs mit nur sechs Gängen. CVT-Getriebe hingegen bieten einen ähnlichen Vorteil, indem sie statt zu schalten ständig die optimale Übersetzung für die gewünschte Leistung finden. Auch in einem Gang mit 1:1-Übersetzung wird der beste Wirkungsgrad erzielt, wenn man sich im Drehmomentband des Motors befindet - Effizienz ist also nicht nur eine Frage der niedrigen Drehzahl, sondern des Verhältnisses von Drehzahl zu Geschwindigkeit und Drehmomentband.

Motorcharakter und Wirkungsgradkarte

Jeder Motor hat seine eigene BSFC-Karte - spezifischer Kraftstoffverbrauch; eine Konturenkarte, die zeigt, bei welcher Drehzahl-Last-Kombination der Motor mit dem wenigsten Kraftstoff die meiste Arbeit leistet. Eine Geschwindigkeitserhöhung kann den Motor in einen effizienteren Bereich dieser Karte bringen, aber auch in einen weniger effizienten. Deshalb ist die Annahme eines "konstanten Motorwirkungsgrads" im Allgemeinen ungültig. Diesel zeichnen dank ihres Charakters, bei niedrigen Drehzahlen hohes Drehmoment zu erzeugen, ein anderes Profil in den Wirkungsgrad-Geschwindigkeitskurven als Benziner: ihr Abfall beginnt früher, verläuft aber sanfter. Auch die Empfehlungen zum Gangwechsel unterscheiden sich aus demselben Grund - beim Diesel ist ein Hochschalten bei etwa 1500–2000 rpm, beim Benziner im Bereich von 2000–2500 rpm sinnvoll.

Luftwiderstandsfläche: jedes Detail von der Karosserie bis zum Aufbau

Selbst dieselbe aerodynamische Verbesserung liefert von Fahrzeug zu Fahrzeug sehr unterschiedliche Ergebnisse. Der prozentuale Gewinn bei einem Fahrzeug mit hohem Luftwiderstandsbeiwert (z.B. von 0,50 auf 0,40) ist größer als eine ähnliche Verbesserung bei einem Fahrzeug, das bereits eine schlanke Karosserie hat (von 0,25 auf 0,20). Während dieselbe Verbesserung bei 80 mph 5% Einsparung bringt, kann sie bei 60 mph auf 3% und bei 50 mph auf 1% sinken. Die optimale Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mit kurzer Übersetzung, hohem Gewicht und kastenförmigem Aufbau kann nicht dieselbe sein wie die eines Fahrzeugs mit langer Übersetzung und flacher Limousine.

Wie finden Sie die effiziente Reisegeschwindigkeit Ihres eigenen Fahrzeugs?

Nicht die Werksangabe, sondern der echte Charakter Ihres Fahrzeugs ist entscheidend. Um das herauszufinden, brauchen Sie kein Labor; ein paar volle Tanks und eine systematische Beobachtung genügen.

  • Sehen Sie, mit welchem Tempo das Auto im höchsten Gang cruist: Achten Sie bei einem Automatikgetriebe bei konstanter Geschwindigkeit auf die orange Anzeige (Gangposition); beim Schaltgetriebe finden Sie die niedrigste konstante Geschwindigkeit, mit der Sie in den höchsten Gang schalten können. Cruist der Motor im Bereich von 1500-2000 U/min ohne Murren, sind Sie im richtigen Bereich.
  • Messen Sie den Durchschnittsverbrauch je Geschwindigkeitsstufe: Fahren Sie auf einer verkehrsarmen, flachen und windstillen Strecke mit Tempomat nacheinander 90, 100 und 110 km/h; fahren Sie in jeder Stufe mindestens 20-30 Minuten und notieren Sie den Durchschnitt des Bordcomputers.
  • Beziehen Sie auch die Zeit in die Kalkulation ein: Von 90 auf 110 zu beschleunigen kann den Verbrauch um 20-30% erhöhen, verkürzt Ihre Ankunftszeit aber kaum. Rechnen Sie die Kosten des Reichweitenverlusts pro Stunde ein.
  • Versuchen Sie nicht, die Drehzahl zu stark zu senken: Ist die Drehzahl abnormal niedrig, ruckelt der Motor, Sie müssen stärker aufs Gas treten und verlieren, was Sie gewonnen haben. "Die niedrigste Drehzahl bedeutet immer den geringsten Verbrauch" ist nicht richtig.

Fahrfahrtechniken, die den Verbrauch auf langen Strecken senken

Mit optimaler Geschwindigkeit zu fahren ist nur die halbe Miete; das Geschwindigkeitsprofil ist mindestens genauso entscheidend wie das Tempo. Ständige Geschwindigkeitsschwankungen und starke Beschleunigungen auf der Autobahn können den Kraftstoffverbrauch um bis zu 30% erhöhen. Der Tempomat ist auf flachen Strecken der günstigste Weg, diese Schwankungen zu beseitigen. Außerdem bringt schon eine nur 5 mph langsamere Fahrt auf langen Strecken eine spürbare Ersparnis.

Reifen sind eine stille, aber wirkungsvolle Variable. Ein 50 kPa niedrigerer Reifendruck als empfohlen verursacht in der Stadt ~6% und auf der Autobahn ~4% Effizienzverlust; andererseits senkt zu starker Aufpumpen zwar den Verbrauch etwas, verlängert aber den Bremsweg und verkürzt die Reifenlebensdauer - der ausgewogene Rat lautet, den Herstellerwert zu verwenden. Reifen mit niedrigem Rollwiderstand können den Verbrauch bei 50 km/h um 2,5% und bei 90 km/h um 6% senken; dieser Unterschied wächst mit steigender Geschwindigkeit, denn obwohl der Anteil des Rollwiderstands an der Gesamtsumme sinkt, steigt die pro Druckgewinnung gewonnene absolute Energie. Nehmen Sie auch ungenutzte Dachreling und Boxen heraus: Eine Dachlast vergrößert die Angriffsfläche für den Luftwiderstand direkt.

Was die Gaspedal-Technik betrifft: Das Pedal nicht bis zum Anschlag, sondern etwa bis zu zwei Dritteln linear zu treten und die Beschleunigung nicht unnötig in die Länge zu ziehen, liefert das beste Ergebnis. Vorausschauend statt zu bremsen früh den Gaszug nehmen und sich anschlichen, ermöglicht es Ihnen, die Geschwindigkeit zu verwalten, ohne dieselbe Energie zu verbrauchen. Diszipliniertes wirtschaftliches Fahren hält im Durchschnitt ~15% Ersparnis; bei guter Anwendung kann diese Rate deutlich höher ausfallen.

Warum stimmen der Katalogwert und der Wert an der Zapfsäule nicht überein?

Die offiziellen Verbrauchswerte sind von NEDC auf WLTP umgestellt worden; Die Durchschnittsgeschwindigkeit des WLTP-Tests stieg von 33,6 km/h auf 46,5 km/h, der Zyklus wurde also um 38% dynamischer. Das ist eine realistische Verbesserung - aber sie schließt die Lücke nicht. Die Analysen gehen davon aus, dass selbst nach der WLTP-Umstellung eine Abweichung von ~10-15% zwischen offiziellen und realen Werten bestehen bleibt. In der NEDC-Ära lag dieser Unterschied bei atemberaubenden 39 %; bei Benziner 37 %, bei Diesel 38 %. Hybridfahrzeuge sind die Gruppe, die von dieser Optimierung am meisten profitiert; während die rekuperative Bremsung die Verluste im Stadtverkehr zurückgewinnt, kann der Anteil der Aerodynamik an den Verlusten bei hochgeschwindigen Zyklen auf bis zu 44 % steigen.

Das praktische Ergebnis lautet: Der Katalogwert repräsentiert nicht Ihr Autobahnprofil mit vollem Dachgepäckträger bei 110 km/h, eingeschalteter Klimaanlage und Kampf gegen den Wind. Bestimmen Sie Ihren Langstreckenverbrauch nicht mit eigener Messung, sondern mit dem oben beschriebenen systematischen Test.

Fazit: Rechnen Sie nicht mit Geschwindigkeit, sondern mit Balance

Auf die Frage 110 oder 90 gibt es keine universelle Antwort; es gibt eine Antwort, die je nach Fahrzeug variiert. Die gemeinsame Physik lautet: Der effiziente Fahrbereich liegt bei den meisten Benzinfahrzeugen im Bereich von 88-100 km/h, bei Dieseln beginnt ein sanfterer Abfall von weiter unten, und der genaue Scheitelpunkt jedes Fahrzeugs wird von den Getriebeübersetzungen und der Motorkennlinie bestimmt. Ein Fahrzeug, das im höchsten Gang bei entspannter Drehzahl cruiset, konstante Geschwindigkeit hält, den richtigen Reifendruck eingestellt hat und von Spitzenlast befreit ist - egal welcher Marke - befindet sich auf der richtigen Seite der Kurve. Wählen Sie bewusst, welche Strafe jede Stunde Fahrt bei 110 km/h aus der Würfelsumme der Verbrauchskurve zahlt.

Quellen