Aksmith

BMW 740i vs. S400 CDI, wer ist schneller vom Beschleunigen?

33 Beiträge in diesem Thema

Hi,

Letztens waren 2 Freunde bei mir zu besuch. Der eine mit einem Mercedes S400 CDI-Lange Version (250PS), und der ander mit einem BMW 740i (286PS). Uns hat es interessiert welche denn von der Beschleunigung denn der Schnellere sei. Da der Diesel ja mehr Drehmoment hat aber der nur bis 5000 dreht und der Benziner mehr PS hat, Weiter dreht aber weniger drehmoment hat?!

Leider konnten wir es nicht testen, da schlechtes Wetter war. :(

Von der Endgeschwindigkeit dürften ja beide gleich sein, da sie ja abgeregelt sind.

Aber welcher ist nun beim beschleuningen schneller? :???:

Vielen Dank für Eure Antworten, :-))!:wink2:

Ak

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Ich tippe auf den Daimler-mit einem 740d würde das anders aussehen...

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Seit wann gibt es denn einen 430 CDI? Seit dem Facelift?

Oder meinst du 400 CDI bzw. 430 Benziner? (Deine PS Angabe würde auf den Benziner passen)

:wink2:

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Denke ich auch, aber der Benz ist schwerer, da es ja die lange version ist (denke doch, dass der dadurch schwerer ist), er hat bissl weniger PS und dreht halt nur bis 5000.

Der 7er kann halt höher drehen und ist leichter hat aber wie gesagt nicht so viel Drehmoment.

Ich glaube da gibt es nur einen Weg das rauszufinden.... :D 8)

Wo bei ich dadurch schon bei meiner nächsten Frage bin: Was ist der grosse Unterschried zwischen PS und Drehmoment?

Wenn ein Auto mehr drehmoment hat, beschleunigt es doch besser, besonders aus niedrigen drehzahlen oder liege ich da falsch?

Danke, :wink2:

Ak

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Seit wann gibt es denn einen 430 CDI? Seit dem Facelift?

Oder meinst du 400 CDI bzw. 430 Benziner? (Deine PS Angabe würde auf den Benziner passen)

:wink2:

Also ein Diesel ist es 100pro! Aber wo Du mich jetzt so fragst.... Er meinte es ist die stärkste Diesel maschine, das ist doch ein 430cdi oder? (war auf jedenfall eine 4 am Anfang) Ansonsten falls es ein S400 CDI ist, hat er doch 250 PS oder??

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der stärkste diesel ist der S400 CDI mit 250 PS und 560 NM (0-100 7,8s)

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Also ein Diesel ist es 100pro! Aber wo Du mich jetzt so fragst.... Er meinte es ist die stärkste Diesel maschine, das ist doch ein 430cdi oder? (war auf jedenfall eine 4 am Anfang) Ansonsten falls es ein S400 CDI ist, hat er doch 250 PS oder??

Dann ist es wohl ein 400 CDI. Der hat 250 PS (Bei E 400 sind es 260PS soweit ich mich entsinnen kann)

Vielleicht war die S-KLasse gechipt? Brabus holt da 330 PS raus.

:wink2:

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Dann ist es wohl ein 400 CDI. Der hat 250 PS (Bei E 400 sind es 260PS soweit ich mich entsinnen kann)

Vielleicht war die S-KLasse gechipt? Brabus holt da 330 PS raus.

:wink2:

Mhh... ne, da habe ich mich dann vertan, sorry! Gechiped ist sie sicher nicht, da es ein Firmenwagen ist.

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Ich tippe auf den Daimler-mit einem 740d würde das anders aussehen...

Der 740d ist eine lahme Krücke. 0-100 über 8 Sekunden. Im Vergleich dürfte der 740i dem S400 CDI gut überlegen sein, immerhin beschleunigt er eine Sekunde schneller auf 100 km/h (6.8 Sekunden, gemessen, mit Automatik). Außerdem streuen die 4.4i gut an die 300 PS. Meiner ist jedenfalls recht flott.

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Das mag von 0-100 stimmen-im normalen Durchzug wird der 740i nicht so gut aussehen. Der B8 bringt 470 Nm-ich denke der Basis 4,4 wird niedriger liegen. Der 740d hat um die 700 Nm...

Was allerdings auf jeden Fall gegen den 740d spricht ist das hohe Gewicht auf der Vorderachse....

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Der 740d ist eine lahme Krücke. 0-100 über 8 Sekunden. Im Vergleich dürfte der 740i dem S400 CDI gut überlegen sein, immerhin beschleunigt er eine Sekunde schneller auf 100 km/h (6.8 Sekunden, gemessen, mit Automatik). Außerdem streuen die 4.4i gut an die 300 PS. Meiner ist jedenfalls recht flott.

Da muss ich dich korrigieren seb. Der S 400 beschleunigt in 7.8 sec. 0-100.

:wink2:

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Das mag von 0-100 stimmen-im normalen Durchzug wird der 740i nicht so gut aussehen. Der B8 bringt 470 Nm-ich denke der Basis 4,4 wird niedriger liegen. Der 740d hat um die 700 Nm...

Was allerdings auf jeden Fall gegen den 740d spricht ist das hohe Gewicht auf der Vorderachse....

Der 740d hat 560 Nm und 238 PS (245 ab 06/99), bin ihn selbst öfters gefahren und er hat mich nicht vom Hocker gerissen. Man meint der Wagen sei schnell, ist aber nur subjektiv. Der 4.4i geht fast überall besser, ja, selbst im Durchzug.

Nicht den E38 mit dem E65 verwechseln.

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Da muss ich dich korrigieren seb. Der S 400 beschleunigt in 7.8 sec. 0-100.

:wink2:

Ich rede vom 740i.

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Ich rede vom 740i.

Ups... wer lesen kann, ist klar im Vorteil. :oops:

Alles klar. Hab's verplant. :-(((°

Hab gerade kurz überflogen. 740d in 7.3 sec. und der S 400 in 8.1 sec.

:wink2:

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Mhh.... Weiss auch jemand die Daten von dem 740i?

Aber soweit vielen Dank für die vielen Beiträge!!! :hug:

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Daten BMW 740i V8 4.0 - 286 PS:

Gewicht leer (DIN): 1790 kg (iL: 1865kg)

286 PS bei 5800 U/min

400 Nm bei 4500 U/min

Beschl. 0-100 km/h:

6,9s (Schalter)

7,4s (Automat)

Quelle: AR Jahreskatalog 1995

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Vielen Dank Phil!!! :-))!:hug:

Damit wäre es ja geklärt! Der BMW ist 0.4sec schneller - sprich eigentlich gleich.

Seit wann gibt es denn einen 7er mit Schaltung??? :???:

Aber wieso ist er jetzt schneller? Die S-Klasse hat der Mehr Drehmoment!?

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Seit wann gibt es denn einen 7er mit Schaltung?

Als Schalter gab es den 740i auch. Aber ist der nicht irgendwann abgeschafft worden.

Glaube, es irgendwo gelesen zu haben, dass er ab nem gewissen Zeitpunkt nur noch mit Mut. ausgeliefert wurde.

:wink2:

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Gern geschehen :wink:

Dank mir und 306 hast du, Aksmith, nun noch ein neues "Problem": Ist es ein 4.0-liter oder ein 4.4l?

Der Neuere 4.4l hat 40 Nm mehr Drehmoment. Die PS-Zahl blieb trotz erhöhtem Hubraum (offiziell) gleich. Macht also Sinn, dass die 4.4l, wie seb schon sagte, nach oben streuen.

Weiss jemand (seb) ab wann der "grosse" V8 mehr Hubraum bekam?

P.S. Meine Vermutung zum Vergleich: Beschl. von 0 km/h: BMW vorn, Durchzug: Mercedes knapp vorn.

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Hmmm interessant die frage wäre geklärt,

allerdings is eine weitere Frage in den Raum geworfen worden, die noch nich beantwortet worden ist, die mich aber ebenfalls brennend interessiert.

Wie verhält sich Leistung zum Drehmoment, wo liegt der Unterschied und bzw Stärken und Schwächen?

Vielen Dank für eure Antworten

MfG

Eleijah

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Hi All

Mann kann nicht einfach behaupten das ein Auto das mehr Drehmoment und weniger Leistung hat schneller ist als ein Auto mit mehr Leistung und weniger Drehmoment.

Ein Auto mit 200 PS und 400 NM ist nicht schneller als ein Auto mit 300 PS und 300NM.

Natürlich ist die Vorraussetzung bei einem Auto das genauso viel PS und mehr Drehmoment wie sein Gegner hat viel besser.

Es kommt eher auf die Leistungscharakteristik eines Autos an.

Was nützen 650 NM wenn sie nur von 1800 rpm bis 3000 anliegen ???

Falls ich was falsch geschrieben habe lasse ich mich gerne berichtigen.

Gruss Hagge

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Das Drehmoment ist genauso relevant für die Beschleunigung wie die maximale Drehzahl, nämlich (fast) gar nicht.

Wichtig ist die Mototrleistung, da es die Summe aus Drehmoment und Drehzahl ist.

Hier noch ein guter Beitrag zu diesem Thema von der Website www.riesler-online.de:

Ja, ja, das Drehmoment. Jeder hat es (irgendwo in den Tiefen des Motors, man kommt da sehr schlecht ran), aber wer weiß schon, was ein Drehmoment so macht den ganzen Tag, wozu das gut ist oder auch nicht, und warum alle immer nur über PS reden? Im Internet gib es wahrscheinlich mindestens drölf Erklärungsversuche zu dem Thema "Auto und Drehmoment", aber einen guten habe ich dabei noch nicht gefunden. Schon manch einer hat sich eine Menge Mühe gemacht, das Thema allgemeinverständlich darzustellen, aber trotz teilweise guter Ansätze kommt dann häufig so viel Blödsinn dabei raus, daß ich mich genötigt sehe, jetzt endlich einmal die drölfundeinte Version zu dem Thema aufzulegen. Dabei werde ich versuchen, auf komplizierte Formeln zu verzichten und so viel wie möglich im Klartext zu formulieren. Und wer jetzt meint, ich würde hier ebenfalls eine Menge Unsinn verzapfen, der schreibt mir einfach eine Mail an Timo@Rieseler-Online.de, und wir diskutieren das aus. Über Feedback und Ergänzungen freue ich mich immer... :-)

Eine kurze Anmerkung vorweg

Der Artikel ist so aufgebaut, daß einzelne Aussagen zuweilen aus Gründen der Zielführung oder Übersichtlichkeit im dann folgenden Text korrigiert, ergänzt oder eingeschränkt werden.

Grundlagen

Wer in Physik aufgepaßt hat, kann dieses Kapitel überspringen. Aber wer in Physik aufgepaßt hat, weiß ohnehin, was ein Drehmoment ist, und braucht diesen Artikel an sich einfach nicht! :-) Kommen wir zum Thema...

Also, es heißt "das" Drehmoment und hat mit "dem" Moment der Zeitrechnung überhaupt nichts zu tun. Ganz simpel ausgedrückt ist ein Drehmoment eine Kraft im Kreis herum. Aber was ist eine Kraft? Auch das läßt sich nicht in zwei Sätzen erklären, aber ich gehe davon aus, daß auch diejenigen Leser, die nicht (oder nicht so ganz genau) wissen (oder es in der Schule mal wußten und es nach der Klassenarbeit dann vergessen haben, weil sie es hinterher nie wieder gebraucht haben), was ein Drehmoment ist, eine gewisse Vorstellung davon haben, was eine Kraft ist. Wenn ich also eine Kugel mit der Masse 1kg in einer (gewichtslosen) Tüte festhalte, dann übe ich auf die Kugel eine Kraft aus (und sie auf mich). Wenn auf die Kugel eine Kraft wirkt, warum bewegt sie sich dann nicht? Nun, es gibt da noch eine zweite Kraft, die Schwerkraft, welche sich aus der Erdbeschleunigung (1 g = 9,81 m/s²) und der Masse der Kugel ergibt. Die beiden Kräfte sind gleich groß und wirken entgegengesetzt, deswegen heben sie sich auf, und darum bewegt sich die Kugel nicht. Was lernen wir daraus? Kräfte sind gerichtete (vektorielle) Größen, sie haben einen Betrag und eine Richtung.

Kraft ist definiert als das Produkt aus Masse und Beschleunigung (F=m*a), wobei Beschleunigung definiert ist als Änderung der Geschwindigkeit pro Zeit. Die physikalische Einheit für die Kraft heißt Newton (N), 1 N = 1 kg * m / s². Eine Masse von 1 kg hat demnach eine Gewichtskraft von 1 kg * 9,81 m / s² = 9,81 N. Auf dem Mond hat eine Masse von 1kg immer noch eine Masse von 1kg (logisch), aber die Gewichtskraft ist sehr viel niedriger. Ok, jetzt weiß wieder jeder, was eine Kraft ist, und wenn gleich der Begriff Newton auftaucht, dann ist auch keiner überfordert.

Weiter: Arbeit ist das Produkt aus Kraft und Weg (W=F*s), wer über eine Strecke von 1 m eine Kraft von 1 N aufbringt, der hat eine Arbeit von 1 Nm (Newtonmeter) erbracht. Hier darf man sich nicht verwirren lassen, die physikalische Einheit für Arbeit, Energie und Drehmoment ist kg * m² / s². Um die Mißverständnisse zu minimieren, benutzt man für Energie die Einheit J (Joule), für Arbeit Ws (Wattsekunde) und für Drehmoment Nm (Newtonmeter). Aber es gilt 1 kg * m² / s² = 1 J = 1 Nm = 1 Ws.

Jetzt kennen wir Kraft und Arbeit, doch was ist Leistung? Leistung ist Arbeit pro Zeit (P = W / t). Die Einheit der Leistung ist W (Watt). 1 W = 1 kg * m² / s³. Wer in einer Sekunde die Arbeit von 1 Ws erledigt, der hat in dieser Sekunde mit einer Leistung von 1 Watt gearbeitet.

Das Drehmoment als solches bei coolen und uncoolen Drehbewegungen

Jetzt stellen wir uns mal eine Mauer mit Loch vor, und dadurch stecken wir jetzt eine Achse. An der einen Seite befestigen wir einen großen Schleifstein, und an der anderen eine Kurbel. Die Achse sei optimal gelagert, es gibt auch sonst keine Reibung. Und jetzt schauen wir mal in das Physikbuch. Da steht: Unter einem Drehmoment versteht man das Produkt aus einer Kraft und dem senkrechten Abstand ihrer Wirkungslinie vom Drehpunkt. Stellen wir uns mal vor, die Kurbel stehe waagerecht, und wir hängen jetzt ans Ende der Kurbel ein Gewicht von etwas über einem Kilogramm mit einer Gewichtskraft von 10 N. Das ist also unsere Kraft. Da diese Kraft nach unten gerichtet ist, wirkt sie genau senkrecht zur Kurbel. Die Kurbellänge ist der "senkrechte Abstand" aus der Definition von oben. Der Drehpunkt ist in diesem Fall die Achse. Die Kurbel sei mal genau 10 cm lang. Dann wirkt auf die Achse ein Drehmoment von 10 N * 0,1 m = 1 Nm. Auf der anderen Seite ist immer noch der Schleifstein. Dieser Stein hat ein (Massen-)Trägheitsmoment. Oh, nein! Schon wieder ein Moment, das wird ja immer schlimmer... Und das will ich jetzt auch gar nicht weiter vertiefen, aber ein Trägheitsmoment ist halt das Äquivalent zur Masse, wenn man die Drehbewegung mit der "normalen" Geradeausbewegung vergleicht. Das Physikbuch sagt: Unter der Wirkung eines Drehmomentes erfährt ein drehbarer starrer Körper eine Winkelbeschleunigung (=Äquivalent zur "normalen Geradeausbeschleunigung"). So, und dann fängt der Schleifstein an, sich zu drehen. Und damit ändert sich der wirksame Hebelarm, weil sich die Kurbel mitdreht, das Gewicht aber weiterhin nach unten zieht. Das Ganze wird also endlos hin und her pendeln (wir hatten ja die Reibung ausgeschaltet, die bewirkt hätte, daß das ganze irgendwann mal mit hängender Kurbel zum Stehen kommt). Das war also ganz sicher keine coole Drehbewegung. Jetzt machen wir das ganze nochmal richtig! Statt eines Gewichtes an der Kurbel krempeln wir die Ärmel hoch und drehen selbst an der Kurbel, und zwar mit konstant 10 N (eine Hausfrau hat das im Gefühl) und immer senkrecht zur Kurbel. Und so bekommen wir eine richtig schöne Drehbewegung. Die wird immer schneller und schneller und schneller... Bis sie unendlich schnell ist oder uns die Schulter auskugelt. Das war fast eine coole Drehbewegung, aber noch nicht ganz. Wir schalten die Reibung wieder ein. Willkommen in der realen Welt. Reibung ist toll, sie verhindert unendlich schnelle Drehbewegungen. Es gibt Reibungskräfte, die sind proportional zur Geschwindigkeit (doppelte Geschwindigkeit erzeugt doppelte Reibung), andere wachsen quadratisch (doppelte Geschwindigkeit erzeugt vierfache Reibung) oder noch schlimmer. So lange die Antriebskraft (oder das Antriebsmoment) größer als die Reibungskraft (oder das Reibungsmoment ist), wird's immer schneller. Wenn sich die Geschwindigkeit nicht verändert, dann halten sich Antriebs- und Bremskräfte die Waage (und löschen sich gegenseitig aus), das gilt sogar für den Stillstand (keine Antriebskraft, keine Geschwindigkeit also auch keine Reibung). Jetzt kurbeln wir also nochmal mit 10 N an der Zehnzentimeterkurbel herum und erzeugen wieder dauerhaft ein Drehmoment von 1 Nm, der Schleifstein dreht sich immer schneller, und zwar so lange, bis sich das entgegenwirkende Reibungsmoment ebenfalls auf 1 Nm eingestellt hat. Dann dreht sich der Schleifstein mit - sagen wir mal - einer Umdrehung pro Sekunde. Die Leistung, die wir erbringen, errechnet sich nach der Formel

P = 2 * Pi * M * n, also 2 * 3,14 * 1 Nm * 1/s und ist demnach 6,28 Watt.

Merke: Die Leistung ist proportional zum Produkt aus Drehmoment und Drehzahl. Wer das einmal verinnerlicht hat, ist eigentlich schon am Ziel, denn daraus läßt sich so ziemlich jeder Zusammenhang ableiten.

Drehmoment und Autos

Autos müssen viel PS haben. Das meinen zumindest die meisten Autofahrer, ich hab auf jeden Fall noch keinen getroffen, der über zuviel Leistung geklagt hat. Aber was ist denn ein PS? PS ist eine Einheit für Leistung, allerdings nicht die offizielle, die ist nämlich Watt (W). Auch schon mal gehört, oder? 1 W = 0,00136 PS, bzw. 1 kW = 1,36 PS. Und da Leistung, Drehzahl und Drehmoment über die oben genannte Formel unweigerlich miteinander verknüpft sind, kann also bei gegebener Drehzahl und bekanntem Drehmoment die abgegebene Leistung berechnet werden. Solche Werte werden auch in Diagrammen dargestellt (z.B. Drehmoment über Drehzahl), sie sind motorspezifisch und erlauben schon auf den ersten Blick eine Aussage über die Motorcharakteristik, dazu später mehr. Hier mal ein Beispiel:

Drehmoment-Leistungspunkt.gif

Abb. 1: Drehmomentverlauf eines Motors über der Drehzahl

Gegeben ist also der Verlauf des Drehmoments eines beliebigen Motors über seiner Drehzahl. Berechnen wir mal die Leistung für eine bestimmte Drehzahl (gelbe Markierung):

Drehzahl n = 2000 1/min = 33,3 1/s

Drehmoment M = 90 Nm

Leistung P = 2 * Pi * M * n = 2 * 3,14 * 90 Nm * 33,3 1/s = 18,8 kW

Bei 2000 Umdrehungen pro Minute leistet diese Maschine also 18,8 Kilowatt.

Das läßt sich ebenfalls mit in das Diagramm einzeichnen, und zwar für alle Drehzahlen:

Drehmoment-MP.gif

Abb. 2: Drehmoment- und Leistungsverlauf eines Motors über der Drehzahl

Die maximale Leistung hat der Motor also bei ca. 4500 Touren, während das maximale Drehmoment schon bei ca. 3000 Touren anliegt. Bei Höchstdrehzahl (5000 Touren) hat er also weder maximale Leistung noch maximales Drehmoment. Warum also macht es unter Umständen trotzdem Sinn, für die maximale Beschleunigung einen Gang bis an die Drehzahlgrenze auszufahren? Das klären wir später...

Diese Maschine bauen wir jetzt in ein Auto und fahren damit 50 km/h bei 2000 U/min. Die Summe aus allen Reibungen (Luftwiderstand, in den Reifen,...) ergebe sich zu einem Äquivalent von 8 kW, der Motor muß also 8 kW leisten, damit der Wagen nicht schneller oder langsamer wird. Wie wir oben berechnet haben, beträgt die Motorleistung aber 18,8 kW, der Wagen müßte also beschleunigen, oder? Warum tut er das nicht? Ganz einfach: Bei der in Abb. 1 gezeigten Kurve handelt es sich um die Vollastkurve, d.h. die Maximalwerte zu jeder Drehzahl. Wollte man alle möglichen Betriebszustände (also auch Teillast und Schiebebetrieb) darstellen, dann sähe das Diagramm so aus, wäre aber nicht übersichtlicher:

Drehmoment-M-Kurvenschar.gif

Abb. 3 Darstellung Drehmoment über der Drehzahl aller Betriebszustände eines Motors mit einem Drehmoment >=0 Nm

Genau genommen gibt es sogar auch negative Drehmomente, wenn der Motor z.B. im Schiebebetrieb mit Spritabschaltung als Bremse fungiert, aber die sind hier nicht dargestellt. Worauf ich eigentlich hinaus wollte: Drehmomentkurven von Verbrennungsmotoren sind immer (also wenn nicht explizit etwas anderes dabei steht) Vollastkurven. Der Motor aus dem Beispiel kann also bei einer Drehzahl von 2000 1/min maximal 90 Nm Drehmoment produzieren und somit maximal 18,8 kW leisten, aber eben nur unter Vollast, er kann auch im Teillastbereich genau 8 kW leisten.

So, jetzt nähern wir uns mal des Pudels Kern: Was trägt denn nun das Drehmoment zur Beschleunigung eines Fahrzeuges bei? Der Einfachheit halber gehen wir mal von zwei identischen Fahrzeugen aus, die genau 60 km/h fahren. Beide haben oben genannten Motor eingebaut. Das eine fährt im vierten Gang mit 3000 1/min, das andere im dritten Gang mit 4000 1/min. Beide geben gleichzeitig Vollgas, welches hat die Nase vorn? Was ist ausschlaggebend: Mehr Drehzahl, mehr Drehmoment oder mehr Leistung?

(...) (Zeit für eine kurze Denkpause)

Natürlich hat der die Nase vorn, der im dritten Gang unterwegs ist, das läßt sich schon aus dem Gefühl heraus sagen, aber wie läßt sich das physikalisch untermauern? Betrachten wir mal die Drehmomente, die Motorleistung und die Übersetzung:

Fahrzeug A (dritter Gang) Fahrzeug B (vierter Gang)

Drehzahl (1/min); gegeben 4000 3000

Drehmoment (Nm); aus Abb. 2 95 105

Leistung (kW); aus Abb.2 oder berechnet 39,8 33

Übersetzung* 1 0,75

Ausgangsgeschwindigkeit (km/h); gegeben 60 60

Drehmoment nach Getriebe (Nm); berechnet 95 (=95 Nm*1) 78,8 (=105 Nm*0,75)

(* Für Fahrzeug A willkürlich gewählt, für B berechnet: Ü = 3000 / 4000 * 1 = 0,75)

Es beschleunigt also der besser, dessen Motor mehr Leistung abgibt, und damit kommt auch am Reifen ein höheres Drehmoment an! Wozu dann das ganze Herumgerechne mit dem Getriebe? Was macht eigentlich ein Getriebe? Mit einem Transformator kann ich eine Kombination aus Spannung und Strom umwandeln in eine andere Kombination aus Spannung und Strom, aber die Leistung, das Produkt aus Strom und Spannung, ist auf beiden Seiten identisch (Verluste vernachlässigt). Genau so funktioniert auch ein Getriebe, auf der einen Seite kommt eine Kombination aus Drehmoment und Drehzahl rein, und auf der anderen Seite eine andere wieder heraus, die Leistung ist aber auf beiden Seiten identisch (Verluste vernachlässigt). Das Getriebe ermöglicht es somit, immer in einem Drehzahlbereich zu fahren, der dem Motor "liegt". Was bedeutet das jetzt für die Schaltzeitpunkte? Für maximale Beschleunigung ist dann zu schalten, wenn der Motor bei der Drehzahl, die er nach dem Schalten haben wird, eine höhere Leistung abgeben kann, als bei der, die er gerade hat. Damit ist dann auch das Drehmoment, das am Reifen ankommt, größer, da sich ja die Reifendrehzahl durchs Schalten nicht ändert. Dies ist aber eigentlich nie der Fall. Weil die meisten Automotoren ihre maximale Leistung kurz vor dem Drehzahlmaximum haben und die Getriebeübersetzung entsprechend abgestimmt ist, macht es auch Sinn, für größtmögliche Beschleunigung die Gänge bis ans Limit auszufahren, denn in einem höheren Gang ist die Leistung des Motors meist schon wieder deutlich geringer. Wer es genau wissen will, muß halt rechnen. Dazu braucht man die Übersetzung eines jeden Ganges und ein genaues Leistungs-Drehzahl-Diagramm, dann kann man für jeden Gangwechsel die ideale Drehzahl ausrechnen. Und für alle Otto-Normal-Mathematiker biete ich das hier mal als Excel-Tabelle (ohne Makros) zum Selberausfüllen an:

Download mit Rechtsklick, Ziel speichern unter

Und was beschleunigt jetzt ein Auto: Die Leistung oder das Drehmoment (jeweils am Reifen natürlich)? Was auf den ersten Blick wie ein blöde Frage aussieht, wird beim erneuten Betrachten eines Sonderfalles irgendwie doch interessant. Beim Stillstand nämlich. Die Drehzahl ist Null, und die Leistung ist als Produkt aus Drehzahl und Drehmoment deswegen auch Null. Trotzdem können wir anfahren. Das liegt daran, daß man ein Drehmoment auch ohne Leistung respektive Drehzahl haben kann, man kann aber keine Leistung ohne Drehmoment haben.

Charakterisierung eines Motors

Die bloße Angabe der Leistung eines Motors ist ebenso wenig aussagekräftig wie die Angabe des maximalen Drehmomentes. Um genau zu verstehen, wie sich ein Motor verhält, ist das Drehmoment-Drehzahl- oder das Leistungs-Drehzahl-Diagramm essentiell. Schließlich verhalten sich unterschiedliche Motorentypen trotz evtl. gleicher Maximalleistung ganz anders, der Unterschied zwischen Gleichstrom- und Verbrennungsmotoren beispielsweise ist gravierend. Da aber die meisten Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren ausgerüstet sind, kann man anhand der Angabe "Turbodiesel mit 120 PS" oder "Benziner mit 125 PS" schon Einiges über deren Verhalten ableiten. Manche Motoren werden als "drehfaul", andere als "elastisch", "dieseltypisch" oder "turbotypisch" bezeichnet. Was bedeutet das für ihre Drehmoment- und Leistungskurven? Kann man dieses Verhalten anhand der Kurven ablesen? Antwort: Ganz klar ja!

Hier einmal einige überzogene Beispiele, bei denen es nur um die qualitative Darstellung geht, deswegen ohne Skalierung:

Drehmomentcharakteristik.gif

Abb. 4 Qualitative Darstellung einiger typischer Drehmomentverläufe von Verbrennungsmotoren über der Drehzahl

Den Verlauf des typischen Benziners haben wir schon kennengelernt. Wie unterscheidet sich der Drehmomentverlauf eines typischen Saugerdiesels (="normaler" Diesel ohne Turbo etc.) mit annähernd gleicher Maximalleistung? Nun, im unteren Drehzahlbereich verfügt der Diesel über mehr Drehmoment und somit auch mehr Leistung, aber er erreicht sein Drehmomentmaximum eher und dreht insgesamt auch nicht so hoch. Deswegen liegt die Leistungskurve des Benziners im oberen Bereich über der des Diesels (siehe Abb. 5).

Leistungscharakteristik.gif

Abb. 5 Qualitative Darstellung einiger typischer Leistungsverläufe von Verbrennungsmotoren über der Drehzahl (passend zu Abb. 4)

Typisch für Turbomotoren ist das sogenannte "Turboloch", eine massive Schwäche im unteren Drehzahlbereich. Beschleunigt man von unten heraus, passiert zunächst lange Zeit wenig, aber dann setzt die Leistung schlagartig ein. Es gibt noch eine weitere Definition von "Turboloch", nämlich "kurzzeitiger Luftmangel durch Förderverzögerung des Laders". Was denn nun die offizielle Definition von "Turboloch" ist, weiß ich auch nicht, lästig sind auf jden Fall beide Szenarien. Der Motor ist dadurch unelastisch und nur in einem schmalen Drehzahlband nutzbar, dafür läßt sich aus dem vorhandenen Hubraum eine relativ hohe Maximalleistung herausholen. Moderne Turbomotoren haben kaum solch massive Knicks in den Kurven (z.B. durch variable Leit-Schaufelgeometrie im Lader), aber prinzipiell verhalten sich aufgeladene Motoren (das gilt teilweise auch für Kompressoren und G-Lader) mehr oder weniger wie hier dargestellt.

Ein Motor wirkt drehfaul, wenn man das Gefühl hat, daß im oberen Drehzahlbereich automatisch die Handbremse angezogen wird. Trotz hoher Drehzahlen geht es irgendwie nicht so richtig ab, die Maschine wirkt angestrengt. Das liegt daran, daß nach Erreichen des maximalen Drehmomentes die Kurve übermäßig stark abfällt, was sich auch in der Leistungskurve durch ein Plateau (oder schlimmer noch: Durch Abfallen der Leistungskurve) zeigt. Solche Motoren machen prinzipiell eher wenig Spaß. Ganz anders hingegen elastische Maschinen, die sich durch gleichmäßige Leistungsentfaltung auszeichnen und schon kurz über Leerlauf kräftig zupacken, also bereits früh ein großes Drehmoment und damit eine hohe Leistung entwickeln. Sie ermöglichen schaltfaules und souveränes Fahren. Auch aus niedrigen Drehzahlen beschleunigen sie kräftig, ohne dabei angestrengt zu wirken. Dies ist die Charakteristik von großvolumigen Acht- und Zwölfzylindern.

Prinzipiell gilt:

- Je mehr Hubraum desto mehr Drehmoment und Leistung.

- Turbolader, Kompressoren und G-Lader erhöhen die spezifische Leistung (Maximal-Leistung pro Hubraum, angegeben z.B. in PS/Liter) sowie den Verbrauch.

- Je mehr Zylinder, desto elastischer die Leistungsentwicklung.

- Saugdiesel haben ein geringfügig höheres maximales Drehmoment und eine geringere maximale Leistung als Saugbenziner gleichen Hubraumes. Außerdem drehen sie nicht so hoch.

- Die Beschleunigung eines Fahrzeuges hängt von "unendlich" vielen Faktoren ab, die wichtigsten sind: Leistungskurve des Motors, Gewicht, Geschwindigkeit bzw. Luftwiderstand und sonstige Reibungskräfte, Getriebe und Fahrer.

- Ausnahmen bestätigen die Regel!!!

Duell der Drehmomentgiganten

Es bleibt aber eine zentrale bislang unbeantwortete Frage, die wir hier mal beispielhaft diskutieren wollen: Warum braucht der 540i E39 (Modell 97) mit seinem 4,4-Liter-Saugmotor (max. 420 Nm) als Benziner von 0-100km/h nur 6,2 sec, während der 530d E39 (Modell 2000) mit seinem 3-Liter-Turbodiesel (max. 410 Nm) 7,8 sec benötigt? Wir haben gelernt, daß das Drehmoment am Reifen für die Beschleunigung verantwortlich ist. Es ist umso höher, je größer die Motorleistung ist, die "vorne" reinkommt. Die Motorleistung wiederum ist umso höher, je höher das Drehmoment ist. Und an Drehmoment mangelt es dem 530d ja nun wirklich nicht. Zwischen Motor und Reifen liegt das Getriebe. Es muß also daran liegen, oder? Vergleichen wir mal die Übersetzungen der jeweils ersten Gänge. Der 540 i hat eine Übersetzung von 4,23:1 und der 530d kommt auf 5,24:1. Der 530d ist also kürzer übersetzt, was i.d.R. für eine bessere Beschleunigung sorgt. Trotzdem ist er langsamer. Und wenn man genau rechnet (und das tun wir hier), dann muß man auch noch das Hinterachsdifferential in die Rechnung einbeziehen. Hier liegt der 540i bei 2,81:1 und der 530d bei 2,35. Nochmal zum allgemeinen Verständnis: Beim 540i muß sich die Kurbelwelle des Motors 4,23 mal drehen, damit sich im ersten Gang die Kardanwelle, also die Verbindung zwischen Getriebe und dem Hinterachsdifferential, genau einmal dreht. Die Kardanwelle wiederum muß sich 2,81 mal drehen, damit sich der Reifen einmal dreht. Der Motor muß also 4,23*2,81=11,9 mal drehen, damit der Reifen eine Umdrehung macht. Beim 530d sind es 5,24*2,35=12,3. Der 530d ist also immer noch kürzer übersetzt und somit strategisch im Vorteil. Wir können also ausschließen, daß es an den unterschiedlichen Getrieben liegt! Woran dann? Vielleicht an dem Verlauf der Drehmomentkurven? Hat der 540i irgendeinen Vorteil, den wir noch nicht kennen? Anbei mal die beiden Kurven in einem Diagramm (siehe Abbildung 6 unten). Was sofort auffällt, ist die niedrigere maximale Drehzahl des 530d. Liegt es vielleicht daran, daß der 530d schon bei einer geringeren Geschwindigkeit in einen höheren und somit länger übersetzten Gang schalten muß? Antwort: Ja! Der 540i dreht bis knapp 6000 Touren, der 530d schafft nur etwas über 4000. Dafür hat aber der 530d schon viel früher mehr Leistung zur Verfügung, weil sein Drehmomentwert dort etwas über dem des 540i liegt, der ja das maximale Moment erst bei knapp 4000 Touren hat. Zumindest bis der 530d schalten muß, sollte er doch vorne liegen, oder? Tut er aber nicht, der 540i vernascht den 530d vom Start weg. Und das aus einem einfachen Grund: Der 530d ist ein Turbodiesel. Das heißt, er hat ein Turboloch mit allen Schweinereien, die dazu gehören. Unter anderem der, daß die Leistung bzw. das Drehmoment nicht - wie beim Saugbenziner normalerweise der Fall - von jetzt auf gleich vorhanden ist. Die üblicherweise gezeigten Kurven sind statische Endwerte. Der 530d kann also, wenn er z.B. in einem großen Gang bergauf fährt (sich die Drehzahl also fast nicht ändert), und man Vollgas gibt, tatsächlich 410 Nm auf die Kurbelwelle stemmen, aber das dauert eine kurze Zeit (eine Sekunde, vielleicht auch etwas mehr oder weniger). Das liegt eben an dem Turbo. Der Fahrer gibt mehr Gas, es wird mehr Sprit eingespritzt, es entsteht mehr Abgas, der Turbo kommt langsam auf Touren, der Ladedruck steigt ein bißchen, es wird mehr Luft in den Zylinder gepreßt, dadurch entsteht auch wieder mehr Abgas, der Turbo kommt noch ein bißchen besser auf Touren und so weiter... Dieser Vorgang muß sich erst einpendeln. Und das dauert. Beim 540i drückt man drauf, und bei 3900 U/min stehen 420 Nm an. Sofort. Und das führt dazu, daß der 530d trotz der nominell durchaus konkurrenzfähigen Motordaten so kläglich verliert. Bei einem Beschleunigungsvorgang wird der statische Endwert, also der Wert aus der Drehmomentkurve, gar nicht erreicht. Das sagt einem bloß keiner, und meßtechnisch wäre die tatsächliche Kurve für den Sprint auch nur extrem schwierig zu ermitteln. Deswegen nimmt man die einfach zu ermittelnden stationären Endwerte und überläßt die Hoheit über die Stammtische den Dieselfahrern. Dies gilt prinzipiell übrigens auch für Turbo-Benziner, es ist einfach ein großer bauartbedingter Nachteil von Turbomotoren. Minimieren kann man diesen, in dem man das Turboloch klein hält, zum Beispiel durch mehrere kleine Turbolader statt eines großen. Prinzipiell gilt, was jeder weiß: Hubraum ist durch nichts zu ersetzen, außer durch noch mehr Hubraum. Da ist wirklich was dran... :-)

Und noch einen ganz wichtigen Aha-Effekt können wir aus dieser Erkenntnis ableiten: Deswegen sehen die Drehmoment-Drehzahl-Diagramme auch nicht aus wie meine weiter oben überzogen dargestellten Beispiele, sondern alle qualitativ ziemlich ähnlich. Würde man aber Kurven zeichnen, die ausgehend vom Schiebebetrieb, also Rollen ohne Gas, das Drehmoment eine halbe Sekunde nach Vollgasgeben darstellen, dann würden die Kurven von vielen Motoren ganz anders aussehen, z.B. so ähnlich wie meine "krummen" Beispiele.

540i_530d_Mn_pn.gif

Abb. 6 Darstellung der Leistungs- und Drehmomentkennlinien des 530d und des 540i, beide Mod '98.

So, in dem Beispiel eben habe ich zwar den "alten" 540i mit dem "neuen" 530d vergleichen, weil das maximale Drehmoment fast identisch ist (420 bzw. 410 Nm). Die Kurven habe ich aber leider nur von dem "neuen" 540i und dem "alten" 530d, so daß die maximalen Drehmomente mit 390 zu 440 Nm zwar etwas abweichen, aber der prinzipielle Unterschied auch aus dieser Grafik deutlich wird. Hoffe ich. Dafür habe ich nur die Getriebedaten von dem letzten Baujahr, ich weiß aber nicht, ob die sich nicht auch im Laufe der Jahre geändert haben. Egal, war ja nur ein Beispiel...

Und um das nochmal ganz klar zu machen: Leistung ist das, was zählt! Fehlendes Drehmoment kann immer durch das Getriebe kompensiert werden, fehlende Leistung nicht!

Hier habe ich nochmal konkrete Meßwerte, die den verzögerten Drehmomentaufbau dokumentieren (danke, Christian). Es handelt sich dabei um einen alten Lkw-Motor, 4-Zylinder, Nennleistung (bei 2400 1/min), 125 kW

(170 PS), Hubraum = 4,6 l, M_max = 650 Nm (bei 1400 1/min),

n in U/min t in s

Anteil Vollastkurve in %

600. 20,0 75 (geschätz, alles ander sind Meßwerte)

1000 13,0 75

1200 10,0 45

1400 4,5 45

1600 3,4 45

1800 2,2 52

2000 2,0 52

2200 1,5 44

2400 0,8 50

Wie ist die Tabelle zu verstehen?

Die erste Spalte ist klar, die Drehzahl. Die nächste Spalte ist die Zeit bis zum Erreichen der Volllastkurve in Sekunden, die dritte Spalte ist das Moment (prozentuale), das erreicht wird, wenn von Nulllast auf Volllast gesprungen wird. Nehmen wir an, wir halten die Drehzahl bei konstant 1400 1/min. Dann gehen wir von Nulllast auf Volllast. Das Moment springt schlagartig auf 45 % der Volllastkurve (hier also 650 * 0,45 = 292,5 Nm (siehe oben, max. Moment)). Der Motor tut erstmal so, als ob es keinen Turbo gäbe; verhält sich also, wie ein Saugdiesel. Man kann also mit den Werten der dritten Spalte die 'Saugkurve' berechnen.

Die Dieseldrehzahl

Daß Dieselmotoren, egal ob Sauger oder aufgeladen, nicht so hoch drehen wie Benziner, ist allgemein bekannt und wird i.d.R. als naturgegeben akzeptiert. Das ist eben so. Aber wer weiß schon, warum das so ist? Auf meiner Suche nach der Antwort habe ich gemerkt, daß so gut wie niemand den genauen Grund dafür kennt. Es sind letztlich sogar zwei Gründe, wobei der eine wirklich ausschlaggebend ist. Dazu muß man aber mal etwas tiefer in die Technik und die Funktionsweise der jeweiligen Motorentypen eintauchen. Also los!

Fangen wir mit den Gemeinsamkeiten an: Sowohl Diesel als auch Benziner sind i.d.R. Viertaktmotoren, zumindest wollen wir uns hier auf diese Typen beschränken. Viertaktmotor bedeutet, daß der Motor vier Arbeitstakte hat. Nämlich

1) Gas ansaugen (Kolben runter),

2) Gas verdichten (Kolben hoch),

3) den eigentlichen Arbeitstakt, bei dem der Kolben durch das entzündete Gasgemisch runtergedrückt wird, und

4) Abgas rausdrücken (Kolben hoch).

Nur der dritte Takt gibt Kraft auf die Kurbelwelle, bei den anderen Takten wird Kraft von der Welle zum Bewegen des Kolbens benötigt. Pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle gibt es also nur einen nutzbaren Verbrennungsvorgang.

Nun zu den Unterschieden: Diesel sind Selbstzünder, Benziner Fremdzünder. Was heißt das? Beim Diesel wird Luft zusammengedrückt, dadurch entsteht eine sehr große Hitze. In diese Hitze wird nun Kraftstoff eingespritzt, der sich kurz darauf entzündet. Beim Benziner hingegen wird die Explosion durch den Funken der Zündkerze initiiert. Diesel haben keine Zündkerzen, nur Glühkerzen, aber das ist etwas ganz anderes. Warum explodiert denn beim Benziner das Gemisch nicht auch durch die entstehende Hitze? Das liegt daran, daß der Benziner Verdichtungen von ca. 10 hat, das ursprüngliche Volumen im Zylinder wird also auf ein Zehntel zusammengedrückt, während die Verdichtung beim Diesel fast doppelt so groß ist. Und auch die Verbrennung läuft unterschiedlich ab. Während das Benzin-Luft-Gemisch quasi auf einen Schlag verbrennt, benötigt das Diesel-Luft-Gemisch ein bißchen länger dazu. Das liegt an den verhältnismäßig dicken Dieseltröpfchen. Die Zündwilligkeit von Diesel ist höher als die von Benzin, der Unterschied liegt nur daran, daß das Benzin in der Luft sehr viel besser verteilt ist. Kommen wir zurück zu der ursprünglichen Frage: Warum drehen Dieselmotoren nicht so hoch wie Benziner? Durch die hohe Verdichtung ist es nötig, Dieselmotoren mechanisch stabiler zu bauen. Das führt dazu, daß die Bauteile (z.B. Kolben, Pleuel, ...) schwerer sind. Und da sich viele dieser Bauteile ständig bewegen, ist das Gewicht doppelt lästig. Ein Grund ist also die hohe mechanische Belastung in einem Dieselmotor. Der Hauptgrund jedoch liegt in der "langsamen" Verbrennung. Beim Benziner kann man bei hohen Drehzahlen den Zündfunken etwas vorstellen, so daß die Wucht der Explosion immer zum richtigen Zeitpunkt kommt. Beim Diesel wird der Zündzeitpunkt aber durch die Temperatur der Kompression um den Einspritzzeitpunkt vorgegeben. Aus Emissionsgründen darf der Einspritzbeginn aber nicht zu früh eingestellt sein, so daß dieser Kompensationseffekt wegfällt. Je höher die Drehzahl wird, desto mehr kommt der Explosionsdruck zu spät, also erst während der Abwärtsbewegung. Dadurch sackt das Drehmoment beim Diesel (egal ob mit Turbo oder ohne) bei hohen Drehzahlen so weit ab, daß es nicht mehr lohnt, weitere Aufwände zu treiben, um die mechanische Belastungsfähigkeit zu erhöhen, was es prinzipiell ermöglichen würde, noch höhere Drehzahlen bei einem Diesel zuzulassen. Beim Benziner hingegen sind die Mechanik, thermische Belastbarkeit der Bauteile und Schmierstoffe die wichtigsten Begrenzungen für die Drehzahl. Die Belastung auf z.B. die Pleuellager wächst nicht linear mit der Drehzahl, sondern quadratisch mit der Drehzahl. Bei doppelter Drehzahl also vierfache Belastung. Da kommt man dann relativ schnell in Bereiche, wo es kritisch wird. Deswegen sind hochdrehende Motoren immer entweder extrem anfällig und / oder extrem teuer (z.B. Formel 1). Dafür lassen sich dann aber auch über 700 PS aus einem 3l-Saug-Benziner rausholen. Auch nicht schlecht...

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...nun noch ein neues "Problem": Ist es ein 4.0-liter oder ein 4.4l?

Der Neuere 4.4l hat 40 Nm mehr Drehmoment. Die PS-Zahl blieb trotz erhöhtem Hubraum (offiziell) gleich. Macht also Sinn, dass die 4.4l, wie seb schon sagte, nach oben streuen.

Weiss jemand (seb) ab wann der "grosse" V8 mehr Hubraum bekam?

P.S. Meine Vermutung zum Vergleich: Beschl. von 0 km/h: BMW vorn, Durchzug: Mercedes knapp vorn.

Hi, ich habe jetzt noch mal meinen Freund nachgefragt. Er meinte es wäre ein 7er BJ '98 mit einer 4.0l Maschine :wink:

@MasterT

WOW... :-o da habe ich ja was zu lesen... :wink::-))!

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