Download (PDF) - Porsche

28 PORSCHEMAG
ryckigt Kör –
Vad går all bensin egentligen åt till när vi kör? Dagligen tar ingenjörerna hos Porsche
väldigt avancerade beräkningar till hjälp för att väga olika andelar av bensinförbrukningen
mot varandra, allt för att minska den för bilen som helhet. Häng med på en förenklad – om
än inte helt enkel – vandring i bensinens djungel och upptäck varför det kan löna sig att
köra ryckigt istället för jämnt.

spar bensin!
TEXT: JONAS JARLMARK NÄFVER BILD: PORSCHE AG
FÖRLUSTER OCH RÖRELSE. Bensinen används till
en mängd uppgifter i bilen och alla går att sortera in i de
två grupperna förluster och rörelse.
Förluster är den bensinförbrukning bilen har i
konstant fart. Den beror bland annat på motorns inre
friktion, generator, klimatanläggning, växellåda och drivlina
samt däckens och luftens motstånd.
Rörelse innefattar alla moment där bensinen byts mot
rörelseenergi genom att bilens fart ökas eller minskas.
Förlusterna är den största och mest omfattande gruppen.
Motorn innehåller exempelvis mängder av ställen där
friktion behöver övervinnas, något som kostar dyrbara
droppar.
PORSCHEMAG 29

PORSCHE CAYMAN S
Motor: 3,4 liters boxermotor
Tomgång: 900 r/min
Utväxling högsta växeln, manuell:
2 600 r/min vid 100 km/h
Utväxling högsta växeln, PDK:
1 750 r/min vid 100 km/h
Vikt: 1 425 kg med förare
30 PORSCHEMAG
1. Frågan är hur mycket det kostar att bara snurra runt
motorn, utan att låta den driva bilen framåt? På tomgång
drar en Cayman 1,2 liter per timme och förbrukningen
för att övervinna motorns friktion ökar med ökande varvtal.
Hålls motorn på 2600 r/min med kopplingen ner -
tryckt ökar förbrukningen till 3,4 liter per timme. Om
bilen samtidigt rullar i 100 km/h innebär det att vi förbrukar
3,4 liter per 100 km bara på motorns egen drift.
2. Hur mycket krävs för att hålla bilen rullande? Genom
växellådan, drivlinan och däcken uppstår en rullmotståndseffekt
som ökar linjärt med hastigheten. För
Caymans del landar effekten på 7,8 kW i 100 km/h.
Rull motståndet påverkas av växellådans uppbyggnad
och olja, däckens bredd samt drivaxlar och lager. Under
den timme det tar att köra 100 km i Cayman behövs
energimängden 7,8 kWh.
3. Vad bidrar luftmotståndet till? Eftersom bilen behöver
pressa undan luften där den kör fram går även en viss
mängd effekt åt till detta. I Caymans fall handlar det om
7,1 kW i 100 km/h, en effekt som stiger mycket snabbt då
farten ökas. På distansen 100 km krävs 7,1 kWh för att
övervinna luftens motstånd på bilen.
4. Nu är det dags att lista ut hur
många liter de två mot stånden
gör av med. Caymans motor är
så effektiv som en modern
bensinmotor går att göra och
levererar 3 kWh per liter
bensin som hälls i tanken.
Rullmot ståndet drar då
2,6 liter och luftmotståndets
behov är 2,4 liter
bensin per 100 km.
Förbrukning för
manuell Cayman S
under 100 km i 100 km /h
Motordrift 3,4 l
Rullmotstånd 2,6 l
Luftmotstånd 2,4 l
Totalt 8,4 l /100 km
Så mycket bör alltså en Porsche Cayman S dra på plan
väg i 100 km/h. Tabellbitare ser omedelbart att siffrorna
inte stämmer med den förbrukning som Porsche anger för
landsvägskörning. Förklaringen är att Porsches värde är
VARIABLER I EKVATIONER
VARIABEL FÖRKORTNING ENHET
Rullmotstånd F r N
Massa m kg
Tyngdacceleration g m/s 2
Rullmotståndskoefficient fr enhetslös
Rullmotståndseffekt P r W
Hastighet v m/s
Luftmotståndseffekt P d W
Luftmotståndskoefficient C d enhetslös
Frontarea A m 2
Luftens densitet ⍴ kg/m 3
Rörelseenergi E k kWh

framtaget med ett EU-standardiserat
körmönster som har en snitt hastighet
på 63 km/h och därför har andra
värden på både motstånd och
varvtal, något som leder till
lägre siffror.
Hur skulle det se ut om
Porsche Cayman haft
en helt friktionslös
motor som saknat
hjälpaggregat? Då
hade motordriften
i sig inte krävt
någon bensin alls
och för brukning en
hade bara berott på rulloch
luftmotstånd. Bilen i
sig drar alltså 5 liter och motorn
3,4 liter per 100 km.
5. Vad händer om vi istället kör en Cayman S med PDK?
Med den annorlunda växellådan är motorvarvtalet på
sjunde växeln betydligt lägre och eftersom motorns
BERÄKNING AV FÖRLUSTER
1. Motorns inre friktion
900 r/min drar 1,2 liter per timme och ökningen är
linjär och proportionell med varvtalet. Det ger en
förbrukning på 1,2•2 600÷900=3,4 liter per
timme för samma motor om den hålls på 2 600
varv med kopplingen ned tryckt.
2. Rullmotstånd
Rullmotståndet (F r ) räknas ut genom att massan
(m) multipliceras med tyngdaccelerationen (g)
och rullmotståndskoefficienten (fr). F r =m•g•fr.
Rullmotståndskoefficien ten är unik för varje
bilmodell eftersom det är en sammanslagning av
alla motstånd från kopplingen hela vägen till
marken. För Caymans del blir det 1 425•9,81•
0,02=280 N.
För att övervinna det rullmotståndet behövs
effekten P r =F r•v där v är hastigheten mätt i
meter per sekund. P r =280•100÷3,6=7778 W,
det vill säga effekten 7,8 kW behövs för att hålla
bilen rullande. En timme med det rullmotståndet
slukar då energimängden 7,8 kWh.
3. Luftmotstånd
Luftmotståndseffekten kan räknas ut genom
följande ekvation där (P d ) är luftmotstånds -
effekten, (C d ) är luftmotståndskoefficienten, (A)
är bilens frontarea och (⍴) är luftens densitet i kg
per kubikmeter: P d =C d•A•0,5•⍴•v 3 =0,29•1,9•
0,5•1,21• (100÷3,6) 3 =7 145 W. Det behövs alltså
7,1 kW för att övervinna luftens motstånd och
det leder till att energibehovet blir 7,1 kWh under
en timme.
förbrukning sjunker med varvtalet så går det åt mindre
bensin. Utväxlingen i PDK leder till att motorn drar 2,3
istället för 3,4 liter, vilket för bilen som helhet resulterar i
7,3 liter per 100 km. Porsches egna siffror gör inte lika stor
skillnad på modellerna, mest på grund av den standard -
iserade körcykeln men också genom PDK-lådans extra
förluster i förhållande till den manuella.
Hur mycket mindre drar en normal Cayman med den
mindre motorn? I normala Cayman sitter en 2,9-litersmaskin,
en minskning med 0,5 liter slagvolym. Förlust -
erna i en motor är dels beroende av cylinder volymen,
dels av hjälpaggregaten. I en Cayman med samma
utrustning som en Cayman S borde knappt 70 procent
av förlusterna komma av effekter som följer cylindervolymen.
Det gör att en minskning från 3,4 till 3,1 liter är
rimlig, en total förbrukning på 8,1 liter per 100 km.
Enligt Porsches siffror är skillnaden exakt denna, 0,3
liter, mellan Cayman och Cayman S i den körcykel de
använder.
Slutsatsen vad gäller förlusterna hos Cayman är att skillnaden
i utväxling mellan PDK och manuell växellåda
påverkar mer än vilken motor som används.
4. Bensinens energiinnehåll och motorns
verkningsgrad samt motståndens bensinbehov
Bensin innehåller ca 9 kWh per liter och en
modern bensinmotor ligger kring 33 procent i
verkningsgrad. Det betyder att vevaxeln i
Cayman kan utvinna 9•0,33=3,0 kWh ur en liter
bensin, resten blir till värme.
Energibehovet för rullmotstånd, 7,8 kWh kräver
alltså 7,8÷3,0=2,6 liter. Luftmotståndets behov
på 7,1 kWh motsvarar 2,4 liter bensin.
5. DÄRFÖR DRAR PDK MINDRE BENSIN
Fördelen med PDK är att den har en sjunde,
väldigt tydlig, överväxel. Varvtalet på högsta
växeln sjunker radikalt från den manuella versionen
och motordriftförbrukningen minskar därför
till 3,4•1 750÷2 600=2,3 liter. Totalt för bilen
som helhet blir det 7,3 liter per 100 km. Den minskningen
av förbrukningen med 1,1 liter är helt och
hållet ett resultat av de utväxlingar som valts av
Porsche snarare än att PDK-lådan i sig skulle
förbruka mindre energi.
I själva verket är det så att PDK-växellådan
förbrukar mer energi än den manuella, huvudsakligen
för att den har ett extra drevpar på utgående
axel som bidrar till förlusten. Det avspeglas
också i Porsches standardiserade körcykler där
skillnaden i förbrukning inte fullt ligger på 1,1 liter
mellan modellerna. Motorn drar väsentligt mindre
bensin med överväxeln, men PDK-lådan förbrukar
själv en del av den minskningen.
PORSCHEMAG 31

32 PORSCHEMAG
RÖRELSE. Nu är det äntligen dags att få bilen att öka
farten! Alla moment där bensinen byts mot rörelseenergi
genom att bilens fart ökas eller minskas ingår i gruppen
rörelse.
6. Hur mycket mer bensin drar en Cayman S när hastigheten
ökas från 80 till 120 km/h? Rörelseenergin för en
Cayman i 80 km/h är 0,097 kWh och i 120 km/h är den
0,22 kWh. Det innebär att skillnaden 0,123 kWh behövs
för att accelerera bilen en gång från 80 till 120 km/h,
energi som då finns lagrad i form av en högre fart. Det
motsvarar 41 milliliter bensin.
7. Det är först när man sätter foten på bromsen som
rörelse energin omvandlas till värme i bromsarna och för
alltid går förlorad. En inbromsning från 120 till 80 km/h
medför att energi motsvarande 41 milliliter bensin
försvinner i bromsskivorna. Ska Cayman upp i fart igen
måste 41 nya milliliter användas för att åter bygga upp
rörelseenergin. Under en 100 km lång resa är det
inte ovanligt att accelerera och bromsa
25 gånger. Då kommer en
Cayman att dra drygt en liter
bensin extra. Den blir till värme i
broms arna som sedan vädras ut i
luften. Hade vi frirullat istället för
bromsat hade bilens rörelse energi
använts till att överkomma
rull- och luftmotståndet
och bilen hade sakta tappat
fart och ingen energi hade
gått förlorad i förhållande till att hålla konstant fart.
Därför är – ologiskt nog – bromspedalen det effektiv aste
redskapet för att höja bensinförbrukningen på en bil.
Bromsa ofta så går bensinen åt i parti och minut.
8. Detta leder oss till ännu en ologisk sanning: Att hålla
jämn fart förbrukar mer energi än att pendla i hastighet.
För att åskådliggöra effekten av en ryckig körstil behövs
två exempel. Första exemplet är en Cayman i jämn fart på
plan rak väg. Då förbrukar den de 8,4 liter som härstammar
från de rena förlusterna. Andra exemplet är att först
accelerera från 80 till 120 km/h och sedan frirulla från 120
till 80 km/h med kopplingen nertryckt och hela tiden
byta rörelseenergi mot rull- och luftmotstånd.
Med en Cayman tar det 30 sekunder att rulla från 120
till 80 km/h, sedan används 30 sekunder för att accelerera
upp i fart igen. Därför används halva tiden till acceleration
och andra halvan till frirullning. Cayman behöver
accelerera och rulla fritt hela 60 gånger under timmen
bakom ratten, en relativt ryckig resa med andra ord.
Med 41 milliliter per acceleration förbrukar Cayman S
2,5 liter extra under alla accelerationerna. Samtidigt går
det åt 4,2 liter för att hålla 100 km/h i snitt under den
halva timme som accelerationerna totalt utgör. Vid
frirullning används farten – den uppbyggda rörelse -
energin - till att övervinna rull- och luftmotståndet.
Därför är motorn den enda egentliga förbrukaren under
frirullning och på tomgång drar Cayman 0,6 liter på den
halvtimmen. Tabellen här intill bringar förhoppningsvis
mer klarhet i de två olika sätten att använda bensinen.
BERÄKNING AV RÖRELSE
6. Acceleration
Rörelseenergin hos bilen är massan
gånger hastigheten i kvadrat delat med
två. Uttryckt i kilowatt och timmar blir
ekvationen: E k =m•v 2 ÷(2•60•60•
1 000). I 80 km/h har vår Cayman en
rörelse energi på 1 425•(80÷3,6) 2 ÷
7 200 000 =0,097 kWh.
Det betyder att det finns 33 milliliter
bensin investerade i att ha fått upp bilen
till 80 km/h. Vid 120 km/h har bilen en
rörelseenergi på 1 425•(120÷3,6) 2 ÷
7 200 000=0,22 kWh.
Det innebär att 0,22-0,097=0,123 kWh,
eller 41 milliliter bensin behöver för -
brännas för att accelerera bilen en
gång från 80 till 120 km/h, energi som
då finns kvar som rörelse energi i form
av en högre hastighet.

Jämn fart Acceleration Frirullning
60 min 60 x 30 sek 60 x 30 sek
Motorförbrukning 3,4 1,7 0,6
Rullmotstånd 2,6 1,3 0,0
Luftmotstånd 2,4 1,2 0,0
Acceleration 0,0 2,5 0,0
Totalt 8,4 6,7 0,6
Hela timmen 8,4 7,3
Bränsleförbrukningen på vår Cayman S kan sänkas med
en dryg liter om vi först accelererar från 80 till 120 km/h
och sedan rullar med kopplingen nedtryckt tillbaka till 80
km/h hela tiden. Snitthastigheten och sträckan blir
densamma, men till en lägre bensinkostnad. Naturligtvis
blir trafiken ganska ryckig om alla skulle köra så och
därför kommer metoden antagligen inte att rekommenderas
av Trafikverket. Men Naturvårdsverket skulle säkert
jubla över sänkt bensinförbrukning med 13 procent bara
på körbeteende, helt utan att lägga till någon nyutvecklad
teknik.
Varför fungerar metoden egentligen? Alla förbrukningens
delar borde väl rimligen ta ut varandra i slutänden?
I princip ja, men det som döljer sig här är att motorns
medelvarvtal sänks. Under accelerationerna har den i
snitt 2600 r/min och på rull bara 900 r/min, detta i 30
minuter vardera. Snittet blir 1750 r/min vilket förbrukar
2,3 liter istället för de 3,4 liter som går åt då motorn hålls
på jämna 2600 r/min under hela timmen. Resultatet blir
som att använda samma överväxel som Cayman S med
7. Bromsning
Att bromsa är egentligen att ta rörelse energi och
omvandla den till värme i bromsskivorna. På
samma sätt som 41 milliliter bensin behövs för
att accelerera bilen så går den energin förlorad
när bilen bromsas in från 120 till 80 km/h.
Görs det 25 gånger under en timme så stiger
förbrukningen med 25•41=1 025 milliliter bensin.
Caymans totala förbrukning stiger från 8,4 till 9,4
liter per 100 km bara genom ett antal inbromsningar.
8. BENSINENS VÄG VID RYCKIG
KÖRNING
Pendlande mellan 80 och 120 km/h är rullmotståndet
i snitt 280 N, precis som vi tidigare
räknade ut för konstant 100 km/h. Luftmotstånds -
kraften blir effektåtgången (7 144W) delat med
medelhastigheten (100 km/h) uttryckt i meter per
sekund: 7 14 4•(100÷3,6)= 257 N. Totala mot -
stånds kraften är då 280+257= 537 N.
Med bilens massa på 1 425 kg kommer bilen
att retardera med 537÷1 425=0,38 m/s 2 med
PDK har. Den drar, inte helt förvånande, också en dryg
liter mindre bensin i jämn fart än sitt manuella syskon
enligt våra beräkningar, allt tack vare det lägre motorvarvtalet.
Målet med övningen är helt enkelt att sänka det
genomsnittliga varvtalet genom att spendera så mycket
tid som möjligt rullandes på tomgång. Därför kommer
snabbare acceleration upp till 120 km/h ge ytterligare
lägre förbrukning.
Något du faktiskt kan göra för att utnyttja metoden utan
att rycka sönder trafikrytmen är att frikoppla i nedförsbackar
så att lutningen används till att övervinna bilens
motstånd. Insättningen på bensinkontot görs sedan i nästa
uppförsbacke som kräver mer gas än plan väg.
Det man också behöver tänka på är att inte gasa fullt
under accelerationen eftersom vissa motorer då ges ett
överskott på bensin för att kyla cylindrarna.
En extremversion av metoden är att stänga av motorn
under rullningsfasen, men då riskerar man att rattlåset går
i av misstag och att bilen tar sin egen väg. I ett framtids -
perspektiv är det inte otänkbart att bilar som körs med
navigator och farthållare också kan avgöra var upp- och
nedförsbackarna kommer och stänga av motorn själv.
Tekniskt är det fullt möjligt att programmera en Porsche
Cayenne Hybrid med navigator till det, men ännu har
inget sådant system släppts på marknaden.
Så, variera gärna i fart om trafiken tillåter, se till att koppla
ur och undvik bromspedalen!
kopplingen intryckt. Med den retardationen tar
det 30 sekunder att rulla från 120 till 80 km/h.
Sedan används 30 sekunder för att accelerera
upp i fart igen. Under en timme behöver Cayman
accelerera och retardera 60 gånger, en relativt
ryckig resa med andra ord. Med 41 milliliter per
acceleration förbrukar Cayman S 2,5 liter extra
för de 60 fartökningarna. Eftersom accelerationerna
görs under halva körtiden drar bilen samtidigt
också 8,4÷2=4,2 liter för att hålla 100 km/h
i snitt. Vid frirullning existerar bara motorns
tomgång som förbrukare.
Samtidigt används den nyss uppbyggda rörelse -
energin, där totalt 2,5 liter bensin gick åt, till att
övervinna rull- och luftmotståndet. De skulle
annars dragit just 1,3+1,2=2,5 liter tillsammans
under den halvtimmen. På tomgång drar Cayman
1,2 liter per timme och under den halvtimme som
bilen rullar med kopplingen nertryckt går det
därför åt 0,6 liter.
PORSCHEMAG 33