Hochoktan Ottokraftstoffe für Hochleistungsmotoren · Benzin-Verbrauchsmessgerät kann der Verbrauch des Fahrzeugs ermittelt werden. Ein Stoppuhrpro-gramm dient zur Beschleunigungsmessung

Hochoktan Ottokraftstoffe für Hochleistungsmotoren

Prof.Dr.-Ing. M. Weclas

Prof.Dr.-Ing. H-J. Tretow

Dipl.-Ing. (FH) J. Bernstein

Dipl.-Ing. (FH) J. Wellmann

Institut für Fahrzeugtechnik der Georg-Simon-OhmFachhochschule Nürnberg

Keßlerplatz 1290489 Nürnberg

Abstract

Seit mehreren Monaten gibt es an Tankstellen inDeutschland neue Sorten Ottokraftstoffe zu kaufen,Shell (V-Power) und Aral (Ultimate 100), jeweils 100Oktan. Laut Herstellerangabe verhilft dieser Kraft-stoff zu mehr Leistung bei gleichzeitig geringeremVerbrauch und verbessertem Beschleunigungsver-mögen.

Ziel des hier beschriebenen Projekts war es, durchvergleichende Messungen belastbare Aussagenüber Leistung, Beschleunigung und Verbrauch derneuen Kraftstoffe machen zu können.

Es wurde festgestellt, dass keiner der beiden Hoch-oktankraftstoffe relevante Mehrleistung, Drehmo-mentzuwachs, Verbrauchsersparnis oder Perfor-mancegewinn bringt. Die festgestellten Differenzenliegen unter 2%, d.h. an der Messgenauigkeitsgren-ze. Hinsichtlich der Leistung war der Referenzkraft-stoff (herkömmliches Super Plus von Esso, 98 Ok-tan) dem Kraftstoff V-Power mit 100 Oktan sogarleicht überlegen. Im unteren Teillastbereich lässtsich bei den Hochoktankraftstoffen eine minimaleVerbrauchsersparnis feststellen.

ISSN 1616-0762 Sonderdruck Schriftenreihe der Georg-Simon-Ohm-Fachhochschule Nürnberg Nr. 29

Schriftenreihe Georg-Simon-Ohm-Fachhochschule Nürnberg Seite 3


1. Einleitung

Ottokraftstoffe müssen vielfältige Anforderungenerfüllen, um für einen Einsatz in Motoren mitFremdzündung geeignet zu sein. Sie bestehen auseiner Vielzahl von Kohlenwasserstoffen, deren Sie-deverlauf wichtig für den einwandfreien Betrieb derFahrzeuge ist. Die hochsiedenden Bestandteileenthalten viel Energie und wirken sich günstig aufden Verbrauch aus. Der Dampfdruck beschreibt dieVerdampfungsneigung eines Kraftstoffs. Witte-rungsbedingt müssen Ottokraftstoffe im Winter füreinen sicheren Kaltstart einen höheren Dampfdruckbesitzen als im Sommer.Ottokraftstoffe müssen klopffest, d. h. gegenSelbstentzündung widerstandsfähig, sein. Das Maßfür die Klopffestigkeit ist die Oktanzahl, die im All-gemeinen nach der so genannten Research-Methode (ROZ) bestimmt wird. Die an Tankstellenangebotenen Benzinsorten unterscheiden sich in ih-rer Klopffestigkeit: Normalbenzin mit 91 ROZ, Euro-Super 95 ROZ, Super Plus 98 ROZ und aktuellauch mit 100 ROZ. Die besonders klopffestenKraftstoffe Super Plus und 100 ROZ wurden fürHochleistungsmotoren mit hoher Verdichtung ent-wickelt. Höhere Klopffestigkeit lässt eine bessereAusnutzung des Energiegehaltes eines Kraftstoffszu.Die Verwendung eines hochoktanigen Kraftstoffsermöglicht es, die Zündzeiten zu optimieren undhierdurch eine deutliche Wirkungsgradsteigerung zuerreichen. Die Abhängigkeit zwischen Oktanzahlund Lage der Klopfgrenze ist im Bereich handels-üblicher Ottokraftstoffe annähernd linear [1].Die Motorleistung ist von mehreren Faktoren ab-hängig:

(1)

ηe ist der effektive Wirkungsgrad des realen Motors,pL, RL, TL sind Luftdruck, Gaskonstante und Luft-temperatur an der Ansaugseite des Motors, VH istder Hubraum des Motors, n ist die Drehzahl, Hu istder Heizwert des Kraftstoffs, Lst ist das stöchiome-trische Luftverhältnis, und λ ist die Luftzahl desGemisches in den Zylindern. Die Kraftstoffqualitätkann durch mehrere Parameter die Motorleistungbeeinflussen, insbesondere durch die Optimierungvon indiziertem und mechanischem Wirkungsgrad(z.B. reduzierte Reibung), und durch den Heizwertdes Kraftstoffs (z.B. Normalbenzin Hu=42.7MJ/kgK,Superbenzin Hu=43.5MJ/kgK, bzw. ist Hu/Lst fürNormalbenzin 2.88MJ/kgL und für SuperbenzinHu/Lst=2.95MJ/kgL).Seit mehreren Monaten gibt es an den Tankstellenin Deutschland neue Sorten Ottokraftstoff zu kau-

fen. Die Kraftstoffe, angeboten von Shell (V-Power)und Aral (Ultimate100), haben jeweils 100 Oktan.Herstellerangaben versprechen mit diesen Kraft-stoffen mehr Leistung bei gleichzeitig weniger Ver-brauch und verbessertem Beschleunigungsvermö-gen.In der Presse wird das Thema intensiv diskutiert.Der ADAC oder die Zeitschrift „Autobild“ habenVersuchsreihen durchgeführt, aus deren Ergebnis-sen sich jedoch nicht erkennen lässt, inwieweit dieTestbedingungen die Ergebnisse beeinflusst haben.Am Institut für Fahrzeugtechnik der Fachhoch-schule Nürnberg wurde wegen dieser ungenauenAussagen Versuchsreihen gefahren, um unter ge-nau definierten Testbedingungen vergleichbare Er-gebnisse zu erhalten und daraus Aussagen überLeistung, Beschleunigung und Verbrauch der neuenKraftstoffe zu gewinnen. Die Ergebnisse der erstenPhase des Projektes sind in diesem Aufsatz zu-sammengefasst.Zum Vergleich verschiedener Kraftstoffe wurden diebeiden populärsten Premium-Otto-Kraftstoffe aufdem Markt herangezogen: „Shell V-Power“ und„Aral Ultimate 100“, beides Ottokraftstoffe mit 100Oktan, die ca. 8 Eurocent teurer als vergleichbarerSuper-Plus Kraftstoff sind. Als Referenzkraftstoffdiente ein herkömmlicher Super Plus Kraftstoff mit98 Oktan. Es handelte sich durchgängig um Winter-kraftstoff, da der gesamte verwendete Kraftstoff imJanuar/Februar bezogen wurde.

In Kapitel 2 sind der Rollenprüfstand und das Test-fahrzeug beschrieben, Kapitel 3 erläutert die Me-thodologie und die Testbedingungen. Insbesonderewerden hier die Reproduzierbarkeit der Messergeb-nisse auf dem Rollenprüfstand diskutiert sowie derKraftstoffwechsel und die Problematik der Kraft-stoffvermischung beschrieben. Die Messergebnissewerden in Kapitel 4 dargestellt und diskutiert.

2. Rollenprüfstand und Testfahrzeug

2.1. Rollenprüfstand

Der Funktions- und Leistungsprüfstand LPS (FHNürnberg) der Firma MAHA Maschinenbau, Hal-denwang besteht aus einer Steuerungseinheit undzwei Rollensätzen. Zur Einstellung auf unterschied-liche Achsabstände dient eine Rollensatzverstel-lung. Umfangreiche Kühlluftgebläse simulieren denFahrtwind. Der Rollensatz ist mit einer Hebe-schwelle, einer elektrischen Wirbelstrombremse undAbdeckplatten ausgestattet.

Der Antriebsstrang besteht aus einer geregeltenGleichstrommaschine und zwei luftgekühlten Wir-belstrombremsen. Zusätzliche Schwungmassen am

λη 1

2⋅⋅⋅⋅

⋅⋅=

st

uH

LL

Lee L

HnV

TR

pP



vorderen Rollensatz ermöglichen es, unterschiedli-che rotierende Fahrzeugmassen zu simulieren (sie-he Abb.1).

Abb.1. Rollenprüfstand

Mit dem Funktions- und Leistungsprüfstand LPS istes möglich, Fahrzeuge mit Otto- und Dieselmotormit einer Prüfgeschwindigkeit von bis zu 200 km/h(variabel) und einer Gesamtradleistung von 400 kWzu prüfen. Eine Leistungsmessung bei konstanterDrehzahl, Geschwindigkeit oder Zugkraft wird durchautomatische Drehzahl-, Geschwindigkeits- oderZugkraftregelung ermöglicht. Neben der Motorlei-stungsmessung können weitere Funktionsprüfun-gen durchgeführt werden. In Verbindung mit einemBenzin-Verbrauchsmessgerät kann der Verbrauchdes Fahrzeugs ermittelt werden. Ein Stoppuhrpro-gramm dient zur Beschleunigungsmessung zwi-schen zwei frei wählbaren Geschwindigkeiten. ZurKorrektur von Leistungsdaten nach DIN oder ECEsind ein Barometer und ein Thermometer in derSchnittstellenbox eingebaut. Der Leistungsprüf-stand erlaubt die Überprüfung des Tachometersbzw. Kilometerzählers. Alle Messergebnisse wer-den graphisch dargestellt und ausgedruckt. Techni-sche Daten des Rollenprüfstandes sind in der Ta-belle 1 zusammengefasst.Das Kraftstoffverbrauchsmesssystem setzt sich zu-sammen aus der Rechnungseinheit 206 mit Printer(Microprozessor mit 8 Programmen und automa-tisch gesteuertem Drucker), dem Messgeber 206(4-Kolben Volumenzähler mit Hallgeber und Dreh-sinnerkennung, hohe Messgenauigkeit) und derMesseinheit 4705. Die Messeinheit und der Mess-geber sind zusammengebaut und im Fahrzeug aufdem Beifahrersitz platziert.Das Flowjet-Ventil 4703 besitzt eine eigene Kraft-stoffpumpe sowie einen Wärmetauscher. DerMessgeber hat einen maximalen Abweichungsbe-reich von ± 0,5 % bezogen auf den momentanen

Messwert. Der fahrzeugeigene Benzinkreislauf ist inzwei Kreisläufe aufgeteilt.Tab. 1. Technische Daten des Rollenprüfstandes

Der primäre Kreislauf verbindet den Kraftstofftankmit dem Flowjet-Ventil, der sekundäre Kreislaufverbindet das Ventil mit dem Motor. Die Labor- undPrüfstandsbelüftung wird durch verschiedene Ge-bläse gewährleistet und verbessert. Diese sind imDetail in Abb.2 dargestellt.

2.2. Versuchsfahrzeug

Als Testfahrzeug wurde ein Audi S4 Avant 4.2quattro mit Hochleistungs-Benzin-V8-MPI Saug-motor mit serienmäßiger Motorsteuerung und Ven-tiltrieb gewählt (Abb. 3).

Abb.3. V8-4.2 Liter Benzinmotor des Testfahrzeugs (Audi S4)

Rollensatzmechanik

Achslast 2.5 t

Rollenbreite pro Rolle 650 mm

Spur min. 520 mm

Spur max. 2120 mm

Rollendurchmesser 502 mm

möglicher Radstand 2000 mm - 3000 mm

Hebeschwelle min. 5 bar

Elektrische Daten

Wirbelstrombremse 2 x 200 kW

Messsystemelektronisches DMS - Mess-system

Netzanschluss 400 V / 50 Hz

Absicherung 32 A

Anzeigebereiche

Prüfgeschwindigkeit 200 km/h

Radleistung max. 200 kW pro Achse

MessgenauigkeitRadleistungsendwert ± 2%vom Messwert



Abb.2. Verschiedene Komponente des Belüftungs- undKühlungssystems

Die wichtigsten technischen Daten des Testfahr-zeugs gemäß Angaben der Fa. Audi sind in der Ta-belle 2 zusammengefasst. Alle Fahrzeugkompo-nenten sind Originalserienteile, an Motor, Ab-gasanlage und Triebstrang wurden keine Änderun-gen vorgenommen (Abb.4).

Tab.2. Technische Daten des Testfahrzeugs

Das Fahrzeug wurde für die Messung auf demPrüfstand mit einem Kraftstoffverbrauchsmessgerät

Audi S4 Avant 4.2 206 kW (280 PS)(Auslieferung des Versuchsfahr-zeugs: 07/1993)

mit Abgasreinigung nach91/441/EWG

Motor und Getriebe

Motor-Bauart 8-Zylinder-V-Ottomotor,längs eingebaut

Bohrung x Hub, mm 84,5 x 93Hubraum, Liter/cm³ 4,2/4172Max. Leistung, kW bei 1/minnach 80/1269/EWG 206/5800

Max. Drehmoment, Nm bei1/min nach 80/1269/EWG 400/4000

Verdichtung 10,6

Gemischaufbereitung Vollelektronische Motor-steuerung (Motronic)mit selektiver Klopfrege-lung

Abgasreinigung 2 Katalysatoren undLambda-Regelung

Getriebe 6-Gang-SchaltgetriebeBatterie 12 V, 88 AhAbmessungen Länge/Breite/Höhe (bei Leerge-wicht), mm 4790/1777/1472

Stirnfläche, mm² 2,14Luftwiderstandsbeiwert 0,35Radstand bei Leergewicht, mm 2692Spurweite vorn/hinten, mm 1569/1534Kraftstoffbehälter, Liter 80

Rädergröße/Reifen/Reifengröße 8J x 17/Dunlop SP Sport8000/245/40 ZR 17

Gewichte (Werksangabe) Leergewicht, kg 1730Gewichte (eigene Messung) Leergewicht (bei vollem Tank),kg 1762

Gewicht mit Fahrer, kg 1846Fahrleistungen Höchstgeschwindigkeit, km/h 247Beschleunigung 0-100 km/h, s 6,6Kraftstoffverbrauch nach80/1269/EWG

Super Plus, bleifrei mind.98 ROZ

Liter/100 kmbei 90 km/h 9,3bei 120 km/h 11,3im Stadtzyklus 18,9

Kraftübertragung permanenter Allradantriebmit zentralem

Torsendifferential

Übersetzung I. 3,500, II. 1,889, III.1,231, IV. 0,967,V. 0,806, VI. 0,685, R.3,455

Achsantrieb 4,111:1



ausgerüstet. Aufgrund der hohen thermischen Be-lastung bei Messungen im Volllastbereich wurdenzusätzliche Maßnahmen getroffen, um die Kraft-stofftemperatur konstant zu halten.

Abb.4. Serienabgasanlage

Zum einen wurde das Fahrzeug mit einem Kraft-stoffkühlsystem ausgestattet. In den Rücklauf desKraftstoffsystems wurde ein Plattenkühler einge-baut. Dieser kühlte den Kraftstoff mit Leitungswas-ser, so dass die Temperatur des Kraftstoffes wäh-rend der Messungen nahezu konstant blieb(Abb.5).

Abb.5. Plattenwärmetauscher des Kraftstoffkühlers

Zum anderen wurde zur verbesserten Wärmeabfuhrdie Motorhaube des Fahrzeuges entfernt. Die imTestfahrzeug eingebauten Messeinrichtungen sindin Abb. 6 dargestellt.

2.3. Kraftstoffe

Für dieses Projekt wurden drei Kraftstoffe zum Testausgewählt. Es sind handelsübliche Ottokraftstoffe,die alle an deutschen Tankstellen verfügbar sind.Die an Tankstellen angebotenen Benzinsorten un-terscheiden sich in ihrer Klopffestigkeit. Normalben-zin hat 91 ROZ, Euro-Super 95 ROZ, Super Plus98 ROZ und aktuell auch 100 ROZ. Die besondersklopffeste Kraftstoffsorte Super Plus und 100 ROZwurde für Motoren mit hoher Verdichtung entwik-kelt, die ursprünglich auf hochoktaniges Benzin an-gewiesen waren. Höhere Klopffestigkeit lässt einebessere Ausnutzung des Energiegehaltes einesKraftstoffs zu.

Abb.6. Messstellen am Motor

Additive für Ottokraftstoffe: Ablagerungen auf Ven-tilen, Einspritzdüsen und im Ansaugsystem wirkenbei Kaltstart wie ein Schwamm und verändern sodas Kraftstoff-Luft-Gemisch. Stark verschmutzteVentile führen außerdem zu Leistungsminderungund erhöhtem Verbrauch. Für die Kraftstoffqualitätist daher neben der ausgewogenen Mischung derverschiedenen Komponenten die Verwendunghochwertiger Kraftstoffzusätze von zunehmenderBedeutung.Folgende Kraftstoffe wurden für die Durchführungder verschiedenen Messreihen verwendet:

• BP für die Reproduzierbarkeit der Messungen(98 ROZ)

• Aral Ultimate 100 (100 ROZ)• Shell V-Power (100 ROZ)• Esso Super Plus als Referenzkraftstoff (98

ROZ).



3. Methodologie und Versuchsbe-dingungen

Die Messungen wurden in fünf Phasen durchge-führt:1. Prüfung der Reproduzierbarkeit der Messungen2. Leistung-Drehmoment bei Volllast für alle drei

getesteten Kraftstoffe3. Elastizitätsmessungen für alle drei getesteten

Kraftstoffe4. Kraftstoffverbrauchmessungen bei unterschied-

lichen Lasten für alle drei getesteten Kraftstoffe.5. Wiederholung der Reproduzierbarkeit der Mes-

sungen

3.1. Reproduzierbarkeit der Messungen

Dieser Teil des Messprogramms beinhaltet nebender Leistungsmessung auch Elastizitäts- und Ver-brauchsmessungen mit BP 98 ROZ Kraftstoff. Zieldieser Messungen war es, die Toleranzgrenzen desPrüfstandes zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigten,dass die Reproduzierbarkeit der Messungen sehrhoch ist, sie liegt bei 98%. Zur Leistungsmessungsteht die Möglichkeit der kontinuierlichen und derdiskreten Leistungsmessung zur Verfügung. Diekontinuierliche Leistungsmessung hat keine abge-legten Einzelwerte und bietet zur Nachvollziehbar-keit lediglich einen Prüfausdruck, der nicht elektro-nisch speicherbar ist.Daher bietet sich die diskrete Leistungsmessungan. Durch feine Abstufungen der Einzelwerte warhier hohe Genauigkeit zu gewährleisten. Der Ver-gleich zwischen den zwei Messverfahren zeigt einesehr gute Übereinstimmung hinsichtlich der ausge-gebenen Maximalwerte (Abb.7).

Abb.7. Leistung: Reproduzierbarkeit der Messungen (Kraftstoff: BP 98ROZ)

Die Ergebnisse für Reproduzierbarkeit der Elastizi-tätsmessungen sind in Abb. 8 zusammengefasst.Durch eine arithmetische Mittelung von 10 Mess-werten ist die Abweichung sehr gering und liegtunter 2.5%.

Abb.8. Elastizität: Reproduzierbarkeit der Messungen (Kraftstoff: BP 98 ROZ)

Diese sehr hohe Reproduzierbarkeit der Messun-gen ist auch bei Verbrauchsmessungen bestätigtworden (Abb. 9 bis12). Hier liegt die relative Abwei-chung liegt zwischen 0.6% und maximal 1.6%.

Testbedingungen für die Einzelleistungspunkte wa-ren:• 15% Leistung: 1500N Zugkraft bei 2200 U/min• 30% Leistung: 2000N Zugkraft bei 3250 U/min• 60% Leistung: 2750N Zugkraft bei 4500 U/min• 100% Leistung: 3250 N Zugkraft max. erreichte

Drehzahl.

Abb.9. Kraftstoffverbrauch bei 15% Last: Reproduzierbarkeit der Messungen (Kraftstoff: BP 98 ROZ)

Abb.10. Kraftstoffverbrauch bei 30% Last: Reproduzierbarkeit derMessungen (Kraftstoff: BP 98 ROZ)

195,5

193,5 193,5 193,5

192,5

193,0193,0

193,5193,5

190

191

192

193

194

195

196

197

1 2 3 4 5

Messung [Nr.]

No

rmle

istu

ng

PN

orm

[kW

]

Messwert

Mittelwert mit Streubereich +/- 1,1%

25,6

25,4 25,4 25,4 25,425,4 25,4 25,4 25,4 25,4

25,00

25,25

25,50

25,75

26,00

1 2 3 4 5Messung [Nr.]

Ver

bra

uch

[l/h

]

Messwert

Mittelwert mit Streubereich +/- 1,2 %

14,1

14,2

14,4

14,1

14,2 14,2 14,2 14,2

14,1

14,2

13,75

14,00

14,25

14,50

14,75


Ver

bra

uch

[l/h

]

Messwert


5,80

7,60

5,94

7,60

6,00

7,60

5,50

5,75

6,00

6,25

6,50

6,75

7,00

7,25

7,50

7,75

8,00

Zei

t [s

]

Min

Mittelwert mit Streubereich von +/- 2,4 %

Max

60-100 km/h im IV. Gang 80-120 km/h im V. Gang



)15(15 CaC °−⋅+=° ϑρρ ϑ



3.2. Kraftstoffwechsel und die ProblematikKraftstoffvermischung

Die drei ausgewählten Ottokraftstoffen (Esso SuperPlus 98 ROZ; Shell V-Power 100 ROZ; Aral Ulti-mate 100 ROZ) sind von unabhängigen Tankstellengekauft worden. Es wurden beschriftete Kraftstoff-kanister aus dem Fachhandel (geprüft nach UN-Norm) verwendet, welche vorgereinigt waren. AlsTankgefäß wurde der bordeigene Fahrzeugtank inOriginalzustand und Originalunterbringung genutzt.Auf einen externen Tank wurde aus Gründen derAuthentizität im realen Fahrbetrieb verzichtet, ob-wohl die Kraftstoffwechsel mit weniger Aufwandhätten durchgeführt werden können. Um dem Pro-blem der Vermischung verschiedener Kraftstoffe imKraftstoffkreislauf des Fahrzeuges entgegenzutre-ten wurde eine Prozedur zur Spülung festgelegt.Die Spülung wird jeweils bei der Umstellung auf ei-nen anderen Kraftstoff angewendet. Diese stelltsich in 8 Schritten dar:

1. Tankbehälter unter zu Hilfenahme der fahrzeu-geigenen Kraftstoffpumpe entleeren

2. Eine definierte Menge von 10 Litern Referenz-kraftstoff (Esso Super Plus) in den Tank einfül-len

3. 8 Liter (nach Benzin-Verbrauchsanzeige) imBetriebspunkt mit 30 % der maximalen Leistung(2000 N Last bei 3250 U/min) verfahren


5. Einfüllen von 10 l des zu messenden Kraftstof-fes

6. 8 Liter (nach Benzin-Verbrauchsanzeige) imBetriebspunkt mit 30 % der maximalen Leistung(2000 N Last bei 3250 U/min) verfahren


8. Tank mit 60 Litern des zu messenden Kraft-stoffes befüllen

3.3. Messparameter und charakteristischeGrößen

Verglichen werden sollten vorrangig die Leistungs-steigerung, die Elastizität und der Kraftstoffver-brauch. Entscheidend war außerdem, dass alleEinflüsse vergleichbar berücksichtigt und kontrolliertwerden. Darunter fallen Luftdruck der Reifen, Kraft-stofftemperatur, Kühlluftstrom, Kühlmitteltempera-tur, Motoröltemperatur, Abgastemperatur, Luftdruckund Lufttemperatur der Umgebung. Weitere Größenwaren während aller Messungen gleich. Hierzuzählen die elektrische Verbrauchsleistungen, dieüber alle Messungen konstant blieben, Art und Füll-stand des Motoröls, Art und Füllstand des Kühlmit-tels, Belüftungssituation der Zuluft, der Abluft undder Abgasabsaugung. Die Wartung des Fahrzeugeslag rund 2500 km zurück und umfasste neben demordnungsgemäßem Ölfilterwechsel den Einbauneuer Zündkerzen und neuer Luftfilter.

Kraftstoffdichte

Vor Beginn der Versuchsreihen wurde die Kraft-stoffdichte der jeweiligen Ottokraftstoffe in Abhän-gigkeit von der Umgebungstemperatur mit einemAärometer bestimmt. Die Umrechnung der Kraft-stoffdichte auf die Normtemperatur (15 °C) erfolgtemit der Gleichung

(2)

(Faktor a nach DIN 51759).Die normierten Kraftstoffdichten sind in der Tabelle4 dargestellt.

79,4

78,3

79,0

77,8

78,578,6 78,6 78,6 78,6 78,6

77,0

77,5

78,0

78,5

79,0

79,5

80,0


Ver

bra

uch

[l/h

]

MesswertMittelwert mit Streubereich +/- 1,1 %

45,6

46,1

46,0

45,6

45,845,8 45,8 45,8 45,8 45,8

45,3

45,5

45,8

46,0

46,3

46,5


Ver

brau

ch [l

/h]

Messwert




K

KT

mbarpKa

293

][

][

1013 ⋅=

motred PKaP ⋅=

Tab. 4. Gemessene und normierte Kraftstoffdichte

Normierte Leistung

Die Motorleistung hängt unter anderem von derLufttemperatur und dem Luftdruck ab (siehe Gl.1).Um Messungen unter verschiedenen Bedingungen(an unterschiedlichen Tagen oder Tageszeiten)vergleichen zu können, wird die gemessene Motor-leistung auf die reduzierte Leistung nach DIN 70200umgerechnet. Die reduzierte Leistung bezieht sichauf eine Normtemperatur von 20 °C und einenNormluftdruck von 1013 hPa. Die Berechnung er-folgt nach Gleichung:

(3)

Ka ist ein Korrekturfaktor nach DIN 70200; p ist deratmosphärische Luftdruck am Prüfstand in mbarund T ist die Lufttemperatur am Prüfstand in Kelvin.Ka ist wie folgend definiert:

(4)

Testbedingungen

Randbedingungen für alle geplanten Messungenwaren gleich und folgendermaßen festgelegt:

• Warmer Motor nach Öltemperatur und Kühl-wasseranzeige.

• Fahrzeug warmgefahren (Getriebe, Reifen, etc)nach AUDI-Vorgabe für dieses Fahrzeug amRollenprüfstand

• Gebläse und Abgasabsaugung immer gleicheingestellt

• Motorölstand und Ölsorte• Getriebeölstand und Ölsorte• Kühlwasserstand• Beladungszustand des Fahrzeugs ist immer

gleich ( Fahrer +Tankfüllung nach Festlegung,sonst leer)

• Reifendruck immer gleich mit 3 bar auf allenRädern (kontrolliert)

• Kraftstofftemperatur nahezu konstant mitTK=18-25 Grad Celsius

• Luftdruck, Lufttemperatur, Luftfeuchte (gemes-sen)

• Alle Ergebnisse werden normiert und rückge-rechnet auf Normbedingungen.

Um ein besonders aussagekräftiges Ergebnis zuerhalten, wurden immer fünf gleiche Messungendurchgeführt und dann gemittelt. So werden lokaleAbweichungen wirkungsvoll eliminiert. Des weiterenwurde an drei aufeinander folgenden Tagen mitähnlicher Witterung (Temperatur/ Luftfeuchte/ Luft-druck), der gleichen abgestimmten Sequenz undnahezu gleichen Tageszeiten gemessen, um ver-gleichbare Bedingungen zu gewährleisten. DieseDaten wurden direkt am Ansaugtrakt vor dem Fahr-zeug aufgenommen.

4. Messergebnisse

4.1. Leistung - Drehmoment Charakteristik

In der ersten Messreihe wurde Shell V-Power ge-prüft. Die diskrete Leistungsmessung erfolgte inStufen von 100 U/min und der Drehmomentverlaufwurde vom Prüfstand berechnet. Es wurden 5 Mes-sungen hintereinander durchgeführt und die Ein-zelwerte zu einer Gesamtkurve gemittelt. Als Zwei-tes wurde nach der erwähnten Spülphase der Kraft-stoff Esso SP 98 gemessen. Die dritte Messreihebezog sich dann auf Aral Ultimate100 – sieheAbb.13.

Abb.13. Normierte Leistung als Funktion von Drehzahl für drei getestete Kraftstoffe

Der maximale Unterschied zwischen Esso SuperPlus und Shell V-Power beträgt 3.8 kW in einemDrehzahlbereich von 5900 bis 6000 U/min. Dasentspricht einem Unterschied von gemittelt 2.0 %.Der maximale Unterschied zwischen Aral Ultimateund Shell V-Power beträgt 5.6 kW bei einer Dreh-zahl von 6200 U/min. Das entspricht einem Unter-schied von 3.0 % - siehe Abb. 14.

Kraftstoff Kraftstoffdichteρ

[kg/m3]t

[0C]ρ Norm

[kg/m3]

BP 98 0,766 14 0,765

EssoSuper Plus 98 0,744 12,5 0,742

Shell V-Power 100 0,755 9,5 0,751

Aral Ultimate 100 0,748 11 0,745

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Motordrehzahl n [U/min]

No

rmle

istu

ng

PN

orm

[kW

]

Shell V-Power

Esso Super Plus

Aral Ultimate 100



250

275

300

325

350

375

400

3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000Motordrehzahl n [U/min]

Dre

hm

om

ent

M [

Nm

]

Shell V-Power

Esso Super Plus

Aral Ultimate 100

Abb. 14. Normierte Leistung als Funktion von Drehzahl für dreigetestete Kraftstoffe (nur ausgewählter Drehzahlbereich)

Die Nennleistung beträgt:

• Shell V-Power: 195 kW bei 5640 U/min• Esso Super Plus: 198 kW bei 5768 U/min• Aral Ultimate: 198 kW bei 5820 U/min

Der Unterschied beträgt hier 1.5 %. Somit liegt dieDifferenz im Rahmen der vom Hersteller des Prüf-standes angegebenen Messgenauigkeit von ± 2 %.

Die Drehmomentverläufe für die drei getestetenKraftstoffe sind in Abb.15 dargestellt. Erneut istfestzustellen, dass die Unterschiede sehr geringsind, was die detaillierte Darstellung in Abb. 16zeigt.

Abb.15. Drehmoment als Funktion von Drehzahl für drei getesteteKraftstoffe

Der maximale Unterschied zwischen Esso SuperPlus und Shell V-Power beträgt 5.8 Nm bei einerDrehzahl von 6000 U/min. Das entspricht einemUnterschied von gemittelt 1.9 %. Der maximaleUnterschied zwischen Aral Ultimate und Shell V-Power beträgt 8.4 Nm bei einer Drehzahl von 6000U/min. Das entspricht einem Unterschied von 2.7%.

Abb.16. Drehmoment als Funktion von Drehzahl für drei getestete Kraftstoffe (nur ausgewählter Drehzahlbereich)

Das Nenndrehmoment beträgt:

• Shell V-Power: 390 Nm bei 4075 U/min• Esso Super Plus: 391 Nm bei 4073 U/min• Aral Ultimate: 390 Nm bei 4070 U/min

Der Unterschied beträgt hier 0.2 %. Somit liegt dieDifferenz im Rahmen der vom Hersteller des Prüf-standes angegebenen Messgenauigkeit von ± 1 %.

4.2. Elastizität

Die Erwartungen an diesen Test waren hoch, ver-sprechen die Hersteller doch vor allem ein deutlichverbessertes Beschleunigungsvermögen. Die Er-gebnisse beider Tests ergeben sich entsprechendAbb. 17.

Abb.17. Elastizität (Gang 4 und 5) für drei getestete Kraftstoffe

Auch hier zeigen sich nur sehr geringe Abweichun-gen. Die Abweichungen beim Test von 60 auf 100km/h im 4. Gang betragen nur etwa 0.1 s im Mittel,was einem Unterschied von 1.7 % entspricht.Ebenfalls eine Abweichung von 0.1 s ergibt dieMessung von 80 auf 120 km/h, was einem Unter-schied von 1.3 % entspricht.

7,50

5,96

7,40

5,90

7,46

5,86

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

Zei

t t

[s]

Shell V-Power

Esso Super Plus

Aral Ultimate 100

60 - 100 km/h, IV. Gang 80 - 120 km/h, V. Gang

200

225

250

275

300

325

350

375

400

425

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000Motordrehzahl n [U/min]

Dre

hm

om

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Shell V-Power

Esso Super Plus

Aral Ultimate 100

175

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4750 5000 5250 5500 5750 6000 6250 6500 6750

Motordrehzahl n [U/min]

Nor

mle

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Nor

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W]

Shell V-PowerEsso Super Plus

Aral Ultimate



Die Erwartungen wurden nicht erfüllt. Gerade ShellV-Power verspricht ein verbessertes Beschleuni-gungsvermögen, erreichte im Test jedoch dasschlechteste Testergebnis.

4.3. Kraftstoffverbrauch

Bei allen Leistungspunkten war kein nennenswerterVerbrauchsunterschied feststellbar. Lediglich beimPunkt schwächster Last war mit den Hochleistungs-kraftstoffen beim spezifischen Verbrauch eine mi-nimale Reduktion feststellbar.Der volumetrische Kraftstoffverbrauch der geteste-ten Kraftstoffe ist in Abb. 18 und der spezifischeKraftstoffverbrauch in Abb. 19 dargestellt.

Abb.18. Volumetrischer Kraftstoffverbrauch für vier Lastpunkte

Abb.19. Spezifischer Kraftstoffverbrauch für vier Lastpunkte

5. Fazit

Es wurde festgestellt, dass keiner der beidenHochoktankraftstoffe relevante Mehrleistung,Drehmomentzuwachs, Verbrauchsersparnis oderPerformancegewinn bringt. Die festgestellten Diffe-renzen liegen unter etwa 2% d.h. an der Messge-

nauigkeitsgrenze. Leistungsmäßig war der Refe-renzkraftstoff (herkömmliches Super Plus von Esso98 ROZ) dem Kraftstoff V-Power (100 ROZ) vonShell sogar messbar knapp überlegen. Im unterenTeillastbereich lässt sich bei den Hochoktankraft-stoffen eine minimale, jedoch kaum wahrnehmbareVerbrauchsersparnis feststellen, die aber in keinemVerhältnis zum Mehrpreis und den Angaben derKraftstoffhersteller steht. In konventionellen, weni-ger auf Leistung ausgelegten Ottomotoren ist einenoch geringere Auswirkung zu erwarten.

Literatur

[1] Abschlußbericht Sonder-Forschungsbereich 224„Motorische Verbrennung“, Aachen 2001.

21,6

26,3

34,3

45,4

21,5

26,2

34,6

45,5

22,1

26,2

34,2

45,1

0

5

10

15

20

25

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40

45

50

Lastpunkt

Ver

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uch

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00 k

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Shell V-Power

Esso Super Plus

Aral Ultimate 100

15% 30% 60% 100%

353333

376399

348 337

378394

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0

50

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250

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350

400

450

500

Lastpunkt

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bra

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Shell V-PowerEsso Super PlusAral Ultimate 100

15% 30% 60% 100%

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Hochoktan Ottokraftstoffe für Hochleistungsmotoren · Benzin-Verbrauchsmessgerät kann der Verbrauch des Fahrzeugs ermittelt werden. Ein Stoppuhrpro-gramm dient zur Beschleunigungsmessung