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Leerlauf

Definition: der Betrieb eines Motors ohne Last

Englisch: engine idling

Kategorien: Fahrzeuge, Grundbegriffe, Kraftmaschinen und Kraftwerke

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 01.06.2013; letzte Änderung: 03.11.2018

Wenn ein Verbrennungsmotor kurzzeitig nicht benötigt wird, lässt man ihn häufig im Leerlauf weiterlaufen. Sonst müsste er nämlich für erneute Benutzung neu gestartet werden, was den Anlasser und die Batterie belastet und unter Umständen zu erhöhten Schadstoffgehalten im Abgas führen kann (siehe unten).

Im Fahrzeug treibt der Motor auch im Leerlauf noch die Lichtmaschine (einen Generator zur Stromerzeugung) an. Moderne Lichtmaschinen können auch im Leerlauf noch eine gewisse Leistung erbringen, trotz der niedrigen Drehzahl; so kann z. B. die Batterie geladen werden. Die erzeugte elektrische Leistung ist allerdings sehr niedrig im Vergleich zum Kraftstoffverbrauch, d. h. der Wirkungsgrad ist sehr gering (höchstens wenige Prozent). Ein Nutzeffekt kann noch die Wärmeerzeugung für die Beheizung des Fahrzeugs sein, wobei auch hierdurch sehr hohe Energieverluste entstehen. Ebenfalls kann der Kompressor einer Klimaanlage angetrieben werden, wobei allerdings die verbrauchte Primärenergie weitaus mehr ist als die dem Fahrzeug entzogene Wärmemenge.

Leerlaufdrehzahl

Ein typischer Automotor benötigt eine Leerlaufdrehzahl in der Größenordnung von 800 Umdrehungen pro Minute, also ca. 13 Umdrehungen pro Sekunde. (Im normalen Betrieb liegt die Drehzahl deutlich höher – meist mindestens bei 1500 Umdrehungen pro Minute, bei hoher Leistung unter Umständen sogar mehr als 5000 U/min.) Die Leerlaufdrehzahl wird in der Regel durch einen speziellen Regler konstant gehalten. In der Warmlaufphase (nach einem Kaltstart) kann sie unter Umständen etwas höher gewählt werden.

Verbrauch und Schadstoffemissionen im Leerlauf

Der Kraftstoffverbrauch eines Motors im Leerlauf ist ganz erheblich: bei einem typischen Automotor in der Größenordnung von 10 kW (bezogen auf die Primärenergie), also z. B. deutlich mehr als die Heizungsanlage in einem gut wärmegedämmten Einfamilienhaus an den kältesten Tagen leisten muss, und weitaus mehr als der Verbrauch eines Gasherds. Dadurch wird rund ein Liter Kraftstoff pro Stunde verbrannt – oft völlig nutzlos. Bei unnötig hoch eingestellter Leerlaufdrehzahl kann der Verbrauch auch höher sein. Die hohe Menge von abzuführender Abwärme kann bewirken, dass gerade im Leerlauf gelegentlich der Ventilator für die Motorkühlung in Betrieb gehen muss.

Der überraschend hohe Leerlaufverbrauch resultiert nur zum kleinen Teil aus Reibungsverlusten im Motor, viel stärker aus der Ineffizienz des Antriebsprinzips im Leerlauf. Dies trifft vor allem für Benzinmotoren (Ottomotoren) zu; hier muss die Drosselklappe im Leerlauf fast geschlossen bleiben (um das nötige Verbrennungsluftverhältnis zu erzielen), so dass hohe Drosselverluste auftreten. Hinzu kann eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoffs kommen, ebenso der relativ hohe Wärmeverlust über die Wände des Brennraums.

Die Schadstoffemissionen eines Benzinmotors (Ottomotors) im Leerlauf sind relativ hoch: Es entstehen zwar kaum Stickoxide, aber v. a. bei Benzinmotoren erhebliche Mengen von giftigem Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Wenn der Abgaskatalysator die Betriebstemperatur erreicht hat, kann er einen großen Teil dieser Schadstoffe zu Kohlendioxid und Wasserdampf abbauen. Kurz nach dem Kaltstart, wo die Rohemissionen des Motors noch höher sind, ist der Katalysator allerdings unwirksam, so dass sehr giftige (auch krebserregende) Abgase den Auspuff verlassen. Interessanterweise kann der Schadstoffausstoß bei leichter Belastung des Motors – z. B. durch die Lichtmaschine – trotz erhöhten Kraftstoffverbrauchs abnehmen; die Verbrennung läuft nämlich bei völlig unbelastetem Motor am schlechtesten ab.

Auch bei Dieselmotoren können im Leerlauf erhebliche Emissionen entstehen – stark abhängig von der jeweiligen Motorentechnologie, und wiederum vermehrt in der Warmlaufphase.

Was die klimaschädlichen Kohlendioxid-Emissionen betrifft, sind diese nur abhängig vom Kraftstoffverbrauch. Sie werden also bereits bei sehr kurzzeitigen Abschaltungen reduziert, während die Mengen der oben genannten giftigen Schadstoffe weniger reduziert werden oder sogar zunehmen können.

Es stellt sich die Frage, ab welcher Dauer einer Betriebspause ein Automotor abgestellt werden sollte. Was den Kraftstoffverbrauch betrifft, ergibt sich eine Einsparung bereits beim Abstellen für wenige Sekunden, da das Wiederanlassen kaum zusätzlich Kraftstoff verbraucht. Bei den Schadstoffemissionen ist das Bild etwas anders, da der Anlassvorgang diesbezüglich oft ungünstig ist (zumindest bei Verwendung simpler Technik); bei längerer Pause kann auch der Abgaskatalysator so weit abkühlen, dass er danach kurzzeitig weniger wirksam ist. Dennoch wird im Allgemeinen empfohlen, den Benzinmotor bei Betriebspausen oberhalb von ca. 15 Sekunden abzustellen. Bei Dieselmotoren dürfte ein etwas längeres Intervall von z. B. 20 bis 30 Sekunden sinnvoller sein. Bei großen Dieselmotoren z. B. von Bussen kann diese Minimalzeit sogar deutlich höher liegen, z. B. bei einer Minute.

Start-Stopp-Automatik

Bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik erfolgt eine Abschaltung in den meisten Situationen automatisch, sobald der Motor nicht gebraucht wird – beispielsweise wenn der Leerlauf eingelegt und das Kupplungspedal losgelassen wird. Die Technik ist dann in der Regel so optimiert, dass die Nachteile der Abschaltung minimiert werden, und das Anlassen erfolgt wiederum automatisch. Im Stadtverkehr kann mit dieser Technik eine erhebliche Kraftstoffeinsparung erzielt werden.

Schubabschaltung

Die meisten Automotoren verfügen heute über eine Schubabschaltung, d. h. die Kraftstoffzufuhr wird im Schubbetrieb (Schiebebetrieb) unterbrochen. Hierdurch wird der Leerlaufverbrauch vermieden und die Wirkung der Motorbremse erhöht.

Hybridantriebe

Bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb (zumindest bei Vollhybriden) wird der Leerlaufbetrieb so weit wie möglich vermieden – sogar während der Fahrt, auch ohne Schubbetrieb, wenn keine oder nur wenig Antriebsleistung benötigt wird. In der Warmlaufphase oder bei sehr kaltem Wetter (mit hohem Bedarf an Heizwärme) kann der Leerlaufbetrieb notwendig bleiben, wobei dann aber häufig etwas Leistung erzeugt wird, um die Hybridbatterie zu laden. Diese Strategie führt zu einem schnelleren Erreichen der Betriebstemperatur und vor allem zu reduzierten Schadstoffemissionen.

Siehe auch: Verbrennungsmotor, Schubabschaltung, Motorbremse, Start-Stopp-Automatik, Energieverbrauch, Kraftstoff, Hybridantrieb, Lichtmaschine
sowie andere Artikel in den Kategorien Fahrzeuge, Grundbegriffe, Kraftmaschinen und Kraftwerke

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