Dieselmotor

Ein Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor, bei dem der Kraftstoff (Dieselkraftstoff genannt) während des Verdichtungsvorgangs in die im Verbrennungsraum enthaltene stark verdichtete Luft eingespritzt wird. Die Temperatur der verdichteten Luft ist so hoch, dass der eingespritzte Kraftstoff sich selbst entzündet. Eine Zündkerze wie beim Benzinmotor (Ottomotor) wird deshalb nicht benötigt; dafür haben viele Dieselmotoren zur Unterstützung des Kaltstarts - insbesondere im Winter - eine Glühkerze. Zum 1. Januar 2017 waren in Deutschland 15.089.392 Fahrzeuge mit Dieselmotoren zugelassen^[1] und diese wurden zum ernsthaften Konkurrenten der Benzinmotoren mit 29.978.635 Zulassungen. Gegenüber 2005 lag des Verhältnis nicht mehr bei 4:1 zugunst des Benziners, sondern überschritt schon die Marke von 2:1. Kritikern zufolge war dieser Erfolg jedoch auf Manipulationen der Autoindustrie bei den Abgasmessungen zurückzuführen. Dies wurde beim VW-Abgasskandal offenbar.

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1 Allgemeines

Dieselmotor aus dem Jahr 1905, 40 PS, Zweizylinder

Diese Motorenart wurde ursprünglich mit Pflanzenöl betrieben, erst später kam es zur Herstellung des speziellen Dieselkraftstoffes aus Erdöl. Seit Ende des 20. Jahrhunderts wird zunehmend auch der so genannte Biodiesel RME (Rapsölmethylester) eingesetzt. Die meisten heutigen Dieselmotoren können auch mit Pflanzenöl betrieben werden. Beim Diesel-Verbrennungsverfahren wird im Gegensatz zum Verbrennungsverfahren beim Ottomotor kein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch angesaugt. Dieselmotoren arbeiten im Gegensatz zu Ottomotoren mit einem starken Luftüberschuss. Es gibt verschiedene Einspritzverfahren, z.B. Vorkammereinspritzung, Wirbelkammereinspritzung und Direkteinspritzung. Vorteile des Dieselmotors gegenüber seinem nächsten Verwandten, dem Ottomotor, sind ein besserer Wirkungsgrad und der daraus resultierende geringere spezifische Kraftstoffverbrauch sowie billigere und ungefährlichere Kraftstoffe. Nachteilig sind die aufwendigere und infolge höherer Arbeitsdrücke massivere Konstruktion, das daraus resultierende schlechtere Masse-Leistungs-Verhältnis, sowie die höhere Geräuschemission durch größere Druckgradienten bei der Verbrennung. Beim Betrieb von Dieselmotoren entsteht Dieselruß der bei modernen Konstruktionen durch einen Rußfilter aufgefangen wird. Dieselmotoren können prinzipiell als Zweitaktmotor oder als Viertaktmotor gebaut werden. Ein Kreiskolbenmotor mit Dieselverbrennung ist zwar möglich (zweistufige Verdichtung) jedoch über das Forschungsstadium nie hinausgekommen. Zweitakt-Dieselmotoren werden hauptsächlich als Großmotoren in Schiffen verwendet. Weitaus häufiger ist jedoch der Viertakt-Dieselmotor, dessen Hauptanwendung im Antreiben von Diesellokomotiven, Dieseltriebwagen, Kraftfahrzeugen, Baumaschinen und kleineren Generatoren liegt. In jüngster Zeit sind jedoch auch einige hochmoderne Diesel-Flugmotoren für Kleinflugzeuge auf den Markt gekommen.

2 Erfindung des Dieselmotors

Rudolf Diesel beschäftigte sich schon früh mit Motoren. Im Jahre 1890 kam ihm die entscheidende Idee, wie der Verbrennungsvorgang verbessert werden könne: Es wird nur Luft angesogen, diese auf über 200 bar komprimiert und in diesem Augenblick wird Kraftstoff, z.B. schwere Kraftstoffe wie Rohöl oder Petroleum, in die erhitzte Luft eingespritzt. Die hohe Temperatur führt sofort zur Entzündung des Kraftstoffes als Eigenzündung, was eine Zündkerze überflüssig macht. So einfach sich dieses Prinzip anhört, so problematisch war dessen Umsetzung in die Praxis. Noch nie war es geschafft worden, derart hohe Drücke und Temperaturen in einer Maschine zu verwenden. Und der erste Versuchsmotor, gebaut 1893 durch die Maschinenfabrik Augsburg (MAN) in Deutschland, führte zur Zerstörung des Prototyps. Erst ein zweiter Motor, gebaut 1896, funktionierte einwandfrei und lieferte einen Wirkungsgrad von über 25%, was besser war als von bisherigen Motoren gewohnt. Allerdings sah Rudolf Diesel noch großen weiteren Entwicklungsbedarf, insbesondere war das Verdichtungsverhältnis niedrig und die maximalen Drücke somit klein, ca. 30 bar, außerdem war eine Kraftstoffeinspritzung noch nicht möglich, so dass man Lufteinspritzung verwenden musste, ein Verfahren, das sehr komplizierte, teure und schwere Zusatzeinrichtungen erforderte. Auch konnte sich der Motor nur schwer durchsetzen, weil die Kraftstoffkosten für Schweröl oder Petroleum sehr hoch waren und patentrechtliche Streitigkeiten eine erfolgreiche Einführung verzögerten. Erst als 1908 die Patente abgelaufen waren, entwickelte er zusammen mit der Schweizer Pionierfirma Sauer noch kleinere Motoren für den Gebrauch in Automobilen und LKW.^[2]

3 Funktionsweise: Arbeitstakte

1. Takt -
Ansaugen:
Kolben bewegt sich abwärts und saugt Luft durch das Einlassventil an.

2. Takt -
Verdichten:
Am Ende des Verdichtungshubes wird Kraftstoff eingespritzt, der sich entzündet.

3. Takt -
Arbeiten:
Beim Arbeitshub schiebt der Druck der Verbrennungsgase den Kolben abwärts.

4. Takt -
Ausstoßen:
Die verbrannten Gase werden durch das Auslassventil ausgestoßen.

4 Literatur

Rudolf Diesel, Hans-Joachim Braun: Die Entstehung des Dieselmotors. Das Grundlagenwerk einer großen Erfindung. Verlag A. Steiger, Solingen 1985, ISBN 3921564700
VDI: Handbuch Dieselmotoren, Springer, Berlin 2007, 3. neu bearbeitete Auflage, ISBN 3540721649