Dieselmotor

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Dieselmotor
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Ein Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor, der nach dem 1892
von Rudolf Diesel erfundenen Verfahren arbeitet. Das
charakteristische Merkmal ist die Selbstzündung des
eingespritzten Kraftstoffes in der heißen, komprimierten
Verbrennungsluft. Das Verfahren wurde bei der Maschinenfabrik
Augsburg, einem der Gründungsunternehmen der späteren MAN,
von Rudolf Diesel entwickelt. Ein Dieselmotor wird überwiegend
als Hubkolbenmotor, selten als Drehkolbenmotor, ausgeführt.
Inhaltsverzeichnis
1 Geschichte
1.1 Meilensteine
2 Technologie
Erster Dieselmotor
2.1 Prinzip
2.2 Kraftstoff
2.3 Ausführungen
2.4 Einspritzverfahren
2.5 Vor- und Nachteile gegenüber einem
leistungsgleichen Ottomotor (ohne
Direkteinspritzung)
2.5.1 Vorteile des Dieselmotors
2.5.2 Nachteile des Dieselmotors
2.6 Besonderheiten bei Motoren für den Antrieb von
Kraftfahrzeugen
Dieselmotor in einem alten
Rennwagen
2.6.1 Drehmomentverlauf und Leistungsabgabe
2.6.2 Drosselklappen
2.6.3 Einspritztechniken
2.6.4 Direkteinspritzung
2.6.5 Leistungssteigerung
2.6.6 Thermodynamik
2.6.7 Abgase und Partikelfilter
3 Der Diesel-Boom im PKW-Bereich
4 Bedeutung des Dieselmotors
5 Einsatzgebiete neben Pkw und Lkw
Dieselmotoren im Museum
6
7
8
9
5.1 Motorräder
5.2 Flugzeuge
5.3 Wasserfahrzeuge
5.4 Schienenfahrzeuge
5.5 Stromerzeugungsaggregate
5.6 Motorsport
Einzelnachweise
Siehe auch
Literatur
Weblinks
Schiffsdiesel
Geschichte
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Der Dieselmotor wurde 1892 von Rudolf Diesel erfunden.
Während der Entwicklung wurden die verschiedensten Kraftstoffe
im Versuch erprobt. Diesel strebte von Anbeginn die direkte
Einspritzung in den Brennraum an, scheiterte jedoch an den zu
dieser Zeit ungenügenden Pumpen und an der fehlenden
Präzision der Einspritzventile. Deswegen wurde der Umweg über
eine Einblasung des Kraftstoffes mit Druckluft gewählt, die es
erlaubte, den flüssigen Kraftstoff genau genug zu dosieren und im
Brennraum zu verteilen. Am 10. August 1893 läuft der erste
[1]
Prototyp des neuen Motors aus eigener Kraft.
Schnittmodell, links
Der heute aus Erdöl hergestellte Dieselkraftstoff wurde (in
Deutschland und einigen anderen Ländern) nach dem Erfinder
des Motors benannt. Die meisten heutigen Dieselmotoren können
auch mit einem Pflanzenöl (Pöl) betrieben werden, jedoch sind
dazu meistens Umbauten in der Kraftstoffversorgung notwendig.
Meilensteine
1892 Patent (RP 67207) vom 27. Februar. „Arbeitsverfahren
und Ausführung für Verbrennungsmaschinen“.
1897 Entwicklungsarbeit Diesel Maschinenfabrik Augsburg
(MAN) am 17. Februar Erfolg mit Laufeigenschaften.
1902 Bis 1910 produzierte MAN 82 Exemplare des
stationären Dieselmotors DM 12.
1903 Dieselmotor im Binnenschiff eingebaut.
1905 Turbolader und Ladeluftkühler von Alfred Büchi (CH).
Schnittmodell, rechts
Spirallader von Léon Creux (F) für einen Dieselmotor
benutzt.
1908 Prosper L’Orange entwickelt bei Deutz eine präzise
arbeitende Einspritzpumpe mit Nachkammerverfahren.
1909 Vorkammerprinzip mit halbkugelförmigem Brennraum
von Prosper L’Orange bei Benz entwickelt.
1910 Forschungsschiff Fram erstes Schiff und Handelsschiff
Selandia mit Dieselantrieb. Dampfturbine und
Kohlebefeuerung bis 1960 verdrängt.
1912 Erste Lokomotive mit einem Dieselmotor.
1913 Erster aufgeladener Dieselmotor in einer Lokomotive.
1919 Trichterförmiger Einsatz in Vorkammer und
Nadeleinspritzdüse von Prosper L’Orange (Erfindung zum
Patent).
DM12-Dieselmotor der ersten
Generation (1906)
Erster Dieselmotor von Cummins.
1921 Regelbare stufenlose Einspritzpumpe von Prosper L’Orange.
1922 Erstes Serienfahrzeug mit (Vorkammer-)Dieselmotor ist der Ackerschlepper Typ 6 von
Benz-Sendling
1923 Erste Lastkraftwagen mit Dieselmotor, von MAN, Benz und Daimler erprobt.
1924 Markteinführung des Dieselmotors durch diese drei Nutzfahrzeug-Hersteller im LKW
zur IAA.
1927 Erste LKW-Einspritzpumpe und Einspritzdüsen von Bosch. Erster PKW-Prototyp von
Stoewer.
1932 Stärkster Diesel-LKW der Welt von MAN mit 160 PS.
1933 Erster PKW mit Dieselmotor (Citroën Rosalie), Motor vom englischen Dieselpionier Sir
[2]
Harry Ricardo . Wegen Gesetz keine Serie.
1934 Erster Turbodieselmotor für einen Eisenbahnzug von Maybach.
1936 Erster in Serie gefertigter Personenkraftwagen mit Dieselmotor (Mercedes-Benz 260
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D, Hanomag und Saurer)
1936 Daimler-Benz Luftschiff-Dieselmotor 602/LOF6, für das
Luftschiff LZ129 Hindenburg.
1936 der BMW 114 Flugzeug-Dieselmotor Versuchsmotor,
Entwicklung 1937 eingestellt.
1938 Erster Turbodieselmotor von Saurer.
1944 Luftkühlung für Dieselmotoren von KHD zur
Serienreife entwickelt. Später von Magirus-Deutz benutzt.
1953 Turbodiesel LKW für ein Mercedes Löschfahrzeug in
kleiner Serie.
1954 Turbodiesel-LKW in Großserie von Volvo.
1958 Erster Dieselmotor mit obenliegender Nockenwelle von
Daimler-Benz.
1968 Peugeot stellt mit dem 204 den ersten Kleinwagen mit
quer eingebautem Diesel vor.
1973 Ladeluftkühlung beim Dieselmotor von DAF.
1976 Februar: Erprobung des Volkswagen-Dieselmotor für
den PKW Golf im Großversuch mit 300 PKWs. September
Vorstellung VW Golf 1 Diesel.
1976 Common-Rail Entwicklung der ETH Zürich.
1977 Erster PKW-Turbodiesel (Mercedes 300 SD).
1985 ATI-Intercooler-Dieselmotor von DAF.
Das Patent für Rudolf Diesel
vom 23. Februar 1893
Erstes Common-Rail-System für LKW in einem
modifizierten IFA W50 im Straßenverkehr-Dauerbetrieb
erfolgreich erprobt. Der Motor-Prototyp ist heute im
[3]
Industriemuseum Chemnitz zu besichtigen.
1986 EDC für Verteilerpumpe (Pkw) von Bosch im BMW
524tD.
1987 Stärkster Serien-LKW mit einem 460 PS-Dieselmotor
von MAN.
EDC für Reihenpumpe (Lkw) von Bosch in einem
Mercedes-LKW.
Deutsche Briefmarke (1997):
100 Jahre Dieselmotor
1988 Erster Turbolader mit Direkteinspritzung beim
Dieselmotor von Fiat Croma TD i.d. 66 kW (90 PS).
1991 Turbo-Compound für den Euro 1 LKW-Dieselmotor von Scania.
1993 Pumpe-Düse-Einspritzung für den LKW-Dieselmotor von Volvo.
1995 Pumpe-Leitung-Düse PLD-Einspritzsystem (auch unter der Kurzbezeichnung UPS
(Unit Pump System) bekannt) von Bosch.
1996 Hochdruck-Verteilerpumpe VP44 von Bosch.
1997 Common Rail System für PKW von FIAT und Bosch.
Erster aufgeladener PKW-Dieselmotor mit direkter CommonRail-Hochdruckeinspritzung und variabler Turbinengeometrie (Fiat-Alfa Romeo 156
JTD).
1998 Erster V8-PKW-Dieselmotor BMW 3,9 l DE-Turbodiesel, 180 kW.
Pumpe-Düse-Einheit PDE für PKW (auch unter der Kurzbezeichnung UIS (Unit Injector
System) bekannt) von Bosch.
1999 Euro 3 von Scania und erster Common Rail-LKW-Dieselmotor von Renault.
Common Rail-System für Nutzfahrzeuge (LKW) von Bosch.
2000 Erste PKW-Dieselmotoren mit Partikelfilter in Serie von Peugeot.
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2004 In Westeuropa steigt der Anteil neuzugelassener PKW mit Dieselmotor auf über 50 %.
Euro 4 + 5 mit dem SCR-System im Mercedes, Euro 4 mit EGR System und
Partikelfilter von MAN
Erstes Common Rail-System mit Piezo-Injektoren von Bosch.
Erster Nonstop-Transatlantikflug eines mit Dieselmotoren angetriebenen Flugzeugs in
der Allgemeinen Luftfahrt, einer Diamond DA42 TwinStar mit zwei Thielert Centurion
1.7-Motoren
2005 Zukunftspreis des Deutschen Bundespräsidenten für Bosch und Siemens VDO Entwicklung der Piezo-Inline-Injektoren für Common Rail-Systeme
2006 Weltweit erster Erfolg des Diesel-Rennwagen Audi R10 TDI im 12-Stunden-Rennen
Sebring. Deklassiert alle Motorkonzepte.
Euro 5 für alle Iveco-LKW-Typen.
2007 Euro 5 mit EGR-System bei Scania.
2008 Subaru stellt den ersten serienreifen Diesel-Boxermotor vor.
Euro 5 mit EGR-System für alle MAN-LKW-Typen.
stärkster Serien-LKW mit einem 680 PS-Dieselmotor von MAN.
stärkster Serien-Diesel-PKW mit einem 368 kW (500 PS)-Dieselmotor von Audi.
stärkster Schiffsmotor der Welt mit 87220 kW ist der 14K98MC7 von MAN Diesel SE.
Technologie
Prinzip
Beim Diesel-Verbrennungsverfahren wird im Gegensatz zum Ottomotor kein zündfähiges
Luft-Kraftstoff-Gemisch dem Brennraum zugeführt, sondern ausschließlich Luft. Diese Luft wird
zunächst im Zylinder hoch verdichtet, wodurch sie sich auf etwa 700 bis 900 °C erhitzt. Vor dem
oberen Totpunkt beginnt die Einspritzung und Feinstverteilung des Kraftstoffes in der heißen
Luft im Brennraum. Unterstützend wirkt dabei, dass die Luft einem Wirbel um die Hochachse
ausgesetzt ist, wie es bei modernen direkteinspritzenden Dieselmotoren der Fall ist, und somit
für eine rasche Verteilung und Zerstäubung der Dieseltröpfchen sorgt. Die hohe Temperatur ist
ausreichend, um den Kraftstoff von der Oberfläche beginnend zu verdampfen und das DampfLuft-Gemisch zu zünden.
Aus thermodynamischer Sicht stellt der von Rudolf Diesel erdachte und nach ihm benannte
Diesel-Prozess einen Vergleichsprozess für den Dieselmotor dar. Weil in diesem die tatsächlichen
Verbrennungsvorgänge nur unzureichend abgebildet werden, wird besser der Seiliger-Prozess
als Vergleichsprozess herangezogen. (mehr dazu im Abschnitt: Thermodynamik des
Dieselmotors)
Kennzeichen des Dieselmotors:
Selbstzündung: Die angesaugte oder durch einen Lader zugeführte Luft heizt sich durch die
(annähernd) adiabate Kompression stark auf, und der in die heiße Luft eingespritzte
Kraftstoff entzündet sich ohne eine externe Zündhilfe. Die im Ottomotor notwendigen
Zündkerzen entfallen, nur zum Kaltstart sind Zündhilfen (z. B. Glühkerzen, Startkraftstoff)
notwendig.
Innere Gemischbildung: Kraftstoff und Luft werden erst im Brennraum gemischt.
Hohes Verdichtungsverhältnis, so dass eine Selbstzündung möglich ist.
Regelung: Die Motorleistung wird nicht wie beim Ottomotor durch die Menge des
zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches geregelt, sondern durch den Kraftstoffgehalt einer
konstanten Gasmenge, der durch die eingespritzte Kraftstoffmenge variiert werden kann.
Kraftstoff
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Der Motor war für den Gebrauch von Mineralöl konstruiert. Den Einsatz von Kraftstoff auf Basis
von Pflanzenölen testete Rudolf Diesel im Rahmen der Weltausstellung im Jahr 1900. Er
berichtete darüber auf einem Vortrag vor der Institution of Mechanical Engineers of Great
Britain: „… auf der Pariser Weltausstellung 1900 wurde ein kleiner Diesel-Motor der Firma Otto
gezeigt, der auf Anforderung der französischen Regierung auf Arachidöl lief, und er arbeitete so
[4][5]
problemlos, dass nur sehr wenige Leute darauf aufmerksam wurden.“
Ausführungen
Dieselmotoren werden als Zweitaktmotor oder als Viertaktmotor mit und ohne Aufladung
ausgeführt.
Zweitakt-Dieselmotoren werden oft als Großmotoren in Schiffen und VerbrennungsmotorenKraftwerken eingesetzt (siehe auch: Schiffsdieselmotor), welche thermodynamisch die
effizientesten Verbrennungskraftmaschinen darstellen. Kleinere Einheiten werden auch bei
Diesellokomotiven, Lastkraftwagen (insbesondere bei der ehemaligen Lkw-Marke Krupp) aber
auch bei Luftfahrtantrieben (z. B. Zoche) verwendet. Eine besondere Form des DieselZweitakters ist der Gegenkolbenmotor, der wegen seines günstigen Leistungsgewichtes sogar
als Flugmotor Verwendung fand (Junkers Jumo 205), heute jedoch trotz verschiedener
Weiterentwicklungsansätze ungebräuchlich ist.
Häufiger ist jedoch der Viertakt-Dieselmotor, dessen Hauptanwendungen im Antrieb von
Diesellokomotiven, Dieseltriebwagen, Kraftfahrzeugen, Baumaschinen und Generatoren liegen.
Dieselmotoren gibt es ferner in wasser- oder in luftgekühlter Bauweise; letztere wurde von
Klöckner-Humboldt-Deutz entwickelt und lange Jahre für den Antrieb von Magirus-Deutz
Nutzfahrzeugen und Landmaschinen verwendet.
Einspritzverfahren
Im Wesentlichen lassen sich die Einspritzverfahren nach einem kompakten Brennraum und nach
einem unterteilten Brennraum unterscheiden:
Geteilter Brennraum in Kammermotoren, die je nach Unterteilung dem Vorkammer-,
Wirbelkammer- und Lanova-Einspritzverfahren zugeordnet werden
Einteiliger Brennraum bei der Direkteinspritzung, wobei der Brennraum teilweise oder
ganz im Kolbenboden liegen kann, insbesondere beim MAN-M-Verfahren
Bei den o. a. Verfahren werden verschiedene Pumpensysteme zum Aufbau der Einspritzdrücke
verwendet:
bei Motoren mit Vorkammer- oder Wirbelkammereinspritzung
Einzel-Einspritzpumpe
Verteiler-Einspritzpumpe oder
Reihen-Einspritzpumpe
bei Motoren mit Direkteinspritzung
Einzel-Einspritzpumpe, u.a. in der Bauart als Einzelstempelpumpe, umgangssprachlich
häufig Steckpumpe genannt
Reihen-Einspritzpumpe
Verteiler-Einspritzpumpe
Pumpe-Düse-Einspritzsysteme oder
Common-Rail-Einspritzung
Vor- und Nachteile gegenüber einem leistungsgleichen Ottomotor (ohne
Direkteinspritzung)
Vorteile des Dieselmotors
Ein günstigerer Wirkungsgrad gegenüber einem Ottomotor wegen der höheren Verdichtung
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(Expansionsgrad).
Durch die fehlende Drosselung nur sehr geringe Ladungswechselverluste und daher
insbesondere im Teillastbereich einen geringeren spezifischen Kraftstoffverbrauch.
Im Vergleich zu einem Ottomotor ohne Abgasnachbehandlung geringerer Ausstoß von
Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid.
Einsatz von einfacher herzustellenden, ungefährlicheren – weil langsamer verdampfenden –
Kraftstoffen (der Flammpunkt von Dieselkraftstoff liegt deutlich über dem von Benzin).
Entscheidendes Kriterium für die Eignung von Dieselkraftstoffen ist die Cetanzahl (im
Gegensatz zur Oktanzahl von Benzin), die ein Maß für die Zündwilligkeit des Kraftstoffs
darstellt.
Durch die schmierende Wirkung des Dieselkraftstoffs verbesserte Notlaufeigenschaften.
Die wirtschaftlichen Vorteile eines Dieselmotors für den PKW-Antrieb hängen teilweise auch von
den steuerlichen Randbedingungen ab. In zahlreichen Staaten ist Dieselkraftstoff günstiger als
Ottokraftstoff, obwohl der Brennwert pro Liter Dieseltreibstoffs etwa 7% höher ist als der von
Benzin, so dass sich die meist höheren Anschaffungskosten für ein Dieselfahrzeug über die
Laufzeit amortisieren.
Nachteile des Dieselmotors
Höherer Ausstoß von Stickstoffoxiden gegenüber einem Benzinmotor mit 3-WegeKatalysator.
Partikelausstoß (Dieselruß und andere), darunter auch lungengängiger Feinstaub, der
jedoch mit einem Partikelfilter reduziert werden kann.
Höhere Produktionskosten.
Größere Geräuschemissionen (nicht mit dem „Nageln“ gleichzusetzen, welches die Folge
eines fehlerhaften Brennverlaufs ist).
Unkultivierter Motorlauf (insbesondere bei älteren direkteinspritzenden Motoren).
Schlechteres Leistungsgewicht im Vergleich zum Ottomotor (gilt nur für ViertaktDieselmotoren).
Eine begrenzte Höchstdrehzahl, die durch den Zündverzug des Dieselkraftstoffs begründet
ist. Dadurch ist eine weitere Leistungssteigerung nur über eine Erhöhung des mittleren
Verbrennungsdrucks (und damit des Drehmoments) möglich.
Zur Erzielung hoher Leistungsdichten wird eine Aufladung benötigt (Turbolader oder
Kompressor), bedingt durch niedrigere spezifische Leistung und niedrigere maximale
Drehzahl (beides verfahrensimmanent) als beim Ottomotor.
Aufwendige Abgasreinigung; katalytische Nachbehandlung der Stickoxide wegen des hohen
Luftüberschusses nur schwer zu verwirklichen. Wobei ein mittlerer Luftüberschuss z. B.
beim Betrieb mit einem stufenlosen Getriebe, einem Speicherkatalysator und einem
Rußfilter nicht zwingend ist.
Gelegentlicher Einsatz verschleißfesterer Materialien z. B. keramikbeschichteter
Kolbenringe.
Andere Ansprüche an das Schmieröl (im Vergleich zu Ottomotoren), z. B. höhere
Scherbelastung.
Besonderheiten bei Motoren für den Antrieb von Kraftfahrzeugen
Drehmomentverlauf und Leistungsabgabe
Dieselmotoren besitzen eine physikalisch bedingte Drehzahlgrenze von etwa 5.500
Umdrehungen pro Minute. Dies ist großteils auf den Zündverlauf speziell bei der Verwendung
von Dieselkraftstoff zurückzuführen und wird durch den Zündverzug, der zwischen 1 und 10 ms
liegt, beschrieben. Aufgrund der gegenüber dem Ottomotor massiveren Bauweise wird die
Höchstdrehzahl häufig auch von den höheren Massenkräften begrenzt. Zum Teil gibt es
Dieselmotoren, die auch vergleichsweise hohe Drehzahlen erreichen können. Ein von der Firma
Dr. Schrick GmbH entwickelter direkteinspritzender kleinvolumiger 2-Zylinder-Turbodiesel für
Drohnen erreicht seine Nennleistung erst bei 6000/min, der Ventiltrieb ist bis 10.000/min
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drehzahlfest.[6] Anzumerken bleibt, dass bei UAVs (unmanned/uninhabited/unpiloted aerial
vehicle) praktisch keine Abgasvorschriften zu beachten sind.
Bei Ottomotoren wird im Gegensatz dazu die Drehzahl vor allem durch die mechanischen
Belastbarkeitsgrenzen der Bauteile bestimmt. So erreichen Formel-1-Motoren bis zu 20.200/min
(Williams-Cosworth, Saisonstart 2006). Ottomotoren mit Glühkerzenzündung für
Modellfahrzeuge erreichen wegen der geringeren Abmessungen noch weit höhere Drehzahlen
von bis zu 40.000/min.
P sei die Leistung, M das Drehmoment und n [1/s] die Drehzahl mal 2π ergibt die
oder
lässt sich folglich
Winkelgeschwindigkeit ω. Aus der Gleichung
ableiten, dass das Drehmoment M eines Dieselmotors aufgrund des kleineren Drehzahlbereiches
im Vergleich zu einem Ottomotor höher sein muss, um die gleiche Leistung zu erreichen. Dies
wird durch einen größeren Hubraum oder eine Aufladung erreicht.
Eine vergleichsweise robuste Ausführung der Gebrauchsdieselmotoren führte zu einem höheren
Motorengewicht.
Dieselmotoren sind oft als Langhuber ausgeführt. Dadurch wird das im Vergleich zum Ottomotor
höhere geometrische Verdichtungsverhältnis (Kompressionsvolumen, Schadraum), das
maßgeblich für den Grad der Lufterhitzung während des Kompressionstaktes ist, einfacher und
unproblematischer als mit kurzhubigen Motorkonzepten erreicht. Zudem wird durch die lange
Expansionsphase die Energie der Verbrennungsgase besser ausgenutzt und somit die
Wirtschaftlichkeit erhöht.
Die Literleistung eines unaufgeladenen Dieselmotors ist deutlich geringer als die eines
vergleichbaren unaufgeladenen hubraumgleichen Ottomotors, auch weil der Dieselmotor mit
einem erheblichen Luftüberschuss betrieben werden muss, um akzeptable Rußemissionen zu
erzielen.
Kommt beim Pkw-Diesel eine Motoraufladung zum Einsatz, liegt das Drehmomentmaximum
bevorzugt im Bereich von 1600 bis 2000 Umdrehungen. Bei einer Nenndrehzahl um 4000 liegen
somit günstige Elastizitätswerte vor. Bereits bei Leerlaufdrehzahl erreicht das Drehmoment von
Dieselmotoren mit 50 % des Maximalwertes verhältnismäßig große Drehmomente. In einigen
Straßenfahrzeugen wird die Drehmomentkurve durch eine Steuerelektronik, die in kritischen
Betriebsfällen die eingespritzte Treibstoffmenge und damit das Drehmoment zurücknimmt,
begrenzt, um den Antriebsstrang (Getriebe, Achsantrieb, Antriebswellen) vor Überlastung zu
schützen bzw. um aus Kostengründen mit der vorhandenen Auslegung des Antriebsstranges eine
größere Anzahl von Gleichteilen mit ähnlichen Fahrzeugmodellen zu behalten.
Als Mittelschnellläufer bezeichnet man Dieselmotoren mit einem Drehzahlbereich zwischen 300
[7]
und 1200/min .
Drosselklappen
Beim Prinzip des Dieselverfahrens sind Drosselklappen prinzipiell nicht erforderlich und wegen
der Drosselverluste (Vergrößerung Ladungswechselschleife) für den Wirkungsgrad nicht
sinnvoll. Allerdings werden in modernen PKW aus Gründen der strengen Abgasnormen
gelegentlich Drosselklappen verbaut. Durch eine Drosselklappe kann im Betrieb mit
Abgasrückführung ein höheres Druckgefälle erreicht werden. Zusätzlich kann im
Regenerationsbetrieb des Partikelfilters ein zu starkes Durchströmen von Luft, d. h. hier
Abkühlen des Abgases verhindert werden. Verstärkt wird die Drosselklappe zur Verbesserung
des Ansaugluftstrom-Geräuschverhaltens (engl.: Sound Design) genutzt.
Eine Art Drosselung wird beim 4-Ventil-Dieselmotor im PKW zur Erhöhung der Luftverwirbelung
in jeweils einem Einlasskanal angewandt. Diese bauliche Maßnahme wird
Einlasskanalabschaltung genannt und kommt nur im unteren Last- und Drehzahlbereich zum
Einsatz (Verminderung des Partikelausstoßes – Beachte Trade Off PM/NOx).
In der Geschichte gibt es Beispiele für Dieselmotoren, die aus einem weiteren Grund mit einer
Drosselklappe ausgestattet waren. So z. B. der 260D von Mercedes-Benz: Mit diesem Modell
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wurde 1936 das erste Pkw-Diesel Fahrzeug vorgestellt. Noch bis in die 1980er Jahre baute
Mercedes in Dieselmotoren Drosselklappen ein, weil die früher verwendete Bauart der BoschEinspritzpumpe pneumatisch, d. h. durch leichten Unterdruck im Ansaugtrakt gesteuert wurde.
Diese Art der Regelung ist jedoch recht anfällig für Schwarzrauchbildung in manchen
Betriebszuständen: eine Überfettung des Motors mit zu viel Dieselkraftstoff, der nicht komplett
verbrennt und Ruß erzeugt. Daneben kann durch die Drosselklappe die Auskühlung der
Vorkammer im Schubbetrieb oder Leerlauf verringert werden, so dass bei erneutem Gasgeben
die Rußemission geringer ausfällt.
Einspritztechniken
Die von Ottomotoren bekannte Vorzündung findet sich in abgewandelter Form auch in der
Motorsteuerung von Dieselmotoren wieder. Bei mechanisch geregelten Pumpen gibt es dazu
zwei Mechanismen: Der Spritzversteller sorgt abhängig von der Motordrehzahl für eine
frühzeitige Einspritzung vor dem oberen Totpunkt, und der Kaltstartbeschleuniger verlegt den
Einspritzbeginn bei tiefen Temperaturen in der Kaltlaufphase in Richtung „früh“. Bei
elektronisch geregelten Pumpen werden diese Aufgaben vom Steuergerät übernommen.
Eine neuere Entwicklung im Bereich der Einspritzung ist die Common-Rail-Technik. Dabei wird
nicht mehr ein Druckpuls erzeugt, von dem das Einspritzventil geöffnet wird, sondern es gibt ein
gemeinsames Hochdruckreservoir (= Common Rail) für alle Einspritzdüsen, das auf konstantem
Druck gehalten wird. Der Einspritzvorgang wird durch das elektromagnetisch oder
piezoelektrisch geöffnete Ventil gesteuert. Dadurch ist es möglich, extrem kleine
Kraftstoffmengen als Voreinspritzung vor der Hauptmenge in den Zylinder einzubringen.
Nacheinspritzungen zur Erhöhung der Abgastemperaturen bei der
Dieselpartikelfilterregeneration werden dadurch ebenfalls möglich. So lässt sich der gesamte
Einspritzvorgang eines Arbeitsspieles in bis zu 5 Einzelvorgänge zerlegen.
Ohne gemeinsames Reservoir, aber ebenfalls mit elektromagnetischem Ventil, arbeitet die
Pumpe-Düse-Einspritztechnik. Die Druckerzeugung findet für jede Düse in einem ihr
zugeordneten und unmittelbar verbundenen Bauteil – der Pumpe – statt. Dadurch entfallen die
langen Einspritzleitungen, und es können höhere Drücke (Stand der Technik sind etwa 2.500
bar) als bei der Common-Rail-Technik erreicht werden. Die Mechanik ist für jeden Zylinder
separat erforderlich. Das so gesteuerte Pumpe-Düse-System ist teurer als CommonRail-Systeme, weswegen aus Kostengründen üblicherweise nur bis zu vier Zylinder damit
ausgerüstet werden.
Direkteinspritzung
Beim Direkteinspritzer handelt es sich um einen Dieselmotor, dessen Einspritzdüse direkt im
Verbrennungsraum (ohne Nebenkammer) angeordnet ist. Weiteres Kennzeichen des
Direkteinspritzer-Diesels ist die meist Omega-förmige Mulde im Kolbendach. Die geringere
Brennraumoberfläche im Vergleich zu einem Dieselmotor mit geteiltem Brennraum (Vor- oder
Wirbelkammer) ermöglicht geringere Wärmeverluste, vermeidet Überströmverluste und führt
somit zu einem besseren Wirkungsgrad. Deshalb haben diese Motoren einen besonders
niedrigen Verbrauch. Bedingt durch die höheren Zünddruckanstiege sind sie aber auch lauter
als vergleichbare Kammermotoren.
Jahrzehntelang wurden Direkteinspritzer-Dieselmotoren ausschließlich im gewerblichen
Fahrzeugbereich und bei Stationärmotoren eingesetzt. Die wesentlichen Gründe waren:
Nachteiliges Geräuschbild, das in einem PKW nicht akzeptiert wurde.
Mehrlochdüsen, die leicht verstopfen oder verkoken können, in Verbindung mit relativ
kleinen Kraftstoffmengen, die aber für eine gute Gemischbildung erforderlich waren.
Wirtschaftliche Randbedingungen (Priorität der Betriebskosten beim Nutzfahrzeug,
Anschaffungskosten beim Pkw)
Bis in die 1990er Jahre dominierten Kammermotoren in PKW-Dieselfahrzeugen. Eine Änderung
zeichnet sich seit 1987 ab. Seit dem wurden Dieselmotoren mit Direkteinspritzung in
PKW-Großserie eingesetzt, erstmals in dem von Fiat angebotenen Fiat Croma TD i.d. Der Motor
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wurde in Zusammenarbeit zwischen Magneti Marelli und dem Fiat Forschungszentrum in
Neapel entwickelt. Ein aus dem Nutzfahrzeugbereich bekannter Motor wurde adaptiert und mit
einer elektronischen Einspritzsteuerung ausgestattet. Dadurch konnte die Laufruhe auf ein für
PKW-Verhältnisse brauchbares Maß verbessert werden.
Während der Ära Piëch arbeitete auch Audi an einem solchen Motor. Daraus resultierte 1989 als
zweiter PKW dieser Art nach dem Fiat der Audi 100 TDI. Sein Motor zeichnete sich durch ein
hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und guten Fahrleistungen aus. Er begründete den
Erfolg der TDI-Motoren aus dem Volkswagen-Konzern. Audi konnte im Jahr 2006 den ersten Sieg
eines Rennwagens mit Dieselmotor beim 24-Stunden-Rennen von Le Mans erringen.
Heute hat sich bei Dieselmotoren die Turboaufladung in Verbindung mit Direkteinspritzung
weitgehend durchgesetzt. Vereinzelt gibt es noch Dieselmotoren ohne Aufladung (Saugdiesel)
oder Dieselmotoren mit indirekter Einspritzung.
Leistungssteigerung
Hauptlimitierender Faktor ist die beschränkte Höchstdrehzahl (vgl. Zündverzug), weshalb man
eine effektive Leistungssteigerung nur durch Aufladung erreichen kann. Die theoretischen
Grenzen bezüglich denkbarer Verdichtungs- und Verbrennungsdrücke sind dabei weiter gesteckt
als beim Ottomotor (Klopfen). Allerdings führt hohe effektive Verdichtung bedingt durch eine
hohe Aufladung zu höheren Stickoxidwerten im unbehandelten Abgas. Weitere Beschränkungen
ergeben sich aus dem Einhalten akzeptabler Werte für die Scherbelastung des Ölfilms und der
Lagerbelastung; dennoch ist das Leistungspotential der heutigen Dieselmotoren noch lange
nicht ausgeschöpft.
Gängige Maßnahme für die Aufladung ist der Einsatz von Abgasturboladern. Durch die
Vorverdichtung der Luft erhält jede Zylinderfüllung mehr Sauerstoff, die Einspritzmenge kann
dann erhöht werden, und im gleichen Zylinder wird mehr Kraftstoffenergie bei praktisch
gleichen Verlusten umgesetzt. Dieses erhöht die Leistung deutlich und auch der Wirkungsgrad
des Motors verbessert sich um etwa 5 bis 10 % (Downsizing).
Thermodynamik
Als thermodynamischer Vergleichsprozess des Dieselmotors lässt sich der Seiliger-Prozess
heranziehen. Der thermische Wirkungsgrad nimmt mit höherer Verdichtung (Expansion) zu. Bei
Dieselmotoren ohne Aufladung beträgt das geometrische Verdichtungsverhältnis etwa 1:18 bis
1:25. Bei Dieselmotoren mit Aufladung liegt es in der Regel unter 1:18.
Der thermische Wirkungsgrad des Dieselmotors hängt neben dem Verdichtungsverhältnis auch
vom Einspritzverhältnis ab. Bei einer Motorkonstruktion ist der Höchstdruck, bedingt durch die
mechanischen Belastungsgrenzen, vorgegeben. Deshalb findet der zweite Teil der Verbrennung
nach dem oberen Totpunkt im Gleichdruckverfahren statt.
Einer Steigerung des Verdichtungsverhältnisses sind Grenzen gesetzt. Beim Direkteinspritzer
wird die kontrollierte Verbrennung problematisch. Eine höhere Verdichtung hat ein Ansteigen
der maximalen Verbrennungstemperatur zur Folge, sodass der Luftstickstoff vermehrt mit dem
Luftsauerstoff reagiert und es zu einer, im Vergleich zum Ottomotor, erhöhten Konzentration von
Stickoxiden im Abgas kommt. Abhilfe kann die so genannte Abgasrückführung (AGR) schaffen.
Dabei wird der dem Motor zugeführten Luft Abgas beigemischt. Dieses bewirkt eine Reduktion
des Sauerstoffanteils. Dadurch werden die Spitzentemperaturen bei der Verbrennung gesenkt,
und damit kommt es zu einer Reduzierung des (NOx)-Anteils im Abgas. Ist der Abgasanteil im
Verhältnis zum später eingespritzten Dieselkraftstoff zu hoch, beginnt ein Dieselmotor wegen
des Sauerstoffmangels zu rußen (Schwarzrauchbildung).
Abgase und Partikelfilter
1985 wurde erstmalig serienmäßig ein Partikelfilter in einem Fahrzeug verbaut, in dem
ausschließlich für den amerikanischen Markt bestimmten Mercedes-Benz 300 SDL. Schon 1988
wurde die Produktion eingestellt.
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Der erste Fahrzeughersteller, der einen Partikelfilter für den europäischen Markt serienmäßig
einbaute, war der PSA-Konzern. 2003 bot mit Mercedes-Benz ein Hersteller Fahrzeuge mit
Dieselpartikelfilter an, die auch Euro 4 erfüllen.
Momentan bieten fast alle Hersteller in verschiedenen Fahrzeugen Partikelfilter an. Dies ist
neben den latenten Kundenwunsch auf die erwartete Einführung von Fahrverboten in einigen
Gebieten für filterlose Fahrzeuge und steuerliche Nachteile zurückzuführen. Es findet also ein
ähnlicher Prozess, wie damals bei der Einführung der Katalysatoren bei PKWs mit
Benzinmotoren in den 1980ern, statt. Von Peugeot und Citroën werden die Filter in Deutschland
auch bei Kleinwagen serienmäßig angeboten.
Erste Vorschläge des Umweltbundesamtes für den Partikelgrenzwert der Euro-5-Norm sind so
niedrig, dass sie nur durch den Einsatz eines Partikelfilters zu erfüllen sind. Der insbesondere
von deutschen KFZ-Herstellern beschrittene alternative Weg, den Partikelausstoß durch
Optimierung der Verbrennung zu verringern, geriet in Kritik, als sich herausstellte, dass die
Partikel-Gesamtmasse zwar in bestimmten Lastbereichen reduziert werden konnte, die nun
erzeugten Partikel jedoch zahlreicher, kleiner und somit lungengängig und potentiell viel
gefährlicher als die groben Stäube waren (siehe auch HCCI).
In Österreich soll die Normverbrauchsabgabe (NOVA) ab 2005 um 300 € beim Kauf eines
Neuwagens (PKW) mit Partikelfilter reduziert werden, andererseits soll die NOVA bei
Neufahrzeugen ohne Filter um 150 € erhöht werden.
Bei in Flurförderzeugen eingesetzten Dieselmotoren sind Rußpartikelfilter seit den 1970er
Jahren üblich. Die Verwendung dieser auch für jeden Motor individuell erhältlichen Filter wird
jedoch durch bürokratische Hürden außerhalb dieses Einsatzbereiches verhindert.
International verkehrende Schiffe unterliegen in weiten Teilen der Welt nur sehr geringen
Umweltanforderungen. Die Verbrennung von schwefelreichem Schweröl (Bunkeröl C) in
Schiffsdieseln führt zu Belastungen in Hafenstädten und stark befahrenen Seegebieten.
Neuere Arbeiten beschäftigen sich mit der Verwendung von Perowskit in Fahrzeugkatalysatoren
für Dieselmotoren, die mit Sauerstoffüberschuss betrieben werden, um ihren Wirkungsgrad zu
[8][9]
Der im Abgas enthaltene Sauerstoff verhindert die Nutzung herkömmlicher
verbessern.
Abgaskatalysatoren. Die Dotierung perowskithaltiger Katalysatoren mit Palladium erhöht die
[10]
Beständigkeit gegen Vergiftung durch Schwefel.
Der Diesel-Boom im PKW-Bereich
Bis in die Mitte der 1990er Jahre galten Diesel-PKW als sparsam und zuverlässig – allerdings in
Bezug auf Fahrleistungen selbst bei etwas größerem Hubraum einem Ottomotor unterlegen.
Dies änderte sich mit der zunehmenden Verbreitung der Turboaufladung und durch die
Einführung der direkten Kraftstoffeinspritzung. Zuvor wurden zugunsten der Laufruhe bei
schnelllaufenden Kleindieselaggregaten (PKW-Motoren) der Kraftstoff nicht direkt in den
Brennraum injiziert, sondern in eine Vorkammer (z. B. Mercedes, Fiat) oder eine Wirbelkammer
(z. B. Volkswagen, BMW) eingespritzt.
Diese Art von Dieselmotoren wurde in Großserie für PKW
erstmals ab 1988 in dem von Fiat angebotenen Fiat Croma TD i.d.
eingesetzt. Zusammen mit der Turboaufladung und der
Ladeluftkühlung wurde diese Dieselgeneration sehr elastisch. Die
„Diesel“-Schriftzug an einem
direkte Kraftstoffeinspritzung brachte noch einmal eine
Pkw
Leistungs- und Drehmomentsteigerung in Verbindung mit einer
Verbrauchsminderung mit sich, weil die Strömungverluste in
Kammer und Schuskanal eliminiert wurden. Allerdings dauerte es ca. 10 Jahre, bis alle
Hersteller diese im LKW schon lange eingesetzte Technologie an das spezielle
Anforderungsprofil des PKW angepasst hatten. Selbst der für Spitzentechnologie bekannte
Hersteller Daimler-Benz führte die Direkteinspritzung als letzter Europäer ein. Zu groß waren
die Nachteile vor allem in Bezug auf Abgasverhalten, Geräuschentwicklung und Lagerbelastung.
Erreicht wurde dies durch spezielle Einspritzdüsen, Hochdruckeinspritzpumpen (bis über 2.000
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bar) sowie Piloteinspritzung. Zu Beginn wurden spezielle Verteilereinspritzpumpen (z. B. die
VP44 von Bosch) verwendet, später wechselten die meisten Hersteller zum Common-Rail-System
oder zur Pumpe-Düse-Technik (insbesondere VW). VW geht aber derzeit auch zum CommonRail-System über, weil dieses System einen besonders weichen Motorlauf mit entsprechend
niedriger Lagerbelastung ermöglicht und nur geringfügig drehmoment- und leistungsschwächer
als das Pumpe-Düse-System ist.
Heutzutage haben gängige Turbodieseldirekteinspritzmotoren bei niedriger Drehzahl eine
höhere Nennleistung als Benzinmotoren ohne Aufladung gleichen Hubraumes bei weiterhin
niedrigerem Verbrauch.
Früher galt in Deutschland die Meinung, dass sich ein Diesel wegen höheren
Anschaffungspreises nur für Vielfahrer rentiert. Wegen der Preisdifferenz der Treibstoffarten
und dem erheblichen Minderverbrauch vor allem auf der Kurzstrecke in der Stadt reichen heute
trotz der oft höheren Versicherungsprämie und Kraftfahrzeugsteuer bei vielen Fahrzeugen
allerdings schon weniger als 10.000 Kilometer pro Jahr, damit sich der Diesel amortisiert.
Bedeutung des Dieselmotors
Nachdem der Dieselmotor im PKW (im Gegensatz zu LKWs, die in Europa nahezu ausschließlich
mit Dieselmotoren angetrieben werden) jahrzehntelang ein Schattendasein führte, sind
Personenwagen mit Dieselmotoren in Europa mittlerweile weit verbreitet. In einigen Ländern
stellen sie bereits mehr als die Hälfte der Neuwagenzulassungen. Das liegt vor allem an der
Entwicklung relativ leiser Dieselmotoren mit Turbolader und Ladeluftkühler. In Verbindung mit
dem niedrigeren Verbrauch bzw. dem höheren Wirkungsgrad im Vergleich zum Benzin
verbrauchenden Ottomotor (Dieselkraftstoff hat mit 35,3 MJ/l überdies eine höhere
Energiedichte als Benzin mit 32 MJ/l) sowie der in vielen Ländern praktizierten steuerlichen
Begünstigung des Dieselkraftstoffes, gewinnt dieser Motor an Attraktivität. Dieselkraftstoff wird
niedriger besteuert, um die Betriebskosten von Lastkraftwagen niedrig zu halten. Ausnahmen
bilden hierbei Länder wie z.B. die Schweiz und Großbritannien, die den Dieselkraftstoff teurer
verkaufen als Benzin. Als Ausgleich hierfür wird in einigen Ländern die Kraftfahrzeugsteuer für
Dieselfahrzeuge angehoben, so dass erst eine hohe Kilometerlaufleistung zu einer
Nettoersparnis führt.
Für Dieselfahrzeuge spricht auch die Verwendbarkeit von Pflanzenöl und Biodiesel, die in der
Regel wegen geringerer Besteuerung preiswerter als Dieselkraftstoff angeboten werden. In
anderen Kontinenten ist der Dieselmotor im PKW deutlich weniger verbreitet. Es gibt eine
Tendenz, dass der Dieselmotorenanteil auch global zunimmt. In der Schweiz ist der Dieselmotor
im PKW aus oben genannten Gründen weniger verbreitet.
Dieselmotoren erreichen nicht so hohe Drehzahlen und Literleistungen wie vergleichbare
Ottomotoren. Ein Turbodiesel stellt dafür im unteren Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment
zur Verfügung. Dieselmotoren laufen in der Regel auch nicht so vibrationsarm wie Ottomotoren.
Hohe Einspritzdrücke bis zu 2.000 bar mit modernen Piezo-Einspritzdüsen, die den
Dieselkraftstoff noch feiner zerstäuben, und eine leistungsfähige Motorsteuerungselektronik
machen den modernen Dieselmotor „salonfähig“.
Mittels Abgasrückführung wurde die Stickoxidproduktion des Dieselmotors positiv beeinflusst.
Man muss hier allerdings einen Kompromiss zwischen vertretbaren Stickoxid- und
Partikelwerten im Abgas eingehen, da bei hohen Abgasrückführungsraten zwar Motorleistung
und Stickoxidwerte absinken, der Rußpartikelausstoß aber in nicht tolerierbarem Maß ansteigt.
Dieselmotoren sind wegen ihrer Luftverschmutzung durch den krebserregenden Ruß in die
Kritik geraten und werden deshalb zunehmend mit Partikelfiltern ausgestattet. In den Filtern
werden die Rußpartikel zurückgehalten und von Zeit zu Zeit automatisch regeneriert.
Der beim Kaltlauf auftretenden, klopfenden Verbrennung (das sogenannte „Nageln“) wird in
Common-Rail-Systemen durch eine Aufteilung der Einspritzmenge auf mehrere
Einspritzvorgänge begegnet, wobei ein Kompromiss zwischen niederer Partikelemission und
Laufruhe eingegangen werden muss.
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Im Vergleich zu modernen Benzinmotoren, die mit Drei-Wege-Katalysator ausgerüstet sind, ist
der Stickoxidausstoss beim Dieselmotor deutlich höher.
Dieselkraftstoff ist dem Heizöl ähnlich, enthält aber weniger Schwefel und Paraffin. Bis 1994
waren Dieselkraftstoff und „Heizöl leicht“ in Deutschland identisch. Wegen der
unterschiedlichen Besteuerung wird Heizöl rot eingefärbt und enthält zusätzlichen den Farbstoff
Solvent Yellow 124, um eine unerlaubte Verwendung in Dieselmotoren nachzuweisen (Delikt:
Steuerhinterziehung).
Einsatzgebiete neben Pkw und Lkw
Motorräder
Als ungewöhnlich gelten Motorräder mit Dieselmotoren. Nach
Stand 2005 sind die in Indien gefertigte Royal Enfield Bullet mit
italienischen Lombardini- und einem deutschen Hatz-Dieselmotor
käuflich, beide mit einer Maximalleistung von etwa 8 kW (11 PS).
Diese dürften die treibstoffeffizientesten Motorräder sein. Die
FHT Esslingen hat im Rahmen eines studentischen Projekts ein
Motorrad mit Smart-Dieselmotor, Abgasrückführung und
Partikelfilter entwickelt (EDiMo).
Sommer-Hatz-Diesel
Flugzeuge
Seit einigen Jahren werden, zum ersten Mal nach den vor
etlichen Jahrzehnten aufgegebenen Entwicklungen von Junkers
(siehe Jumo 205 und -207), Rolls-Royce und Packard, wieder
ernsthafte Versuche unternommen, die Vorteile des Dieselmotors
auch in der Luftfahrt nutzbar zu machen.
Beispiel hierfür sind die durch Umbauten des VolkswagenVierzylinder-TDI-Motors oder des 1,7 bzw. 2,0-l-Motors aus der
Junkers Jumo 205 Flugdiesel
Mercedes-A-Klasse geschaffenen Flugmotoren. Von Diamond
Aircraft werden bereits sehr erfolgreich kleine ein- oder
zweimotorige Flugzeuge mit von der Thielert AG umgebauten Mercedes-Motoren (Thielert
Centurion 1.7) verkauft.
Die Fortschritte in der Dieseltechnologie erlauben es, bei gleicher Reichweite einen kleineren
und damit leichteren Tank einzubauen, der das höhere Motorgewicht relativiert. Damit kann das
Leistungsgewicht des Gesamtsystems Motor und Treibstoff auf Ottomotorniveau gesenkt
werden, bei höheren Reichweitenanforderungen ist das Dieselmotorsystem sogar klar im Vorteil.
Probleme mit dem ungünstigeren Leistungsgewicht, mit den in der Luftfahrt komplexen
Zulassungsverfahren sowie mit der marktbeherrschenden Position der Ottomotoren-Anbieter
erschweren die Einführung jedoch und machen den Flug-Dieselmotor für große AutomobilmotorProduzenten wenig attraktiv. Kleine Firmen wie z. B. Thielert, DeltaHawk oder die Société de
Motorisations Aéronautiques (jetzt SAFRAN) sind jedoch auf diesem Gebiet aktiv. Dieselmotoren
sind für den Antrieb von Flugzeugen interessant, weil man sie mit Kerosin (Jet A-1) betreiben
kann, das auf Flughäfen günstiger als AvGas (Flugbenzin) zu bekommen ist. Die Wankel AG
bietet einen Wankelflugmotor an, der mit Kerosin betrieben werden kann, aber kein
Selbstzünder ist.
Wasserfahrzeuge
Schiffsdieselmotoren sind in der Schifffahrt die häufigste Antriebsart, vom Hilfsmotor bei
Segelschiffen bis hin zu riesigen Aggregaten mit mehreren 10.000 PS. Als Kraftstoff dient bei
Großmotoren meist preiswertes, ungereinigtes Dieselöl oder Schweröl. Besonders die größeren
Schiffsdieselmotoren mit Wirkungsgraden bis 50% sind für einen Betrieb mit niedrigen
Drehzahlen ausgelegt. Es werden für kleine und mittlere Leistungen Viertaktmotoren (bis
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20.000 kW pro Motor, 450 - 900/min) und bei großen und größten
Leistungen Zweitaktmotoren (bis 80.000 kW pro Motor, 80 120/min) eingesetzt. Die Abgasnutzung auf Schiffen mit Hilfe von
Abgaskesseln und Dampfturbinen ermöglicht eine
Wirkungsgradsteigerung um etwa 5%.
Bei Booten werden häufig modifizierte Industriedieselmotoren
(zum Beispiel Craftsman Marine), PKW-Motoren (zum Beispiel
Volkswagen Marine) oder modifizierte LKW-Motoren (z. B. Volvo
Penta) eingesetzt. Gegenüber Benzinmotoren bieten
Dieselmotoren in der Schifffahrt einige Vorteile:
Ein MTU 20V4000M93Dieselmotor auf der
Ausstellung SeaJapan 2008
kostengünstiger Kraftstoff
der Kraftstoff an Bord ist weniger gefährlich
Benzin ist sehr leicht flüchtig (d. h. verdampft schnell). Benzindämpfe sind schwerer als Luft,
sinken nach unten und sammeln sich im Motorraum an der tiefsten Stelle an. Durch einen
Funken kann ein Benzindampf-Luft-Gemisch entzündet werden und explodieren. Deshalb sind
bei Booten mit Benzinmotor(en) explosionsgeschützte Lüfter notwendig, die den Motorraum
entlüften. In der Regel muss zudem vor einem Motorstart der Motorraum mehrere Minuten
entlüftet werden. Dieseltreibstoff hat einen wesentlich geringeren Dampfdruck, d.h. bei einer
bestimmten Temperatur ist Dieseldampf (trotz höherer Molekularmasse) weniger dicht und
daher weniger brennbar
keine gegenüber Feuchtigkeit empfindliche Zündanlage
Schienenfahrzeuge
Neben Elektromotoren stellen Dieselmotoren die meistverwendete
Antriebsart für Triebwagen und Lokomotiven dar (siehe
Diesellokomotive). Häufig kommt eine Kombination beider
Antriebsarten zum Einsatz (siehe: Dieselelektrischer Antrieb).
Stromerzeugungsaggregate
Der dieselmotorgetriebene Stromerzeuger wird auch
Dieselaggregat genannt und dient der Stromversorgung von meist
abgelegenen Gebäuden und anderen Objekten, welche nicht an das
Stromnetz der Energieversorgungsunternehmen angeschlossen
sind. Als Notstromaggregat wird er eingesetzt, wo man auf eine
unterbrechungsfreie Stromversorgung angewiesen ist, wie in
Rechenzentren, Krankenhäusern und Kernkraftwerken.
Blick auf die Zylinderköpfe
mit Auslaßventilen eines
Zweitakt-Dieselmotors für
ein großes Containerschiff,
im Hintergrund 2 ReserveLaufbuchsen
Es existieren auch tragbare Stromerzeuger mit Dieselmotor, meist mit Leistungen von ca.
3...8 kW. Durch den niedrigeren Kraftstoffverbrauch sind die Betriebskosten gegenüber mit
Benzin betriebenen Aggregaten niedriger. Zudem ist es möglich und erlaubt, DieselStromerzeuger mit deutlich niedriger besteuertem Heizöl zu betreiben. Ein Nachteil gegenüber
benzinbetriebenen Geräten ist allerdings das deutlich höhere Gewicht (3 kW BenzinStromerzeuger: ca. 40...45 kg; 3 kW Diesel-Stromerzeuger: ca. 80 kg).
Motorsport
Aufgrund von Turboaufladung und Direkteinspritzung wurden Dieselmotoren Ende der 1990er
auch im Automobilsport konkurrenzfähig. Gegenüber Ottomotoren haben Dieselmotoren
bezüglich Motorleistung und Leistungsentfaltung so keine schwerwiegenden Nachteile mehr. Im
Gegenteil haben Dieselmotoren gegenüber Ottomotoren den Vorteil, dass sie weniger Kraftstoff
verbrauchen und somit besonders bei Langstreckenrennen Vorteile haben. Hinzu kommt durch
den Turbolader ein sehr hohes Drehmoment, welches das Fahren im mittlerern Drehzahlbereich
ohne Beeinträchtigung der Beschleunigung bewirkt und ihnen zudem bei Steigungen Vorteile
verschafft. Weil Dieselmotoren etwa 15 % weniger Kraftstoff verbrauchen, muss weniger
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mitgeführt werden, was Dieselrennwagen auch einen geringen Gewichtsvorteil verschafft.
So konnte 1998 – Dieselmotoren waren damals im Fahrzeugfeld noch höchst selten – ein BMW
320d als erster mit Dieselkraftstoff betriebener Rennwagen das 24-Stunden-Rennen auf dem
Nürburgring gewinnen, wodurch für viel Aufmerksamkeit gesorgt wurde. Heute sind
Dieselfahrzeuge bei dieser Rennveranstaltung längst nichts Ungewöhnliches mehr. Auch in der
WTCC setzte Seat als erster Hersteller 2007 zwei mit Dieselkraftstoff betriebene Seat León ein,
denen auch schon ein Sieg gelang.
Seit 2003 nimmt Volkswagen an der Rallye Dakar teil und setzte von Anfang an Rallyewagen mit
TDI-Motoren ein. War der VW Tarek 2003 eher noch ein Versuchsfahrzeug, begann Volkswagen
2004 mit dem VW Race Touareg und seinem 2,5-Liter-Fünfzylinder-Diesel konkurrenzfähig zu
werden. Den Gesamtsieg der Rallye Dakar 2009 errang ein Team von Volkswagen Motorsport,
damit siegte erstmalig ein Dieselfahrzeug. Der Erfolg wurde bei der Rallye Dakar 2010
wiederholt. Auch das X-Raid-Team bestreitet seit 2002 mit dem BMW X5 und seit 2006 auch mit
dem BMW X3, welche von 3-Liter-Sechszylinder-Biturbo-Dieselmotoren angetrieben werden, die
Rallye Dakar und konnte damit immerhin schon Achtungserfolge und einen Etappensieg
erringen.
2006 nahm Audi mit dem Audi R10 TDI als erstes Team mit Dieselmotoren am 24-StundenRennen von Le Mans teil und konnte gleich im ersten Jahr den Sieg erringen, was 2007 und
2008 erneut gelang. 2009 gewann Peugeot mit dem dieselbetriebenen Peugeot 908 HDi FAP.
Im sogenannten Truck Racing (Rennfahrten mit Lastkraftwagen) ist der Dieselmotor der übliche
Standard. Die heutigen Renntrucks haben Dieselmotoren mit rund 1.100 kW (1.500 PS), die die
rund 5 Tonnen schweren Gefährte in 5 bis 6 Sekunden auf eine Geschwindigkeit von 160 km/h
beschleunigen.
Trotz all dieser Fortschritte haben Dieselmotoren jedoch konstruktionsbedingt den Nachteil,
schwerer zu sein als gleichstarke Benzinmotoren, weswegen sie auch in besonders
gewichtssensiblen Fahrzeugen wie Motorrädern oder Formel-1-Autos keinen Durchbruch
erringen konnten.
Einzelnachweise
1. http://www.hueber.de/sixcms/media.php/36/Diesel.pdf
2. Harry Ricardo
3. Industriemuseums Chemnitz: (http://www.saechsisches-industriemuseum.de/c1/c1
/redaktion?latestVersion=true&workshop=-1&format=HTML&fileTypeVersionId=-1&
aFileName=&URLID=6213) restaurierter 6-Zylinder-Diesel-Versuchsmotor mit Common
Rail-Einspritzsystem aus einem IFA W50 L/S-Testfahrzeug. Leihgabe des August-HorchMuseum, Zwickau
4. http://www.inspire-project.eu/files/Education%20material
/Educational%20materials%20in%20German/Vom%20Samenkorn%20zur%20Energie
/Raps%F6l%20Anlage%201_Hintergrundinformationen.pdf , Seite 3
5. Editors: Gerhard Knothe, Jon van Gerpen, Jürgen Krahl: The Biodiesel handbook
(http://kaibosh.viscidity.com
/The%20Biodiesel%20Handbook%20-%20Knothe,%20van%20Gerpen%20and%20Krahl.pdf)
. AOCS Press, Champaign-Illinois, 2005. Abgerufen am 2011.
6. [1] (http://www.automobilrevue.ch/artikel_6330.html) Kleinstdiesel als Federgewicht,
Dieselmotor für Drohnen
7. http://www.motorlexikon.de/?I=8222&R=M
8. Science 2010, 327, 1624
9. Abstract (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20339068) zu Science 2010, 327, 1624
10. Chemical and Engineering News, Vol. 88, Nr. 13, March 29, 2010, p. 11
Siehe auch
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Dieselmotor – Wikipedia
https://de.wikipedia.org/wiki/Dieselmotor
Vorglühanlage
Saugdiesel
Turbodiesel
Vielstoffmotor
Ottomotor
Viertaktmotor
Zweitaktmotor
Dieseleinspritzanlage
Literatur
Rudolf Diesel: Die Entstehung des Dieselmotors. Springer, Berlin 1913. Faksimile der
Erstausgabe mit einer technik-historischen Einführung. Steiger, Moers 1984. ISBN
3-921564-70-0
Max J. Rauck: 50 Jahre Dieselmotor. Zur Sonderschau im Deutschen Museum. LeibnizVerlag, München 1949.
Klaus Mollenhauer: Handbuch Dieselmotoren. VDI. Springer, Berlin 2007. ISBN
978-3-540-72164-2 (Print) ISBN 978-3-540-72165-9 (Online)
Andreas Knie: Diesel - Karriere einer Technik. Genese und Formierungsprozesse im
Motorenbau. Berlin: Edition Sigma, 1991. ISBN 3-89404-103-X
Richard van Basshuysen: Handbuch Verbrennungsmotor. Vieweg+Teubner, Wiesbaden
2007. ISBN 978-3-8348-0227-9
Robert Bosch GmbH: Dieselmotor-Management. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2004. ISBN
978-3-528-23873-5
Rainer Kurek: Nutzfahrzeug-Dieselmotoren. Hanser, München 2006. ISBN
978-3-446-40590-5
Volkmar Küntscher: Kraftfahrzeugmotoren. Vogel-Verlag, Würzburg 2006. ISBN
978-3-8343-3000-0
Weblinks
Commons: Dieselmotor (//commons.wikimedia.org
/wiki/Category:Diesel_engines?uselang=de) – Sammlung von Bildern, Videos und
Audiodateien
Wiktionary: Dieselmotor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme,
Übersetzungen
150 Jahre Rudoph Diesel und sein Dieselmotor (http://www.diesel-2008.de/diesel
/index.php?id=157)
Interaktive Darstellung des Dieselmotor-Prozesses (http://www.k-wz.de/vmotor
/dieselm.html)
D.I. Gottfried Haider: Dieselinfo – Wissenswertes über Dieselmotoren
(http://www.members.aon.at/dihaider/Dieselmot.htm)
Informationen zum Dieselmotor bei Leifi-Physik (http://www.leifiphysik.de/web_ph09
/umwelt_technik/08diesel/diesel.htm)
MAN (Wiege des Dieselmotors) (http://www.manbw.com/)
Dieselmotor für Motorräder (http://dieselkrad.info/)
Dieselmotor für Flugzeuge (http://www.3sat.de/nano/cstuecke/74555/index.html)
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Verbrennungsmotor
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