Dieselmotor

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Erster Dieselmotor von 1893

Ein Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor, der nach dem 1893 von Rudolf Diesel erfundenen Verfahren arbeitet. Charakteristisches Merkmal ist die Selbstzündung des eingespritzten Kraftstoffes mittels der durch Komprimieren erhitzten Verbrennungsluft. Diesel hat das Verfahren bei der Maschinenfabrik Augsburg entwickelt, einem der Gründungsunternehmen der späteren MAN. Dieselmotoren gibt es als Zweitakt- oder Viertakt-Hubkolbenmotoren; Diesel-Drehkolbenmotoren sind bisher nicht über das Versuchsstadium hinausgekommen.

Technologie

Prinzip

Funktionsprinzip eines Dieselmotors

Während beim Ottomotor dem Brennraum beim Ansaugtakt eine je nach erforderlicher Leistung dosierte Menge eines zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches zugeführt wird, erhält der Dieselmotor dabei ausschließlich immer eine volle Zylinderfüllung Luft (oder ein Luft-Abgasgemisch), die beim Turbodiesel Drücke bis zu zwei Bar aufweisen kann. Diese Luft wird beim Verdichtungstakt bis auf etwa 20:1 komprimiert, wodurch sie sich auf etwa 700 bis 900 °C erhitzt. Vor dem oberen Totpunkt beginnt die Einspritzung unter Feinstverteilung und Zerstäubung des Kraftstoffes in der heißen Luft im Brennraum. Bei modernen direkteinspritzenden Dieselmotoren wird dies dadurch unterstützt, dass die Luft tangential angesaugt wird, was zu einem Wirbel um die Zylinderhochachse führt. Die hohe Temperatur reicht aus, um den Kraftstoff von der Oberfläche beginnend zu verdampfen und das Dampf-Luft-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 dafür 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 Variation der eingespritzten Kraftstoffmenge.

Kraftstoff

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 Gasmotoren-Fabrik Deutz AG von Nicolaus Otto gezeigt, der auf Anforderung der französischen Regierung mit Arachidöl lief, und er arbeitete so problemlos, dass nur sehr wenige Leute darauf aufmerksam wurden.“ [1][2]

Ausführungen

Dieselmotoren werden als Zweitaktmotor oder als Viertaktmotor mit und ohne Aufladung ausgeführt. Es gibt sie ferner in wasser- oder in luftgekühlter Bauweise. In Deutschland wurde letztere von Klöckner-Humboldt-Deutz entwickelt und lange Jahre für den Antrieb von Magirus-Deutz Nutzfahrzeugen und Landmaschinen verwendet.

Zweitakt-Dieselmotoren werden oft als Großmotoren in Schiffen und Verbrennungsmotoren-Kraftwerken eingesetzt (siehe: Schiffsdieselmotor), welche thermodynamisch die effizientesten Verbrennungskraftmaschinen darstellen. Kleinere Einheiten werden bei Diesellokomotiven, Lastkraftwagen (insbesondere bei der ehemaligen Lkw-Marke Krupp) und bei Luftfahrtantrieben (z. B. Zoche) verwendet. Eine besondere Form des Diesel-Zweitakters ist der Gegenkolbenmotor. In Deutschland fand er als Flugmotor Verwendung (Junkers Jumo 205). Heute ist er jedoch trotz verschiedener Weiterentwicklungsansätze ungebräuchlich.

Häufiger ist der Viertakt-Dieselmotor, dessen Hauptanwendungen im Antrieb von Diesellokomotiven, Dieseltriebwagen, Kraftfahrzeugen, Baumaschinen und Generatoren liegen. Er arbeitet bei häufigem Lastwechsel wirtschaftlicher als der Zweitakter.

Einspritzverfahren

Im Wesentlichen lassen sich die Einspritzverfahren nach einem kompakten Brennraum und nach einem unterteilten Brennraum unterscheiden:

Bei den oben angegebenen Verfahren werden verschiedene Pumpensysteme zum Aufbau der Einspritzdrücke verwendet:

Vor- und Nachteile gegenüber einem leistungsgleichen Ottomotor (ohne Direkteinspritzung)

Vorteile des Dieselmotors

Der Dieselmotor verfügt aufgrund der höheren Verdichtung (Expansionsgrad) über einen günstigeren Wirkungsgrad als ein Ottomotor. Durch die fehlende Drosselung entstehen beim Dieselmotor sehr geringe Ladungswechselverluste und daher insbesondere im Teillastbereich ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch. Im Vergleich zu einem Ottomotor ohne Abgasnachbehandlung ist der Ausstoß von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid beim Dieselmotor geringer. Die eingesetzten Kraftstoffe sind einfacher herzustellen und weniger gefährlich, da sie langsamer verdampfen (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. Außerdem verbessert die schmierende Wirkung des Dieselkraftstoffs die Notlaufeigenschaften von Dieselmotoren.

Abgesehen vom besseren Wirkungsgrad (der PKW kommt bei gegebener Strecke mit weniger Treibstoff aus), hängen die wirtschaftlichen Vorteile eines Dieselmotors für den PKW-Antrieb teilweise von den steuerlichen Rahmenbedingungen ab. In zahlreichen Staaten ist Dieselkraftstoff günstiger als Ottokraftstoff, obwohl der Brennwert pro Liter Dieseltreibstoffs etwa 7 % höher ist als der von Benzin. Die meist höheren Anschaffungskosten für ein Dieselfahrzeug amortisieren sich somit über die Laufzeit.

Nachteile des Dieselmotors

Der Ausstoß von Stickstoffoxiden ist beim Dieselmotor gegenüber einem Benzinmotor mit 3-Wege-Katalysator höher, ebenso der Partikelausstoß (Dieselruß und andere), darunter lungengängiger Feinstaub. Dieser kann jedoch mit einem Partikelfilter reduziert werden. Die Herstellungskosten sind ebenso höher, wie auch die Geräuschemissionen (nicht mit dem „Nageln“ gleichzusetzen, welches die Folge eines fehlerhaften Brennverlaufs ist). Oft wird insbesondere bei älteren, direkteinspritzenden Motoren ein unkultivierter Motorlauf bemängelt. Das Leistungsgewicht im Vergleich zum Ottomotor ist bei Viertakt-Dieselmotoren schlechter. Die Höchstdrehzahl ist wegen des Zündverzugs des Dieselkraftstoffs begrenzt. 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. Eine katalytische Nachbehandlung der Stickoxide ist wegen des hohen Luftüberschusses nur aufwändiger als bei Ottomotoren zu verwirklichen (Abgasnachbehandlung bei Dieselmotoren), wobei ein mittlerer Luftüberschuss z. B. beim Betrieb mit einem stufenlosen Getriebe, einem Speicherkatalysator und einem Rußfilter nicht zwingend ist. Ein Dieselmotor stellt andere Ansprüche an das Schmieröl (im Vergleich zu Ottomotoren), z. B. höhere Scherbelastungsfähigkeit.

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 zudem von den höheren Massenkräften begrenzt. Zum Teil gibt es Dieselmotoren, die 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 drehzahlfest.[3] Anzumerken bleibt, dass bei Unbemannten Luftfahrzeugen (unmanned/uninhabited/unpiloted aerial vehicle = UAV) 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 Winkelgeschwindigkeit ω. Aus der Gleichung P = M \cdot 2\pi\cdot n oder P = M \cdot \omega lässt sich folglich 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 (= höherer mittlerer Innendruck) erreicht.

Die 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, weil der Dieselmotor mit einem erheblichen Luftüberschuss betrieben werden muss, um die Rußemissionen auf ein akzeptables Maß zu reduzieren.

Kommt beim Pkw-Diesel eine Motoraufladung zum Einsatz, liegt das Drehmomentmaximum bevorzugt im Bereich von 1600 bis 2500 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 Werte. In vielen 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 (teilweise auch, um aus Kostengründen mit der vorhandenen Auslegung des Antriebsstranges eine größere Anzahl von Gleichteilen mit ähnlichen Fahrzeugmodellen verwenden zu können) sowie die Abgasvorschriften einzuhalten (Rauchgrenze u. a.).

Als Mittelschnellläufer werden Dieselmotoren mit einem Drehzahlbereich zwischen 300 und 1200/min[4] bezeichnet.

Drosselklappen

Beim Prinzip des Dieselverfahrens sind Drosselklappen prinzipiell nicht erforderlich und wegen der Drosselverluste (Vergrößerung Ladungswechselschleife) für den Wirkungsgrad nicht sinnvoll. In modernen PKW werden 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 und damit ein Abkühlen des Abgases verhindert werden. Verstärkt wird die Drosselklappe zur Verbesserung des Ansaugluftstrom-Geräuschverhaltens (englisch Sound Design) genutzt.

Eine Art Drosselung wird bei manchen 4-Ventil-Dieselmotoren mit zwei Einlasskanälen pro Zylinder zur Erhöhung der Luftverwirbelung angewandt. Dabei wird ein Einlasskanal mit einer Drosselklappe verschlossen, sodass der Luftstrom über den verbleibenden Kanal stärker beschleunigt und damit stärker verwirbelt wird. Diese bauliche Maßnahme wird Einlasskanalabschaltung genannt und kommt nur im unteren Last- und Drehzahlbereich zum Einsatz (Verminderung des Partikelausstoßes – 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 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 Bosch-Einspritzpumpe 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 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 ein elektromagnetisch oder piezoelektrisch geöffnetes 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 mit ebenfalls 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 lange 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 Common-Rail-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 ringförmige 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 lauter als vergleichbare Kammermotoren. Diese Verfahren wurden eigentlich vom FM-Verfahren abgeleitet.

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 für eine gute Gemischbildung erforderlich waren.
  • Wirtschaftliche Randbedingungen (Priorität der Betriebskosten beim Nutzfahrzeug, Anschaffungskosten beim Pkw)

Noch bis in die 1990er Jahre dominierten Kammermotoren in PKW-Dieselfahrzeugen. Mitte der 1970er Jahre entwickelte Ludwig Elsbett in seinem Unternehmen in Thalmässing (Bayern) den weltweit ersten direkteinspritzenden PKW-Dieselmotor (mit 3-Zylindern) und gab ihm den Namen tdi (Turbocharged Direct Injection) - zu deutsch Turbolader-Direkteinspritzung. Dieser legte den Grundstein des bekannten Elsbett-Motors. 1978 ging dieser erste direkteinspritzender PKW-Dreizylinder-Dieselmotor in Serie. Doch erst 1987 wurden Dieselmotoren mit Direkteinspritzung in PKW-Großserie eingesetzt, erstmals in dem von Fiat angebotenen Fiat Croma TD i.d. Der Motor 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 Zeit als Hauptabteilungsleiter für Sonderaufgaben in der technischen Entwicklung bei der VW-Tochtergesellschaft Audi NSU Auto Union AG arbeitete Ferdinand Piëch ebenfalls an der Dieselmotortechnik. Im Rahmen dessen wurde auch die Lizenz des Elsbett-Motors einschließlich des Markennamens TDI erworben. Der Elsbett-Motor wurde stark weiterentwickelt und mündete in den Serienbau des Audi 100 TDI in 1989. Dieser gilt als zweiter Großserien-PKW dieser Art nach dem Fiat Croma. Der Dieselmotor des Audi 100 TDI 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. Im PKW-Bereich waren Saugdiesel zuletzt noch im VW Caddy bis September 2010 bestellbar.

Leistungssteigerung

Hauptlimitierender Faktor ist die beschränkte Höchstdrehzahl (vgl. Zündverzug), weshalb eine effektive Leistungssteigerung nur durch Aufladung zu erreichen ist. Die theoretischen Grenzen bezüglich denkbarer Verdichtungs- und Verbrennungsdrücke sind dabei weiter gesteckt als beim Ottomotor (Klopfen). Die hohe effektive Verdichtung führt 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 erhöht werden. Im gleichen Zylinder wird mehr Kraftstoffenergie bei praktisch gleichen Verlusten umgesetzt. Dieses erhöht die Leistung deutlich und der Wirkungsgrad des Motors verbessert sich um etwa 5 bis 10 %, dadurch besteht die Möglichkeit die Motoren bei ähnlichen Leistungswerten zu verkleinern (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 21:1 bis 23:1. Bei Dieselmotoren mit Aufladung liegt es unter 19:1.

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 erstmals 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.

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 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 PKW mit Benzinmotoren in den 1980ern statt. Von Peugeot und Citroën werden die Filter in Deutschland 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 erzeugten Partikel jedoch zahlreicher, kleiner und somit lungengängig und potentiell viel gefährlicher als die groben Stäube waren (siehe: 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 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 verbessern.[5][6] Der im Abgas enthaltene Sauerstoff verhindert die Nutzung herkömmlicher Abgaskatalysatoren. Die Dotierung perowskithaltiger Katalysatoren mit Palladium erhöht die Beständigkeit gegen Vergiftung durch Schwefel.[7]

Der Diesel-Boom im PKW-Bereich

PKW-Bestand in Deutschland nach Treibstoffart

Bis in die Mitte der 1990er Jahre galten Diesel-PKW als sparsam und zuverlässig – war jedoch 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 wurde 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.

„Diesel“-Schriftzug an einem Mercedes-Benz

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 erwiesen sich diese Dieselmotoren als sehr elastisch. Die direkte Kraftstoffeinspritzung brachte noch einmal eine Leistungs- und Drehmomentsteigerung in Verbindung mit einer Verbrauchsminderung mit sich, weil die Strömungverluste in Kammer und Schusskanal eliminiert wurden. Es dauerte etwa zehn 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 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 hat seit 2008 zum Common-Rail-System gewechselt, weil dieses System einen besonders weichen Motorlauf mit entsprechend niedriger Lagerbelastung ermöglicht und nur geringfügig drehmoment- und leistungsschwächer als das Pumpe-Düse-System ist; außerdem sind nur dadurch bessere Abgasnormen als EURO 4 erreichbar.

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 seines höheren Anschaffungspreises nur für Vielfahrer rentiert. Wegen der Preisdifferenz der Treibstoffarten und des erheblichen Minderverbrauchs vor allem auf der Kurzstrecke in der Stadt reichen heute trotz der oft höheren Versicherungsprämie und Kraftfahrzeugsteuer bei vielen Fahrzeugen schon weniger als 10.000 Kilometer pro Jahr, damit sich der Diesel amortisiert.

Geschichte

Rudolf Diesel (1883)
Patent für Rudolf Diesel vom 23. Februar 1893 für einen Vorläufer des Dieselmotors
MAN DM12-Dieselmotor der ersten Generation (1906)
Sächsischer DET 1–2-Triebwagen der Königlich Sächsischen Staatseisenbahnen von 1914 mit 200 PS-Sulzer-Dieselmotor
Dieselmotor in einem alten Rennwagen
Schiffsdiesel

Der Dieselmotor wurde 1893 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 dafür ungeeigneten Pumpen und an der fehlenden Präzision der Einspritzventile. Deswegen wurde der Umweg über ein Einblasen 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 Prototyp des neuen Motors aus eigener Kraft.[8]

Der heute aus Erdöl hergestellte Dieselkraftstoff wurde (in Deutschland und einigen anderen Ländern) nach dem Erfinder des Motors benannt. Die meisten heutigen Dieselmotoren können mit einem Pflanzenöl (Pöl) betrieben werden, jedoch sind dazu meistens Umbauten in der Kraftstoffversorgung notwendig.

Meilensteine

  • 1893 Patent (RP 67207) vom 23. Februar, „Arbeitsverfahren und Ausführung für Verbrennungsmaschinen“.
  • 1897 Entwicklungsarbeit Diesel Maschinenfabrik Augsburg (MAN) am 17. Februar Erfolg mit Laufeigenschaften.
  • 1898 In der Zündholzfabrik Kempten ging der erste gewerblich genutzte Dieselmotor in Betrieb.
  • 1900 Auf der Weltausstellung in Paris wurde ein Dieselmotor demonstriert, der auf Wunsch der französischen Regierung mit Erdnussöl betrieben wurde.
  • 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).
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 & Cie. 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.
  • 1914 Erster funktionsfähiger Eisenbahntriebwagen mit Dieselmotor
  • 1919 Trichterförmiger Einsatz in Vorkammer und Nadeleinspritzdüse von Prosper L’Orange (Erfindung zum Patent).
Erster Dieselmotor von Cummins.
Erstes Common-Rail-System für LKW in einem modifizierten IFA W50 im Straßenverkehr-Dauerbetrieb erfolgreich erprobt. Der Motor-Prototyp ist heute im Industriemuseum Chemnitz zu besichtigen.[9]
EDC für Reihenpumpe (Lkw) von Bosch in einem Mercedes-LKW.
  • 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 (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 Common-Rail-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 (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.
  • 2004 In Westeuropa steigt der Anteil neu zugelassener 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 PKW Diesel-Boxermotor vor.
Euro 5 mit EGR-System für alle MAN-LKW-Typen.
stärkster Serien-LKW mit einem 750 PS-Motor von Volvo.
stärkster Serien-Diesel-PKW mit einem 368 kW (500 PS)-Dieselmotor von Audi.
stärkster Schiffsmotor der Welt mit 87.220 kW ist der 14K98MC7 von MAN Diesel SE.
  • 2013 Stärkster Schlepper der Welt mit einer Nennleistung von 628PS und einer Maximalleistung von 692PS von Case IH

Bedeutung des Dieselmotors

Nachdem der Dieselmotor im PKW (im Gegensatz zum LKW, der in Europa nahezu ausschließlich mit Dieselmotoren angetrieben wird) 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 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 die Verwendbarkeit von Pflanzenöl und Biodiesel, die wegen geringerer Besteuerung preiswerter als Dieselkraftstoff angeboten werden. In anderen Kontinenten ist der Dieselmotor im PKW deutlich weniger verbreitet; es gibt jedoch eine globale Tendenz der Zunahme des Dieselmotorenanteils. 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 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 wird der Stickoxidausstoß des Dieselmotors positiv beeinflusst. Es muss hier ein Kompromiss zwischen vertretbaren Stickoxid- und Partikelwerten im Abgas eingegangen werden, 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 verbrannt.

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 niedriger Partikelemission und Laufruhe eingegangen werden muss.

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).

Sommer-Hatz-Diesel
Junkers Jumo 205 Flugdiesel
Ein MTU 20V4000M93-Dieselmotor auf der Ausstellung SeaJapan 2008
Blick auf die Zylinderköpfe mit Auslassventilen eines Zweitakt-Dieselmotors für ein großes Containerschiff, im Hintergrund 2 Reserve-Laufbuchsen

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).

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 in der Luftfahrt nutzbar zu machen.

Beispiel hierfür sind die durch Umbauten des Volkswagen-Vierzylinder-TDI-Motors oder des 1,7 bzw. 2,0-l-Motors aus der 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 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 Automobilmotor-Produzenten 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 sie mit Kerosin (Jet A-1) betrieben werden können, 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 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:

  • kostengünstiger Kraftstoff
  • der Kraftstoff an Bord ist weniger gefährlich
  • keine gegenüber Feuchtigkeit empfindliche Zündanlage

Benzin ist dagegen sehr leicht flüchtig (d. h. verdampft schnell). Benzindämpfe sind schwerer als Luft, sinken nach unten und sammeln sich an der jeweils 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. Vor einem Motorstart muss 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 nicht so leicht entzündbar.

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 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.

Es existieren tragbare Stromerzeuger mit Dieselmotor, meist mit Leistungen von etwa 3 bis 8 kW. Durch den niedrigeren Kraftstoffverbrauch sind die Betriebskosten gegenüber mit Benzin betriebenen Aggregaten niedriger. Zudem ist es möglich und erlaubt, Diesel-Stromerzeuger mit deutlich niedriger besteuertem Heizöl zu betreiben. Ein Nachteil gegenüber benzinbetriebenen Geräten ist das deutlich höhere Gewicht (3 kW Benzin-Stromerzeuger: etwa 40...45 kg; 3 kW Diesel-Stromerzeuger: etwa 80 kg).

Zur Abdeckung von Lastspitzen werden mit Dieselmotoren betriebene Generatoren noch gelegentlich verwendet, so auf Malta.

Motorsport

Aufgrund von Turboaufladung und Direkteinspritzung wurden Dieselmotoren Ende der 1990er im Automobilsport konkurrenzfähig. Gegenüber Ottomotoren haben Dieselmotoren bezüglich Motorleistung und Leistungsentfaltung 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 mitgeführt werden, was Dieselrennwagen 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. In der WTCC setzte Seat als erster Hersteller 2007 zwei mit Dieselkraftstoff betriebene Seat Leon ein, denen 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 erstmals ein Dieselfahrzeug. Der Erfolg wurde bei der Rallye Dakar 2010 wiederholt. Das X-Raid-Team bestreitet seit 2002 mit dem BMW X5 und seit 2006 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.

Erster Einsatz eines Dieselmotors von Taurus Sports Racing in der jüngeren Le Mans-Geschichte (Juni 2004)

2004 nahm Taurus Sports Racing mit einem Lola B2K/10 (Chassis) mit Caterpillar-Dieselmotor 5.0L Turbo V10 erstmals in der jüngeren Geschichte des 24-Stunden-Rennen von Le Mans mit einem leistungsstarken Dieselmotor teil (Dieselmotoren wurden allerdings schon viel früher in Le Mans eingesetzt). Dieses Fahrzeug mit der Nummer 10 schied jedoch bereits in Runde 46 aus. 2006 konnte Audi mit dem ebenfalls dieselgetriebenen Audi R10 TDI gleich im ersten Jahr seines Einsatzes den Sieg erringen. In den Folgejahren 2007 und 2008 erzielten die Ingolstädter erneut den Sieg mit einem dieselgetriebenen Fahrzeug. 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 gleich starke Benzinmotoren, weswegen sie in besonders gewichtssensiblen Fahrzeugen wie Motorrädern oder Formel-1-Autos keinen Durchbruch erringen konnten.

Einzelnachweise

  1. http://www.inspire-project.eu/files/Education%20material/Educational%20materials%20in%20German/Vom%20Samenkorn%20zur%20Energie/Raps%F6l%20Anlage%201_Hintergrundinformationen.pdf , Seite 3
  2. Editors: Gerhard Knothe, Jon van Gerpen, Jürgen Krahl: The Biodiesel handbook (PDF; 21,3 MB) AOCS Press, Champaign-Illinois, 2005. Abgerufen am 2011.
  3. [1] Kleinstdiesel als Federgewicht, Dieselmotor für Drohnen
  4. http://www.motorlexikon.de/?I=8222&R=M
  5. Science 2010, 327, 1624
  6. Abstract zu Science 2010, 327, 1624
  7. Chemical and Engineering News, Vol. 88, Nr. 13, March 29, 2010, p. 11
  8. http://www.hueber.de/sixcms/media.php/36/Diesel.pdf
  9. Industriemuseums Chemnitz: restaurierter 6-Zylinder-Diesel-Versuchsmotor mit Common Rail-Einspritzsystem aus einem IFA W50 L/S-Testfahrzeug. Leihgabe des August-Horch-Museum, Zwickau

Literatur

  • Rudolf Diesel: Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschine und der heute bekannten Verbrennungsmotoren. Springer, Berlin 1893.
  • 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. Leibniz, München 1949.
  • Klaus Mollenhauer: Handbuch Dieselmotoren. VDI. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-72164-2.
  • Christopher Neumaier: Dieselautos in Deutschland und den USA: Zum Verhältnis von Technologie, Konsum und Politik, 1949–2005 (= Transatlantische Historische Studien. Band 43). Steiner, Stuttgart 2010.
  • Andreas Knie: Diesel – Karriere einer Technik. Genese und Formierungsprozesse im Motorenbau. Edition Sigma, Berlin 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, Würzburg 2006, ISBN 978-3-8343-3000-0.

Weblinks

 Commons: Dieselmotor – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Dieselmotor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen