Dieselmotor

Was ist ein Dieselmotor?

Ein Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor, der nach dem Prinzip der Kompressionszündung arbeitet. Im Gegensatz zu Ottomotoren benötigt der Dieselmotor keine Zündkerze, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entzünden. Stattdessen wird die Luft im Zylinder stark komprimiert, wodurch sie sich erhitzt. Der eingespritzte Dieselkraftstoff entzündet sich dann durch die hohe Temperatur der verdichteten Luft von selbst. Dies wird als Selbstzündung oder Kompressionszündung bezeichnet.

Der Dieselmotor wurde im späten 19. Jahrhundert von Rudolf Diesel entwickelt und zeichnet sich durch eine hohe thermische Effizienz und ein hohes Drehmoment aus. Dieselmotoren sind sowohl in Personenkraftwagen als auch in Nutzfahrzeugen weit verbreitet, da sie besonders für lange Strecken und schwere Lasten geeignet sind.

Der Aufbau von Dieselmotoren

Ein Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor in Form eines Hubkolbenmotors, der Dieselkraftstoff nutzt, um mechanische Arbeit zu verrichten. Diese Art von Motor ist für seine Effizienz und Langlebigkeit bekannt, was sie besonders für Fahrzeuge prädestiniert, die hohe Leistungen erfordern. Doch wie genau ist ein Dieselmotor aufgebaut und wie funktionieren die einzelnen Komponenten zusammen?

1. Motorgehäuse

Das Motorgehäuse bildet das Fundament von einem Dieselmotor und umfasst mehrere wichtige Bauteile. Dazu gehören der Zylinderblock, der Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse. Der Zylinderblock enthält die Zylinder, in denen die Verbrennung stattfindet, während der Zylinderkopf die Ventile und Einspritzdüsen beherbergt. Das Kurbelgehäuse umschließt die Kurbelwelle und die Pleuelstangen und sorgt für die nötige Stabilität und Unterstützung der rotierenden Bauteile.

2. Kurbeltrieb

Der Kurbeltrieb ist das Herzstück von einem Dieselmotor und besteht aus dem Kolben, der Pleuelstange und der Kurbelwelle. Diese Komponenten arbeiten zusammen, um die Verbrennungsenergie in mechanische Arbeit umzuwandeln. Der Kolben bewegt sich innerhalb des Zylinders auf und ab, wobei er durch die Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden ist. Diese Wandlung von linearer Bewegung in eine rotierende Bewegung treibt letztlich die Räder des Fahrzeugs an.

3. Motorsteuerung

Die Motorsteuerung umfasst alle Bauteile, die für die präzise Steuerung der Ventile verantwortlich sind, um den Einlass von Luft und den Auslass von Abgasen zu regeln. Dazu gehören die Nockenwelle, die Ventile und die Steuerkette oder der Zahnriemen. Die Nockenwelle öffnet und schließt die Ventile im richtigen Moment, um den Verbrennungsprozess optimal zu steuern. Die Steuerkette überträgt die Bewegung der Kurbelwelle auf die Nockenwelle und stellt sicher, dass die Ventile synchron mit der Kolbenbewegung arbeiten.

4. Gemischbildungsanlage

Die Gemischbildungsanlage ist für die Bereitstellung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zuständig, das im Zylinder verbrannt wird. Zu dieser Baugruppe gehören das Ansaugmodul, die Kraftstoffförderpumpe, der Kraftstofffilter und die Hochdruckeinspritzanlage. Beim Dieselmotor erfolgt die Gemischbildung intern, was bedeutet, dass der Dieselkraftstoff direkt in die komprimierte Luft im Zylinder eingespritzt wird. Diese Direkteinspritzung erfordert eine Hochdruckeinspritzanlage, die den Kraftstoff fein zerstäubt und unter hohem Druck in den Zylinder spritzt, um eine effiziente und vollständige Verbrennung zu gewährleisten.

Zusätzliche Hilfseinrichtungen

Zusätzlich zu den Hauptbaugruppen verfügt ein Dieselmotor über mehrere Hilfseinrichtungen, die den Betrieb optimieren und die Leistung verbessern. Dazu gehören das Aufladesystem, das Kühlsystem, das Schmiersystem und die Kaltstarteinrichtung. Ein Turbolader erhöht die Luftmenge, die in den Zylinder gelangt, und verbessert so die Leistung und Effizienz des Motors. Das Kühlsystem schützt den Motor vor Überhitzung, während das Schmiersystem sicherstellt, dass alle beweglichen Teile ausreichend geschmiert werden, um Reibung und Verschleiß zu minimieren. Die Kaltstarteinrichtung, meist eine Vorglühanlage, heizt den Brennraum vor, um den Start des Motors bei niedrigen Temperaturen zu erleichtern.

Abgasreinigungssysteme im Dieselmotor

Dieselmotoren erzeugen andere Abgase als Ottomotoren, weshalb spezielle Abgasreinigungssysteme notwendig sind. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) entfernt Rußpartikel aus den Abgasen, während ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) die Stickoxide in harmlosere Stoffe umwandelt. Diese Systeme tragen dazu bei, die Umweltbelastung durch Dieselmotoren zu reduzieren und die gesetzlichen Emissionsstandards einzuhalten.

Funktionsweise eines Dieselmotors

Ein Dieselmotor arbeitet nach dem Prinzip des Hubkolbenmotors, bei dem Kolben in Zylindern auf und ab bewegt werden. Diese Bewegung wird durch die Verbrennung von Dieselkraftstoff in thermische Energie umgewandelt, die wiederum mechanische Arbeit erzeugt. Der Dieselmotor kann als Zweitakt- oder Viertaktmotor ausgeführt sein, wobei die meisten modernen Dieselaggregate als Viertaktmotoren konstruiert sind.

Die inneren Vorgänge des Dieselmotors folgen einem rechtslaufenden thermodynamischen Kreisprozess, der aus mehreren Arbeitsschritten besteht, auch Takte genannt. Ein Takt ist die Bewegung des Kolbens von einem Endpunkt zum anderen. Ein vollständiger Kreisprozess bei einem Viertaktmotor umfasst:

1. Ansaugtakt: Luft wird in den Zylinder eingesaugt, während sich der Kolben nach unten bewegt.
2. Verdichtungstakt: Der Kolben bewegt sich nach oben und komprimiert die angesaugte Luft, wodurch deren Temperatur steigt.
3. Arbeitstakt: Dieselkraftstoff wird eingespritzt, entzündet sich durch die heiße, komprimierte Luft und drückt den Kolben nach unten.
4. Ausstosstakt: Der Kolben bewegt sich wieder nach oben und stößt die Verbrennungsgase aus dem Zylinder aus.

Vorteile eines Dieselmotors

• Hohe Effizienz: Dieselmotoren haben eine höhere thermische Effizienz im Vergleich zu Benzinmotoren, was bedeutet, dass sie mehr Energie aus dem Kraftstoff gewinnen und somit einen besseren Kraftstoffverbrauch bieten.
• Langlebigkeit: Aufgrund ihrer robusten Bauweise sind Dieselmotoren bekannt für ihre Langlebigkeit und Zuverlässigkeit. Sie können höhere Laufleistungen erreichen, bevor größere Wartungsarbeiten erforderlich sind.
• Hohes Drehmoment: Dieselmotoren liefern ein hohes Drehmoment, besonders bei niedrigen Drehzahlen. Dies macht sie ideal für schwere Fahrzeuge und Anhänger sowie für Fahrten mit viel Gepäck oder Passagieren.

Nachteile von einem Dieselmotor

Natürlich gibt es auch einige Nachteile, die bei Dieselmotoren berücksichtigt werden sollten:

• Gesundheit: Gesundheitsschädliche Aspekte sind ein großes Problem, da Dieselmotoren Feinstaub und Stickoxide emittieren, die zu Atemwegserkrankungen und Herz-Kreislauf-Problemen führen können.
• Höhere Steuern: Ein weiterer Nachteil sind die höheren Steuern, die auf Dieselfahrzeuge erhoben werden. In vielen Ländern wird die Kfz-Steuer für Dieselautos höher angesetzt als für Benzinfahrzeuge, um die Umweltbelastung zu kompensieren.
• Stickoxid-Emissionen: Besonders problematisch sind die Stickoxid-Emissionen, die zur Luftverschmutzung beitragen und die Bildung von bodennahem Ozon fördern. Obwohl moderne Abgasreinigungstechnologien die NOx-Emissionen deutlich reduzieren können, bleibt die vollständige Kontrolle dieser Emissionen eine Herausforderung. Dies führt oft zu Fahrverboten und Einschränkungen für Dieselfahrzeuge in städtischen Gebieten, was ihre Nutzung weiter einschränkt.