Ein Dieselmotor saugt Luft an und verdichtet sie auf ein sehr hohes Verhältnis (normalerweise zwischen 14:1 und 23:1 ) und dann den Kraftstoff direkt in die heiße, komprimierte Luft einspritzt, sodass er sich ohne Zündkerze von selbst entzündet. Dieser als Kompressionszündung bekannte Prozess ist das entscheidende Merkmal, das einen Dieselmotor von einem Benzinmotor unterscheidet, und ist der Grund dafür, dass Dieselkraftwerke in Lastkraftwagen, Generatoren, Schiffen und schweren Baumaschinen bevorzugt werden, bei denen Drehmoment und Kraftstoffeffizienz wichtiger sind als die Leistung bei hohen Drehzahlen.
Die vier Takte hinter jedem Dieselmotor
Jeder Dieselmotor, unabhängig von seiner Größe, folgt der gleichen Viertaktsequenz, die die chemische Energie im Kraftstoff in mechanische Rotation an der Kurbelwelle umwandelt.
Ansaughub
Der Kolben bewegt sich im Zylinder nach unten, während das Einlassventil öffnet, und saugt nur Frischluft an, ohne dass zu diesem Zeitpunkt Kraftstoff beigemischt ist. Dies unterscheidet sich von einem Benzinmotor, bei dem Kraftstoff und Luft normalerweise gemischt werden, bevor sie in die Kammer gelangen.
Kompressionshub
Das Einlassventil schließt und der Kolben bewegt sich nach oben, wodurch die Luft in ein viel kleineres Volumen gedrückt wird. Da die Verdichtungsverhältnisse bei Dieselmotoren so hoch sind, kann die Lufttemperatur im Zylinder höher ansteigen 700 Grad Celsius , das heiß genug ist, um Dieselkraftstoff ohne externen Funken zu entzünden.
Kraftschlag
Am oberen Ende des Kompressionshubs sprüht ein Kraftstoffinjektor einen feinen Dieselnebel direkt in die überhitzte Luft. Der Kraftstoff entzündet sich fast augenblicklich und die resultierende Expansion drückt den Kolben wieder nach unten, wodurch die Rotationskraft erzeugt wird, die schließlich die Räder oder die Antriebswelle erreicht.
Auspuffhub
Der Kolben hebt sich wieder, das Auslassventil öffnet sich und verbrauchte Verbrennungsgase werden durch den Abgaskrümmer aus dem Zylinder gedrückt, woraufhin der Zyklus mit einem neuen Ansaugtakt erneut beginnt.
Warum der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung über die Leistung entscheidet
Das Kraftstoffeinspritzsystem ist wohl das wichtigste Automobilteil in einem Dieselmotor, da der Zeitpunkt und der Druck der Einspritzung direkt die Leistungsabgabe, den Geräuschpegel und die Emissionen steuern.
Moderne Dieselmotoren verwenden ein Common-Rail-Einspritzsystem, bei dem der Kraftstoff oft unter extrem hohem Druck gehalten wird 1.500 und 2.500 bar , innerhalb einer gemeinsamen Schiene, bevor es auf einzelne elektronisch gesteuerte Einspritzdüsen verteilt wird. Dieser Aufbau ermöglicht es dem Motorsteuergerät, mehrere kleine Einspritzimpulse pro Zyklus statt eines großen Impulses auszulösen, was die Verbrennung glättet und das charakteristische Dieselklopfen reduziert.
| Injektionssystem | Typischer Druck | Allgemeiner Gebrauch |
|---|---|---|
| Common-Rail | 1.500 bis 2.500 bar | Personenkraftwagen, SUVs |
| Einheitsinjektor | Bis 2.000 bar | Schwere Lkw für die Autobahn |
| Verteilerpumpe | 300 bis 1.000 bar | Ältere Dieselmotoren, landwirtschaftliche Geräte |
Turbolader und die Luftseite der Verbrennung
Ein Dieselmotor verbrennt nur so effizient wie die ihm zugeführte Luft, weshalb fast jeder moderne Dieselmotor auf einen Turbolader angewiesen ist, um zusätzliche Luft in die Zylinder zu pressen. Der Turbolader dreht sich und nutzt dabei Abgasenergie, die andernfalls verschwendet würde, und das rotierende Verdichterrad packt bei jedem Ansaugtakt mehr Sauerstoff.
- Durch mehr Luft kann mehr Kraftstoff pro Zyklus verbrannt werden, wodurch die Leistung gesteigert wird, ohne dass der Motorblock vergrößert wird.
- Zwischen dem Turbo und dem Ansaugkrümmer sitzt häufig ein Ladeluftkühler, um die verdichtete Luft zu kühlen, da dichtere kühle Luft mehr Sauerstoffmoleküle enthält als heiße Luft mit dem gleichen Volumen.
- Turbolader mit variabler Geometrie passen die Flügelwinkel an, um über einen breiteren Bereich von Motordrehzahlen Auftrieb zu liefern, und helfen so einem Dieselmotor, bereits bei niedrigen Drehzahlen kräftig durchzuziehen.
Dies ist einer der Gründe, warum Dieselmotoren bei niedrigen Motordrehzahlen ein hohes Drehmoment erzeugen, dessen Spitzenwert oft weit darunter liegt 2.000 U/min Dadurch eignen sie sich gut für Schlepp- und Transportarbeiten.
Autoteile, die Selbstzündung ermöglichen
Mehrere Autoteile arbeiten zusammen, um den Kompressionszündungsprozess in einem Dieselmotor aufrechtzuerhalten, und jedes einzelne spielt eine eigene mechanische Rolle.
- Glühkerzen erwärmen den Brennraum beim Kaltstart, da kalte Luft allein bei kaltem Motor möglicherweise nicht die Zündtemperatur erreicht.
- Kraftstoffeinspritzdüsen zerstäuben Diesel in ein feines Sprühmuster, sodass er sich gleichmäßig mit der Druckluft vermischt.
- Die Kurbelwelle und die Pleuel wandeln die Auf- und Abbewegung des Kolbens in Rotationsleistung um.
- Das Abgasrückführungsventil leitet einen Teil des Abgases zurück in den Ansaugtrakt, um die Verbrennungstemperaturen zu senken und die Stickoxidbildung zu reduzieren.
- Der Dieselpartikelfilter fängt Rußpartikel aus dem Abgasstrom ein, bevor die Gase aus dem Auspuffrohr austreten.
Warum Dieselmotoren effizienter laufen als Benzinmotoren
Der thermische Effizienzvorteil eines Dieselmotors ergibt sich direkt aus seinem höheren Verdichtungsverhältnis. Laut technischen Daten des US-Energieministeriums können Dieselmotoren ungefähr umwandeln 30 bis 35 Prozent von Kraftstoffenergie in nutzbare Arbeit um, verglichen mit etwa 20 bis 25 Prozent bei typischen Benzinmotoren, da eine höhere Kompression eine vollständigere Expansion der Verbrennungsgase gegen den Kolben ermöglicht.
Dieselkraftstoff enthält außerdem mehr Energie pro Gallone als Benzin, was den Kilometervorteil noch verstärkt. Diese Kombination aus höherer Kompressionseffizienz und dichterer Kraftstoffenergie erklärt, warum Langstrecken-Lkw, Schiffsmotoren und stationäre Generatoren fast ausschließlich auf Diesel statt auf Benzin angewiesen sind.
Besitzer sollten auf häufige Verschleißpunkte achten
Um den reibungslosen Betrieb eines Dieselmotors zu gewährleisten, müssen einige Autoteile überwacht werden, die im Laufe der Zeit der größten Belastung ausgesetzt sind.
Kraftstofffilter
Dieselkraftstoffeinspritzdüsen arbeiten mit extrem engen Toleranzen, sodass bereits geringe Mengen an Schmutz oder Wasser im Kraftstoff zu Verschleiß der Einspritzdüsen führen können. Zum Schutz des Einspritzsystems sollten Kraftstofffilter in den im Benutzerhandbuch angegebenen Abständen gewechselt werden.
Turboladerdichtungen
Weil der Turbolader mit Geschwindigkeiten dreht, die höher sein können 100.000 U/min , seine internen Lager und Dichtungen reagieren empfindlich auf die Ölqualität. Durch die Verwendung der vom Hersteller angegebenen Ölsorte hält der Turbo genauso lange wie der Rest des Dieselmotors.
Zustand der Glühkerze
Eine verschlissene Glühkerze kann den Kaltstart insbesondere bei niedrigen Temperaturen spürbar erschweren, da der Brennraum ohne Hilfe nicht so schnell die Zündtemperatur erreicht.
