Dieselmotor

Ein Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung (Selbstzündung ohne Zündkerze), dessen Kraftstoffluftgemisch innerhalb der Brennkammer gebildet wird (innere Gemischbildung) und dessen Drehmoment über die Menge des eingespritzten Kraftstoffes eingestellt wird (qualitative Lastbeeinflussung).

Er kann mit verschiedenen Kraftstoffen, darunter Dieselkraftstoff, betrieben werden.

Dieselmotoren gibt es als Zweitakt- oder Viertakt-Hubkolbenmotoren; sie zeichnen sich durch einen relativ hohen Wirkungsgrad und die Möglichkeit aus, sie sowohl mit kleiner als auch großer Leistung auszulegen.

Erfinder des Dieselmotors ist der deutsche Ingenieur Rudolf Diesel, der seine Überlegungen zu einem Motor mit besonders hohem Wirkungsgrad erstmals 1893 im Werk Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors veröffentlichte. In den Jahren nach 1893 gelang es ihm in einem Labor der Maschinenfabrik Augsburg (heute MAN), allerdings nur durch Abweichen von dem in seinem Buch beschriebenen Konzept, einen solchen Motor zu bauen. Durch seine in vielen Ländern angemeldeten Patente und seine rege Öffentlichkeitsarbeit wurde er zum Namensgeber des Motors sowie des zugehörigen Dieselkraftstoffs, ein Mitteldestillat.

Dieselmotoren sind Hubkolbenmotoren, die chemische Energie in Wärme- und Bewegungsenergie umwandeln. Sie können als Zwei- oder Viertaktmotor konstruiert sein. Der von Rudolf Diesel erdachte Diesel-Kreisprozess ist ein thermodynamischer Vergleichsprozess für den Dieselmotor. Weil er den tatsächlichen Verbrennungsablauf nur unzureichend darstellt, zieht man besser den Seiliger-Prozess als Vergleichsprozess heran. (Mehr dazu im Abschnitt Thermodynamik des Dieselmotors)

 

 

Viertakt-Dieselmotoren saugen beim Ansaugtakt eine Zylinderfüllung Luft an; beim Zweitakter beginnt der „Spülvorgang“ kurz bevor der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat und endet kurz nachdem er den unteren Totpunkt wieder verlassen hat – verbranntes Abgas wird durch frische Luft ersetzt. Die frische Luft wird beim Verdichtungstakt stark komprimiert (Verhältnis beim Viertaktmotor etwa 16:1 bis 24:1) und dadurch auf etwa 700–900 °C erhitzt (Kompressionswärme). Kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens beginnt die Einspritzung des Kraftstoffs, der dabei in die heiße Luft im Brennraum feinst verteilt und zerstäubt wird. Die hohe Temperatur reicht aus, um das Gemisch zu zünden – es ist also kein Zündfunke einer Zündkerze notwendig wie beim Ottomotor.

Prinzipiell sind Dieselmotoren Vielstoffmotoren und können daher mit allen Kraftstoffen betrieben werden, die bei der Betriebstemperatur des Motors von der Einspritzpumpe gefördert werden können, sich gut zerstäuben lassen und für geringen Zündverzug eine ausreichende Zündwilligkeit haben.

Das Maß der Zündwilligkeit ist die Cetanzahl, die möglichst hoch sein soll. Außerdem sollte der Heizwert hoch sein. In der Regel besteht Dieselmotorenkraftstoff aus hochsiedenden und langkettigen Kohlenwasserstoffen (C9 bis C30). In der Praxis erfüllen (mitunter zäh-)flüssige, aus fossilen Energieträgern destillierte Kraftstoffe wie Gasöle und Teeröle mit Heizwerten zwischen ca. 38,8 und 43,5 MJ/kg diese Anforderungen. Außer flüssigen Kraftstoffen sind auch gasförmige Kraftstoffe geeignet. Nach dem Ersten Weltkrieg wurden überwiegend minderwertige, gar billige Öle als Kraftstoffe eingesetzt, weil sie nicht besteuert wurden. Bis in die 1930er-Jahre waren Benzin, Petroleum, Schmieröl, Gasöl und Pflanzenöle sowie Mischungen dieser Kraftstoffe üblich. Mit dem Voranschreiten der Dieselmotorentechnik wurden oft bessere, zündwillige Kraftstoffe mit Cetanzahlen von 45 bis 50 CZ unabdingbar. In der Praxis wurden Gasöl, Steinkohlenteeröl und Öl aus Kohlenschwelung genutzt.

Bis in die 1940er-Jahre hinein gab es keinen durch Normen standardisierten Dieselmotorentreibstoff, erstmals wurde Dieselkraftstoff nach dem Zweiten Weltkrieg in der DIN 51601 für Landkraftfahrzeuge vereinheitlicht. Seit 1993 ist Dieselmotorkraftstoff in der EN 590 genormt und wird schlicht Diesel genannt, die meisten Dieselmotoren (Kfz, Arbeitsgeräte) sind für den Betrieb mit diesem Kraftstoff ausgelegt oder können damit betrieben werden; große Schiffsdieselmotoren werden auch heute noch überwiegend mit schwererem Kraftstoff betrieben (siehe Schiffsdieselöl). Dieser Kraftstoff ist in der Norm ISO 8217 genormt. Für welche Kraftstoffsorten ein bestimmtes Dieselmotorenmodell ausgelegt ist, kann meist dem Betriebshandbuch entnommen werden. Einige Wirbelkammer-Motoren etwa sind für den Betrieb mit zündunwilligem Kraftstoff mit besonders hohem Zündverzug ausgelegt (wie zum Beispiel Motorenbenzin). Direkteinspritzende Dieselmotoren mit MAN-M-Verfahren sind ebenfalls prinzipiell für den Betrieb mit 86-Oktan-Benzin geeignet. Werden Dieselmotoren mit falschem Kraftstoff betrieben, dann können Verkokungen der Einspritzdüsen oder Klopfen (Nageln) auftreten. Verunreinigungen des Kraftstoffes, etwa durch Staub, Rost, Sand und Wasser wirken sich ebenfalls schädlich auf den Dieselmotor aus, wobei Verunreinigungen durch Sand besonders ungünstig sind.

Der erste Dieselmotor war für den Gebrauch von Mineralöl konstruiert, aber auch für den Betrieb mit Petroleum, Motorenbenzin und Ligroin geeignet. 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 Gasmotorenfabrik Deutz AG von Nicolaus Otto gezeigt, der auf Anforderung der französischen Regierung mit Erdnussöl (Arachidöl) lief, und er arbeitete so problemlos, dass nur sehr wenige Leute darauf aufmerksam wurden.

Der Dieselmotor wird im Wesentlichen durch die eingespritzte Kraftstoffmenge geregelt. Bei einer Vergrößerung der Menge wird entsprechend mehr Moment abgegeben, gleichzeitig sinkt das Verbrennungsluftverhältnis. Bei Turbomotoren kann parallel durch Anhebung des Ladedruckes auch die Luftmenge erhöht werden.

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