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  Dieselmotor - Einführung



Sie wurden lange Zeit nur als Reihen- und V-Motoren gebaut. Neuerdings gibt es sie sogar als Boxermotoren (Subaru). Sie treten fast nur noch mit Aufladung an, scheinen mit dem Turbolader fast verschwägert zu sein. Seltener sind der Kompressor oder das Turbo-Compound-System. Dabei muss nicht, wie bei Stationärmotoren, in vielen Betriebsbereichen ein Optimum gefunden werden, es kann auch noch heute auf mechanische Regelsysteme zurückgegriffen werden.

Unglaublicher noch als beim Lkw ist die Entwicklung des Dieselmotors beim Pkw. Dort hat er sich in den letzten fünfzig Jahren vom leistungsschwachen Raubein zum kultivierten, mit viel Schub gerade auch aus unteren Drehzahlen zum ausgestatteten Gebrauchsmotor entwickelt. Inzwischen macht er bei Langstreckenrennen sogar dem Benziner ernsthafte Konkurrenz.

Während die Nenndrehzahl beim Gebrauchs-Benziner eher leicht sinkt, hat der Diesel nach einem Einbruch bei seiner Umstellung zum Direkteinspritzer wieder zugelegt. Je nach Hersteller sind ihm Drehzahlen bis zu 5500/min möglich. Obergrenzen hat der Dieselmotor z.B. im Schiffsbau noch nie gekannt, tritt aber inzwischen auch mit weniger als 1000 cm³ als Dreizylinder auf.

Seit es ihn nun auch im Pkw-Bereich nur noch als Direkteinspritzer gibt, ist er in seinem Wirkungsgrad nahezu unschlagbar. Und sein Drehmoment war seit der Einführung des Turboladers so groß, dass es alleine schon mit Blick auf die lieferbaren Getriebe künstlich begrenzt werden musste. Hier halfen anfangs nur Wandler-Automatiken. Der Motor erscheint vielen Herstellern inzwischen auch als für Coupés und sogar Cabrios geeignet.

Aber es gibt noch Möglichkeiten der Eroberung für den Dieselmotor. In USA wehrt sich der/die durchschnittliche Konsument/in noch heftig, obwohl er doch gerade für große und schwere Fahrzeuge besonders geeignet erscheint. Zu günstig ist dort seit ewigen Zeiten 'Gas', obwohl dessen Preis zumindest zwischenzeitlich stieg, bis das Fracking zu einer scheinbaren Erlösung vom Problem der mangelnden Ressourcen führte.

Die Nordamerikaner haben den Dieselmotor für Pkw längere Zeit von ihrem Markt ferngehalten, weil sie für ihn strikt die gleichen Abgaswerte wie für den Benziner verlangt haben, z.B. bei den Stickoxiden. Diese hohe Hürde muss der Diesel aber neuerdings auch in Europa nehmen, so dass der nordamerikanische Markt ihm eigentlich offen stehen müsste. Aber die Konsumenten dort tun sich schwer mit ihm.

Sie merken schon, die Überlegenheit des Benziners im Abgasbereich holt der Diesel langsam auf. Auch wenn der Benziner neuerdings viel häufiger direkt einspritzt, kann er den Diesel im Verbrauch nicht ganz erreichen. Es gibt noch noch einen Vorteil für ihn, das ist die Kostenfrage. Mit dem Gewicht der Fahrzeuge bis in den Nutzfahrzeugbereich nimmt die Dominanz des Dieselmotors allerdings zu, auch in USA.

Wir sollten die Bereiche Land- und Baumaschinen, Lokomotiven und Schiffe nicht unerwähnt lassen, wobei letztere schon kurz nach der Erfindung des Dieselmotors mit diesem Furore machten. Heute erreichen die größten Containerschiffe der Welt mit ihm bei Leistungen bis zu 74.000 kW (100.000 PS) Wirkungsgrade von weit über 40 Prozent. Inzwischen fahren Sie sogar etwas langsamer, um Sprit zu sparen.

Denn hier geht es um sehr genaue Kostenkalkulation. Wenn Sie bedenken, das 1 Liter Rohöl für ca. 2 Cent fast um den halben Erdball transportiert wird, können Sie vielleicht den spitzen Bleistift nachempfinden. Leider wird deshalb aber auch auf dem offenen Meer eine Art Schweröl verfeuert, dass erst dann im Motor verbrannt werden kann, wenn es vorher auf bis zu 160°C aufgeheizt wurde.

Jaja, die Umwelt. Auf den ersten Blick scheint der Dieselmotor ausschließlich von fossilen Brennstoffen abhängig. Das ist aber nicht der Fall, gibt es doch schon genügend Möglichkeiten, ihn mit Produkten nachwachsender Rohstoffe zu versorgen. Da ist der leicht zu Monokulturen neigende Raps noch eher dem Biodiesel 1 zuzurechnen. Wissenschaftler haben aber die Reststoffe der Land- bzw. Forstwirtschaft oder z.B. auch rasch wachsende Algenstrukturen im Blickfeld.

Das käme gut aus mit der weiteren Entwicklung des Dieselmotors. Man hätte gern noch weiter z.B. von Schwefel reduzierten Kraftstoff, überhaupt eigentlich einen synthetisch hergestellten, passgenau auf die Anforderungen des Dieselmotors zugeschnitten. Und wenn man ihn ohnehin nicht mehr aus Erdöl destilliert, kann man ihn auch gleich entsprechend zubereiten. 'Sunfuel' heißt das Produkt, das bisher noch in Laboratorien schlummert und einen weiteren Entwicklungsschub beim Dieselmotor verspricht.

Wie schwierig die Entwicklung von Dieselmotoren u.a. ist, verdeutlichen die folgenden Rechenbeispiele. Nehmen wir an, ein Dieselmotor verbrauche im Leerlauf 1 Liter Kraftstoff pro Stunde. Das wären dann 1.000 cm³ bzw. 1.000.000 mm³. Dann sind das bei vier Zylindern 250.000 mm³ für jeden. Macht pro Minute 4.167 mm³. Wenn wir von 800 Umdrehungen pro Minute ausgehen, müssen wir nach dem Viertaktprinzip durch 400 teilen, weil nur jede zweite Umdrehung eingespritzt wird.

Da ergeben sich also etwa 10 mm³ bei jedem Einspritzvorgang. Wenn Sie bedenken, dass dies einem Würfel mit knapp 2,2 Millimeter Kantenlänge entspricht und Regentropfen ein Volumen von etwa 30 mm³ haben, dann ist das schon sehr wenig. Es gibt Dieselmotoren, die mit noch weniger Einspritzmenge auskommen und davon auch noch 20 Prozent voreinspritzen.

Bei Volllast ist der Dieselmotor keineswegs sparsam, kann sogar mehr verbrauchen als ein Benzinmotor mit gleicher Leistung. Wenn wir hier 18 Liter pro 100 Kilometer annehmen, haben wir keineswegs einen besonders großen Motor vor Augen. Es könnte ebenfalls jener Vierzylinder sein.

Auch hier können wir also durch 4 teilen und kommen auf 4.500.000 mm³, die bei einer angenommenen Geschwindigkeit von 200 km/h auf 30 Minuten verteilt werden müssten. Bei 4.500/min müssten wir durch 2.250 teilen und erhalten gut 60 mm³ für jeden Einspritzvorgang. Der könnte sich auf 5 Teileinspritzungen verteilen.

4.500/min entsprechen 75 Einspritzungen pro Sekunde. Dabei werden 27.000° Kurbelwinkel zurückgelegt, also 27° pro Millisekunde. Wenn wir eine Vor- und eine Nacheinspritzung annehmen, sollten 3 der 5 Teileinspritzungen schon irgendwo in den ersten 60° Kurbelwinkel platziert werden. Dann muss das Motormanagement in etwa 2 Millisekunden den betreffenden Injektor je drei Mal öffnen und schließen, um jedes Mal etwa das Volumen eines halben Regentropfens unter einem Druck von über 2.000 bar einzuspritzen.







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