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 Dieselmotor 2



kfz-tech.de/PME114

Die grundsätzliche Technik der Direkteinspritzung ist schon sehr lange bekannt. Von Rudolf Diesel existieren Zeichnungen, die eine Einspritzung des Dieselkraftstoffs direkt in den Brennraum vorsehen. Man hat sie nur nicht realisieren können, denn die Wucht der Druckerhöhung des schon beim Einspritzen brennenden Kraftstoffs war einfach zu groß.


Erst ein gutes halbes Jahrhundert später gelingt der Firma MAN mit dem Mittenkugel-Verfahren (Bild oben) ein Direkteinspritzer. Auffallend in deren Beschreibung die Maßnahmen zur Eingrenzung des geschilderten Problems. Der Kraftstoff wird zu einem großen Teil auf die Wandung der Kugel im Kolben verteilt. Dort soll er möglichst langsam abbrennen.

Nur ein Teil des Kraftstoffs wird luftverteilt, damit es überhaupt zu einer Verbrennung kommt. Für militärische Nutzung wird er sogar noch zum Vielstoffmotor weiterentwickelt. Mit einer Art Zündkerze erhält er nun die Bezeichnung 'FM' für Fremdzündung. Die in den Vierzigern angelaufene Entwicklung wird durch erst 15 Jahre später beginnende Serienfertigung gekrönt.

Wer die Verluste durch Entstehung des Drucks im Nebenbrennraum vermeiden kann, wird u.a. mit einem höheren Wirkungsgrad belohnt. Allerdings kommen umfangreiche Umbauten hinzu. Das betrifft zunächst die Einspritzpumpe, die ab jetzt mit wesentlich höherem Druck arbeitet. Auch Maßnahmen zur Verwirbelung der angesaugten Luft werden ergriffen, anfangs noch als aufgeschweißtes Teilblech am Ventil.

Bei Mercedes trägt einer der ersten Lkw mit Direkteinspritzung 1963 die Bezeichnung 1620, der Vorgänger 334. Die Leistung steigt leicht von 147 kW (200 PS) auf 154 kW (210 PS). Mein Vater hatte so einen in seinem kleinen Fuhrpark und war unzufrieden wegen der Reparaturhäufigkeit. Daran sieht man, dass die Einführung der Direkteinspritzung keineswegs ohne Reibungsverluste gelang.


kfz-tech.de/PME115

Einem Lkw-Motor mit Aufladung auf die Sprünge zu helfen, hauptsächlich natürlich seinem Drehmoment, hat eine sehr lange Tradition, wie man an dem Ford-V8 Zweitakter oben gut erkennen kann. Bevor es also beim Lkw mit dem zusätzlich spritsparenden Einsatz von Turboladern losgeht, haben die längst die Welt der Großmotoren erobert. Damit ist der Lkw-Motor zunächst einmal ziemlich komplett.

Der Pkw hingegen fährt zwar auch schon als Diesel mit Turbo-Aufladung, aber ohne Direkteinspritzung bleiben Drehmoment- und Leistungsentwicklung doch noch ziemlich auf der Strecke. Erst als es aus dem VW-Konzern heraus unter anfänglicher Führung von Audi auch beim Pkw die Direkteinspritzung gibt, beginnt dessen Siegeszug.

Diese Art der Einspritzung wird zunächst mit einer Radial- statt Axialkolbenpumpe realisiert, weil letztere den hohen Druck nicht aushält. Dann schwenkt der gesamte Konzern zur Lösung mit Pumpedüse über. Wir wollen uns nicht zu lange damit aufhalten, weil VW alleine bleibt und man schließlich auch beim Lkw davon abgeht.

Typisch für die Pumpedüse ist das Fehlen einer zentralen Hochdruckpumpe. Die Drücke entstehen vielmehr dort, wo früher nur Einspritzventile waren. Die erforderliche Kraft kommt von der/n Nockenwelle(n), denen dazu ein zusätzlicher Nocken verpasst wird. Das belastet natürlich den Ventiltrieb zusätzlich. Die Fördermenge wird allerdings elektrisch geregelt. Der Zylinderkopf muss für das System umkonstruiert werden.

Auffällig ist die Pumpedüse damals durch den etwas rauen Motorlauf. Endgültig gestorben aber ist sie durch die Tatsache, dass eine Einspritzung nur während des Nockenhubes möglich ist, was z.B. die Nacheinspritzung deutlich einschränkt. Ein Meister nahezu unbeschränkter Möglichkeiten in diesem Fall ist Common Rail, das sich inzwischen auch beim Lkw durchgesetzt hat.

Hier wird zentral Druck erzeugt, allerdings nicht immer die so oft erwähnten 2.500 bar. Da so etwas Energie kostet, hat man sehr genau gelernt, in welchen Betriebsbereichen welcher Druck sinnvoll ist. Das können auch unter 400 bar beim Starten sein. Zusammen mit einer elektrischen Innentankpumpe ist das System bis auf zahlreiche Sensoren und Aktoren komplett.

Sehr gebraucht werden von Anfang an die vielen möglichen Einspritzungen während eines kompletten Einspritzvorgangs. Bosch sagt, es seien bis zu acht, aber natürlich hängt auch das zumindest von der Motordrehzahl ab. Aber hier haben wir es wieder, das Problem, dem Dieselmotor die Wucht beim Einspritzen zu nehmen. Neu hinzugekommen sind allerdings längst die Forderungen an die Abgase eines solchen Motors.

Die eine ist die Vermeidung von Ruß, besonders beim Gasgeben. Das erledigt schon seit einiger Zeit der Partikelfilter, der allerdings nach längeren Laufzeiten wohl einer Aufbereitung bedarf. Aber seine Arbeit macht er hervorragend. Zu Lösung des zweiten Problems mussten die Hersteller auch preiswerterer Autos erst durch den Diesel-Skandal gezwungen werden.

Ist aber auch schwierig, weil immer dann, wenn der Dieselmotor besonders wirkungsgradgünstig läuft, seine Verbrennung ziemlich heiß wird und er deshalb besonders viele Stickoxide ausstößt. Allerdings, wenn man einen SCR-Kat nachschaltet, bekommt man das Problem einigermaßen in den Griff. Benötigt allerdings AdBlue und diese Flüssigkeit reicht in der Regel nicht für die Zeit zwischen Inspektionen.

Der Lkw hat in allem rasch nachziehen müssen, was den Bauraum seines Motors fast verdoppelt hat. Das Dilemma des Dieselmotors: Genau in dem Moment, wo er praktisch seine höchste Güte erreicht hat, was Reichweite, Abgasgüte, Drehmoment, Leistung und vor allem CO2-Verbrauch betrifft, muss er abtreten.


kfz-tech.de/YME61


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