Dieselmotor: Was unterscheidet ihn vom Ottomotor?
Funktionsweise
Im Gegensatz zum Ottomotor erfolgt beim Dieselmotor (benannt nach Rudolf Diesel, 1858-1913) die Bildung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erst im Zylinder. Dort wird reine Luft angesaugt, die weit höher verdichtet (30-55 bar) und dabei auf etwa 700-900 ºC erhitzt wird. In die verdichtete, heiße Luft wird Kraftstoff eingespritzt, der sich mit der Luft vermischt und verdampft. Die Temperatur im Zylinder reicht aus, um das Gemisch dann zur Selbstzündung zu bringen (keine Zündkerzen, eventuell aber Glühkerzen notwendig). Die Zeit zwischen dem Einspritzbeginn und der Selbstzündung wird Zündverzug genannt und beträgt ca. 1/1000 Sekunde. Der Zündverzug ist umso kürzer:
∙ je heißer die Luft, d. h. je höher der Kompressionsdruck ist,
∙ je besser Luft und Kraftstoff vermischt sind,
∙ je feiner der Kraftstoff zerstäubt ist und
∙ je höher die Zündwilligkeit des Kraftstoffes ist (Cetanzahl).
Falls sich als Folge eines zu langen Zündverzuges eine große Kraftstoffmenge im Zylinder ansammelt, entzündet sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch sehr schnell und verbrennt schlagartig: Der Motor »nagelt«.
Dieselmotoren arbeiten ebenso wie Ottomotoren nach dem Zwei- oder Viertaktverfahren.Auch die Abläufe im Zylinder nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches verlaufen gleich. Die Verbrennung hängt entscheidend von der Gemischbildung ab, für die verschiedene Verfahren entwickelt wurden.
Indirekte Einspritzverfahren
Diese Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass die Brennräume geteilt sind. Sie werden vorwiegend bei Pkws eingesetzt.
Wirbelkammerverfahren: Kennzeichen dieses Verfahrens ist eine vor dem Hauptbrennraum angeordnete, annähernd kugelförmige Wirbelkammer, in die während des Verdichtungsvorganges der größte Teil der Verbrennungsluft strömt. Dabei entsteht ein starker Luftwirbel, in den mit 100-125 bar Kraftstoff eingespritzt wird. Nachdem sich das Gemisch entzündet hat, greift die Verbrennung auf den Hauptbrennraum über. Das Verfahren eignet sich für hohe Drehzahlen und zeichnet sich durch einen weichen Motorlauf aus.
Vorkammerverfahren: Dabei wird über eine oder mehrere Öffnungen die Luft aus dem Hauptbrennraum in die Vorkammer gedrückt. Die Kraftstoffeinspritzung in die Vorkammer erfolgt am Ende des Verdichtungsvorganges mit ca. 120-140 bar. Nach der Selbstzündung verbrennt dort aufgrund der geringen Sauerstoffmenge nur ein Teil des Kraftstoffes. Die Flamme schießt durch den Druckanstieg in der Vorkammer in den Hauptbrennraum, was zu hoher Turbulenz und damit zu schneller Verbrennung des restlichen Brennstoffes führt.
Beide Einspritzverfahren benötigen eine Starthilfe (Glühkerze) und weisen einen höhere Kraftstoffverbrauch auf als Motoren mit direkter Einspritzung.
Direkte Einspritzung
Bei diesen Verfahren, die vorwiegend bei Lkws eingesetzt werden, wird auf eine Unterteilung der Brennräume verzichtet und der Kraftstoff direkt in den einzigen vorhandenen Brennraum eingespritzt. Um eine gute Verbrennung zu erzielen, ist eine intensive Luftbewegung notwendig. Die Verbrennung findet im Zylinder oder einer Kolbenmulde statt. Es existieren zwei Möglichkeiten der direkten Einspritzung:
Wandverteilend: Der Kraftstoff wird direkt mit ca. 170-200 bar auf die Wand des kugelförmigen und in die Kolbenmitte eingelassenen Brennraumes gespritzt. Etwa 95 % des Kraftstoffes bilden einen Film auf der Brennraumwand, während ca. 5 % durch die Einspritzstrahlenergie fein zerstäubt in die verdichtete, heiße Luft gelangt. Es findet eine Selbstzündung statt, welche die Verbrennung einleitet. Der Kraftstofffilm wird dabei abgedampft und verbrannt. Das Verfahren zeichnet sich durch einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und geringe Rußentwicklung aus.
Luftverteilend: Bei diesem Verfahren wird der Kraftstoff mit 175-200 bar in eine flache Brennraummulde im Kolben eingespritzt und durch Luftdrall (Mehrlochdüsenverfahren) und/oder durch die Energie der Einspritzstrahlung (Strahleinspritzverfahren) verwirbelt. Es kommt zur Selbstzündung und Verbrennung des Kraftstoffes. Das Verfahren reagiert empfindlich auf schwankende Kraftstoffqualitäten.
Vergleich Dieselmotor - Ottomotor
Der Dieselmotor erreicht durch geringe Verluste bei den Auspuffgasen einen höheren Wirkungsgrad als der Ottomotor. Bei guter Verbrennung (kaum Ruß) weist er auch günstige Abgaswerte auf. Infolge der höheren Spitzendrücke bei der Verdichtung muss der Dieselmotor stärker gebaut sein und erreicht dadurch ein höheres Leistungsgewicht und eine längere Lebensdauer.