Dieselmotor: Wie funktioniert er und welche Vorteile hat er?
Ein Dieselmotor ist ein Kolbenverbrennungsmotor, der häufig Dieselkraftstoff verbrennt und thermische Energie in mechanische Arbeit umwandelt. Thermische Energie wird im Motor gewonnen, indem Kraftstoff durch Verbrennung in Wärme umgewandelt wird.
Wenn Kraftstoff verbrannt wird, steigen die Temperatur und der Druck im Motor. Der erhöhte Druck des Arbeitsstoffes wirkt auf die Kolben des Motors, die diese Energie in mechanische Arbeit umwandeln.
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Wie funktioniert ein Dieselmotor?
Der Dieselmotor entzündet das Kraftstoff-Luft-Gemisch durch die hohe Drucklufttemperatur im Brennraum. Er wird meistens als Viertakter gebaut, kann aber auch als Zweitakter gebaut werden.
Da die meisten Autos mit Viertaktmotoren ausgestattet sind, beschreiben wir die Funktion eines Dieselmotors mit vier Takten. Das Funktionsprinzip eines Viertakt-Dieselmotors ist dem eines Benzinmotors sehr ähnlich.
Viertaktmotor: Wie er funktioniert und was seine Vorteile sind
Der Hauptunterschied besteht darin, dass bei einem Dieselmotor nur saubere Luft in die Zylinder gesaugt wird, in die der komprimierte und erhitzte Kraftstoff eingespritzt wird. Ein solches Gemisch wird dann durch Kompressionswärme gezündet, nicht wie bei einem Benzinmotor durch einen Funken einer Zündkerze.
Viertakt-Dieselmotor:
Takt 1: Ansaugen
Während des Ansaugens bewegt sich der Motorkolben von seinem oberen Totpunkt nach unten zu seinem unteren Totpunkt, während die Einlassventile geöffnet sind. Dadurch vergrößert sich der Raum über dem Kolben, die Einlassventile sind geöffnet und der Lufteinlass in den Brennraum wird somit ermöglicht.
Takt 2: Verdichten und Zünden
Die Verdichtungsphase erfolgt nach dem Schließen der Einlassventile. In dieser Phase wandert der Kolben von seinem unteren Mittelpunkt nach oben zu seinem oberen Mittelpunkt und verdichtet dabei die Luft, die sich dadurch erwärmt, und weil sie sich nicht ausdehnen kann, steigt auch der Druck an.
Verdichtungsverhältnis: Wie wirkt es sich auf den Motor aus?
Kurz bevor der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, wird Kraftstoff (Diesel) in die Druckluft eingespritzt, die zerstäubt, verdampft und sich entzündet, wodurch eine Ausdehnung entsteht. In dieser Phase sind die Ein- und Auslassventile geschlossen.
Takt 3: Arbeiten
Während der Expansion bewegt sich der Kolben von seinem oberen Totpunkt nach unten zu seinem unteren Totpunkt, wobei die Einlass- und Auslassventile geschlossen sind. Das Gemisch wird gezündet und Wärmeenergie wird freigesetzt, wodurch der Druck im Zylinder steigt. Der Druck wirkt auf den Kolben und drückt ihn bis zum unteren Totpunkt. Dabei wird thermische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt.
Takt 4: Ausstoßen
Während der Endphase sind die Auslassventile geöffnet und der Kolben bewegt sich von seiner unteren Totpunktposition nach oben zu seiner oberen Totpunktposition, wodurch die Abgase aus dem Zylinder gedrückt werden. Um die Zylinderentleerung zu verbessern, schließen die Auslassventile jedoch erst, nachdem der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht hat und die Einlassventile bereits geöffnet sind.
Diese vier Zyklen (Phasen) treten während zweier Kurbelwellenumdrehungen auf und werden ständig wiederholt.
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Dieselmotortypen
Nach der Gestaltung des Brennraums und dem Ort der Kraftstoffeinspritzung unterscheiden wir Dieselmotoren:
Motoren mit Direkteinspritzung – die Kraftstoffeinspritzung und die gesamte Verbrennung finden in einer Hauptbrennkammer statt
Motoren mit indirekter Einspritzung - Die Kraftstoffeinspritzung und die Anfangsphase der Verbrennung finden in einem speziellen Raum in der Kammer statt und werden erst dann in den Hauptbrennraum überführt
Leistungsregelung für Dieselmotoren
Die Leistung des Dieselmotors wird durch die Kraftstoffmenge reguliert, die mit annähernd gleicher Luftmenge pro Arbeitsspiel in den Brennraum eingespritzt wird.
So ändert sich die Reichhaltigkeit, also die Qualität der Mischung. Eine variable Kraftstoffmenge, die die Einspritzvorrichtung zuführt, realisiert eine Leistungsregulierung.
Vor- und Nachteile des Dieselmotors
Dieselmotoren sind strukturell komplexer als Benzinmotoren, aber ihre Leistung ist geringer, hauptsächlich aufgrund der Verbrennung eines anderen Kraftstoffs. Bei gleicher Technik und Motorvolumen ist die Leistung eines Benziners immer höher. Der Vorteil von Dieselmotoren ist jedoch ein geringerer Verbrauch und eine längere Lebensdauer.
Die Technologie hat sich jedoch weiterentwickelt, und fast alle Dieselmotoren sind jetzt turbogeladen oder aufgeladen. Kombiniert mit einer Direkteinspritzungstechnologie sind ihre hohe Leistung, niedriger Kraftstoffverbrauch und weniger erzeugte Emissionen garantiert.
Turbolader: Was sind seine Vorteile und was ist das Turboloch?
Diese Motoren eignen sich für lange Fahrten und nicht für kurze Stadtbummel, da die Aufwärmzeit des Motors auf Betriebstemperatur deutlich länger ist als bei einem Benzinmotor.