Dieselmotor – Aufbau und Funktion

Dieselmotor – Aufbau und Funktion Übung

• Benenne die Bestandteile des Zylinders eines Dieselmotors.

  Tipps

  Die Luft gelangt von links oben in den Zylinder.

  Die Abgase werden nach rechts oben ausgeleitet.

  Der Kraftstoff wird oben mittig dem Zylinder zugeführt.

  Der Kolben ist über ein Gestänge mit der Kurbelwelle verbunden.

  Lösung

  Im Zylinder eines Dieselmotors bewegt sich beständig ein Kolben (hier dunkelblau dargestellt) von oben nach unten und umgekehrt. Dieser Kolben ist über die Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden. Dadurch werden die Bewegungen des Kolbens in eine Drehbewegung überführt.

  Für die Verbrennungsprozesse im Dieselmotor wird Luft über den Lufteintritt in den Zylinder gesaugt. Der Kraftstoff Diesel wird mittig von oben über die Einspritzdüse in den Zylinder geleitet. Die Abgase werden an der gegenüberliegenden Seite vom Lufteintritt ausgelassen.

  Im Gegensatz zu den benzinbetriebenen Ottomotoren enthalten Dieselmotoren keine Zündkerze. Eine Kühlung ist in der Abbildung nicht dargestellt.

• Beschreibe den Ablauf der Takte eines Viertakt-Dieselmotors.

  Tipps

  Die vier Takte sind in chronologischer Reihenfolge: Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Auslasstakt.

  Nicht alle Beschreibungen gehören zum Dieselmotor. Beachte die Unterschiede zur Funktionsweise des Ottomotors.

  Lösung

  Der Viertakt-Dieselmotor arbeitet in folgenden vier Takten:

  1. Takt: Ansaugtakt - Ansaugen von Luft in den Zylinder

  2. Takt: Verdichtungstakt - Verdichten der Luft im Zylinder, Temperaturen von 500°C bis 700°C

  3. Takt: Arbeitstakt - Einspritzen des Diesels, Selbstzündung und Verbrennung bei ca. 2000°C

  4. Takt: Auslasstakt - Ausschieben der Verbrennungsgase

  Der Ablauf der vier Takte beim Dieselmotor ist dem des Ottomotors recht ähnlich. Es gibt aber einige signifikante Unterschiede. Zu denen kommen wir noch einmal in der nächsten Aufgabe etwas genauer.

• Erkläre die Unterschiede zwischen Viertakt-Diesel- und Viertakt-Ottomotor.

  Tipps

  Welche Kraftstoffe benötigen beide Motoren und wann gelangen sie jeweils in den Zylinder?

  Was ist der zentrale Unterschied zwischen Otto- und Dieselmotor bei der Initialisierung des Verbrennungsprozesses?

  Lösung

  Knapp zusammengefasst, kann man die Unterschiede zwischen den beiden Motortypen so ausdrücken:

  Beim Dieselmotor erfolgt das Einspritzen des Kraftstoffes direkt im Arbeitstakt und der Diesel führt dort eine Selbstzündung aus. Beim Ottomotor hingegen wird ein Benzin-Luft-Gemisch angesaugt und wird im Arbeitstakt durch eine Zündkerze fremdgezündet.

  Der Dieselmotor besitzt durch die Direkteinspritzung einen höheren Wirkungsgrad und ist somit sparsamer im Kraftstoffverbrauch. Die Leistung des Ottomotors gemessen an der Masse ist jedoch höher.

• Analysiere die Vor- und Nachteile von Otto- und Dieselmotoren mit Hilfe von Zahlenmaterial.

  Tipps

  Welche Vorteile besitzen die beiden Motortypen jeweils?

  Wie spiegeln sich diese im gegebenen Zahlenmaterial wider?

  Lösung

  Otto- und Dieselmotoren erfreuen sich in Europa nach wie vor gleichermaßen großer Beliebtheit. Ständige Verbesserungen der Technik gleichen dabei zunehmend die Nachteile der beiden Motortypen aus. Dennoch treten zwischen Fahrzeugen mit den beiden unterschiedlichen Motortypen immer noch folgende funktionsbedingte Unterschiede zu Tage:

  Ottomotoren haben einen höheren Kraftstoffverbrauch. Dafür sind sie jedoch durch ein höheres Leistungsgewicht leichter, günstiger und beschleunigen schneller. Außerdem stoßen sie keinen lungenkrebserzeugenden Ruß aus.

  Dieselmotoren zeichnen sich demnach durch einen geringeren Kraftstoffverbrauch aus. Allerdings sind sie in der Anschaffung teurer, schwerer und beschleunigen nicht so gut. Außerdem stoßen sie Ruß aus.

  Die Liste der Vor- und Nachteile lässt sich beliebig ergänzen, zum Beispiel um weitere Umweltparameter, Versicherungskosten, Haltbarkeit/Inspektionshäufigkeit und so weiter. Allerdings sollte man bei diesem Vergleich nicht vergessen, dass sowohl Otto- als auch Dieselmotoren Verbrennungsmotoren sind, die auf der Basis fossiler Energieträger funktionieren.

  Neben der Frage, welches Auto in Frage kommt, sollte man sich daher auch die Frage stellen, ob überhaupt ein Auto notwendig ist? Erst danach sollte die Entscheidung folgen, welcher Motor gewählt wird. Neben den Otto- und Dieselmotoren sind auf dem heutigen Markt auch Elektromotoren, Erdgasmotoren, Wasserstoffbrennstoffzellenantriebe und Hybridantriebe erhältlich.

• Benenne wichtige Schritte in der Geschichte des Dieselmotors.

  Tipps

  Schiffdiesel wurden bereits vor LKW- und PKW-Dieselmotoren eingesetzt.

  LKW-Dieselmotoren waren vor den PKW-Dieselmotoren entwicklungsreif.

  Lösung

  Die Erfolgsgeschichte des Dieselmotors beginnt mit seiner patentierten Erfindung von Rudolf Diesel im Jahr 1893. 1900 wurde er auf der Weltausstellung in Paris vorgestellt.

  Danach wurde dieser Motortyp beständig weiterentwickelt und verbessert und fand zunächst Einsatz als Dieselantrieb auf Schiffen, darunter beispielsweise 1910 auf dem Forschungsschiff Fram. Die erste Lokomotive mit Dieselantrieb folgte 1912. In Straßenfahrzeugen wurden die ersten Dieselmotoren ab 1923 bei LKWs eingesetzt, ab 1935 dann auch bei PKWs.

  Heute spielt der Dieselmotor in diesen und anderen Bereichen weiterhin eine entscheidende Rolle. Der Einsatz wird unter anderem dort limitiert, wo leistungsstarke leichte Motoren wie im Rennbetrieb benötigt werden, denn das hohe Motorgewicht des Diesels ist konstruktionsbedingt und nicht beliebig minimierbar.

• Untersuche Wirkungsgrad und Kraftstoffverbrauch von Diesel- und Ottomotoren.

  Tipps

  Wie viel Prozent des Kraftstoffs werden jeweils zur Fortbewegung genutzt?

  Lösung

  Summiert man die Energieverluste, so erhält man für den Ottomotor einen Wirkungsgrad von rund 25%, für den Dieselmotor von rund 32%.

  Dementsprechend wird beim Dieselmotor mehr Kraftstoff direkt für die Fortbewegung verwendet. In diesem Beispiel liegt der Unterschied bei etwa vier Liter auf eine 50-Liter-Tankfüllung (siehe Rechnung). Der Unterschied ist auf höhere Wärmeverluste beim Ottomotor über die Abgase zu erklären. Die Abgastemperaturen beim Ottomotor liegt höher, darum gelangt dort mehr Wärme nach außen.

  Die Erfolgsgeschichte des Dieselmotors begann mit seiner patentierten Erfindung von Rudolf Diesel im Jahr 1893. 1900 wurde er auf der Weltausstellung in Paris vorgestellt. Danach wurde dieser Motortyp beständig weiterentwickelt und verbessert und fand zunächst Einsatz als Dieselantrieb auf Schiffen, darunter beispielsweise 1910 auf dem Forschungsschiff Fram. Die erste Lokomotive mit Dieselantrieb folgte 1912. In Straßenfahrzeugen wurden die ersten Dieselmotoren ab 1923 bei LKWs eingesetzt, ab 1935 dann auch bei PKWs.

  Heute spielt der Dieselmotor in diesen und anderen Bereichen weiterhin eine entscheidende Rolle. Der Einsatz wird unter anderem dort limitiert, wo leistungsstarke leichte Motoren wie im Rennbetrieb benötigt werden, denn das hohe Motorgewicht des Diesels ist konstruktionsbedingt und nicht beliebig minimierbar.