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Dieselmotoren von Sauer & Sohn

Motoren, die mit Diesel angetrieben werden, finden ihren Einsatz auf der Straße, auf rauem Gelände sowie im Marinebereich und sind aus der Motorentechnik nicht wegzudenken. Geringer Verbrauch mit höherem Wirkungsgrad – Dinge, die für Dieselmotoren sprechen. Aufgrund ihres Abgasverhaltens erfüllt der Verbrennungsmotor allerdings nicht mehr die notwendigen Umweltrichtlinien und steht deshalb oft in der Kritik. Neue Abgasnachbehandlungssysteme steuern dem aber immer mehr entgegen.

Starten ohne Zündkerze

Der Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung. Das bedeutet, dass er selbst zündet ohne Hilfe einer zusätzlichen Zündkerze – daher auch die Bezeichnung Selbstzünder. Da das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer gebildet wird, spricht man hier von einer inneren Gemischbildung. Das Drehmoment wird über die Menge des eingespritzten Kraftstoffes eingestellt.

Es gibt zwei Bauarten von Dieselmotoren: Zweitakt- oder Viertakt-Hubkolbenmotoren.

Generell wandeln Hubkolbenmotoren chemische Energie in Wärme- und Bewegungsenergie um. Viertakt-Dieselmotoren saugen eine Zylinderfüllung Luft an und Zweitakter wiederum ersetzen verbranntes Abgas durch frische Luft. Die frische Luft wird stark komprimiert und dadurch auf ca. 700 bis 900 °C erhitzt. Kurz bevor der Kolben seinen Totpunkt erreicht, wird der Kraftstoff eingespritzt. Dabei verteilt sich der Kraftstoff in der heißen Luft im Brennraum. Durch die hohe Temperatur wird das Gemisch gezündet. Eine Zündkerze, wie bei einem Ottomotor, ist demnach nicht notwendig.

Rudolf Diesel: Der Erfinder des Dieselmotors

Dem Erfinder Rudolf Diesel ist der Dieselmotor zu verdanken. Nach zahlreichen Experimenten, zum Erreichen einer Selbstzündung, gelang es ihm in finanzieller Zusammenarbeit der Firma Kruppe 1893 den ersten Dieselmotor zu entwickeln. Ein Jahr später bekam Rudolf Diesel mehrere Patente für die Verbesserung des Selbstzündermotors. Im Jahr 1897 war dann das erste Modell des Motors funktionstüchtig.

Der Dieselkraftstoff

Dieselmotoren können theoretisch mit allen Kraftstoffen betrieben werden. Bis in die 1940er Jahre gab es keinen genormten Dieselkraftstoff was dazu führte, dass minderwertige Öle als Kraftstoff eingesetzt wurden. Nachdem zunächst der Dieselkraftstoff für Landfahrzeuge genormt wurde, folgte 1993 die allgemeine Norm – bekannt unter der Bezeichnung Diesel. Die meisten Motoren, sei es im Kraftfahrzeugbereich oder Arbeitsgeräte, sind für den Betrieb mit Diesel ausgelegt. Wird ein falscher Kraftstoff dem Motor zugeführt, kann es zu Schäden der Einspritzdüsen kommen. Ist der Kraftstoff durch Staub, Rost oder Sand verunreinigt, kann es ebenfalls dem Dieselmotor schaden.

Die Kraftstoffeinspritzung

Zu unterscheiden sind verschiedene Einspritzverfahren, die sich durch ihre Bauart des Brennraumes und der Einspritzpumpe voneinander abgrenzen. So gibt es Motoren mit einem kompakten Brennraum. Hierbei verläuft die Einspritzung unmittelbar. Daneben gibt es noch Motoren mit einer vorgelagerten Kammer, in die mittelbar eingespritzt wird. Die zweite Motorbauart gilt heutzutage wegen des geringen Wirkungsgrades als veraltet.

Moderne PKW-Dieselmotoren haben durch eine für alle Zylinder gemeinsame Hochdruckleitung, genannt Common-Rail-System, eine unmittelbare Einspritzung. Dabei wird die Einspritzung durch das Öffnen der Einspritzventile elektronisch eingeleitet.

Es ist auch möglich Dieselmotoren mit gasförmigem Kraftstoff zu betreiben. Hierbei kann es sich um einen Dual-Fuel-Motor handeln, der mit Gas und mit Diesel betrieben werden kann. Oder als ein reiner Gas-Motor, der alleinig mit Gas als Kraftstoff betrieben wird.

Der Verbrennungsprozess läuft in folgenden Schritten ab:

Luftverdichtung
Kraftstoffeinspritzung
Gemischbildung
Selbstzündung
Verbrennung

Dabei findet das Zusammenspiel der Zylinder und Kolben (bei einem Viertaktmotor) in vier Takten statt. Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Ausstoßtakt. Durch das Absenken des Kolbens wird das Volumen des Zylinders vergrößert, wodurch die Luft angesaugt wird. Bei geschlossenen Ventilen wird die Luft durch das Anheben des Kolbens im Verdichtungstakt komprimiert. Im Arbeitstakt entzündet sich der eingespritzte Kraftstoff an der heißen Brennraumluft. Abschließend wird das Abgas aus dem Zylinder ausgestoßen. Zweitakt-Motoren arbeiten nach dem Zweitaktprinzip und werden als Schiffsmotoren verwendet.

Vergleich zum Ottomotor

Der wohl größte Vorteil des Dieselmotors im Vergleich zum Benzinmotor, liegt im Kraftstoffverbrauch. Dank der Direkteinspritzung wird dieser nochmals reduziert. Zudem überzeugen sie mit hohem Drehmoment beim geringen Drehzahlbereich. Dadurch ist ein Motor mit Diesel als Kraftstoff wirtschaftlicher. Zudem eignen sie sich gut für die Turboaufladung im niedrigen Drehzahlbereich. Ihren Einsatz finden sie in Schiffen und großen Maschinen, wie Radlader, Forstmaschinen, etc.

Der Wirkungsgrad von heutigen PKW-Dieselmotoren liegt bei Volllast über 35%. Mit Direkteinspritzung und Einsatz von Turbolader auch über 40%. Größere Motoren, wie etwa bei einem Schiffsdiesel, können sogar bei niedriger Auslastung Wirkungsgrade von ca. 50% erreichen. Der Wirkungsgrad bei Ottomotoren liegt bei maximal 40%.

Was das Gewicht angeht, sind Dieselmotoren schwerer und geräuschintensiver als Benzinmotoren, denn um den hohen Druck auszuhalten, ist eine robuste Bauweise notwendig. Deshalb kommen für leichtere Fahrzeuge eher Ottomotoren in Frage.

Vor allem der Ausstoß von Stickstoffoxiden, die bei der Verbrennung entstehen, stellt einen Nachteil dar. Das erfordert ein umfangreiches Abgasnachbehandlungssystem, was den Dieselmotor in der Anschaffung teurer macht.

Schiffsdieselmotoren im Bereich Marine

Da Schiffe lange Strecken zurücklegen müssen ohne anzulegen, sind maritime Fahrzeuge größtenteils mit Zweitakt-Dieselmotoren ausgestattet. Entweder als Haupt- oder Hilfsmotor. Große Schiffsmotoren werden in der Regel mit Gasöl, Schweröl und auch mit Flüssiggas betrieben. Dabei sind die Anforderungen an die Betriebssicherheit hoch, denn bei einem Ausfall des Motors ist das Schiff nicht manövrierfähig. Zudem ist ein Motorenaustausch sehr aufwendig und zeitintensiv.

Zu unterscheiden sind zwei verschiedene Motorbauarten: Langsamläufer, Mittelschnellläufer und Schnellläufer.

Langsamläufer werden bei mittleren Frachtschiffen eingesetzt und arbeiten in der Regel im Zweitaktbetrieb. Sie werden als Reihenmotoren mit fünf bis 14 Zylindern gebaut. Schiffsdieselmotoren dieser Größenordnung sind mit einer Turboaufladung ausgerüstet und erreichen eine Lebensdauer von 20 Jahren.

Für kleinere bis mittelgroße Frachtschiffe werden Mittelschnellläufer eingesetzt. Sie arbeiten im Viertaktprinzip und werden als Reihen- oder als V-Motoren mit bis zu 20 Zylindern gebaut.

In Binnenschiffen sowie bei Sport- und Freizeitschiffen befinden sich Schnellläufer um die 2000 Umdrehungen pro Minute. Als Viertaktmotoren verfügen sie über vier bis sechs Zylinder.

Dieselmotoren im Fokus des Umweltschutzes

Mit dem Ziel die Emissionen zu reduzieren, gelten für Verbrennungsmotoren im Off-Road-Bereich Abgasnormen, die eingehalten werden müssen. Die aktuelle Regelung EU Stage V muss innerhalb der EU eingehalten werden. Die Leistung wird dadurch nicht beeinträchtigt, es soll dank eines ausgeklügelten Abgasnachbehandlungssystems lediglich der Ausstoß von schädlichen Stickoxiden vermindert werden.

Unsere Dieselmotoren verfügen über eine Leistung von 10 kW bis zu 735 kW und reichen von drei bis sechs Zylindern. Sie finden als Industriemotoren ihren Einsatz stationär und mobil in Stromerzeugern, Baustellen- und Forstmaschinen und im Marinebereich. Unsere Erfahrungen mit Diesel betriebenen Motoren reichen viele Jahrzehnte zurück. Wenn Sie weitere Informationen oder Fragen haben, stehen unsere Ansprechpersonen für Sie jederzeit zur Verfügung.