Wie funktioniert ein Dieselmotor? Er verdichtet die Luft im Zylinder so stark, dass sie sich auf mehrere hundert Grad Celsius erhitzt, und spritzt dann Kraftstoff in diese heiße Luft, wo er sich selbst entzündet. Das nennt man Selbstzündung: Es gibt keine Zündkerze, und die Leistung wird über die eingespritzte Kraftstoffmenge geregelt, statt die Luftzufuhr zu drosseln. Da Dieselmotoren mit Verdichtungsverhältnissen von etwa 14:1 bis 22:1 arbeiten, wandeln sie mehr Kraftstoffenergie in Arbeit um als Benzinmotoren. Deshalb treiben sie Lkw, Schiffe, Stromaggregate und Baumaschinen an.
Die wichtigsten Erkenntnisse
- Ein Dieselmotor entzündet Kraftstoff durch die Wärme verdichteter Luft, nicht durch einen Funken; typische Verdichtungsverhältnisse liegen bei etwa 14:1 bis 22:1, gegenüber ungefähr 8:1 bis 12:1 bei Benzinmotoren.
- Die meisten Dieselmotoren arbeiten im Viertaktverfahren (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen); sehr große Schiffsmotoren und einige ältere Konstruktionen nutzen das Zweitaktverfahren.
- Dieselmotoren haben keine Zündkerzen; viele besitzen Glühkerzen oder eine Ansaugluftheizung, die lediglich den Kaltstart unterstützen.
- Rudolf Diesels Patent wurde 1893 in Deutschland erteilt. Sein erster funktionsfähiger Motor wurde 1897 in Augsburg mit einem Wirkungsgrad von etwa 26 Prozent vorgeführt.
- Moderne Dieselmotoren für schwere Einsätze erreichen effektive thermische Wirkungsgrade im mittleren 40-Prozent-Bereich, und große langsam laufende Schiffsdieselmotoren überschreiten 50 Prozent.
Wie funktioniert ein Dieselmotor Schritt für Schritt?
Ein Viertakt-Dieselmotor durchläuft einen vollständigen Arbeitszyklus in zwei Kurbelwellenumdrehungen. Jeder Kolben führt vier Takte aus, und das Kraftstoffsystem stimmt die Einspritzung auf das Ende des Verdichtungstakts ab.
- Ansaugtakt. Der Kolben bewegt sich bei geöffnetem Einlassventil nach unten und saugt ausschließlich Luft an. Bei einem aufgeladenen Motor strömt die Luft unter Druck ein, wodurch mehr Sauerstoff in den Zylinder gelangt.
- Verdichtungstakt. Beide Ventile schließen, und der Kolben bewegt sich nach oben, wobei er die Luft auf einen Bruchteil ihres ursprünglichen Volumens verdichtet. Die Verdichtung erhöht die Lufttemperatur deutlich über die Selbstzündtemperatur von Dieselkraftstoff.
- Arbeitstakt. Nahe dem oberen Totpunkt spritzt die Einspritzdüse fein zerstäubten Kraftstoff in die heiße Luft. Nach einer sehr kurzen Verzögerung entzündet sich der Kraftstoff, das Gas dehnt sich aus, und der Druck drückt den Kolben nach unten, wodurch sich die Kurbelwelle dreht.
- Ausstoßtakt. Das Auslassventil öffnet, und der aufwärtslaufende Kolben drückt das verbrannte Gas heraus, sodass der nächste Ansaugtakt beginnen kann.
So funktioniert ein Dieselmotor, kurz beschrieben, in jedem Arbeitszyklus. Der entscheidende Unterschied zu einem Benzinmotor liegt in den Schritten 1 und 3. Ein Benzinmotor saugt ein Luft-Kraftstoff-Gemisch an und entzündet es mit einem Funken, während ein Dieselmotor ausschließlich Luft ansaugt und seine Leistung allein über die eingespritzte Kraftstoffmenge regelt.
Haben Dieselmotoren Zündkerzen?
Nein. Dieselmotoren verwenden keine Zündkerzen, weil sich der Kraftstoff durch die Verdichtungswärme entzündet. Viele Dieselmotoren haben jedoch eine Kaltstarthilfe: Glühkerzen, die den Brennraum erwärmen, oder ein Heizgitter, das die Ansaugluft erwärmt.
Diese Hilfen sind besonders bei kalter Witterung und kleineren Motoren wichtig, bei denen die Zylinderwände während der Verdichtung mehr Wärme aufnehmen. Sobald der Motor läuft, reicht die Verbrennungswärme aus, und die Glühkerzen schalten ab. Einige moderne Motoren betreiben sie jedoch nach dem Start noch kurz weiter, um Weißrauch und Geräusche zu verringern.
Wie startet ein Dieselmotor?
Ein Dieselmotor startet, wenn der Anlasser die Kurbelwelle schnell genug dreht, damit die Verdichtung die Luft über die Zündtemperatur erhitzt. Die Steuerung oder Einspritzpumpe liefert dann Kraftstoff, in den ersten Zylindern setzt die Verbrennung ein, und der Motor beschleunigt aus eigener Kraft.
Große Motoren können statt eines elektrischen Anlassers ein Druckluftstartsystem verwenden. Startschwierigkeiten deuten meist auf eine von wenigen Ursachen hin: zu geringe Anlassdrehzahl durch eine schwache Batterie, Luft im Kraftstoffsystem, verschlissene Einspritzdüsen, geringe Kompression durch verschlissene Kolbenringe oder Ventile oder eine ausgefallene Kaltstarthilfe. Nach jedem Kraftstofffilterwechsel muss das Kraftstoffsystem entlüftet oder vorgefüllt werden, bevor der Motor zuverlässig startet; der Leitfaden zum Wechsel von Dieselkraftstofffiltern erläutert diesen Schritt.
Was sind die wichtigsten Bauteile eines Dieselmotors?
Ein Dieselmotor hat denselben Grundaufbau wie jeder Kolbenmotor, ist jedoch massiver ausgeführt, um höheren Zylinderdrücken standzuhalten. Die Tabelle beschreibt den Aufbau eines Dieselmotors in einfachen Worten.
| Bauteil | Funktion | Dieselspezifische Hinweise |
|---|---|---|
| Zylinderblock und Laufbuchsen | Nimmt die Zylinder und Kühlmittelkanäle auf | Bei Motoren für schwere Einsätze häufig mit austauschbaren nassen oder trockenen Laufbuchsen |
| Zylinderkopf | Nimmt Ventile, Einspritzdüsen und Kanäle auf | Für hohe Spitzendrücke ausgelegt; kann Glühkerzen enthalten |
| Kolben und Kolbenringe | Dichten den Brennraum ab und übertragen die Kraft | Häufig mit einer in den Kolbenboden eingearbeiteten Brennraummulde |
| Pleuel und Kurbelwelle | Wandeln die Kolbenbewegung in eine Drehbewegung um | Massiver als bei einem Benzinmotor gleicher Größe |
| Nockenwelle und Ventiltrieb | Öffnen und schließen Einlass- und Auslassventile | Dasselbe Prinzip wie bei Benzinmotoren |
| Kraftstoffeinspritzsystem | Dosiert Kraftstoff und spritzt ihn unter hohem Druck ein | Mechanische Pumpe oder elektronisches Common-Rail-System |
| Turbolader und Ladeluftkühler | Führen den Zylindern mehr Luft zu | Bei den meisten modernen Dieselmotoren oberhalb kleiner Baugrößen vorhanden |
| Kühlsystem | Führt Wärme über Kühlmittel oder Luft ab | Flüssigkeitskühlung ist am häufigsten; kleine Motoren können luftgekühlt sein |
| Abgasnachbehandlung | Reinigt das Abgas | DPF, SCR mit Harnstoff (DEF) und Oxidationskatalysatoren bei modernen Straßen- und Nichtstraßenmotoren |
Welche Kraftstoffeinspritzsysteme verwenden Dieselmotoren?
Die Dieselkraftstoffeinspritzung hat sich von rein mechanischen Pumpen zu elektronisch geregelten Hochdrucksystemen entwickelt. Beide Arten sind weiterhin im Einsatz, insbesondere in Industrie und Schifffahrt.
- Mechanische Reihen- oder Verteilereinspritzpumpen dosieren Kraftstoff mit Nocken und Pumpenkolben und fördern ihn zum richtigen Zeitpunkt zu jeder Einspritzdüse. Sie sind einfach aufgebaut und gut vor Ort reparierbar, weshalb sie bei Generator- und Arbeitsbootmotoren wie dem Sechszylinder vom Typ 6BT weiterhin beliebt sind.
- Pumpe-Düse-Einheiten vereinen das Pumpenelement und die Einspritzdüse in einem Gehäuse an jedem Zylinder.
- Die Common-Rail-Einspritzung speichert Kraftstoff unter sehr hohem Druck in einer gemeinsamen Verteilerleiste, und elektronisch geregelte Einspritzdüsen können mehrmals pro Arbeitszyklus einspritzen. Das ermöglicht eine leisere Verbrennung, geringere Emissionen und einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch, erfordert aber sauberen Kraftstoff und Diagnosewerkzeuge.
Motoren unterscheiden sich auch darin, wohin der Kraftstoff eingespritzt wird. Die meisten modernen Dieselmotoren verwenden eine Direkteinspritzung in eine Mulde im Kolbenboden. Einige ältere und kleinere Motoren nutzen eine indirekte Einspritzung in eine Vorkammer, die leiser, aber weniger effizient ist und normalerweise Glühkerzen benötigt.
Warum sind Dieselmotoren so effizient?
Die Effizienz des Dieselmotors beruht auf drei Faktoren: hoher Verdichtung, Verbrennung mit Luftüberschuss und fehlenden Drosselverlusten. Ein höheres Verdichtungs- und Expansionsverhältnis gewinnt aus derselben Wärmemenge mehr Arbeit. Da ein Dieselmotor seine Ansaugluft nicht drosselt, vermeidet er zudem die Ladungswechselverluste, die bei einem Benzinmotor unter Teillast auftreten.
Dieselkraftstoff enthält außerdem mehr Energie pro Gallone. Die US Energy Information Administration gibt für Dieselkraftstoff etwa 137381 Btu pro Gallone an, gegenüber etwa 120214 Btu für Motorenbenzin, also rund 14 Prozent mehr. Die Website der US-Regierung zum Kraftstoffverbrauch gibt an, dass Dieselfahrzeuge üblicherweise etwa 30 bis 35 Prozent kraftstoffeffizienter sind als vergleichbare Benzinfahrzeuge.
| Motortyp | Typischer maximaler effektiver thermischer Wirkungsgrad |
|---|---|
| Kleine Benzinmotoren | Etwa 25–35% |
| Moderne Pkw-Dieselmotoren | Etwa 35–42% |
| Dieselmotoren für schwere Lkw und Industrieeinsätze | Etwa 40–46% |
| Große langsam laufende Zweitakt-Schiffsdieselmotoren | Über 50% |
Diese Zahlen sind Richtwerte für Spitzenwirkungsgrade; der tatsächliche Wirkungsgrad hängt von Last, Drehzahl und Wartung ab. Einen direkten Vergleich der beiden Motortypen finden Sie unter Diesel- und Benzinmotoren im Vergleich.
Wer erfand den Dieselmotor, und wann?
Der Dieselmotor wurde vom deutschen Ingenieur Rudolf Diesel erfunden. Er meldete sein Patent 1892 an, es wurde 1893 erteilt, und nach jahrelanger Entwicklung in der Maschinenfabrik Augsburg (später MAN) lief 1897 der erste praxistaugliche Motor. Er erreichte einen Wirkungsgrad von etwa 26 Prozent und lag damit weit vor den damaligen Dampfmaschinen.
Diesel stellte sich ursprünglich vor, Motoren mit verschiedenen Kraftstoffen zu betreiben, darunter Kohlenstaub und Pflanzenöl. Innerhalb weniger Jahrzehnte verbreiteten sich Dieselmotoren in Schiffen, U-Booten, Lokomotiven und stationären Kraftwerken, später auch in Lkw und landwirtschaftlichen Traktoren.
Welche Arten von Dieselmotoren gibt es?
Dieselmotoren werden üblicherweise nach Arbeitsverfahren, Drehzahl und Anwendung eingeteilt. Für Käufer ist die Einteilung nach Drehzahl am nützlichsten, da sie mit Größe, Gewicht und Lebensdauer zusammenhängt.
- Schnell laufende Dieselmotoren (über etwa 1000 rpm) treiben Lkw, Stromaggregate, Baumaschinen sowie kleine bis mittelgroße Boote an.
- Mittelschnell laufende Dieselmotoren (etwa 300 bis 1000 rpm) treiben größere Schiffe, Lokomotiven und Kraftwerksanlagen an.
- Langsam laufende Dieselmotoren (unter etwa 300 rpm), fast immer Zweitaktmotoren, treiben die Propeller großer Handelsschiffe direkt an.
Dieselelektrische Systeme kombinieren einen Dieselmotor mit einem Generator und Elektromotoren, wie bei Lokomotiven sowie vielen Fähren und Offshore-Schiffen. Zu den in der Industrie verwendeten Motorenfamilien siehe den Leitfaden zu Industriedieselmotoren; zu kleinen luft- und flüssigkeitsgekühlten Aggregaten den Leitfaden zu kleinen Dieselmotoren.
Sind Dieselmotoren zuverlässiger?
Bei schweren Einsätzen halten Dieselmotoren im Allgemeinen länger als Benzinmotoren vergleichbarer Leistung. Sie besitzen robustere Motorblöcke, Kurbelwellen und Lager, um hohen Zylinderdrücken standzuhalten, laufen mit niedrigeren Drehzahlen und haben keine Zündanlage, die ausfallen könnte.
Die Zuverlässigkeit hängt dennoch von Kraftstoffqualität, Luftfiltration, Kühlung und der konsequenten Einhaltung der Ölwechselintervalle ab. Moderne emissionsgeregelte Dieselmotoren besitzen zusätzliche Komponenten wie Partikelfilter und SCR-Systeme, die eine eigene Wartung benötigen. Shanghai Mars Industrial (MARS) liefert Dieselmotoren für Schiffe, Stromaggregate, Lkw und Maschinen. Jeder Motor kann vor dem Versand einem Probelauf mit schriftlichem Bericht und Video unterzogen werden; fordern Sie Spezifikationen an, die zu Ihrer Anwendung passen.
Häufig gestellte Fragen
Haben Dieselmotoren Zündkerzen?
Nein. Dieselkraftstoff entzündet sich durch die Wärme verdichteter Luft, daher gibt es keine Zündkerze. Viele Dieselmotoren haben Glühkerzen oder eine Ansaugluftheizung, die lediglich den Kaltstart unterstützen.
Welches Verdichtungsverhältnis hat ein Dieselmotor?
Die meisten modernen Dieselmotoren arbeiten mit etwa 14:1 bis 22:1, während einige ältere Konstruktionen mit indirekter Einspritzung etwa 23:1 oder mehr erreichen. Benzinmotoren arbeiten typischerweise mit etwa 8:1 bis 12:1.
Kann ein Dieselmotor mit Benzin laufen?
Nein. Benzin hat eine sehr niedrige Cetanzahl und entzündet sich in einem Dieselmotor nicht ordnungsgemäß selbst. Außerdem fehlt ihm die Schmierfähigkeit, die das Einspritzsystem benötigt. Benzin im Dieseltank kann Pumpen und Einspritzdüsen beschädigen. Deshalb sollte das Kraftstoffsystem vor dem Start entleert werden.
Was ist ein dieselelektrischer Antrieb?
Bei diesem System treibt ein Dieselmotor einen Generator an, während Elektromotoren die Räder oder Propeller antreiben. Es wird in Lokomotiven sowie in vielen Fähren, Offshore- und Kreuzfahrtschiffen eingesetzt, weil es eine flexible Motoranordnung und einen effizienten Teillastbetrieb ermöglicht.
Warum erzeugen Dieselmotoren mehr Drehmoment?
Dieselmotoren haben gewöhnlich lange Hübe, hohe Zylinderdrücke und Turboaufladung, die bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment erzeugen. Dadurch eignen sie sich gut für schwere Lasten, Schleppaufgaben und Propellerantriebe.
