Quelle: Helmut Hütten, "Motoren", Motorbuchverlag Stuttgart, Umschlag
Rudolf Diesel (1858 - 1913) beschäftigte sich schon früh mit den Motoren. In seiner Jugend interessierte er sich für die Motoren Lenoirs und die vielen damals üblichen Dampfmaschinen. Während seinem Studium wurde er von seinem Dozent, Professor Linde, ein berühmter Erfinder, darauf aufmerksam gemacht, dass die Wärmekraftmaschinen bei weitem bessere Leistungen erzeugen könnten. Er verwies auf den Franzosen Sadi Carnot (1796 - 1832), der den Cornot'schen Kreisprozess formulierts, ein physikalischer Grundsatz, der den Idealvorgang einer Verbrennung beschreibt (Lesen Sie mehr darüber im Physikteil). Diesel wurde von nun an von dem Gedanken verfolgt, eine solche Maschine zu bauen. 1890 kam Diesel die entscheidende Idee, wie der Verbrennungsvorgang verbessert werden könnte: Es wird nur Luft angezogen, diese auf über 200 bar komprimiert und in diesem Punkt wird der Kraftstoff (schwere Stoffe wie Rohöl und Petroleum) in die erhitzte Luft eingespritzt. Die hohe Temperatur führt sofort zur Entzündung des Kraftstoffs durch Eigenzündung, was eine Zündkerze überflüssig macht.
Erste Dieselmotor-Prototypen
So einfach sich dieser Grundsatz anhört, so problematisch war seine Umsetzung in die Praxis. Noch nie waren derart hohe Drücke und Temperaturen verwendet worden, und der erste Versuchsmotor, gebaut 1893 mit der Maschinenfabrik Augsburg (MAN) in Deutschland, führte zu dessen Zerstörung. Erst ein zweiter Motor, gebaut 1896, konnte überzeugen und lieferte einen Wirkungsgrad von über 25%, was alle bisherigen Motoren in den Schatten stellte. Doch der Motor war lange noch nicht nach Diesels wünschen: Das Verdichtungsverhältnis war noch tief und die maximalen Drücke daher klein (um die 30 bar), ausserdem war eine Kraftstoffeinspritzung noch nicht möglich, so dass man eine Lufteinspritzung verwenden musste, ein Verfahren, das sehr komplizierte, teure und schwere Zusatzeinrichtungen erforderte. Auch konnte sich der Motor nur schwer durchsetzen, weil wirtschaftliche Probleme - Schweröl und Petroleum waren sehr teuer - und patentrechtliche Streitigkeiten eine erfolgreiche Einführung verzögerten.
Verdichtungsverhältnis
Grafik: Verdichtungsverhältnis
Das Verdichtungsverhältnis gibt wieder, wie stark der Zylinderinhalt komprimiert wird. In Ottomotoren ist das Verdichtungsverhältnis kleiner als in Dieselmotoren, die die Luft sehr viel stärker verdichten.
Erster lauffähiger Dieselmotor, 1897. Quelle: Helmut Hütten, "Motoren", Motorbuchverlag Stuttgart, S. 19
Diesels Probleme
Rudolf Diesel wurde stark in Patentstreitereien hineingerissen, und skrupellosen Geschäftsleuten gelang es, ihm viele Rechte zu nehmen, so dass er schliesslich selber nicht mehr an seinem Motor entwickeln konnte. Erst 1908, als die Patente abgelaufen waren, entwickelte er noch kleinere Motoren für den Gebrauch in Autos und Lastwagen, zusammen mit der schweizer Pionierfirma Saurer. Als er schliesslich völlig verarmte und nicht mehr an eine erfolgreiche Weiterentwicklung seines Motors glaubte, setzte er 1913 seinem Leben ein Ende (Siehe auch Biografie Rudolf Diesel).
Endlich: Kraftstoffeinspritzpumpen
Erst zehn Jahre nach Diesels Tod gelang es, eine Pumpe zu entwickeln, die in der Lage war, schweren flüssigen Kraftstoff in die hoch komprimierte Luft direkt einzuspritzen. In der vorher üblichen Lufteinspritzung wurden kleine Kraftstoffportionen durch komprimierte Luft in den Zylinder geschleudert.
Otto Einspritzmotor
Neuere Ottomotoren verwenden wie der Dieselmotor auch Einspritzpumpen. Als Unterscheidungsmerkmal bleibt der Unterschied Fremdzündung - Eigenzündung.
Die Firma Bosch war an dieser Entwicklung massgeblich beteiligt. 1927 kam so eine serienreife Pumpe aus der Produktion, die endlich die gewünschte Verbreitung des Dieselmotors mit sich brachte. Im der unteren Animation wird ein moderner Dieselmotor gezeigt, der mit Kraftstoffeinspritzung funktioniert.
Der Dieselmotor als 4-Takter
Funktionsweise Dieselmotor
1. Ansaugtakt: Reine Luft wird durch den nach unten gleitenden Kolben angesogen.
2. Verdichtungstakt: Der noch oben gleitende Kolben verdichtet die Luft und nimmt dabei Arbeit auf, die von der Welle entrichtet wird.
3. Arbeitstakt: Im oberen Totpunkt wird ist die Luft maximal verdichtet: Es herrschen sehr hoher Druck und Temperatur. Jetzt wird aus der schwarzen Einspritzpumpe schwerer Kraftstoff in die Luft eingespritzt. Sofort entzündet er sich durch die hohe Temperatur selber. Der Kolben wird nach unten gestossen, verrichtet dabei Arbeit.
4. Ausschiebetakt: Die verbrannten Abgase werden durch den erneut nach oben steigenden Kolben über ein zweites Ventil ausgestossen.
Auch heute noch verwendet der Dieselmotor vor allem schwere Brennstoffe wie Schweröl, die etwas teurer sind als Benzin. Gerade bei Autos ist dies ein Grund, warum der für die Umwelt schädlichere Ottomotor den Dieseln oft vorgezogen wird. Erst die Verwendung in grösseren Ausführungen macht den Diesel konkurrenzlos. So verwenden grosse Schiffe oder auch ältere Loks riesige Dieselmotoren mit vielen Zylindern zum Antrieb. Ausführungen als 2 Takter blieben relativ erfolglos.
12 Zylinder Schiffsdiesel, 1970. Leistung 48'000 PS. Quelle: Helmut Hütten, "Motoren", Motorbuchverlag Stuttgart, S. 159
