Kleine Dieselkunde Teil 1

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Foto:autodino/GM

Gerade in Deutschland sind Diesel besonders beliebt, was nicht zuletzt, an den hohen Benzinpreisen liegt. Dieselkraftstoffe sind zwar kaum mehr billiger, jedoch effizienter im Verbrauch. Und Gott sei Dank gehört das penedrante Dieselnageln ja auch der Vergangenheit an.
Grund genug, dem Diesel daher einmal eine Abhandlung zu widmen.

So wollen wir hier im Autodino, eine Woche lang, jeden Tag eine kleine Dieselkunde abhandeln. Heute: Das Diesel ABC

Von A wie Abgasturbolader bis Z wie Zündverzug
Glossar der Technik und Innovationen

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Abgasturbolader
Der Winterthurer Ingenieur Alfred Büchi (1879 – 1959) ließ sich die “Nutzung der Restenergie von Auspuffgasen” bereits 1905 patentieren. Eine Turbine sitzt dabei im Abgasstrom. Die heißen Abgase versetzen die Schaufeln des Laders in Rotation. Auf der anderen Seite der Achswelle sitzt ein weiteres Schaufelrad. Es verdichtet die Luft auf der Ansaugseite vor, so dass pro Arbeitstakt mehr sauerstoffreiche Luft in den Zylinder gelangt.

Additive
Chemische Zusätze, die die Eigenschaften von Dieselkraftstoff verbessern sollen (siehe auch Super-Diesel). Das sind die bekanntesten Additive:
” Zündbeschleuniger (Erhöhung der Cetanzahl)
” Oxidationsinhibitoren (Verbesserung der Haltbarkeit)
” Antischaum-Additive (Verhinderung störender Schaumbildung beim Tanken)
” Anti-Smoke-Additive (vollständigere Verbrennung von Kohlenstoffpartikeln)
” Detergents/Dispersants (Verminderung von Ablagerungen im Einspritzsystem).

Biodiesel
Biodiesel ist ein erneuerbarer Energieträger. Denn er wird nicht aus Erdöl (siehe Diesel-kraftstoff), sondern aus Pflanzenölen oder tierischen Fetten gewonnen. Chemisch handelt es sich um Fettsäuremethylester. Weil Biodiesel Kraftstofffilter zusetzen und Leitungen anlösen kann, ist er nicht für alle Dieselmodelle freigegeben.

Cetanzahl
Die Cetanzahl (CZ) gibt die Zündwilligkeit des Dieselkraftstoffs an. Je mehr kettenförmig aufgebaute Kohlenwasserstoffe vorhanden sind, desto leichter entzündet sich der Kraftstoff von selbst. Exakt handelt es sich bei der Cetanzahl um den in Volumenprozent ausgedrückten Anteil an Cetan in einer Mischung aus Cetan und Alpha-Methylnaphtalin, die bei den gewählten Versuchsbedingungen in einem genormten Einzylinder-Prüfmotor denselben Zündverzug (siehe Zündverzug) ergibt wie die zu untersuchende Dieselpro-be. Die Cetanzahl muss laut Vorschrift DIN EN 590 mindestens 51 betragen und kann mit Hilfe von Additiven (siehe Additive) verbessert werden.

Common-Rail-Einspritzung
Bei diesem Speichereinspritzsystem sind Druckerzeugung und Einspritzung voneinander entkoppelt. Eine Hochdruckpumpe baut den Einspritzdruck von bis zu 1.600 bar unabhängig von Motordrehzahl und Einspritzmenge in einem Speicher – der so genannten Rail (deutsch: Schiene) – auf. Über Leitungen gelangt der Kraftstoff in die Injektoren. Eine Magnetspule auf den Injektoren steuert dann den Einspritzvorgang: Eine Kolbenstange überträgt die hydraulische Kraft zum Öffnen oder Schließen des Injektors auf die Düsennadel. Der Dieselkraftstoff wird richtig dosiert und fein zerstäubt in die Brennräume eingespritzt. Das Diesel-Steuergerät regelt präzise alle Einspritzparameter wie Druck sowie Einspritzzeitpunkt und -dauer.

Dieselkraftstoff
Dieselkraftstoff ist ein Mineralölprodukt und besteht aus rund 300 Kohlenwasserstoffgruppen. Die wichtigsten Komponenten sind dabei Paraffine, Naphtene, Aromate und Olefine. Wie leichtes Heizöl wird der Dieselkraftstoff bei der Rohöldestillation im “mittleren” Siedebereich (180°C bis 360°C) gewonnen und gehört daher zum so genannten Mitteldestillat. Der Schwefelgehalt beider Kraftstoffe unterscheidet sich allerdings be-trächtlich: Seit Anfang 2003 darf Dieselkraftstoff maximal 10 ppm Schwefel haben, während beim Heizöl maximal 0,20 Gewichtsprozent zulässig sind. Moderne Dieselmotoren mit Abgasreinigung können daher nicht mehr mit Heizöl betrieben werden, zumal auch Unterschiede in der Cetanzahl bestehen.

Dieselpartikelfilter (DPF)
Der Rußfilter besteht aus einem wabenförmigen Keramikfestkörper mit mikroskopisch kleinen Kanälen. Der Abgasstrom passiert die Kanalwände, an deren Oberfläche sich die Rußpartikel sammeln. Damit der Filter nicht verstopft, müssen die abgelagerten Partikel regelmäßig verbrannt werden. Das geschieht nicht durch die Beimengung eines Kraftstoffadditivs, sondern durch gezielte Mehrfacheinspritzungen. Dadurch wird die Ab-gastemperatur des Dieselmotors für den Verbrennungsvorgang im Filter auf die erforderliche Zündtemperatur von mehreren hundert Grad Celsius angehoben.

Direkteinspritzung
Bei der Diesel-Direkteinspritzung wird der Kraftstoff mit hohem Druck direkt in die hoch verdichtete Ansaugluft gespritzt und bildet dabei einen Nebel. Eine entsprechende Gestaltung des Kolbenbodens fördert die Gemischverwirbelung. Die Vorteile der Direkteinspritzung liegen vor allem im niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch.

Ladeluftkühler
Dieser zusätzliche Kühler im klassischen Rohrrippen-Design reduziert die Temperatur der angesaugten Luft. Dies ist sinnvoll, weil sich Gase bei niedrigen Temperaturen zusammenziehen und somit bei gleichem Volumen mehr Sauerstoffmoleküle enthalten als warme Luft. Damit kann mehr Kraftstoff verbrannt werden – die Leistung steigt.

Selbstzündung
Anders als Ottomotoren brauchen Dieselmotoren keine externe Zündquelle. Luft wird zunächst angesaugt (erster Takt) und dann im Zylinder sehr stark verdichtet (zweiter Takt). Dadurch steigt die Temperatur so hoch, dass sich das Dieselkraftstoff-Luft-Gemisch bei der Einspritzung von selbst entzündet (dritter Takt). Dabei laufen kompli-zierte thermodynamische Prozesse ab. Die Kompressionsdrücke moderner Dieselmotoren erreichen Werte zwischen 30 und 60 bar. Dadurch erhitzt sich die komprimierte Luft auf Temperaturen zwischen 700 und 900 Grad Celsius. Im vierten Takt wird dann, wie beim Ottomotor, das verbrannte Gemisch ausgestoßen.

Super-Diesel
Allgemein wird unter dieser neuen, auch unter anderen Handelsnamen bekannten Kraftstoffsorte ein Dieselkraftstoff mit Additiven verstanden. Gegenüber normalem Diesel soll der Super-Diesel laut Werbung der Mineralölkonzerne folgende Vorteile bieten: geringe-rer Kraftstoffverbrauch, reduzierte Schadstoffemissionen, Korrosionsschutz, geringerer Verschleiß in der Einspritzpumpe und an der Zylinderlaufbahn.

Variable Schaufelgeometrie (VGT)
Chevrolets leistungsstärkerer 2,0-Liter-Diesel mit 150 PS und einem maximalen Dreh-moment von 320 Nm besitzt eine Turbine mit variabler Geometrie. Der Anstellwinkel der Leitschaufeln wird so verändert, dass bei hohem Leistungsbedarf das Abgas auf die ge-samte Fläche der Leitschaufeln geleitet wird. Weil dadurch die Drehzahl der Turbine und somit die Leistung des Verdichters erhöht wird, steht bereits bei niedrigen Drehzahlen viel Drehmoment zur Verfügung.

Vorglühen
Früher mussten Selbstzünder-Fahrer eine Diesel-Gedenkminute einlegen, bevor sie ihren Wagen starten konnten. Denn die Temperatur in den Brennräumen war nicht hoch genug für die Selbstzündung. Beim Vorglühen wird ein elektrisch beheizter Glühstift in den Brennraum eingesetzt und in der Startphase vorgeheizt. Auch moderne Diesel werden noch vorgeglüht, nur merkt der Fahrer fast nichts mehr davon. Denn einerseits sind die Glühzeiten viel geringer als früher, und andererseits wird schon vorgeglüht, sobald der Fahrer den Schlüssel ins Zündschloss steckt.

Winterdiesel
Bei tiefen Außentemperaturen kann es Probleme mit dem Dieselkraftstoff geben: Paraffine, wachsartige Kohlenwasserstoffe, können ausflocken und die Filter verstopfen. Vom Mitte November bis Ende Februar verkaufen deswegen viele Mineralölkonzerne Winterdiesel mit Additiven. Dieser ist bis mindestens minus 22 Grad Celsius kältebeständig.

Wirkungsgrad
Der hoch verdichtete Dieselmotor arbeitet effizienter. Denn bei gleicher Wärmemenge ist bei ihm die umgewandelte mechanische Arbeit größer als im weniger hoch verdichteten Ottomotor. So kommen moderne Direkteinspritzer auf einen Wirkungsgrad von 35 bis 45 Prozent, während Ottomotoren bei 26 bis 30 Prozent liegen. Hinzu kommt noch der höhere Energiegehalt von Dieselkraftstoff. Typische Kennwerte bei einer Kraftstoff-Dichte bei 15°C: Normalbenzin 8,2 kWh/l, Superbenzin 8,6 kWh/l und Dieselkraftstoff 9,9 kWh/l.

Zündverzug
Die Zeit vom Einspritzbeginn bis zum Einsetzen der Selbstzündung des Dieselkraftstoffs heißt Zündverzug. Sie beeinflusst auch die Geräuschentwicklung: Bei einem kurzen Zündverzug kann der eingespritzte Kraftstoff kontinuierlich und “weicher” verbrennen. Bei einer verspäteten Zündung kommt es zu einer schlagartigen Verbrennung und dem bekannten “Nageln”. (autodino/GM)

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