Frage 4: Diesel; Heizölferrari und der Bonanza-Effekt

"Wo liegen die Unterschiede von Benzin und Dieselmotor, was ist besser, wie funktionieren sie?" (gez. Jakaster)

Was ist was? Welches Auto hat den Dieselmotor unter der Haube? Von außen sind bei diesem älteren Expemplar keine Hinweise wie zB Turbolader oder Ladeluftkühler vorhanden....

Auch wenn man heute als Autofahrer nicht mehr viel davon merkt, war die Entscheidung ob man seinen Wagen lieber mit Diesel oder Benzin betreiben möchte, eine schwerwiegende Frage die man leicht über die gesamte Haltedauer bereuen kann -sofern man sich falsch entschied.

Dies liegt zum einen daran, das die charakteristischen und bauartbedingten Vor- und Nachteile der jeweiligen Antriebsarten sehr verschieden waren und man eigentlich nur mit einer von beiden glücklich werden konnte. Früher (vor rund 40 Jahren) sah man auf deutschlands Straßen praktisch keine Personenkraftwagen mit Dieselmotoren in nennenswerter Stückzahl. Die wenigen Ausnahmen, waren zumeist Mercedes, sowohl als genügsame Taxen, oder als äußerst haltbare Geschäftswagen. Doch obwohl Mercedes schon seit der Nachkriegszeit Pkw mit Dieselmotoren baute (z.B. Modell 170 des BGS), trotz oder vielleicht auch wegen dieser langen Erfahrung hatten die frühe(re)n Diesel-Pkw einige spezielle Komfortprobleme, welche nicht förderlich für den Erfolg des Dieselmotors waren. Die kombination aus Mercedestypisch hohem Komfortanspruch und Dieseltypisch starken Vibrationen und Torsionskräften, führte zum sogenannten "Bonanza-Effekt". Dieser entsteht -oder bessergesagt entstand- wenn sich der Motor in den erzwungenermaßen weichen Motorlagern hin und her drehen kann und so die Insassen durchschüttelt wie einen Reiter beim Galopp.

Diese Nebenwirkung war aber nicht der Hauptgrund warum Dieselmotoren lange Zeit fast nur in Nutzfahrzeugen verwendet wurden. Die Hauptgründe liegen sicherlich in der im Vergleich zum Benzinmotor schlechteren Laufkultur, der aufwendigeren Bedienung, dem höhren Gewicht in Verbindung mit geringer Literleistung und höheren Steuern. Dem Gegenüber bietet der Dieselmotor aber aufgrund seiner höheren thermodynamischen Effizienz einen geringenren Verbrauch und ist zumeist haltbarer als ähnlich starke Benziner. Im Laufe der Jahre wurde der Dieselmotor immer weiter verbessert und für den Einsatz im Pkw optimiert. Die Abgas- und Lärmemissionen wurden deutlich reduziert, die Leistung und Laufkultur verbessert.

Aus diesem Grunde macht es heute vom rein fahrerischen Standpunkt her fast keinen Unterschied (im überwiegend gemäßigten) Alltagsbetrieb ob Diesel oder Benziner, beide Motorenarten arbeiten leise und vibrationsarm, so das bis auf den typischen Dieselgeruch an der Tankstelle nichts vom Selbstzünder unter der Haube zu merken ist. Früher galten Dieselfahrzeuge grundsätzlich als langsam, laut und stinkend - sprichwörtlich wurde der Mercedes Strich-Acht Diesel, zur 'Wanderdüne'. Ausserdem war das harte Verbrennungsgeräusch ('Nageln') in den kaum gedämmten Autos deutlich zu vernehmen und bevor man losfahren konnte musste zudem noch vorgeglüht werden (auch bekannt als 'Rudolf-Diesel-Gedenkminute').

Mit der Verwendung von Abgasturboladern und verbesserter Einsrpritztechnik gelang es den Entwicklern jedoch sowohl das Motorengeräusch als auch die schlechte Leistungsabgabe und das langwierige Startprozedere entscheidend zu verbessern, wodurch der Dieselkraftstoff überhaupt erst gesellschaftsfähig wurde. Einst als 'Heizölferrari' tituliert machen Diesel heute einen wachsenden Anteil der Neuwagen in Deutschland aus, eben weil sie die hohe Leistung eines aufgeladenen Motors mit dem prinzipbedingt größeren Drehmoment und einem überragend niedrigen Verbrauch kombinieren, wodurch sowohl die Kopfmenschen als auch die 'Heizer'-Fraktion angesprochen werden die nun ohne großen Vollgaszuschlag die Autobahn befahren können.

Man kann also sagen, dass der Diesel eine vollkommende Verwandlung durch gemacht hat vom langsamen stinkenden Traktormotor zum aufgeladenen Hochleistungstriebwerk für alle (Auto-)Klassen. Die Entwicklung des Benzinmotors ist währenddessen nicht stehen geblieben sondern hat große Fortschritte gemacht, welche die Vormachtsstellung des Dieselmotors nach bedrohen. So werden auch Benzinmotoren aufgeladen (Turbo- und oder Kompressor) in ganz gewöhnlichen (nicht ausgewiesen sportlichen) Modellen angeboten wodurch sowohl die Leistung als auch die Effizienznachteile zum Dieselmotor vermindert werden.

Gleichzeitig wird es aufgrund der stetig steigenden Anforderungen an den Schadstoffausstoß des Dieselmotors nötig ihn mit immer aufwendigeren Abgasbereinigungssystemen auszustatten welche sowohl die Leistungs- als auch die Verbrauchsvorteile minimieren. Gepaart mit der höheren Kraftfahrzeugsteuer und den stetig steigenden Treibstoffpreisen, lohnt der Diesel erst bei immer höheren Jahresfahrleistungen. Doch für wirklich große Fahrzeuge die auf Langstrecken bewegt werden ist Diesel weiterhin auf absehbare Zeit der Antrieb schlechthin.

Um all diese Zusammenhänge von Leistung und Ladedruck, Vorglühen und Vorkammer zu verstehen, muss man zunächst wissen wie ein Dieselmotor grundsätzlich funktioniert und was ihn vom Benzinmotor unterscheidet. Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal ist wie das Luft-Treibstoff-Gemisch entzündet wird, entweder es entzündet sich von selbst (Selbstzünder = Diesel), oder es wird von aussen gezündet (Fremdzünder = Ottomotor). Auf dieser Grundlage ergeben sich auch die meisten der Konstruktionsunterschiede automatisch. Damit sich der Treibstoff selbst entzünden kann, muss die Luft im Motor stark verdichtet und damit erhitzt werden. Um diesen hohen Drücken Stand zu halten, ist der Motorblock (sowie Kurbelwelle und -Lager) eines Diesels wesentlich stabiler und damit schwerer als ein vergleichbar großer Benziner. Desweiteren sind Diesel in Pkws und Nutzfahrzeugen praktisch nurnoch als turboaufgeladene Version im Einsatz, somit haben die Motoren einen Turbolader (der die Ansaugluft unter Druck setzt) und einen Ladeluftkühler (der die komprimierte Luft wieder abkühlt) angebaut die ein (Saug-)Benzinmotor nicht hat.

Weitere Unterschiede finden sich im Design des Zylinderkopfes (Bauform,Luftführung, Einspritzung), welche erneut den unterschiedlichen Funktionsprinzipen geschuldet sind. Alles fängt damit an, dass ein Diesel normalerweise (neuere Entwicklungen zur Schadstoffreduktion ausgenommen) keine Drosselklappe im Ansaugtrackt hat und somit quasi immer 'Vollgas' fährt. Dadurch werden Drosselverluste vermieden die, wie der Name schon sagt, dadurch entstehen, dass der (Benzin-)Motor gegen den Widerstand der teilweise geschlossenen Drosselklappe ansaugen muss und dadurch Energie verloren geht. Weil der Dieselmotor nicht durch die Sauerstoff, sondern durch die Treibstoffmenge gesteuert wird, kann immer jedes quentchen Luft was der Motor bekommen kann, auch genutzt werden (Die Luft gelangt dann je nach Bauform des Zylinderkopfes direkt in den Brennraum (Direkteinspritzer), oder wird in einen speziellen Bereich im Kolben oder 'extra' Brennraum eingespritzt wo sich der Treibstoff mit der Luft schneller vermischen und dadurch besser Verbrennen soll. Diese Bauformen (Vor-/Wirbelkammer) des Dieselmotors werden heute praktisch nicht mehr verwendet da sie gegenüber der Direkteinspritzung einige nachteile haben. Nicht zuletzt schlechtere Effizienz und Wärmeabgabe sowie Schadstoffausstoß. Durch die Direkteinspritzung und die Verbesserung der Glühkerzen konnte die Vorglühzeit deutlich verkürzt werden bis sie schließlich genauso starteten wie ein Benziner, da die Temperatur im Brennraum hoch genug sein muss.

Damit sich der Treibstoff entzünden kann, ist ein möglichst kleiner Brennraum von Vorteil (anders als der verwinkelte Vorkammer-Brennraum). Auch das deutlich leisere Nageln des modernen Diesels ist auf die Direkteinspritzung in Verbindung mit Commonrail-Technologie zurückzuführen. Die Einspritzweise ist der deutlichste Anhaltspunkt für die Entwicklung die der Dieselmotor in den letzten Jahrzenten erlebt hat. Angefangen mit relativ simplen Vorkammermotoren mit mechanischen Einspritzpumpen über Direkteinspritzende Pumpe-Düse Motoren die sich besser an die gestiegenen Umwelt- und Komfortansprüche anpassen ließen (VW TDI um 2000) bis zu den heute praktisch standardmäßigen Commonrail-Systemen die mehrere Einspritzdüsen mit einer einzelnen großen Einspritzpumpe verbinden und so unabhängig von dieser Angesteuert werden können (mehrfache Einspritzung pro Zyklus senkt die Geräuschemission).

Desweiteren hatte an die Weiterentwicklung des Diesels großen Anteil dan der Turboladertechnologie. Anfangs saugten Diesel ihre Luft genauso an wie normale Benziner, doch da Diesel viel mehr Sauerstoff pro Liter Diesel verbrennen können, profitieren sie von einer Aufladung via Turbo oder Kompressor besonders. Darum setzte sich schon (relativ) früh die Abgasturbo-Aufladung durch, -wobei ein Kompressor auch möglich wäre. Dieser ist allerdings weniger effizient als ein Turbolader. Heute könnte sich der Kompressor dochnoch als geeignet für den Diesel herrausstellen, da er durch die mechanische Verbindung mit der Kurbelwelle blitzschnell Ladedruck aufbauen kann und so das obligatorische Turboloch praktisch der Vergangenheit angehören würde. Aber auch am Turbo selbst wurden veränderungen Durchgeführt um ihn spontaner ansprechen zu lassen, so können bei sog. VGT-Turbos (Variable Geometrie Turbine) die Abgasanströmpassagen verändert werden um ihn der Situation entsprechend agieren zu lassen.

Das war jetzt erstmal eine Menge Wissen zur Entwicklung und den technischen Hintergründen des (Turbo-)Dieselmotors, dies ist aber auch nötig um eine derart komplexe Maschine zu verstehen, die heute auf der Welt praktisch unersetzbar geworden ist und vom Auto bis zum Supertanker alles antreibt.