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Dieselmotor – Aufbau und Funktion

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André Otto
Dieselmotor – Aufbau und Funktion
lernst du in der Unterstufe 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Grundlagen zum Thema Dieselmotor – Aufbau und Funktion

Inhalt

Dieselmotor Physik

Um Fahrzeuge zu betreiben, werden Motoren benötigt. Eine sehr bekannte Bauform von Motoren ist der Dieselmotor. Aber wie funktionieren Dieselmotoren? Welche verschiedenen Typen von Dieselmotoren gibt es und wie unterscheiden sie sich von anderen Motoren? Diese Fragen wollen wir beantworten. Im Video und dem folgenden Text wird der Dieselmotor einfach erklärt.


Geschichte des Dieselmotors

Der Dieselmotor ist eine Erfindung des deutschen Ingenieurs Rudolf Diesel. Der erste Dieselmotor wurde im Jahr 1893 fertiggestellt. Eine der ersten großen bedeutsamen Anwendungen des Dieselmotors gab es im Jahr 1910 auf der „Fram“, einem Forschungsschiff für Polarexpeditionen. Der erste Lastkraftwagen (Lkw) mit Dieselmotor fuhr 1923 und der erste Personenkraftwagen (Pkw) 1935. Auch heute finden moderne Dieselmotoren für verschiedene Zwecke eine Anwendung.


Aufbau des Dieselmotors

In der folgenden Grafik ist ein Dieselmotor im Querschnitt dargestellt.

dieselmotor_aufbau

Im oberen Teil des Dieselmotors befindet sich auf der einen Seite ein Rohr für den Lufteintritt. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich das Rohr für den Austritt der Abgase. Ebenso im oberen Teil befindet sich ein Rohr, durch welches der Treibstoff eingelassen wird. Das dünne Rohr ganz oben wird als Düsennadel bezeichnet. Am unteren Ende der Düsennadel befindet sich die Einspritzdüse. Der blaue Körper wird als Kolben bezeichnet. An ihm befestigt befindet sich die Pleuelstange, welche mit der Kurbelwelle verbunden ist. Die Kurbelwelle führt bei der Arbeit des Motors eine kreisförmige Bewegung aus.


Funktionsweise des Dieselmotors

Der Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor. Das bedeutet, er gewinnt seine Energie aus der Verbrennung eines Treibstoffs: dem Diesel. Am häufigsten finden sich Viertakt-Dieselmotoren. Ihre Arbeit kann durch vier sich periodisch wiederholende Takte beschrieben werden. Die folgende Grafik zeigt eine schematische Darstellung der vier Takte.

viertakt_dieselmotor

  • Der erste Takt ist der Ansaugtakt. In diesem Takt wird Luft angesaugt und tritt durch das Rohr für den Lufteintritt ein. Der Kolben wird nach unten gedrückt.
  • Der zweite Takt ist der Verdichtungstakt. Der Kolben bewegt sich nach oben, weil sich die Kurbelwelle aufgrund ihrer Trägheit weiterdreht. Die Luft wird durch den Kolben zusammengedrückt, wodurch eine Verdichtung der Luft stattfindet. Dabei steigt die Temperatur der Luft auf $500$–$700\,^\circ\pu{C}$ an.
  • Der dritte Takt ist der Arbeitstakt. Es wird Treibstoff, also Diesel, in den Motor eingespritzt. Durch die hohen Temperaturen kommt es zur Zündung und der gasförmige Treibstoff verbrennt. Es kommt zu einer Ausdehnung der Verbrennungsgase, die den Kolben nach unten drücken. Das Innere des Motors hat nun Temperaturen von etwa $2000\,^\circ\pu{C}$.
  • Der vierte Takt ist der Auslasstakt. Es findet ein Ausschieben der Verbrennungsgase aus dem Motor statt.

In einem Pkw hat der Viertakt-Dieselmotor einen Wirkungsgrad von maximal $43\,\%$. Es gibt zudem auch Zweitakt-Dieselmotoren, welche vorrangig bei Schiffen Anwendung finden.


Vergleich von Dieselmotor und Ottomotor

Eine genaue Erklärung des Ottomotors findest du in unserem Video zu Aufbau und Funktion des Ottomotors. Beide Motoren sind Verbrennermotoren. Trotzdem gibt es entscheidende Unterschiede zwischen Dieselmotor und Ottomotor.

Der Dieselmotor ist ein sogenannter Selbstzünder. Er benötigt keine Zündkerze für seinen Betrieb. Luft und Treibstoff gelangen nacheinander in den Motor und es kommt durch die hohen Temperaturen zu einer Selbstzündung. Der Ottomotor hingegen ist ein sogenannter Einspritzer. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch den Motor eingespritzt. Er benötigt eine Zündkerze, durch die das Gemisch gezündet wird.

Schauen wir uns die Vorteile und Nachteile des Otto- und Dieselmotors an. Der Kraftstoffverbrauch ist beim Dieselmotor geringer als beim Ottomotor. Der Dieselmotor ist jedoch schwerer als der Ottomotor, er hat eine größere Masse. Zudem ist der Dieselmotor teurer als der Ottomotor. Beide Motoren erzeugen Schadstoffe. Der Ottomotor stößt sowohl feine Rußpartikel als auch Stickoxide aus. Der $\pu{CO}_2$-Verbrauch ist $10$–$15\,\%$ höher als beim Dieselmotor. Dieser hingegen stößt besonders viele Stickoxide sowie feine Rußpartikel aus, weshalb schon über Fahrverbote für Dieselmotoren diskutiert wurde. Als Vorteil für den Dieselmotor wird häufig der geringere Kraftstoffverbrauch genannt. Als Vorteile für den Ottomotor werden genannt, dass er billiger und leichter ist sowie ein höheres Beschleunigungsvermögen hat.

Dieses Video über den Dieselmotor

Bereitest du dich gerade auf ein Referat über den Dieselmotor vor? Dann ist dieses Video perfekt für dich geeignet. Im Video werden die Geschichte, der Aufbau sowie die Funktionsweise vom Dieselmotor genauer erklärt. Im letzten Teil wird auf die Unterschiede zum Ottomotor eingegangen. Zusätzlich zum Video und Text findest du hier auf der Seite Übungen und Arbeitsblätter zum Dieselmotor.

Transkript Dieselmotor – Aufbau und Funktion

Hallo und ganz herzlich willkommen. Das Video heißt „Der Dieselmotor – Aufbau und Funktion“. Du kennst bereits Wärmekraftmaschinen und den Ottomotor. Nachher kennst du den Aufbau und die Funktionsweise des Dieselmotors. Du kannst Vor- und Nachteile im Vergleich zum Ottomotor erklären. 1. Zur Geschichte. Erfunden wurde der Dieselmotor im Jahre 1893 und zwar, ihr werdet es nicht glauben, von Rudolf Diesel. Eine der ersten großen bedeutsamen Anwendungen gab es auf der Fram, einem Forschungsschiff für Polarexpeditionen. Da schrieb man das Jahr 1910. Der erste Lastkraftwagen mit Dieselmotor fuhr 1923. Die ersten Personenkraftwagen mit Dieselmotor gab es 1935. Auch heute werden moderne Dieselmotoren für viele Zwecke verwendet. 2. Aufbau des Dieselmotors. Das ist ein Dieselmotor im Querschnitt. Hier oben ist die Stelle für den Lufteintritt. Hier ist die Öffnung, wo Treibstoff eingeleitet wird. Das dünne Rohr ist die Düsennadel. Am Ende der Düsennadel unten sitzt die Einspritzdüse. Der blaue Körper ist der Kolben. Am Kolben ist die Pleuelstange befestigt. Diese wiederum sitzt an der Kurbelwelle, die bei der Arbeit des Motors eine kreisförmige Bewegung ausführt. 3. Funktion des Dieselmotors. Am häufigsten ist der Dieselmotor ein sogenannter Viertaktmotor. Das heißt, man kann seine Arbeit durch vier Takte beschreiben. Der erste Takt ist der Ansaugtakt. Es findet Ansaugen von Luft statt. Der zweite Takt ist der Verdichtungstakt. Die Luft wird durch den Kolben zusammengedrückt. Man sagt auch es findet ein Verdichten der Luft statt. Dabei steigt die Temperatur der Luft auf 500 bis 700 Grad Celsius an. Der dritte Takt ist der Arbeitstakt. Es wird Treibstoff, Diesel genannt, in den Motor eingespritzt. Durch die hohen Temperaturen kommt es zur Zündung. Der gasförmige Treibstoff verbrennt. Es kommt zur Ausdehnung der Verbrennungsgase, die den Kolben nach unten drücken. Das Innere des Motors hat nun Temperaturen von etwa 2000 Grad Celsius. Der vierte Takt ist der Auslasstakt. Es findet ein Ausschieben der Verbrennungsgase aus dem Motor statt. So funktioniert im Prinzip ein Viertakt-Dieselmotor. 4. Dieselmotor und Ottomotor im Vergleich. Der Dieselmotor, kurz Diesel genannt, ist ein sogenannter Selbstzünder. Er benötigt keine Zündkerze für seinen Betrieb. Luft und Treibstoff gelangen nacheinander in den Motor. Dann kommt es zur Selbstzündung. Der Ottomotor ist ein sogenannter Einspritzer. Er benötigt eine Zündkerze. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch den Motor eingespritzt. Durch die Zündkerze wird es gezündet. Wir wollen uns nun einmal Vor- und Nachteile des Dieselmotors und Ottomotors anschauen. Der Kraftstoffverbrauch ist beim Dieselmotor geringer als beim Ottomotor. Der Dieselmotor ist schwerer, er hat eine größere Masse als der Ottomotor. Der Dieselmotor ist teurer als der Ottomotor. Der Dieselmotor stößt Ruß aus, der Ottomotor nicht. Wie sieht es mit Kohlenstoffmonooxid und Stickstoffoxiden aus? Beim Dieselmotor ist der Ausstoß geringer als beim Ottomotor. Und letztlich, ganz wichtig, das Beschleunigungsvermögen. Das heißt, wie wird mein Fahrzeug schnell schnell. Es ist beim Dieselmotor nicht so groß wie beim Ottomotor. Das war ein weiterer Film von André Otto. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss!

4 Kommentare

4 Kommentare
  1. richtig gut!

    Von Ip Pfeffer, vor mehr als 3 Jahren
  2. Sehr gutes Video genauso wie beim Ottomotor. Sollten Sie das Video noch erstellen, könnten Sie vielleicht über den Oberen und Unteren Todtpunkt andeuten.
    MfG

    Von Omaurice, vor fast 4 Jahren
  3. gutes video

    Von Sabine Knauss, vor mehr als 8 Jahren
  4. sehr gut erklärt

    Von Sabine Knauss, vor mehr als 8 Jahren

Dieselmotor – Aufbau und Funktion Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Dieselmotor – Aufbau und Funktion kannst du es wiederholen und üben.
  • Benenne die Bestandteile des Zylinders eines Dieselmotors.

    Tipps

    Die Luft gelangt von links oben in den Zylinder.

    Die Abgase werden nach rechts oben ausgeleitet.

    Der Kraftstoff wird oben mittig dem Zylinder zugeführt.

    Der Kolben ist über ein Gestänge mit der Kurbelwelle verbunden.

    Lösung

    Im Zylinder eines Dieselmotors bewegt sich beständig ein Kolben (hier dunkelblau dargestellt) von oben nach unten und umgekehrt. Dieser Kolben ist über die Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden. Dadurch werden die Bewegungen des Kolbens in eine Drehbewegung überführt.

    Für die Verbrennungsprozesse im Dieselmotor wird Luft über den Lufteintritt in den Zylinder gesaugt. Der Kraftstoff Diesel wird mittig von oben über die Einspritzdüse in den Zylinder geleitet. Die Abgase werden an der gegenüberliegenden Seite vom Lufteintritt ausgelassen.

    Im Gegensatz zu den benzinbetriebenen Ottomotoren enthalten Dieselmotoren keine Zündkerze. Eine Kühlung ist in der Abbildung nicht dargestellt.

  • Beschreibe den Ablauf der Takte eines Viertakt-Dieselmotors.

    Tipps

    Die vier Takte sind in chronologischer Reihenfolge: Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Auslasstakt.

    Nicht alle Beschreibungen gehören zum Dieselmotor. Beachte die Unterschiede zur Funktionsweise des Ottomotors.

    Lösung

    Der Viertakt-Dieselmotor arbeitet in folgenden vier Takten:

    1. Takt: Ansaugtakt - Ansaugen von Luft in den Zylinder

    2. Takt: Verdichtungstakt - Verdichten der Luft im Zylinder, Temperaturen von 500°C bis 700°C

    3. Takt: Arbeitstakt - Einspritzen des Diesels, Selbstzündung und Verbrennung bei ca. 2000°C

    4. Takt: Auslasstakt - Ausschieben der Verbrennungsgase

    Der Ablauf der vier Takte beim Dieselmotor ist dem des Ottomotors recht ähnlich. Es gibt aber einige signifikante Unterschiede. Zu denen kommen wir noch einmal in der nächsten Aufgabe etwas genauer.

  • Erkläre die Unterschiede zwischen Viertakt-Diesel- und Viertakt-Ottomotor.

    Tipps

    Welche Kraftstoffe benötigen beide Motoren und wann gelangen sie jeweils in den Zylinder?

    Was ist der zentrale Unterschied zwischen Otto- und Dieselmotor bei der Initialisierung des Verbrennungsprozesses?

    Lösung

    Knapp zusammengefasst, kann man die Unterschiede zwischen den beiden Motortypen so ausdrücken:

    Beim Dieselmotor erfolgt das Einspritzen des Kraftstoffes direkt im Arbeitstakt und der Diesel führt dort eine Selbstzündung aus. Beim Ottomotor hingegen wird ein Benzin-Luft-Gemisch angesaugt und wird im Arbeitstakt durch eine Zündkerze fremdgezündet.

    Der Dieselmotor besitzt durch die Direkteinspritzung einen höheren Wirkungsgrad und ist somit sparsamer im Kraftstoffverbrauch. Die Leistung des Ottomotors gemessen an der Masse ist jedoch höher.

  • Analysiere die Vor- und Nachteile von Otto- und Dieselmotoren mit Hilfe von Zahlenmaterial.

    Tipps

    Welche Vorteile besitzen die beiden Motortypen jeweils?

    Wie spiegeln sich diese im gegebenen Zahlenmaterial wider?

    Lösung

    Otto- und Dieselmotoren erfreuen sich in Europa nach wie vor gleichermaßen großer Beliebtheit. Ständige Verbesserungen der Technik gleichen dabei zunehmend die Nachteile der beiden Motortypen aus. Dennoch treten zwischen Fahrzeugen mit den beiden unterschiedlichen Motortypen immer noch folgende funktionsbedingte Unterschiede zu Tage:

    Ottomotoren haben einen höheren Kraftstoffverbrauch. Dafür sind sie jedoch durch ein höheres Leistungsgewicht leichter, günstiger und beschleunigen schneller. Außerdem stoßen sie keinen lungenkrebserzeugenden Ruß aus.

    Dieselmotoren zeichnen sich demnach durch einen geringeren Kraftstoffverbrauch aus. Allerdings sind sie in der Anschaffung teurer, schwerer und beschleunigen nicht so gut. Außerdem stoßen sie Ruß aus.

    Die Liste der Vor- und Nachteile lässt sich beliebig ergänzen, zum Beispiel um weitere Umweltparameter, Versicherungskosten, Haltbarkeit/Inspektionshäufigkeit und so weiter. Allerdings sollte man bei diesem Vergleich nicht vergessen, dass sowohl Otto- als auch Dieselmotoren Verbrennungsmotoren sind, die auf der Basis fossiler Energieträger funktionieren.

    Neben der Frage, welches Auto in Frage kommt, sollte man sich daher auch die Frage stellen, ob überhaupt ein Auto notwendig ist? Erst danach sollte die Entscheidung folgen, welcher Motor gewählt wird. Neben den Otto- und Dieselmotoren sind auf dem heutigen Markt auch Elektromotoren, Erdgasmotoren, Wasserstoffbrennstoffzellenantriebe und Hybridantriebe erhältlich.

  • Benenne wichtige Schritte in der Geschichte des Dieselmotors.

    Tipps

    Schiffdiesel wurden bereits vor LKW- und PKW-Dieselmotoren eingesetzt.

    LKW-Dieselmotoren waren vor den PKW-Dieselmotoren entwicklungsreif.

    Lösung

    Die Erfolgsgeschichte des Dieselmotors beginnt mit seiner patentierten Erfindung von Rudolf Diesel im Jahr 1893. 1900 wurde er auf der Weltausstellung in Paris vorgestellt.

    Danach wurde dieser Motortyp beständig weiterentwickelt und verbessert und fand zunächst Einsatz als Dieselantrieb auf Schiffen, darunter beispielsweise 1910 auf dem Forschungsschiff Fram. Die erste Lokomotive mit Dieselantrieb folgte 1912. In Straßenfahrzeugen wurden die ersten Dieselmotoren ab 1923 bei LKWs eingesetzt, ab 1935 dann auch bei PKWs.

    Heute spielt der Dieselmotor in diesen und anderen Bereichen weiterhin eine entscheidende Rolle. Der Einsatz wird unter anderem dort limitiert, wo leistungsstarke leichte Motoren wie im Rennbetrieb benötigt werden, denn das hohe Motorgewicht des Diesels ist konstruktionsbedingt und nicht beliebig minimierbar.

  • Untersuche Wirkungsgrad und Kraftstoffverbrauch von Diesel- und Ottomotoren.

    Tipps

    Wie viel Prozent des Kraftstoffs werden jeweils zur Fortbewegung genutzt?

    Lösung

    Summiert man die Energieverluste, so erhält man für den Ottomotor einen Wirkungsgrad von rund 25%, für den Dieselmotor von rund 32%.

    Dementsprechend wird beim Dieselmotor mehr Kraftstoff direkt für die Fortbewegung verwendet. In diesem Beispiel liegt der Unterschied bei etwa vier Liter auf eine 50-Liter-Tankfüllung (siehe Rechnung). Der Unterschied ist auf höhere Wärmeverluste beim Ottomotor über die Abgase zu erklären. Die Abgastemperaturen beim Ottomotor liegt höher, darum gelangt dort mehr Wärme nach außen.

    Die Erfolgsgeschichte des Dieselmotors begann mit seiner patentierten Erfindung von Rudolf Diesel im Jahr 1893. 1900 wurde er auf der Weltausstellung in Paris vorgestellt. Danach wurde dieser Motortyp beständig weiterentwickelt und verbessert und fand zunächst Einsatz als Dieselantrieb auf Schiffen, darunter beispielsweise 1910 auf dem Forschungsschiff Fram. Die erste Lokomotive mit Dieselantrieb folgte 1912. In Straßenfahrzeugen wurden die ersten Dieselmotoren ab 1923 bei LKWs eingesetzt, ab 1935 dann auch bei PKWs.

    Heute spielt der Dieselmotor in diesen und anderen Bereichen weiterhin eine entscheidende Rolle. Der Einsatz wird unter anderem dort limitiert, wo leistungsstarke leichte Motoren wie im Rennbetrieb benötigt werden, denn das hohe Motorgewicht des Diesels ist konstruktionsbedingt und nicht beliebig minimierbar.

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