Diesel
Dieselmotoren haben derzeit einen schweren Stand. Das liegt hauptsächlich am Abgas- oder Dieselskandal. Dieser geht auf die Verwendung sogenannter Abschalteinrichtungen bei Dieselfahrzeugen der Volkswagen AG zurück. Diese sorgten für verfälschte Messwerte und für die Nichteinhaltung der geltenden Abgasnorm bei vielen verkauften Fahrzeugen. Die Frage ist, wo der Diesel jetzt steht und ob die Technik eine Zukunft hat. Nachfolgend werfen wir deswegen einen Blick auf die Entstehungsgeschichte des Dieselmotors, seine Funktionsweise und den derzeitigen Stand zum Thema.
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Definition – Was ist Diesel?
Ein Dieselmotor setzt anders als ein Benziner nicht auf eine Zündkerze. Stattdessen handelt es sich um einen sogenannten Selbstzünder, der auf eine Kompressionskammer setzt, in der sich der verwandte Kraftstoff entzündet. Erdacht wurde dieses Prinzip bereits im 19. Jahrhundert.
Die Geschichte des Dieselmotors
Die Entwicklung des Dieselmotors geht auf Rudolf Diesel zurück, der 1858 in Paris zur Welt kommt. Sein Interesse für Motoren in Kombination mit einer sehr guten Hochschulausbildung sorgt dafür, dass sich Diesel Kompressions- und Dampfmaschinen beschäftigt. Basis seines Interesses stellen die Überlegungen von Sadi Carnot dar, der sich mit der Idealen Wärmekraftmaschine beschäftigte. Nach einigen Jahren der Fabrikarbeit hat Diesel genug finanzielle Mittel zusammengestellt, um sich die Patentierung und Entwicklung einer „rationalen Wärmekraftmaschine“ leisten zu können. Das Ziel ist klar: ein Motor mit möglichst hohem Wirkungsgrad, vor allem im Vergleich mit anderen vorherrschenden Motoren wie der bereits erwähnten Dampfmaschine. Ende des 19. Jahrhunderts, nach einer ganzen Reihe von Prototypen, ist eine funktionsfähige Version verfügbar. Diese zeichnet sich durch einen Wirkungsgrad von 26 % aus. Um dieser Zahl Bedeutung beizumessen, muss der Wirkungsgrad von Dampfmaschinen herangezogen werden, der bei rund 12 % liegt. Der Dieselmotor erweist sich auf Ausstellungen als voller Erfolg. Die praktische Anwendung war ebenfalls nicht weit. Anfangs, bedingt durch ein hohes Gewicht, als stationäre Maschine und schon Anfang des 20. Jahrhunderts als Antrieb für Schiffe. Die Größe ist durch ein umfangreiches System zur Zuführung von Luft bedingt. Dessen Ablösung durch die sogenannte Vorkammer ebnet den Weg für den Start des Dieselmotors in PKW. Zuerst sind allerdings Nutzfahrzeuge aus der Landwirtschaft an der Reihe. Erst Mitte der 30er Jahre folgten die ersten PKW von Mercedes und Hanomag. Von den 60er Jahren an folgte die Ablösung des Kammersystems durch die bis heute im Einsatz befindlichen Direkteinspritzer. Sie sorgen dafür, dass sich der Diesel als Alternative bei den Verbrauchern etabliert.
Funktionsweise von Dieselmotoren
Wie eingangs bereits erwähnt unterscheidet sich das Funktionsprinzip von Dieselmotoren grundsätzlich von jenem der Benziner. Statt auf das Einspritzen eines Gemischs aus Kraftstoff und Luft in Kombination mit einem Zündfunken setzt der Dieselmotor auf die Verdichtung von Luft und die daraus resultierende Hitze von bis zu 900 Grad Celsius. Diese entzündet den eingespritzten Kraftstoff und sorgt für die Bewegung des Kolbens. Statt Zündkerzen kommen hier höchstens sogenannte Glühkerzen zum Einsatz, die die Erwärmung der Brennkammer unterstützen. Das sogenannte Vorglühen, welches von älteren Dieselfahrzeugen bekannt ist, findet indes durch die hohe Geschwindigkeit dieses Vorganges nicht mehr statt. Wie sich der in diesem Vorgang entzündete Dieselkraftstoff zusammensetzt, klären wir im folgenden Abschnitt.
Herstellung und Zusammensetzung von Dieselkraftstoff
Klassischer Dieselkraftstoff ist ein Gemisch, welches unter anderem aus Kersosin und Mitteldestillatfraktionen besteht. Hinzu kommen unterschiedliche Additive, die sich je nach Art und Hersteller unterscheiden. Der Großteil der Bestandteile entsteht bei der Fraktionierung von Erdöl. Ein genaues Mischungsverhältnis lässt sich währenddessen nicht ermitteln. Bedingt durch die sich stetig ändernde Qualität der verwandten Rohstoffe, ist eine fortlaufende Anpassung der Mischung erforderlich. Die Spezifikationen des Kraftstoffes, die in der Europäischen Union einzuhalten sind, werden in der Norm EN 590 festgeschrieben. Insbesondere die Einhaltung der Abgasnorm durch die Senkung der Schwefelwerte ist das Ziel der Richtlinie. Zuletzt erfolgte eine Anpassung der Zielvorgaben im Jahr 2014 mit der Einführung der Euro-6-Norm. Auch etwaige Additive müssen die Zusammensetzung insofern berücksichtigen, als dass die Norm eingehalten wird.
Additive im Diesel als Mittel der Differenzierung
Dem Diesel können unterschiedliche Additive beigebracht werden, um die Eigenschaften des Kraftstoffes zu verändern. So lässt sich beispielsweise die Cetanzahl anheben, um die Zündwilligkeit zu erhöhen. Dadurch beginnt die Selbstzündung nach dem Einspritzen des Kraftstoffes früher. Die Nutzung von Diesel bei niedrigen Temperaturen ist ebenfalls durch die Zugabe von Additiven gegeben. Ohne würde sich die Flüssigkeit des Treibstoffes so verändern, dass der Dieselfilter verstopft. Ein Beispiel ist die Erhöhung des Kerosinanteils, wodurch sich der sogenannte Winterdiesel auszeichnet.
Arten von Diesel
Die wohl bekannteste Art von Diesel neben dem klassischen Petrodiesel stellt Biodiesel dar, der aus ölhaltigen Pflanzen hergestellt wird (in Deutschland meist Rapsöl). Durch einen als Umsteuerung bezeichneten Prozess wird das Pflanzenöl für die Nutzung in einem Motor tauglich gemacht. Dazu werden Methanol oder Ethanol gegeben. Häufig kommt der Biodiesel nicht in Reinform zum Einsatz sondern als Zumischung zum Petrodiesel. Daneben sind bestimmte Arten von Diesel nur für bestimmte Einsatzzwecke vorgesehen, wo besonders schwere Sorten zum Einsatz kommen. Ein Beispiel: der sogenannte Marine- oder Schiffsdiesel. An der Tankstelle in Deutschland findet sich hingegen selten mehr als eine Sorte Diesel. Stattdessen höchstens eine Premium-Sorte zusätzlich, die sich durch die Zugabe besonderer Additive vom restlichen Angebot absetzt. Durch die Ereignisse des sogenannten Abgasskandals und die Legitimierung von Fahrverboten hat der Diesel hierzulande stand 2020 allerdings einen schlechten Ruf.
Diesel in Deutschland
In Deutschland gibt es in einigen Städten Fahrverbote für Autos mit Dieselmotor, die aus bestimmten Schadstoffklassen stammen. Grund dafür ist die Einhaltung der Immissionsgrenzen für Stickoxide. Mit dem sogenannten Diesel-Urteil wurden entsprechende Fahrverbote am 27. Februar 2018 für legitim erklärt. Erschwerend kommen die Ereignisse des sogenannten Abgas- oder Dieselskandals hinzu. In deren Rahmen war bekannt geworden, dass VW und andere Automobilkonzerne Abschalteinrichtungen nutzten, um die Grenzwerte bei Messungen auf dem Prüfstand zu unterwandern. Die Diskussion um die gesundheitlichen Auswirkungen von Stickoxiden profitierte maßgeblich von diesen Enthüllungen.