Diesel FAQ


 
Warum hat ein Dieselmotor mehr Drehmoment?

Ein Dieselmotor muss mehr Drehmoment haben um damit die niedrigere Drehzahl auszugleichen. Er hätte sonst nicht die gleiche Leistung wie ein Benzinmotor. Das gilt für den gesamten Drehzahlbereich.
Anders ausgedrückt, ein Dieselmotor hat wegen seiner geringeren Drehzahl eine andere Getriebeübersetzung und braucht dementsprechend mehr Drehmoment um gleiches Drehmoment auf die Antriebsräder zu bringen.
Wenn z.B. zwischen einem Benzinmotor und einem Dieselmotor ein Verhältnis der Maximaldrehzahlen von 1,5 besteht (6000/4000 U/min) so muss der Dieselmotor bei einer um den Faktor 1,5 geringeren Drehzahl ein um den Faktor 1,5 höheres Drehmoment aufweisen um an den Rädern dieselbe Drehmomentcharakteristik aufzuweisen.
Der weit verbreiterte direkte zahlenmäßige Drehmomentvergleich zwischen Diesel- und Benzinmotoren ist daher reichlich sinnfrei.

Der Zusammenhang zwischen Drehmoment und Leistung wird hier beschrieben.


Woher kommt das größere Drehmoment des Dieselmotors?

Bei Saugmotoren kommt es einfach aus mehr Hubraum. Das ist schließlich der Grund warum Dieselmotoren mehr Hubraum haben müssen. Das Verhältnis der Hubräume beider Motortypen entspricht im allgemeinen daher zumindest grob dem Verhältnis der maximalen Drehzahlen.
Bei Turbomotoren kann die Höhe der Aufladung recht verschieden sein. Viele Hersteller bauen Turbomotoren gleichen Hubraums mit mehreren Leistungsvarianten. Es ist bei Turbomotoren die einfachste Möglichkeit verschiedene Leistungsvarianten zu erhalten. Wenn man allerdings niedrig aufgeladene Varianten oder hochaufgeladene Varianten beider Motorarten miteinander vergleicht so kommt man wieder auf ein ähnliches Hubraumverhältnis wie bei Saugmotoren.

Etwas anders ausgedrückt:
Wenn man die Nenndrehzahl eines Benzinmotors (z.B. 6000 U/min) auf die Nenndrehzahl eines Dieselmotors (4000 U/min) reduzieren würde und dementsprechend den Hubraum vergrößern (größeres Drehmoment) dann hätte man damit die "großartigen" Motoreigenschaften eines Dieselmotors.
Nur dass der Benzinmotor wegen des kleineren Schwungrades (geringere Kompression) etwas agiler wäre, allerdings wäre der Dieselmotor wahrscheinlich etwas wirtschaftlicher.

Häufig besteht die Vorstellung dass der hohe Zünddruck des Dieselmotors für das hohe Drehmoment verantwortlich ist, was aber mit der Realität nichts zu tun hat. Tatsächlich hängt das Drehmoment vom effektiven Mitteldruck und eben vom Hubraum ab. (Hier auf Seite 38 Anhang G beschrieben). Der effektive Mitteldruck ist die Differenz aus mittlerem Verbrennungsdruck und mittleren Verdichtungsdruck. Da die Verdichtung beim Dieselmotor auch dementsprechend höher ist, ist auch der effektive Mitteldruck in etwa gleich wie beim Benzinmotor.

Ein Dieselmotor hat bei gleichen Hubraum im Verbrennungsraum die gleiche Luftmenge wie ein Benzinmotor. Durch Verbrennung mit Kraftstoff kann man in beiden Fällen daraus gleich viel Energie gewinnen. Die höhere Verdichtung des Dieselmotors wirkt sich zwar auf die Wirtschaftlichkeit aus, aber nicht auf das Drehmoment bzw. die Energie die man daraus gewinnen kann.

Mitunter besteht auch die Vorstellung dass ein größerer Kurbelradius dafür verantwortlich ist. Auch das hat mit den Tatsachen nichts zu tun.
Erstens ist das Drehmoment, wie gesagt, von Hubraum und effektiven Mitteldruck abhängig und nicht vom Kurbelradius. Größerer Kurbelradius würde bei gleichen Hubraum ja kleineren Kolbendurchmesser und damit geringere Kolbenkraft bedeuten. Das kommt daher auf das gleiche heraus.
Zweitens haben PKW-Dieselmotoren, bei gleichen Hubvolumen, keinen größeren Kurbelradius. Das Verhältnis zwischen Kurbelradius und Kolbendurchmesser ist bei beiden Motortypen etwa gleich.

Als Langhuber (großer Kurbelradius) sind LKW-Dieselmotoren ausgeführt, da dies der wirtschaftlicheren Verbrennung förderlich ist. Eine größere Bauhöhe des Motors und wegen der niedrigen Drehzahl ein größeres Hubvolumen und damit auch mehr Gewicht, ist hier nicht so gravierend. Primär ist hier die Wirtschaftlichkeit.
Rennmotoren sind dagegen als Kurzhuber (kleiner Kurbelradius) ausgeführt, da man damit eine höhere Drehzahl erzielen kann. Das bedeutet man kann aus weniger Hubraum und Gewicht mehr Leistung heraus holen. Das ist bei Rennmotoren das Primäre.

PKW Motoren liegen irgendwo dazwischen, gleichviel ob Benzinmotore oder Dieselmotore.


Sorgt das große Drehmoment des Dieselmotors für mehr Beschleunigung?

Ganz einfach nein.
Das Drehmoment bzw. die Antriebskraft an den Antriebsrädern hängt immer von der momentan verfügbaren Motorleistung bei der momentanen Motordrehzahl ab. Das ist natürlich nur dann die Nennleistung wenn man auch gerade mit Nenndrehzahl fährt.

Man kann es sich gut veranschaulichen wenn man sich vorstellt mit einem Fahrrad mit zwei verschiedenen Gängen zu fahren. Wenn man mit dem höheren Gang fährt so muss man mehr Drehmoment an den Pedalen aufbringen dafür kann man langsamer in die Pedale treten. Man ist dann sozusagen ein "Dieselmotor". Wenn man mit dem niedrigeren Gang fährt so muss man weniger Drehmoment aufbringen man muss aber rascher in die Pedale treten. Nun ist man sozusagen ein "Benzinmotor". Wenn man in beiden Gängen gleich schnell fährt so ist auch die aufgebrachte Leistung in beiden Fällen gleich.

Die momentane Motorleistung errechnet sich aus dem momentanen Motordrehmoment und der momentanen Motordrehzahl. Aus dieser momentanen Motorleistung errechnet sich mit der Raddrehzahl das Drehmoment an den Antriebsrädern, bzw. mit der Fahrgeschwindigkeit errechnet sich aus der Motorleistung die Antriebskraft. Die Antriebskraft an den Rädern, und damit auch die Beschleunigung, ist daher immer eine Funktion der momentan verfügbaren Motorleistung und nicht des Drehmoments. Das gilt in gleicher Weise natürlich auch wenn man bergwärts fährt. Auch hier hängen Drehmoment bzw. Antriebskraft an den Rädern von der momentan Motorleistung ab und nicht vom Drehmoment des Motors. Das Drehmoment des Motors sagt für sich allein genommen überhaupt nichts, genau so wie die Drehzahl des Motors für sich allein genommen auch nichts sagt.

Sportfahrzeuge sind übrigens praktisch ausschließlich Benzinfahrzeuge. Dieselmotoren sind schwerer und größer und sie haben ein größeres Schwungrad was bei rascher Drehzahländerung hinderlich ist, sie sind daher als Sportfahrzeuge kaum geeignet. Dieser Widerspruch zwischen angeblicher Antriebskraft bzw. Beschleunigung durch das Motordrehmoment und einer Nichteignung des Dieselmotors für Sportfahrzeuge scheint vielen "Experten" auch nicht aufzufallen.
Bei Rennmotoren ist übrigens praktisch nur der obere Drehzahlbereich von Interesse. Denn möglichst viel Drehmoment an den Rädern heißt möglichst viel Leistung am Motor und das hat man bei hohen Drehzahlen.
Dagegen ist im alltäglichen Straßenverkehr der untere Drehzahlbereich natürlich schon von Interesse, denn mehr Drehmoment und damit mehr Leistung in diesen Bereich bedeutet schon dass man weniger oft zurück schalten zu muss.

Etwas schmerzlich ist dass dieser ganze Unsinn betreffend das Drehmoment von Dieselmotoren auch von Technikern verbreitet wird, die es eigentlich nun wirklich besser wissen sollten. Dazu, dass manche Hersteller (nicht alle) in der Werbung auch noch einen Vorteil des größeren motorseitigen Drehmoments des Dieselmotors auch auf der Radseite suggerieren, will mir kein öffentlichkeitsfähiger Kommentar einfallen.


Sind Diesel-PKW bessere Zugfahrzeuge?

Dieselfahrzeuge sind im allgemeinen in den einzelnen Gängen tatsächlich zu niedrigeren Geschwindigkeiten übersetzt als vergleichbare Benzinfahrzeuge. Dies hat seinen Grund darin dass sie sonst mit den Fahrleistungen von Fahrzeugen mit Benzinmotoren nicht mithalten könnten. Dieselmotoren haben ein größeres Schwungrad, was bei rascher Drehzahländerung und damit bei rascher Beschleunigung ein Nachteil ist. Weiters haben Dieselmotoren nicht nur absolut ein schmäleres Drehzahlband, sondern wegen der relativ höheren Leerlaufdrehzahl auch ein relativ schmäleres Drehzahlband. Beides kann man bis zu einem gewissen Grad durch Übersetzung zu niedrigeren Maximalgeschwindigkeiten in den einzelnen Gängen kompensieren. Dies hat den Nebeneffekt dass Dieselfahrzeuge tatsächlich ein wenig in Richtung Zugfahrzeuge bzw. Bergfahrzeuge übersetzt sind. Wie man dies bewerten mag hängt natürlich vom Fahrprofil und von den Fahrgepflogenheiten des einzelnen ab.
Diese Zusammenhänge sind auch wieder hier beschrieben.


Warum hat man beim Dieselmotor wesentlich früher begonnen Turbomotoren zu bauen.

Aus einem sehr einfachen Grund.
Weil die frühen Saugdiesel mit den Fahrleistungen der damaligen Saugbenziner hinten und vorne nicht mithalten konnten.
Die Diesel brauchten für die gleiche Leistung mehr Hubraum und wegen des höheren Zünddrucks mehr Festigkeit, sie waren deshalb deutlich schwerer. Darüber hinaus haben sie, wie erwähnt ein größeres Schwungrad und ein, auch relativ gesehen, kleineres Drehzahlband. Während auch damals, so Ende der 70er Jahre, Benzinfahrzeuge bei 0-100 km/h so auf etwa 12-15 sec kamen, brauchten die damaligen Dieselfahrzeuge dafür so um die 30 sec und mehr. Fahrzeuge waren damals leichter und Benzinfahrzeuge hatten daher auch mit weniger Leistung als heute ganz brauchbare Beschleunigungen.
Es war bei den Dieselfahrzeugen daher schon fast zwingend Turbomotoren zu bauen. Die frühen Turbos hatten nur im oberen Drehzahlbereich mehr Leistung, im unteren Drehzahlbereich waren sie im Vergleich zur Nennleistung sehr mäßig. Dieser Mangel im unteren Drehzahlbereich wurde gerne als Turboschub im oberen Drehzahlbereich vermarktet, auch da sieht man wozu "Marketing" imstande ist.
Die Turbomotoren wurden allerdings im unteren Drehzahlbereich immer besser und so im Verlaufe der 90er Jahre überholten sie im unteren Drehzahlbereich die Saugmotoren. Allerdings war das Ansprechverhalten der Turbos, also das sogenannte Turboloch, noch lange ein Thema.
Der nunmehrige Vorteil im unteren Drehzahlbereich und die leichtere Bauweise hat uns dann zunehmend auch den Turbobenziner, einschließlich der Dreizylindermotoren beschert. Darin kann man einen Vorteil sehen oder auch nicht.
Nur zu der Zeit wo die Turbomotoren im unteren Drehzahlbereich die Saugmotoren bereits überholt hatten und bei den Dieselmotoren bereits hauptsächlich Turbomotoren gebaut wurden, bei Benzinern aber noch hauptsächlich Saugmotoren war die Tendenz für die Dieselmotoren vielleicht etwas vorteilhafter. Wenn man freilich das damals noch vorhandene Turboloch berücksichtigt, das damals noch schlechtere Ansprechverhalten vom Leerlauf weg und das schmälere relative Drehzahlband berücksichtigt ist es freilich mit dem damaligen Vorteil auch wieder nicht weit her.

Könnte man die Drehzahlen bei Dieselmotoren nicht ebenso erhöhen wie bei Benzinmotoren?

Nein kann man leider nicht.
Dieselmotoren haben ein anderes Verbrennungsverfahren als Benzinmotoren. Der Dieselkraftstoff vergast nicht so leicht wie Benzin und kann auch nicht mit einer Zündkerze gezündet werden. Die Luft muss so hoch verdichtet werden dass sie der Zündtemperatur des Diesels entspricht und der Kraftstoff kann daher auch erst unmittelbar vor der Verbrennung eingespritzt werden. Die Zeit für die Gemischbildung ist daher sehr kurz, das begrenzt die mögliche Motordrehzahl. Man muss daher die geringere Drehzahl, wie gesagt, durch mehr Hubraum kompensieren.
Die prinzipiellen Unterschiede aufgrund des Kraftstoffs sind hier beschrieben.
Die Diesel-Rennmotoren die ein Hersteller verwendet hat, hatten übrigens wegen der niedrigeren Drehzahl auch etwa den doppelten Hubraum der vergleichbaren Benzin-Rennmotoren.
Die notwendige hohe Verdichtung erfordert immer das Ansaugen des vollen Luftvolumens was, außer bei Volllast, einen dementsprechenden Luftüberschuss bedeutet. Dies führt bei der Verbrennung zu höheren Stickoxydwerten (NOx), und wegen des überschüssigen Sauerstoffs der in einem Katalysator reagieren würde, wird auch die Abgasreinigung schwieriger.

Vorläufer des Dieselmotors waren übrigens Glühkopfmotoren. Diese hatten nicht die hohe Verdichtung und damit auch nicht die hohe Lufttemperatur, dafür musste für das Starten zunächst der Glühkopf, eine Erweiterung des Zylinderkopfs, erhitzt werden.


Zeigt nicht der LKW-Dieselmotor dass das große Drehmoment von Vorteil ist?

Dass LKW-Motoren Dieselmotoren sind ist ausschließlich eine Frage der Wirtschaftlichkeit. Das Drehmoment an den Antriebsrädern ist, wie gesagt, lediglich eine Frage der Übersetzung. Dieselmotoren sind wirtschaftlicher, das ist zwar bei LKW-Motoren ein gravierender Vorteil, es ist aber auch der einzige Vorteil von Dieselmotoren.
In den USA wurden sehr lange für LKW aber auch für Traktoren Benzinmotoren verwendet. Da in den USA Benzin billig war lohnte sich die aufwendigere Herstellung von Dieselmotoren nicht. Die beim Militär bis in die 60er Jahre noch eingesetzten GMC-LKWs und Dodge-Geländefahrzeuge (wem das heute noch etwas sagen mag), hatten noch ausschließlich Benzinmotoren.
Sogar für Panzer wurden teilweise noch lange Benzinmotore verwendet. Benzinmotore sind bei kalten Temperaturen wesentlich leichter zu starten und auch das Problem mit dem Winterdiesel gibt es nicht. Ein weiterer Vorteil der Benzinmotore ist dass sie leiser sind.


Sind Dieselmotoren nicht haltbarer als Benzinmotoren?

Nein, sind sie nicht.
Es ist einfach eine Frage des Aufwandes den man betreibt.
Wegen des größeren Zünddrucks und der aufwendigeren Einspritzanlage ist es auch aufwendiger Dieselmotore gleicher Haltbarkeit herzustellen. Sie sind in der Herstellung auch dementsprechend teurer.
Bei-LKW Motoren sind Haltbarkeit und Wirtschaftlichkeit das wesentliche Kriterium. Etwas mehr Baugröße und Gewicht sind hier das kleinere Problem.
Wie gesagt Rennmotoren sind das extreme Gegenteil dazu, möglichst viel Leistung aus möglichst wenig Bauraum und Gewicht heraus zu holen, ist hier das Kriterium.

Es hätte übrigens keinen Sinn PKW-Motore so haltbar zu machen wie LKW-Motore. Sie wären deutlich teurer, größer und schwerer und hätten eine Haltbarkeit die man bei der üblichen Kilometerzahl von PKWs nicht nutzen könnte.


Warum sind Dieselmotoren überhaupt wirtschaftlicher?

Zunächst hat der Dieselkraftstoff auf das Volumen bezogen etwa 14 % mehr Heizwert, der Dieselkraftstoff ist auch dementsprechend schwerer. Allerdings ist auch das Verbrennungsverfahren von Dieselmotoren tatsächlich wirtschaftlicher.
Auf der anderen Seite ist die Herstellung der Dieselfahrzeugen teurer. Wäre der Diesel nicht steuerbegünstigt würden sich für viele die Dieselfahrzeuge wohl auch kaum lohnen und für viele, die vergleichsweise wenige Kilometer fahren lohnt sich der Diesel wegen des höheren Preises in Wirklichkeit ohnehin nicht.
Dieselfahrzeuge haben darüber hinaus ein größeres Gewicht, sie können im Winter eher Startprobleme bekommen und auch die Geräuschdämmung für Dieselfahrzeuge ist aufwendiger. Alles in allem gesehen stellt sich sehr die Frage ob Dieselfahrzeuge nicht mehr ein Geschäftsmodell für die Fahrzeughersteller sind als dass sie volkswirtschaftlich oder für den einzelnen Kunden von Vorteil sind.

Sind die Abgase von Dieselfahrzeugen besser oder schlechter als von Benzinfahrzeugen?

Nun, die gesundheitsschädlichen Schadstoffe von Dieselfahrzeugen waren seit Einführung des Katalysators beim Benzinmotor immer schlechter bis sehr viel schlechter als beim Benzinmotor, zumindest wenn man reale Fahrzustände einschließlich unterschiedlicher Wetterbedingungen berücksichtigt. Diese Aussage relativiert sich etwas wenn man die nunmehrigen Benzin-Direkteinspritzer berücksichtigt. Für etwas weniger CO2 und etwas geringeren Verbrauch hat man sich mehr gesundheitsschädlichen Feinstaub eingehandelt. Ob das in Summe sinnvoll ist, ist schon sehr die Frage.
Beim CO2 das nach heutigen Wissen das Klima beeinflusst ist der Diesel im Vorteil. Dazu ist zu sagen dass es auch Wissenschaftler gibt die diese Wirkung des CO2 in Frage stellen und insofern ist diese Wirkung auch nicht völlig sicher. Der Grüngürtel der Erde dürfte von einem etwas höheren CO2 Gehalt der Atmosphäre sogar positiv beeinflusst sein da Pflanzen auf höheren CO2 Gehalt positiv reagieren.
Hinzu kommt dass die Einsparung von CO2 durch Dieselfahrzeuge im Vergleich zur gesamten CO2 Produktion, einschließlich des natürlichen Entstehens von CO2, fast schon marginal ist.

Hinzu kommt dass durch das weniger sportliche Verhalten von Dieselfahrzeugen eher eine Tendenz zu stärkeren Motorisierungen besteht. Durch die größere Wirtschaftlichkeit des Dieselmotors, die in Summe freilich oft nur vermeintlicher Natur ist, besteht auch eine Tendenz schwerere Fahrzeuge, insbesondere SUVs, zu kaufen. Während ich gerne jedem seinen SUV gönne, ich bin von dieser Tendenz selbst nicht ganz gefeit, besteht in der Endabrechnung wahrscheinlich noch nicht einmal beim CO2 durch den Diesel ein Vorteil.


Wohin mit dem Diesel wenn ihn Diesel-PKW nicht verbrauchen?

Das ist kein Problem.
Man könnte den Dieselkraftstoff noch wirtschaftlicher in Großkraftwerken verbrennen. Dort ist auch die Kontrolle der Abgase ungleich leichter zu bewerkstelligen als in jedem einzelnen Fahrzeug. Darüber hinaus blasen Kraftwerke ihre Abgase nicht in die Straßen der Innenstädte.
Davon abgesehen wird derzeit überschüssiger Benzin aus Europa nach Übersee exportiert, was volkswirtschaftlich auch nicht viel Sinn macht. Im besten Fall ist es für die Raffinerien ein Geschäft.


Zum Abschluss noch:

Was mich schon auch irritiert ist das grundsätzlich falsche Vorstellungen, insbesondere über die Wirkung des Drehmoments beim Dieselmotor, auch von vielen technischen Seiten und Veröffentlichungen verbreitet werden. So kompliziert sind die Zusammenhänge zwischen Drehmoment und Leistung dann auch wieder nicht.
Wenn man von Laien grundsätzlich falsche Aussagen liest so ist das ja nicht so verwunderlich. Auf technischen Seiten könnte man so grundsätzlich falsche Aussagen aber fast schon als etwas schmerzlich empfinden.

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Drehmoment bei Dieselmotoren

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26.9.2017                 aktualisiert:  26.4.2020
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