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Erster Dieselmotor 1897 — Zündung durch Verdichtung (3D)

Über diese App

Rudolf Diesels Versuchsmotor im Schnitt: Ein Regler für das Verdichtungsverhältnis zeigt Temperatur und Druck am Ende der Verdichtung, bis der eingespritzte Kraftstoff sich selbst entzündet. Vergleich mit dem Ottomotor im p-V- und T-s-Diagramm, Wirkungsgrade, Messwerte von 1897.

Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.

Selbstzündung durch Verdichtung

Ein Dieselmotor saugt nur Luft an und presst sie stark zusammen. Dabei wird sie heiß, ohne dass Wärme zugeführt wird: Bei idealer, adiabatischer Verdichtung gilt T₂ = T₁ · ε^(κ−1). Aus 20 °C werden bei einem Verdichtungsverhältnis von 13 rund 545 °C. Wird jetzt Kraftstoff eingebracht, entzündet er sich von selbst, eine Zündkerze ist nicht nötig. Rudolf Diesel meldete das Verfahren 1893 zum Patent an; sein erster funktionsfähiger Motor wurde 1897 bei der Maschinenfabrik Augsburg gemessen und erreichte 26,2 Prozent Wirkungsgrad. Das Original steht im Deutschen Museum in München.

Was die App zeigt

Eine eigene 3D-Rekonstruktion des Motors von 1897: A-förmiger Ständer, Kreuzkopf, Schwungrad, Flasche mit Einblaseluft und ein vorn aufgeschnittener Zylinder mit 250 mm Bohrung und 400 mm Hub. Die Luft im Zylinder färbt sich mit ihrer Temperatur, Rundanzeigen zeigen Temperatur und Druck aus der idealen Rechnung, und der Kraftstoff wird als Strahl eingeblasen. Ein Panel rechnet Endtemperatur, Enddruck und Zündverzug, ein zweites vergleicht Otto- und Dieselprozess im p-V- und T-s-Diagramm samt idealen Wirkungsgraden.

Selbst ausprobieren

Zieh den Regler für das Verdichtungsverhältnis von 4 bis 24 und beobachte, ab wann der Kraftstoff zündet: Bei ε = 8 bleibt er ein Nebel, bei ε = 13 brennt er. Stell die Ansaugluft auf −10 °C, und die Grenze steigt, das Kaltstartproblem. Schalte auf das Otto-Verfahren: Ein fertiges Gemisch so hoch verdichtet klopft. Im Diagramm-Panel siehst du, warum der Diesel trotz Gleichdruck-Verbrennung gewinnt, weil er viel höher verdichten darf.

Häufige Fragen

Warum braucht ein Dieselmotor keine Zündkerze?
Er verdichtet reine Luft so stark, dass sie mehrere hundert Grad heiß wird, bei ε = 13 idealisiert rund 545 °C. Der kurz vor dem oberen Totpunkt eingebrachte Kraftstoff entzündet sich in dieser heißen Luft von selbst. Glühkerzen moderner Diesel helfen nur beim Kaltstart.
Warum verdichtet ein Ottomotor weniger als ein Diesel?
Der Ottomotor verdichtet ein fertiges Kraftstoff-Luft-Gemisch. Wird es zu stark verdichtet, entzündet es sich vor dem Funken von selbst, der Motor klopft. Deshalb lagen Ottomotoren lange bei Verdichtungsverhältnissen von etwa 4 bis 10, Diesel bei etwa 14 bis über 20.
Wie unterscheiden sich Gleichraum- und Gleichdruckprozess?
Im idealen Otto-Prozess wird die Wärme bei gleichem Volumen zugeführt, der Druck springt im p-V-Diagramm senkrecht nach oben. Im idealen Diesel-Prozess verbrennt der Kraftstoff, während der Kolben schon abwärts läuft, bei etwa gleichem Druck. Bei gleichem ε ist Otto ideal besser, Diesel gewinnt durch die höhere Verdichtung.
Was kann ich in dieser App ausprobieren?
Du stellst das Verdichtungsverhältnis und die Temperatur der Ansaugluft ein, wechselst zwischen Diesel und Otto, gehst die vier Takte einzeln durch und vergleichst beide Kreisprozesse im p-V- und T-s-Diagramm. Der KI-Tutor kann die Selbstzündung auch vorführen.

Fach: Physik-Experimente (Deutsches Museum)

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