Dieselmotor: Vom nagelnden Selbstzünder zur Common-Rail-Technik

So fuhr man 1936: Der Mercedes 260 D war das erste Auto der Welt mit Dieselmotor

Im Jahr 1936 war die Welt wieder in Ordnung. Die Folgen der Weltwirtschaftskrise von 1929 verblassten. Den Menschen in Deutschland ging es wieder besser. Die arg gebeutelte Automobilindustrie hatte tief Luft geholt und war dabei, mit neuen Modellen Straßen und Menschen zu erobern. Noch dominierten die alten Benziner mit seitlich stehenden Ventilen, erste Motoren mit hängenden Ventilen zeigten jedoch, wohin der Weg führte. Hinter verschlossenen Toren aber bereiteten sich die Automobilhersteller auf eine Sensation vor: die Einführung des Dieselmotors in den Personenwagen. Bei den Nutzfahrzeugen war dieser Schritt längst vollzogen, doch die Verkleinerung bereitete erhebliche Probleme. Bosch hatte bereits 1927 nach langer Entwicklung begonnen, serienmäßig Einspritzpumpen zu fertigen, und entwickelte auch „kleine“ Reihenpumpen für Vierzylinder-Diesel, die 1936 das Licht der Welt erblicken sollten.

Im Februar 1936 stellten auf der Berliner Automobilausstellung gleich zwei Hersteller Personenwagen mit Dieselmotoren und Bosch-Einspritzungen vor, Mercedes und Hanomag. Bei Mercedes war die Serienfertigung bereits im Vorjahr angelaufen, und der Typ 260 D war nach der Ausstellung lieferbar, während der Hanomag Rekord Diesel erst gegen Jahresende auf den Markt kam. Darum war der Mercedes 260 D das erste serienmäßige Diesel-Personenauto der Welt. Sein 2,6-Liter-Motor leistete 33 kW (45 PS) bei 3000 Umdrehungen je Minute und verhalf der 1620 Kilogramm schweren Limousine zu einer Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h. Bei einem gleichbleibenden Tempo von 70 km/h verbrauchte das Auto neun Liter auf 100 Kilometer. Ein VW Golf TDI 1.6 benötigt unter gleichen Bedingungen heute weniger als die Hälfte.

Dann kam der Krieg, die Motorenentwicklung konzentrierte sich auf ganz andere Projekte. Aber auch nach 1945 tat sich bei der Dieselentwicklung nicht viel, wenn man davon absieht, dass auch andere Hersteller wie Fiat und Peugeot Dieselautos vorstellten. Alle hatten sie indirekte Einspritzungen mit Vor- oder Wirbelkammern und Einspritzdrücken von etwa 100 bar, die allmählich bis 400 bar wuchsen. Zwar liefen an verschiedenen Stellen Versuche mit direkter Einspritzung, doch befriedigten sie nicht. VW stieß erst 1976 zu den Herstellern von Dieselmotoren und hat mit dem flinken und sparsamen Diesel-Golf dem Selbstzünder den entscheidenden Schub heraus aus der Taxifahrerecke verpasst. Bereits ein Jahr vorher hatte die Entwicklung der Direkteinspritzung bei VW und Audi begonnen, die 14 Jahre dauern sollte, bis Audi 1989 den Fünfzylinder mit direkter Einspritzung, Turbolader und Ladeluftkühler vorstellte.

Mit Reihenpumpe von Bosch: Der Motor des Mercedes 260 D

Der Motor machte einen fürchterlichen Krach

Elsbett ist zu nennen, der vor 40 Jahren kleine Dieselmotoren nach dem M-Verfahren der MAN mit direkter Einspritzung zu bauen begann. Aber das war eine Sackgasse. Fiat hatte schon ein Jahr vor Audi im Croma einen Diesel eingebaut, der sich vor allem durch unerträglichen Lärm auszeichnete und schnell wieder verschwand. Das tat auch der erste 1,7-Liter-Vierzylinder-Diesel von Audi, den Pich und van Basshuysen Ende 1978 dem VW-Vorstand in Wolfsburg vorstellten. Da der Motor beim Kaltstart einen fürchterlichen Krach machte, musste ihn ein Mechaniker bis zur Vorstellung auf dem Werksgelände herumfahren, sonst wäre der Diesel mit direkter Einspritzung vielleicht schon vor seiner Geburt gestorben. Der Grund für den lärmenden Lauf war die fehlende Voreinspritzung, die Bosch erst danach anbieten konnte. Eine leichte Geburt hatte die direkte Einspritzung nicht, das sollte auch Mercedes einige Jahre später bei der Einführung der Common Rail erleben.

Entscheidend für den Erfolg der direkten Einspritzung war der Druck, der von Anfang an mehr als 1000 bar betragen musste. Bosch schaffte das zunächst mit der Verteiler-Einspritzpumpe, bis VW zur Pumpedüse wechselte, die Drücke von 2000 bar lieferte. Mit der Pumpedüse gelang es VW, die Abgasgrenzwerte der Euro 4 zu unterbieten, als die Euro 3 noch nicht in Kraft getreten war. Nach rund 15 Millionen Pumpedüse-Dieseln fand jedoch auch in Wolfsburg der Wechsel zur Common Rail statt. Die hatte Bosch auf Druck von Mercedes nach einer Idee von Fiat entwickelt – und sah sich gezwungen, gleich drei Systeme nebeneinander zu fertigen: Verteilerpumpe, Pumpedüse und Common Rail. Aber diese Zeit ist vorbei, heute dominiert die Common Rail uneingeschränkt. Aber auch sie durchlief einen schwierigen Weg. Mit einem Druck von 1350 bar gestartet, schaffte sie schließlich 1600, dann 1800 bar und heute 2000. Das nächste Ziel sind 2200 bar, danach 2500. Im Gegensatz zu Verteilerpumpe und Pumpedüse erfolgt die Steuerung des Einspritzzeitpunkts der Common Rail rein elektronisch und unabhängig von der Stellung der Kurbelwelle, wobei jeder Zylinder einzeln angesteuert wird.

Jetzt soll der Diesel auch die Vereinigten Staaten erobern

Das Anheben der Düsennadel erfolgte hydraulisch, wenn ein Magnetventil den Durchgang zum Hochdruckspeicher öffnete. Da Magnetventile am Anfang ziemlich langsam arbeiteten, war es mit der Kraftstoffzumessung je Arbeitsspiel nicht weit her. Das änderte sich, als Siemens im Jahr 2000 anstelle des Magneten ein Piezoventil einführte, das viermal schneller arbeitete. Der Piezoaktor saß zunächst wie der Magnet oben auf dem Injektor, bis Bosch und Siemens kleine Piezopakete hatten, die im Injektorgehäuse näher an die Düsennadel heranrückten. Diese Bauweise ist heute die Regel, wobei inzwischen auch die Magnete wesentlich schneller sind und keineswegs vom Piezo verdrängt wurden. Nachteilig bei beiden ist, dass die Einspritzung in Impulsen erfolgt. Erst im nächsten Schritt wird es gelingen, die Düsennadel mechanisch anzuheben und so die vom Motor benötigte Einspritzmenge kontinuierlich einzuspritzen. Über diese Siemens-Entwicklung haben wir ausführlich berichtet.

Inzwischen hat sich der Diesel im Personenwagen auf breiter Front durchgesetzt. Nach Europa folgten Japan und Korea, deren Diesel stetig besser werden. Nun steht er vor der Aufgabe, die Vereinigten Staaten zu erobern. Hier haben Mercedes-Benz und der VW-Konzern Pionierarbeit geleistet. Jetzt schrumpft auch im Land der unbegrenzten Möglichkeit die Aversion gegen den Selbstzünder, zumal sich herausstellt, dass ein Dieselauto „fast nichts braucht“. Denn trotz der stetig reduzierten Schadstoffgrenzwerte ist der Diesel immer noch rund 30 Prozent sparsamer als der Benziner. Das wird so bleiben, denn schon laufen auf den Prüfständen die Motoren für die Schadstoffgrenzwerte der Euro 6. Und die werden nochmals sparsamer arbeiten als die heutigen. Das hat nichts mit der Konkurrenz durch das politisch gewollte Elektroauto zu tun, das weder heute noch in absehbarer Zeit bei Reichweite, Gewicht und Preis dem Diesel Paroli bieten können wird.

Quelle: F.A.Z.
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