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Dieselmotor und Ottomotor im Vergleich

Unterschiede zwischen Otto- und Dieselmotor

Die Verbrennung

Der wesentliche Unterschied zwischen einem Otto- und einem Dieselmotor liegt in der Art der Verbrennung. Beim Ottomotor wird das zündfähige Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet und durch Fremdzündung (Zündkerze) gezündet. Bei einem Dieselmotor wird die Luft so hoch verdichtet, dass sich der eingespritzte Kraftstoff nach der Vermischung mit der heißen Luft durch Selbstzündung entzündet.

 

Durch diese unterschiedlichen Verfahren ergeben sich Unterschiede im Wirkungsgrad: Im hochverdichteten Dieselmotor ist bei gleicher Wärmemenge - ganz allgemein gesagt - die umgewandelte mechanische Arbeit größer als im weniger hoch verdichteten Ottomotor.
Die vergleichsweise geringeren Verluste bei der Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Arbeit beim Dieselmotor kennzeichnen einen günstigeren Wirkungsgrad gegenüber dem Ottomotor.  

Der richtige korrespondierende Kraftstoff

Diese beiden unterschiedlichen Verbrennungsverfahren wirken sich natürlich auch auf den zu verwendenden Kraftstoff aus. Beim Ottomotor soll sich der Kraftstoff nicht frühzeitig selbst, sondern erst nach der Verdichtung durch den Funken der Zündkerze entzünden. Daher muss sich der Kraftstoff einer Selbstentzündung möglichst lange widersetzen, er muss also eine gute Klopffestigkeit (ROZ und MOZ) aufweisen.

Anders dagegen beim Diesel. Hier wird die Luft verdichtet, die sich dabei stark erwärmt. In die heiße, verdichtete Luft wird dann der Dieselkraftstoff eingespritzt, der sich dabei möglichst schnell und vollständig von alleine entzünden soll. Er muss somit eine sehr gute Selbstentzündung zeigen. Das Maß für diese Zündwilligkeit ist die Cetanzahl. Je höher sie ist, um so zündwilliger ist der Dieselkraftstoff.


Beim Kraftstoffverbrauch ergeben sich Vorteile für den Dieselmotor, da dieser mit Luftüberschuss arbeitet und somit weniger Kraftstoff verbraucht. Zudem arbeitet der Dieselmotor drosselfrei und somit mit wesentlich geringeren Ladungswechselverlusten.
 

Gleichraum- oder Gleichdruckprozess?

Das Gemisch aus Ottokraftstoff und Verbrennungsluft verbrennt im Ottomotor explosionsartig; die entsprechenden Spitzen in Druck und Temperatur übersteigen die Ausgangswerte um das Drei- bis Vierfache, ohne dass die Zylinderbewegung dem so schnell folgen kann. Man spricht in diesem Fall daher von einer Gleichraumverbrennung. 

 

Anders dagegen die Verhältnisse im Dieselmotor: Zwar gibt es auch hier mit Einsatz der Selbstzündung einen schnellen Druckanstieg, jedoch mit deutlich geringeren Raten als beim Otto-Verfahren. Dafür hält während der Abwärtsbewegung dieser Verbrennungsdruck aber noch länger an, weil der Dieselkraftstoff – gemessen an Zeitabläufen im Ottomotor – nur allmählich zugegeben und deutlich „langsamer“ verbrannt wird. Beim Diesel-Verfahren spricht man deshalb auch von der Gleichdruckverbrennung.


Dieselmotoren zeichnen sich neben einem besseren Wirkungsgrad deshalb auch durch eine gleichmäßigere Leistungsentfaltung aus.

 

Aufgrund dieser Unterscheidung hat Rudolf Diesel übrigens seinen Motor immer in Konkurrenz zur Dampfmaschine und nicht zum Ottomotor gesehen. Solange nämlich Dampf in den Zylinder strömt, herrscht dort ebenfalls annähernd konstanter Druck. Verbesserungswürdig erschien Diesel vor allem die verlustreiche externe Wärmeerzeugung, die es deshalb in den Zylinder selbst zu verlegen galt.   

 

Ganz exakt gibt die Unterscheidung zwischen Gleichraum- und Gleichdruck-Verbrennung freilich die Verhältnisse in der Realität nicht wieder, sie ist eher eine theoretische Betrachtung. Diesels Vision, Kraftstoff in einem Zylinder bei konstantem Druck zu verbrennen, ist bis heute weitgehende Theorie geblieben. 

 

Gerade moderne, schnell laufende Pkw-Dieselmotoren beginnen ihre Verbrennung oft mit steilem Druckanstieg. Und damit nähern sie sich in ihrer Charakteristik schon stark der des Benzinmotors an. Unterm Strich aber sind die Verbrennungsdrücke im Dieselmotor höher als im Ottomotor, was auch die etwas massiveren Motorblöcke und schwereren Bauteile erklärt.  

 

Nachfolgende Tabelle gibt einen Vergleich.  

  Dieselmotor Ottomotor

Zündung

Selbstzündung

Fremdzündung

Verdichtungsverhältnis

18-23

8-12

Verdichtungsenddruck bar

30-100

12-60

Verdichtungsend-temperatur  °C

700-900

400-600

Verbrennungs-höchstdruck bar

65-180 (220)

40-120

Effektiver Wirkungsgrad  %

33-37 Kammermotoren 35-45 Direkteinspritzer

26-37

max. Abgastemperatur °C

500-800

700-1000

Maximale Drehzahl in Umdrehungen/min

4500

7000

Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen

hoch

niedrig

Gasförmige Rohemission

niedrig

hoch

Partikel-Emission

hoch

niedrig

Gemeinsamkeiten zwischen Otto- und Dieselmotor

Im Hinblick auf das Arbeitsverfahren unterscheiden sich Otto- und Dieselmotoren kaum. Beide gehorchen in ihrer weit überwiegenden Mehrheit dem Viertaktverfahren, wo die eigentliche Energieumsetzung lediglich im dritten, dem Arbeitstakt, vollzogen wird. Dies hat zur Folge,dass auch der eigentliche mechanische Aufbau des Motors wesentliche Parallelen aufweist.
Der Diesel als „Zweitakter“
Der Diesel als Zweitakter
Auch der Diesel lässt sich allerdings als Zweitakter betreiben. Wegen des unvollständigen Gaswechsels und der daraus resultierenden Füllungsverluste beschränken sich heute Anwendungen etwa auf stationäre Großmotoren, auf Schiffsdiesel- oder im anderen Extrem auf Kleinstmotoren für den Modellbau.