Tagungen, Kongresse und Symposien zum Umweltschutz an Bord von Schiffen schießen zur Zeit wie Pilze aus dem Boden. Jedes einschlägige[ds_preview] Hochschulinstitut möchte dabei sein. So gibt es besonders in diesem Jahr, neben den traditionellen Fachtagungen, eine große Zahl an Veranstaltungen, deren Thema die vom Schiffsantrieb ausgehenden Emissionen sind. Auch die diesjährige SMM steht mit der Veranstaltung »Global Maritime Environmental Congress – gmec« voll im Zeichen des Umweltschutzes.
Die bedeutendste der traditionellen Fachveranstaltungen ist der alle drei Jahre an wechselnden Orten stattfindende CIMAC Kongress, dessen Generalthema seit vielen Jahren die Weiterentwicklung der Verbrennungskraftmaschinen ist. CIMAC steht für eine weltweit aktive gemeinnützige Institution, der 27 Nationen mit ihren entsprechenden Landesorganisationen angehören, die Fachleute aus allen Bereichen der Entwicklung von Dieselmotoren, Gasmotoren und Gasturbinen in verschiedenen Arbeitsgruppen und auf den Kongressen zusammenführt. Der 26. CIMAC Kongress fand in diesem Jahr in Bergen/Norwegen statt (vgl. HANSA 2010 Nr. 7, Seite 39f.).
Zweitaktmotoren – Stand der Technik
Am Beispiel der Weiterentwicklung der langsamlaufenden Zweitaktmotoren von MAN Diesel & Turbo zeigt sich, welche Entwicklung auch der Großmotorenbau in den letzten Jahren genommen hat. Die wesentlichen Verbesserungen an den Motoren werden nur noch im Zusammenhang mit elektronisch geregelten Motoren angeboten. Zwar sind grundsätzlich noch Motoren mit mechanisch-hydraulischer Einspritzung verfügbar, doch im Hinblick auf die Abgasgrenzwerte gemäß IMO Stufe 2 haben sie keine Bedeutung mehr. Diese, wenn auch vergleichsweise niedrige Hürde, schaffen nur die Motoren mit vollelektronischer Regelung. Wie MAN auf dem CIMAC Kongress ausführte, bietet diese Technik, von einem übergeordneten Standpunkt aus gesehen, insgesamt auch die wirtschaftlichsten Lösungen. Über die davon betroffenen Motorenbaureihen ME/ME-C Mk 9 und ME-B Mk 8 und 9 des Unternehmens ist bereits im vergangenen Jahr ausführlich berichtet worden (vgl. HANSA 2009 Nr. 6, Seite 32ff. und 37f.).
Bevor die ersten Emissionsgrenzwerte im maritimen Bereich wirksam wurden, hat Mitsubishi Heavy Industries seine Zweitaktmotoren der Baureihen UEC ab Mitte der 1990er Jahre Zug um Zug auf die LSE-Technik umgestellt. Das waren unverändert Dieselmotoren mit mechanisch-hydraulischer Kraftstoffeinspritzung. Zuletzt kamen die Baureihen mit 350, 400 und 800 mm Bohrung hinzu. Um auch die Anforderungen gemäß IMO Stufe 2 zu schaffen, entwickelte das Unternehmen die sogenannten UEC Eco-Motoren. Das sind Varianten mit elektronischer Regelung und innermotorischen Maßnahmen zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte. Der erste Motor mit dieser Technik kam 2005 zum Einsatz. Für die weitere Reduzierung der Schadstoffemissionen setzt Mitsubishi voll auf die SCR-Technik, schließt jedoch Lösungen mit Wassereinspritzung auch nicht aus. Das Motorenprogramm von Wärtsilä umfasst, ausgehend von der Bohrung, gegenwärtig elf Baureihen langsamlaufender Zweitaktmotoren, mit Leistungen von 3.475 bis 80.080 kW, bei Drehzahlen zwischen 61 und 167 min-1. Sie entsprechen hinsichtlich ihrer Emissionen alle IMO Stufe 2. Wie bei MAN stand auch bei Wärtsilä die Weiterentwicklung der Motoren ganz im Zeichen der Einführung elektronischer Regelung mit den RT-flex-Motoren ab dem Jahr 2000. Bis 2008 waren alle diese Baureihen auf Common Rail Einspritztechnik und elektronische Regelung umgestellt.
Als neue Maschinen erreichten in den letzten Jahren im oberen Leistungsbereich die Motoren mit einer Bohrung von 820 mm Produktionsreife, im unteren waren es die Motoren mit 350 und 400 mm Bohrung. Während die meisten Motoren des Programms gegenwärtig mit einem Mitteldruck von 20 bar geliefert werden, hat das Unternehmen die nächste Leistungssteigerung mit einer leichten Anhebung des Mitteldrucks auf 21 bar bereits angekündigt. Abgesehen von den neuen Motoren mit einer Bohrung von 350 bzw. 400 mm, sollen die Motoren mit einer Bohrung von 500 mm als erste mit diesem Mitteldruck ausgeliefert werden. Wesentlich dazu beigetragen haben Verbesserungen hinsichtlich der Bauteiltemperaturen. Das betrifft besonders die Kühlung von Kolben und Auslassventilsitz sowie verbesserte Abgasturbolader.
Neues bei den Viertaktern
Einen völlig neuen schnellaufenden Dieselmotor, der sowohl für den Schiffsantrieb als auch für den Antrieb von Schienenfahrzeugen und stationären Anlagen zum Einsatz kommen soll, stellte das 2004 von Esmail Karimi gegründete Beratungsunternehmen Technomot Ltd. vor. Karimi und ein Teil seiner Mitarbeiter waren früher in der Motorenentwicklung von Ruston beschäftigt. Im Auftrag eines bislang ungenannten Kunden entwickelte Technomot einen Motor, dessen Hauptbauteile einfach im Hinblick auf ihre Herstellung, ihren Einsatz und den erforderlichen Service ausgeführt sind. Auf dieser Basis ist nach Aussage von Karimi ein Produkt entstanden, das niedrige Kosten sowohl bei seiner Herstellung wie in seinem Einsatz verursacht. Neben geringem Kraftstoffverbrauch, niedrigem Gewicht und geringem Raumbedarf will Technomot mit dieser Konstruktion eine NOx-Emission von nur 2 Gramm pro Kilowattstunde verwirklichen.
Die Einzelheiten: Der Auftrag lautete, eine Dieselmotorenbaureihe zu entwickeln, deren Motoren mit sechs Zylindern in Reihenbauweise und bis zu 12 Zylindern in V-Bauweise die Klassenbesten beim Kraftstoffverbrauch werden und auch für den Wechselbetrieb mit Gas als Kraftstoff geeignet sein sollten. Im Vordergrund der Kundenforderungen standen Bestleistungen bei Zuverlässigkeit, Kosten, Gewicht, Baugröße, Leistung im weitesten Sinne und Voraussetzungen zum Wertstoffkreislauf. Vorgegeben war ein Leistungsbereich von 500 bis 1250 kW bei Drehzahlen bis 1.800 min-1. Dieses Entwicklungsprojekt hat zur Zeit den Stand der Dauerläufe erreicht. Über einen Zeitpunkt der Markteinführung ist noch nichts bekannt. Zulieferer der Common Rail Hochleistungseinspritzung und elektronischen Motorregelung ist Heinzmann. Diese Produkte werden im letzten Abschnitt dieses Beitrags behandelt.
Zu den technischen Daten kann heute schon folgendes ausgesagt werden: Die uneingeschränkte Dauerleistung wird zunächst bei 92 kW pro Zylinder liegen, zeitlich eingeschränkt nach ISO 3046 werden es 100 kW sein. Bei einer Bohrung von 150 mm und einem Hub von 180 mm ergibt sich mit der maximalen Drehzahl von 1.800 min-1 eine Kolbengeschwindigkeit von 10,8 m/s. Für den Mitteldruck werden 22 bar und für den spezifischen Kraftstoffverbrauch 199 g/kWh genannt. Das Gewicht des 12-Zylinder-Motors von 3.700 kg führt zu einem Leistungsgewicht von 3,64 kg/kW. Die Abmessungen dieses Motors lassen auf eine Bauraumleistung von rund 316 kW/m3 schließen. Technomot wird auf der SMM 2010 vertreten sein.
Caterpillar Motoren stellte in Bergen die Langhubversion der MaK-Motoren vor, mit denen die Grenzwerte der IMO Stufe 2 künftig erreicht werden sollen. Am Beispiel der Baureihe VM 32 C wurde dargelegt, dass eine Hubraumvergrößerung über einen von 420 auf 460 mm verlängerten Hub möglich ist. Die dadurch, bei unveränderter Drehzahl von 750 min-1, von 10,5 auf 11,5 m/s erhöhte Kolbengeschwindigkeit erforderte zwangsläufig Veränderungen zur Verbesserung des Gaswechsels. Die Zylinderleistung beträgt unverändert 500 kW. Damit sank der Mitteldruck von 23,7 auf 21,6 bar. Erste Testergebnisse mit einem 16-Zylinder-Vollmotor bestätigten die Erwartungen. Die neuen Motoren werden zusätzlich zur Typbezeichnung die Buchstaben »LE« für »low emission« tragen.
Hyundai Heavy Industries hat seine mittelschnellaufenden Dieselmotoren der bekannten Himsen-Baureihen beginnend 2009 einer konstruktiven Überarbeitung unterzogen, die auch die Komponenten betraf. Mit fünf Baureihen (Bohrungen 170 bis 320 mm) können Leistungen von 575 bis 10.000 kW angeboten werden, wobei alle Motoren die Grenzwerte IMO Stufe 2 erfüllen. Für die weitere Entwicklung der Motoren im Hinblick auf IMO Stufe 3, geht Hyundai davon aus, Motoren für den Dieselbetrieb mit SCR-Anlagen und für den Wechselbetrieb mit Dieselkraftstoff und Gas anzubieten. Ab Anfang 2011 will das Unternehmen die zweite Generation seiner Himsen-Dieselmotoren und die bereits weiterentwickelten Motoren für den Wechselbetrieb (dual-fuel) auf den Markt bringen.
MAN Diesel & Turbo ging auf dem
CIMAC Kongress besonders auf die erfolgreiche Baureihe 32/40 (Leistungsbereich 3.000 bis 9.000 kW) und deren Weiterentwicklung zur Baureihe 32/44CR ein, deren Motoren serienmäßig mit Common Rail Einspritztechnik ausgerüstet sind. Diese Motoren bieten jetzt Leistungen von 3.360 bis 11.200 kW, nachdem die V-Motoren mit dieser Technik und eine 20-Zylinder-Variante auf dem Markt sind. Auf Basis der Baureihe 32/44 CR hat MAN auch einen Gasmotor entwickelt, der allerdings bislang nur für stationäre Anwendungen zur Verfügung steht.
Die wichtigsten technischen Daten der Baureihe 32/44 CR: Bohrung / Hub 320/440 mm, Mitteldruck 25,3 bis 26,4 bar, Kolbengeschwindigkeit bei Drehzahlen von 720/750 min-1 10,6 bzw. 11,0 m/s. Der beste spezifische Kraftstoffverbrauch wird für 85 % MCR mit 177 g/kWh angegeben. Die Common Rail Einspritztechnik dieser MAN-Motoren arbeitet mit einem Systemdruck von 1.600 bar. Die Aufladung der Motoren erfolgt einstufig mit konstantem Druck. Für die elektronische Regelung hat das Unternehmen ein eigenes System entwickelt. Um die Abgasemissionen auf die Grenzwerte von IMO Stufe 2 zu senken, mussten bei den Motoren das Miller-Verfahren und variable Ventilsteuerzeiten eingeführt werden, um gleichzeitig ein gutes Teillastverhalten sicherzustellen.
Niigata hatte bislang gleich drei verschiedene Motorenmodelle mit einer Bohrung von 280 mm im Programm. Nun kommt mit dem Produktionsbeginn und der ersten Auslieferung noch in diesem Jahr als Weiterentwicklung des 28 HX Modells ein weiteres Modell hinzu, die Baureihe 28 AHX mit Sechs-, Acht- und Neun-Zylinder-Reihenmotoren und Leistungen von 2.070 bis 3.330 kW bei Drehzahlen von 750 bzw. 800 min-1. Auch in diesem Fall waren die Emissionsgrenzwerte nicht ohne Millerverfahren und variable Ventilsteuerzeiten zu erreichen. Begonnen hat Niigata die Entwicklung dieser Baureihe mit der 6-Zylinder-Ausführung. Zur Zeit befindet sich die 9-Zylinder-Ausführung in der Erprobungsphase.
Gasmotoren
Neu- und Weiterentwicklungen von Gasmotoren bildeten wie erwartet einen besonderen Schwerpunkt der Tagung in Bergen. Allein drei japanische Motorenhersteller präsentierten Neuentwicklungen dieser Art: Kawasaki, Mitsubishi und Mitsui. Bei den großen europäischen Motorenherstellern MAN Diesel & Turbo und Wärtsilä standen bislang sogenannte Wechsel-
motoren, die wahlweise mit gasförmigen oder flüssigen Kraftstoffen betrieben werden können (dual-fuel) im Vordergrund des Interesses. Diese Motoren sind ebenso wie Gas-Ottomotoren und Gas-Dieselmotoren von bewährten Dieselmotoren abgeleitete Versionen. Vorreiter bei den Gas-Ottomotoren für den Schiffsantrieb ist Rolls-Royce (vgl. HANSA 2009 Nr. 9, Seite 36f.).
Rolls-Royce stellt seit fast drei Jahrzehnten erfolgreich Gas-Ottomotoren her. Die heutigen Schiffs-Gasmotoren des Unternehmens haben insofern eine Einzelstellung am Markt, als sie für Direktantriebe mit veränderlicher Drehzahl und veränderlicher Last geeignet sind. Ein Umweg über einen elektrischen Antrieb und damit verbundene Leistungsverluste, in der Größenordnung von 10 %, ist nicht erforderlich. Sie arbeiten mit Magergemisch-Aufladung und Fremdzündung im Ottoverfahren, wie es seit Jahrzehnten bekannt ist. Das Programm von Rolls-Royce umfasst zwei Baureihen mit Leistungen zwischen 1.460 und 3.620 kW bei Drehzahlen zwischen 720 und 1.000 min-1.
In Bergen stellte das Unternehmen seine jüngste Entwicklung vor, die Baureihe 26:33, deren Markteinführung in diesem Jahr begann. Sie umfasst Reihenmotoren mit sechs, acht und neun Zylindern und Leistungen von 1.460 bis 2.430 kW bei Drehzahlen zwischen 900 und 1.000 min-1. Der Mitteldruck beträgt 18,5 bar, die mittlere Kolbengeschwindigkeit 9,9 bzw. 11,0 m/s. Der spezifische Kraftstoffverbrauch liegt zwischen 7.450 und 7.500 kJ/kWh. Die Zahlen beziehen sich auf eine Methanzahl des verwendeten Erdgas von 70. Bessere Gasqualitäten führen zu einem verbesserten Wirkungsgrad der Motoren und damit zu entsprechenden Daten. Für die Aufladung werden Abgasturbolader von ABB mit variabler Turbinengeometrie verwendet.
Im Vergleich zur Vorläuferbaureihe wurde die Bohrung bei den neuen Motoren von 250 auf 260 mm vergrößert. Damit war unter anderem ein besseres Ansprechverhalten bei Lastwechseln zu erreichen, was besonders dem Direktantrieb zu Gute kommt. Die Motoren der Baureihe C 26:33 sind für den direkten Einmotorenantrieb von Schiffen in Verbindung mit einem Verstellpropeller ausgelegt. Ihr Lastannahmeverhalten erfüllt alle entsprechenden Bedingungen der Klassifikationsgesellschaften und sorgt bei Generatorantrieben für die notwendige Frequenzstabilität. Um einen weltweiten Einsatz der Motoren sicherzustellen, war das Verbrennungssystem auf unterschiedliche Gasqualitäten auszulegen. So sind Leistungseinbußen bei diesen Motoren erst ab der bereits genannten Methanzahl von 70 zu erwarten. Die Gas-Ottomotoren der Baureihe C 26:33 erfüllen bereits heute die Emissionsgrenzwerte gemäß IMO Stufe 3.
Die in Bergen vorgestellten Gasmotoren aus Japan und Korea stammen mit einer Ausnahme aus den letzten zehn Jahren und stehen noch am Anfang ihrer Entwicklung. Hyundai und Kawasaki haben ihre Gasmotoren bereits für den Schiffsantrieb vorgesehen. Interessanterweise handelt es sich in beiden Fällen um Gas-Ottomotoren, die prinzipiell mit demselben Verfahren arbeiten wie die Motoren von Rolls-Royce. Der Gasmotor von Mitsui entstand in Zusammenarbeit mit Daihatsu auf der Basis eines bewährten Dieselmotors von Daihatsu. Man darf gespannt sein, wie sich dieser Markt in den nächsten Jahren entwickeln wird. Vermutlich wird es spätestens 2015 hier noch mal einen starken Schub geben, kurz bevor die Grenzwerte gemäß IMO Stufe 3 am 1. Januar 2016 verbindlich werden.
Diese Vermutung wird zum Beispiel von der Tatsache gestützt, dass Caterpillar Motoren auf der 32. Informationstagung des Instituts für Schiffsbetriebsforschung in Flensburg, im Juni dieses Jahres, ein »Entwicklungsvorhaben« dazu vorstellte. Danach ist in Kiel untersucht worden, ob die MaK-Motoren für den Wechselbetrieb mit flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen weiterentwickelt werden können. Als Zielwerte wurden genannt: Senkung der Zylinderleistung um 10 % und des Mitteldrucks um rund 20 % bei unveränderter Drehzahl; unveränderter Hub aber vergrößerte Bohrung, entsprechend »der angestrebten Leistung«. Dass eine Hubraumvergrößerung nicht nur eine Leistungserhöhung bei unverändertem Mitteldruck ermöglicht, sondern unter Umständen erforderlich wird um das Lastannahmeverhalten eines Gasmotors zu verbessern, zeigt die Entwicklung bei Rolls-Royce. Wie zu hören war, könnte das Kurbelgehäuse der Basismotoren modifiziert erhalten bleiben. Da alle anderen wesentlichen Komponenten jedoch erheblich modifiziert werden müssten, entstünde praktisch ein neuer Motor.
Hyundai Heavy Industries stellte in Bergen seine neue Gasmotorenbaureihe vor, die in den letzten Jahren auf Basis der bekannten Himsen-Motoren entwickelt wurde. Ausgehend von den bewährten Dieselmotoren der Baureihe H 32/40 entstanden die Gasmotoren der Baureihe H 35/40 G mit von 320 auf 350 mm vergrößerter Bohrung. Diese Motoren sind sowohl für den stationären Antrieb von Generatoren als auch für den Schiffsantrieb vorgesehen. In Ausführungen mit sechs bis 20 Zylindern wird bei einer Zylinderleistung von 480 kW ein Leistungsbereich von 2.880 bis 9.600 kW bei Drehzahlen von 720 bzw. 750 min-1 gedeckt. Sie arbeiten mit Magergemischtechnik im Ottoverfahren und erreichen einen besten Wirkungsgrad von 47,18 %. Zur Frage, wann die Motoren auf den Markt kommen, hieß es: »in naher Zukunft« würde der erste Motor in serienmäßiger Ausführung geliefert. Unterstützt wird Hyundai bei der Entwicklung dieser Motoren von Ricardo UK Ltd. in England.
Bei Kawasaki Heavy Industries in Kobe begann die Entwicklung von Gasmotoren 2003 am Einzylindermotor. Der erste Vollmotor konnte im Mai 2007 fertiggestellt werden. Die Entwicklung ist auf eine Baureihe mit 12-, 14-, 16- und 18-Zylinder-Motoren, für einen Leistungsbereich von 500 bis 7.800 kW, ausgelegt. Für das Verbrennungssystem wurde das Ottoverfahren gewählt. Ein 18-Zylinder-Motor lief zunächst bis Ende 2008 im stationären Einsatz rund 4.000 Stunden. Umfangreiche Inspektionen der Bauteile bestätigten Anfang 2009 die Erwartungen. Inzwischen entsteht in Kobe unter Einführung von Verbesserungen der erste 12-Zylinder-Motor.
Turboladertechnik und -systeme
Eine Weiterentwicklung bei den Dieselmotoren, über die sich die meisten Fachleute einig sind, betrifft deren zweistufige Aufladung. Da diese Technik die Motoren teurer machen wird, sind die Motorenhersteller bestrebt, dafür einen Ausgleich zu schaffen, damit der Preis für das installierte Kilowatt nicht steigt. Mit der zweistufigen Aufladung muss folglich nicht nur eine Lösung für den Umweltschutz gefunden, sondern gleichzeitig eine entsprechende Leistungssteigerung, soweit es sich um vorhandene Motoren handelt, durchgeführt werden. Ein Vorteil dieser Technik besteht darin, dass zwar Turbolader nach dem neuesten Stand der Technik mit hohem Wirkungsgrad benötigt werden, aber auf extrem hohe Druckverhältnisse des einzelnen Turboladers, wie man sie in andern Fällen benötigt, verzichtet werden kann.
Wärtsilä hatte bereits auf dem CIMAC Kongress von 2007 über die Versuchsergebnisse mit zweistufiger Aufladung an einem Sechszylindermotor W 20 (Standardleistung 1.200 kW) berichtet, die recht erfolgversprechend verlaufen waren, obwohl noch keine Komponenten verwendet wurden, die einem Produktionsstandard entsprochen hätten. In diesem Jahr berichtete das Unternehmen über den nächsten Schritt, bei dem ein 20-Zylinder-Motor der Baureihe W 32 mit zweistufiger Aufladung erprobt wurde. Der Motor hat in der Standardausführung eine Leistung von 10 MW, ist zur Zeit jedoch noch nicht für den Schiffsantrieb freigegeben. In diesem Fall entsprachen die Komponenten bereits einem Produktionsstandard. Die Erprobung des Konzeptes an diesem Motor erfolgte in Zusammenarbeit mit ABB im Rahmen des von der EU geförderten Forschungsprojektes Hercules Beta. Dabei wurden alle gesetzten Ziele voll erreicht.
ABB und KBB haben in den letzten Jahren ihre neuen Abgasturbolader mit verbesserten Wirkungsgraden und erhöhten Druckverhältnissen vorgestellt. Die neuen Turbolader der Baureihe A 100 von ABB sind schon einige Zeit auf dem Markt (vgl. HANSA 2008 Nr. 8 Seite 36ff.). KBB beabsichtigt seine neue Baureihe ST 27 bis zum Jahresende 2010 zu vervollständigen und deren serienmäßige Herstellung aufzunehmen. Die Baureihe umfasst fein gestaffelt sechs verschiedene Modelle mit entsprechendem Durchsatz für Motoren mit Leistungen zwischen 300 und 4.800 kW. Alle erreichen in der Spitze ein Druckverhältnis von 5,5. Sie sind für den Betrieb der Motoren mit Gas, Dieselkraftstoff und Schweröl geeignet. Für vier der sechs Modelle liegen bereits die Zulassungen der wichtigsten Klassifikationsgesellschaften vor.
Einspritztechnik
Zu allen Maßnahmen, mit denen die Arbeitsweise der Verbrennungsmotoren verbessert und der Ausstoß von Schadstoffen verringert werden soll, gehört eine speziell dafür entwickelte Einspritztechnik. Auf diesem Gebiet ist in den letzten Jahren viel geschehen. Die Umstellung der Dieselmotoren auf die Common Rail Einspritztechnik hat nicht nur die Einspritzung selbst, sondern auch die Regelung und Überwachung der Motoren verändert, und der Elektronik – in einem zuvor nicht für möglich gehaltenen Umfang – zum Eingang in die Antriebstechnik der Schiffe verholfen. Inzwischen kommt die zweite Generation der Common Rail Technik auf den Markt. Der grundsätzliche Vorteil der Common Rail Einspritztechnik liegt in der freien Wahl des gleichmäßigen Systemdrucks während des gesamten Einspritzvorgangs, unabhängig vom Betriebspunkt eines Motors.
Zu den führenden Herstellern von Komponenten und Systemen der Einspritztechnik gehört L’Orange in Stuttgart. Das Unternehmen konnte in Bergen die zweite Generation seiner Common Rail Technik vorstellen, die auf den Motoren von Wärtsilä zum Einsatz kommen wird, die mit Schweröl gefahren werden. Begonnen hatte man 2001 mit den Motoren der Baureihe W 32, die erstmals eine Common Rail Einspritzanlage für Schwerölbetrieb erhielten. Das System war, wie L’Orange einräumt, noch recht komplex und arbeitete relativ langsam. Das neue System wird weniger komplex, hinsichtlich Funktion, Wartungsfreundlichkeit und Lebensdauer verbessert sein und sich darüber hinaus preisgünstiger herstellen lassen.
Mit den Komponenten der neuen Generation wird zum Beispiel die Funktion eines Druckspeichers vom »Rail« in das Einspritzventil verlegt. Damit ist im Grunde genommen das ursprüngliche »Common Rail« nicht mehr vorhanden. Folglich sollte man künftig in diesem Zusammenhang von einem Gleichdruckeinspritzsystem sprechen. Die neue Auslegung des hydraulischen Systems führt insofern zu Verbesserungen in der Arbeitsweise des gesamten Einspritzsystems, als damit Druckspitzen reduziert werden und am Einspritzventil ein gleichmäßigerer Druck zur Verfügung steht als beim Vorläufersystem. Damit ist auch die Beanspruchung der Bauteile, trotz des von 1.500 bar auf 1.800 bar erhöhten Systemdrucks, geringer. Ventilmagnet und Vorsteuerventil sind so nahe wie möglich am eigentlichen Einspritzventil angeordnet, um schnellstes Öffnen und Schließen der Ventilnadel zu gewährleisten.
Im Vergleich zum Common Rail System der ersten Generation konnte mit dieser Technik auch die Zahl der am Motor erforderlichen Hochdruckpumpen wesentlich verkleinert werden. Reihenpumpen von L’Orange werden künftig die bisher verwendeten Einzelpumpen ersetzen. Die beim alten System benötigten separaten Druckspeicher entfallen ebenfalls. Der wohl bedeutendste Vorteil, der mit der neuen Systemauslegung und den Komponenten der zweiten Generation bei sonst gleichen Bedingungen und Einhaltung der Grenzwerte gemäß IMO Stufe 2 erreicht wird, ist eine Kraftstoffeinsparung bis zu 3 %. Diese Einsparung wurde im Rahmen der Erprobung des Systems bereits mit Einzeleinspritzung und einem Druck von nur 1.500 bar erreicht. Insofern weist die neue Generation noch ein Potential zu weiteren Verbesserungen auf.
Neu auf dem Gebiet der Einspritztechnik ist der bekannte Hersteller von Motorreglern Heinzmann. Das Unternehmen hat in den letzten Jahren erfolgreich einen neuen Produktbereich aufgebaut und ist nun in der Lage, Komponenten und Systeme für die Common Rail Einspritztechnik von mittelschnell- und schnellaufenden Dieselmotoren zu liefern. Zur Kompetenz von Heinzmann gehören auch mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Entwicklung, Anpassung und Herstellung von digitalen elektronischen Geräten für die Einspritzung, Regelung und Überwachung von Motoren. So ist das Unternehmen in der Lage, aus einer Hand komplette Systeme einschließlich der erforderlichen Elektronik zu liefern.
Als Besonderheit sind die Hochdruckpumpen von Heinzmann alle mit Kurbelwellen und Pleuel ausgerüstet und damit weitgehend verschleißfrei, im Gegensatz zu den allgemein üblichen Pumpen mit Antrieb über eine Nockenwelle und federbelastete Stempel. In der Standardausführung für Dieselkraftstoff arbeiten sie mit einem Systemdruck bis zu 2.000 bar und in der Ausführung für Schwerölbetrieb bis zu 1.800 bar. Auch die von Heinzmann entwickelten Einspritzventile heben sich von den am Markt befindlichen Common Rail Einspritzventilen ab. Sie sind, abgesehen von einer äußerst kleinen Menge Steueröl, aufgrund ihrer besonderen Konstruktion »leckfrei«. Der Rücklaufölstrom konnte nach Angaben von Heinzmann gegenüber konventionellen Konstruktionen um 75 % verringert werden. Für Dieselmotoren sind vier verschiedene Ventilgrößen verfügbar, von denen drei für den Betrieb mit Dieselkraftstoff vorgesehen sind. Ihre Leistungsgrenzen liegen derzeit bei 130 (3 bis 4 Zylinder), 560 (bis 6 Zylinder) und 1.500 kW (bis 12 Zylinder). Das vierte Modell geht über 1.500 kW Motorleistung hinaus, ist auch für den Schwerölbetrieb und für Motoren mit bis zu 20 Zylindern geeignet. Ein fünftes Modell ist für den Einsatz bei Gas-Dieselmotoren vorgesehen.
Als erste Anwendung stellte Heinzmann in Bergen die Common Rail Technik, einschließlich der elektronischen Regel- und Überwachungstechnik, für den oben beschriebenen neuen schnellaufenden 12-Zylinder-Motor vor, der von Technomot Ltd. in Warrington entwickelt wird. Das Einspritzsystem besteht aus einer Hochdruckpumpe mit integrierter Kraftstofförderpumpe, 12 Einspritzventilen und zwei Druckspeichern für jede Zylinderbank des V-Motors. Darüber hinaus liefert Heinzmann für das Hydrauliksystem die Hochdruckleitungen sowie Strombegrenzungs- und Sicherheitsventile.
Auch auf diesem Gebiet darf man gespannt sein, welches Unternehmen bzw. welche Produkte sich durchsetzen werden, da im Leistungsbereich, den Heinzmann mit dem ersten Schritt anvisiert hat, unter anderem Bosch mit seiner Niederlassung in Österreich und das Schweizer Unternehmen DUAP tätig sind.
Hans-Jürgen Reuß
