Großmotoren werden immer weiter optimiert

Gas-Wasserstoff-Gemische sowie reiner Wasserstoff bieten viel Potenzial für Großmotoren, da sie kohlenstoffbasierte Kraftstoffe ersetzen und eine hohe Energieeffizienz erreichen können. Eines der größten Hindernisse bei der Kommerzialisierung dieser Kraftstoffe ist der Mangel an Einblassystemen für Gas und Wasserstoff. ITAZ und DUAP haben zusammen solche Injektoren entwickelt, unter besonderer Berücksichtigung von kurzen Einblaszeiten für Lastmengen und Leerlaufvolumina.

Größere Schiffe und stationäre Stromerzeugung sind nach wie vor auf Verbrennungsmotoren angewiesen. AVL hat an einem Versuchsmotor drei verschiedene Kraftstoffe - Diesel, Erdgas und Wasserstoff - jeweils mit einem spezifischen Gemischbildungs- und Verbrennungssystem gefahren und auf ihre CO 2-Minderungspotenziale untersucht. Bei dem Aggregat handelte es sich um einen Einzylindermotor mit 175 mm Bohrung, entwickelt für einen effektiven Mitteldruck von 35 bar und einen maximalen Zylinderspitzendruck von 330 bar.

Die Zustandsüberwachung von Zylinderlaufbuchsen kann Funktionsstörungen und Ausfallzeiten von Großmotoren vermeiden helfen. Die optische Bewertung des aktuellen Verschleißzustands der Buchse ist derzeit allerdings ein komplexer, zeitintensiver, teurer und destruktiver Vorgang. Das Large Engines Competence Center (LEC), die Universität Innsbruck und Innio Jenbacher wollen die Verschleißbewertung mithilfe von Computer-Vision-Methoden vereinfachen.

Die zunehmende Verbreitung von flüssigem Erdgas als Kraftstoff für Großmotoren stellt das zugehörige Sicherheitskonzept vor neue Herausforderungen. Unverbranntes Methan kann über Blow-by-Effekte in das Kurbelgehäuse gelangen und sich bis über die untere Explosionsgrenze ansammeln. Schaller Automation hat in Kooperation mit der Universität des Saarlandes ein Sensorsystem zur selektiven Messung von Methankonzentrationen entwickelt und erweitert diese Technologie perspektivisch um die selektive Wasserstoffmessung.

Der Übergang zu CO 2-neutralen Antrieben in der Seeschiffahrt erfordert den Ausstieg aus der Nutzung fossiler Brennstoffe. Methanol könnte ein geeigneter umweltfreundlicher Kraftstoff sein, aber dessen eingeschränkte Selbstzündungseigenschaften stellen neue Anforderungen an Motoren mit Selbstzündung. Die Technische Universität von Dänemark (DTU) verwendet einen vielseitigen Forschungsmotor, um die Eigenschaften der Methanolverbrennung in einem Motor mit Selbstzündung und normalem Verdichtungsverhältnis zu untersuchen. Zur Erleichterung der Selbstzündung und zur Beibehaltung des Mono-Fuel-Konzepts wird ein alkoholisches Kraftstoffadditiv als Zündbeschleuniger verwendet.

E-Fuels können als Drop-in-Fuels oder Retrofit-Lösungen genutzt werden, um Bestandsaggregate klimafreundlicher zu betreiben. Im Rahmen des Verbundprojekts "ISystem4EFuels" konnte FVTR gemeinsam mit der Universität Rostock nachweisen, dass paraffinisches HVO und - mit geringen Motoranpassungen - OME-Blends als Drop-in-Fuels schon kurzfristig für weniger Schadstoffausstoß bei Bestandsmotoren sorgen können.

Großmotoren werden zur Senkung der Treibhausgasemissionen zunehmend auf den Betrieb mit synthetischen Kraftstoffen umgestellt. Wasserstoff, Methanol und Ammoniak sind aussichtsreiche Kandidaten, unterscheiden sich jedoch in ihren Eigenschaften teilweise deutlich von Erdgas und Diesel. ABB Turbocharging hat untersucht, in welcher Form die Aufladung davon betroffen ist und inwieweit sie in den Motorkonzepten eine unterstützende Rolle spielen kann.

This paper describes a methodology for the design and dimensioning of a hybridized powertrain for heavy-duty vehicles. It is based on a two-stage approach in which a suitable hybrid configuration is first found by pure simulation with the aid of a genetic algorithm and then a multi-criterial optimization is carried out on the Engine-in-the-Loop test bench with the inclusion of DoE.

Durch kurbelwinkelaufgelöste Reibuntersuchungen am Floating-Liner-Versuchsmotor und detaillierte Messungen konnte die Universität Hannover das tribologische Potenzial von ausgewählten Mikrostrukturen in Zylinderlaufbahnen aufzeigen. Die Übertragung der Mikrostrukturen auf die größeren Motoren der MTU Baureihe 4000 reduziert deren Gesamtmotorreibung um 5 % und mindert ihre Ölemissionen um 20 %.

There is great interest in incorporating methanol fuel across a variety of energy and transportation sectors for many reasons, including increased regional availability, potential to use renewable fuel production pathways, and lower fuel costs compared to petroleum-derived fuels. This chapter describes a method of integrating methanol into a traditional diesel engine architecture, allowing the engine to operate on 100% methanol fuel while maintaining high torque and efficiency.

Die Dekarbonisierung erfordert von modernen Energieerzeugungsanlagen eine hohe Effizienz. Durch fortlaufende Entwicklung erreichen Diesel- und Gasmotoren für Powerplant- und Marineanwendung von MAN Energy Solutions Wirkungsgrade von mehr als 50 % bei gleichzeitig niedrigen Abgasemissionen. Weitere Wirkungsgradsteigerungen lassen sich durch die Nutzung der Abgasenergie mithilfe von Powerturbinen realisieren. Die Powerturbine kann an allen MAN-Großmotoren eingesetzt werden, ob Zweitakt- oder Viertakt-, Diesel- oder -Gasmotor.

Schaeffler is inventing a new electromechanical, discretely switchable valve lift system for commercial vehicle applications: the Schaeffler eRocker Arm System. This modular valve train system can be integrated easily in existing engine setups regardless of the camshaft position and number. It can support exhaust aftertreatment by rapid heat-up and efficient thermal management at extended low load operation. To meet future emission legislations, Schaeffler and IAV investigated various thermodynamic strategies via GT Power on a 12.2 l inline six-cylinder heavy duty engine. 

Ob in Schiffen, Land- und Baumaschinen oder bei der Energieerzeugung - Verbrennungsmotoren bleiben auch mittel- und langfristig eine wichtige Säule der Industrie. Nach aktuellem Stand ist davon auszugehen, dass sie auch noch zum Einsatz kommen werden, wenn die heutigen Diesel- und Ottomotoren im Pkw durch alternative Antriebe abgelöst worden sind. Wir zeigen Trends, die die Entwicklung von Großmotoren bestimmen.

Der Verbrennungs- und insbesondere der Dieselmotor wird von manchen heute schon als Auslaufmodell betrachtet. Als Alternative gelten insbesondere Elektroantriebe, die von Batterien oder auch Brennstoffzellen mit Strom versorgt werden. Eine solche Sichtweise greift jedoch - etwa mit Blick auf die Schifffahrt - zu kurz, in der heutige Batterietechnologien rein physikalisch lediglich eine Ergänzung, jedoch keine Alternative zum klassischen Verbrennungsmotoren darstellen können.

Immer höhere Einspritzdrücke können Verschleißerscheinungen hervorrufen und dafür sorgen, dass Injektoren die üblichen Standzeiten nicht mehr erreichen. Ein düsennaher Drucksensor kann die Injektorfunktion überwachen und dessen Zustand nach außen kommunizieren. Woodward L'Orange hat einen solchen intelligenten Injektor entwickelt und arbeitet bereits an der weiteren Vernetzung mit anderen Motorkomponenten, dem Gesamtmotorsystem und der Cloud.

Seit dem Beginn der Entwicklung werden Motoren unterschiedlichster Größe und Ausführung eingesetzt. In diesem Abschnitt wird erläutert, was sich hinter dem Begriff Großdieselmotoren verbirgt.

Der Gasmotor besitzt eine ebenso lange Historie wie der Verbrennungsmotor selbst, da der von Jean Joseph Étienne Lenoir entwickelte und mit Gas betriebene Motor aus dem Jahr 1860 allgemein als die erste Verbrennungskraftmaschine (VKM) angesehen wird und damit die verbrennungsmotorische Entwicklung einleitete (Zacharias 2001). Gasmotoren erlebten seither eine wechselvolle Geschichte, spielen aber heute aufgrund der begrenzten Erdölressourcen, der Entwicklung der Kraftstoffpreise und der ausgezeichneten Umweltverträglichkeit eine zunehmende Rolle für die stationäre Energieerzeugung sowie den Antrieb von Schiffen und Fahrzeugen.