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28.11.2017 | Offhighway | Nachricht | Onlineartikel

Herausforderungen bei Großmotoren

Autor:
Andreas Fuchs

Der Wirkungsgrad sowie die gesetzlichen Anforderungen bezüglich Abgasemissionen sind nach wie vor die Treiber in der Heavy-Duty-Motorenindustrie. Das Motto "Effizienz und Emissionen" der 12. Internationalen MTZ-Fachtagung Heavy-Duty-, On- und Off-Highway-Motoren, die heute und morgen (28. und 29. November 2017) in Augsburg stattfindet, spiegelt diese Herausforderungen wider.

Daneben gibt es weitere branchenspezifische Treiber. So zeigte Dr. Christian Poensgen von MAN Diesel & Turbo SE in seinem Keynote-Vortrag unter anderem die Herausforderungen für die Hersteller von stationären Motoren für den Bereich Power Generation und Schiffsmotoren auf. So unterliegt die Motorenentwicklung bei MAN in diesem Jahrzehnt einer Zeit des starken Strukturwandels bei den Kunden und der Regularien. Dadurch waren die letzten Jahre geprägt von der Umstellung und Neuentwicklung von Motoren auf Gas und Dual-Fuel-Fähigkeiten. 

Das Produkt-Portfolio von MAN wurde hierfür im unteren Bereich (1- bis 4-MW-Klasse) um einen 5-l-Highspeed-Motor erweitert. Gleichzeitig erfolgte die Umstellung aller Motoren auf die NOx-Vorgaben der IMO von Tier II auf Tier III. Hierfür wurden SCR-Lösungen entwickelt, welche sowohl hinter dem Motor als auch zwischen den Turbinen bei einer 2-stufigen Aufladung oder vor der Turbine der Turbolader bei 2-Takt-Motoren eingesetzt werden können. 

Hybridisierung als kommende Herausforderung 

Die parallel erfolgte Umstellung von PLD-Einspritzsystemen zu CR-Systemen erlaubte es, Motoren wesentlich effizienter zu gestalten, die Regeneration der Abgasnachbehandlung zu unterstützen und durch Systemintegration des konventionellen Antriebsstranges wesentliche Kraftstoffverbrauchsvorteile zu erzielen. Auch für die Zukunft prognostizierte Dr. Poensgen weitere Herausforderungen für die Motorenhersteller, wie zum Beispiel durch die Hybridisierung der Antriebstränge, die unbemannte Schifffahrt sowie Kraftstoffumstellungen im Rahmen der IMO-Schwefelgrenzwerte.

Dr. Udo Schlemmer-Kelling von FEV Europe GmbH ging im anschließenden ersten Tagungsblock "Mittelschnellläufer" in seinem Vortrag "Agenda 2030 – Mega Trends in the Large Bore Marine Engine Business" ebenfalls auf die Herausforderungen im Schiffsbereich ein. Waren bis zum Jahr 2000 im Marinegeschäft die wesentlichen Treiber bei der Entwicklung von Großmotoren die Zuverlässigkeit der Anlage, die Anschaffungs- und Betriebskosten sowie die Wartungsfreundlichkeit, kam ab dem neuen Jahrtausend ein weiterer Schwerpunkt hinzu: die Emissionsminderung, die schrittweise verschärft wird. 

Immer schärfere Emissionsgrenzwerte

So sind seit 2016 NOx-Grenzwerte von 2 g/kWh vorgeschrieben. Und auch die SOx-Emission wird 2020 auf 5000 ppm begrenzt. Für CO2 wird ein EEDI-Index für die Gesamtanlage aus dem Kraftstoffverbrauch berechnet. Er ist für die verschiedenen Schiffstypen unterschiedlich und wird alle 5 Jahre um 10 % gesenkt. Durch diese Maßnahmen sind seit 2015 die Grenzwerte für einige Komponenten so niedrig, dass sie motorintern nicht mehr erfüllbar sind und für Dieselmotoren ein Abgasnachbehandlungssystem notwendig wurde. Als Folge steigen Anschaffungs- und Betriebskosten. "Auf Grund des immensen Kostendrucks werden die meisten Betreiber daher immer die kostengünstigste Lösung bevorzugen, die die momentan gültigen Gesetze gerade eben erfüllen", sagte Dr. Schlemmer-Kelling. Das scheint aus heutiger Sicht ein Kraftstoff auf Mineralölbasis zu sein. "Es gibt zwar einige Bereiche, in denen gasförmige Kraftstoffe eine sinnvolle Alternative darstellen. Sie werden aber vermutlich nicht zum Mainstream werden", so das Fazit von Dr. Schlemmer-Kelling.

Der zweite Tagungsblock widmete sich dann in drei Vorträgen neuen Heavy-Duty-Motoren für die Kraftstoffarten Diesel, LNG und Wasserstoff. Falko Arnold von MAN Truck & Bus stellte einen auf dem D3876 basierenden neuen Offroad-Motor vor. Gerade im Offroad-Bereich mit der geringen Anzahl von Maschinen ist eine kosteneffiziente Entwicklung unerlässlich. Aus diesem Grund werden Lösungen aus dem Straßenverkehr oftmals auf mobile Maschinen übertragen. Mit dem D3876 hat MAN einen Reihensechszylinder für schwere Nutzfahrzeuge, landwirtschaftliche Anwendungen und Baumaschinen entwickelt. Während der grundlegende Antriebsstrang und die Einspritzung für On- und Offroad-Versionen identisch sind, unterscheiden sich die Turboaufladung, Verbrennung und Elektronik sowie Abgasnachbehandlung je nach Applikation, wie Falko Arnold in seinem Vortrag aufzeigte. Der neue Motor wird im Leistungsbereich von 415 kW bis 485 kW (564 bis 660 PS) angeboten, bietet ein Drehmoment von bis zu 3100 Nm und erfüllt EU Stage IV und US Tier 4 final. 

Den ausführlichen Tagungsbericht lesen Sie in der MTZ 3/2018, die am 9. Februar 2018 erscheint.

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