Modern und ausgereift: Der MAN D26 für Yachten und Arbeitsboote
Aufgrund des weitgefächerten Einsatzgebietes des D26-Grundmotors in den vielfältigen Anwendungen konnte für die unteren Marine-Leistungen größtenteils auf sehr gut erprobte und im Serieneinsatz erfolgreiche Komponenten zurückgegriffen werden. Zur Realisierung der höheren Leistungen wurden die verbrennungsrelevanten Komponenten gezielt optimiert. Die Dauererprobungen hierfür wurden sowohl am Prüfstand als auch in Feldversuchen überwiegend mit der höchsten Motorleistung durchgeführt. Durch das im Folgenden beschriebene Gleichteilekonzept sind diese Erkenntnisse so auch auf die marinespezifischen Komponenten der unteren Leistungen übertragbar.
Im Leistungsbereich bis 412 kW konnte mit der Kombination von Turbolader und Nockenwelle das Atkinson-Verfahren für die Heavy-duty-Motoren und das Miller-Verfahren für den Medium-duty-Motor zum Einsatz gebracht werden. Beide Verfahren reduzieren das effektive Verdichtungsverhältnis im Zylinder. Während sich mit steigender Drehzahl das Zeitintervall für die Zylinderfüllung stark verkürzt, bleibt die Gasgeschwindigkeit im Vergleich relativ konstant. Dadurch wird das maximale effektive Verdichtungsverhältnis unter Berücksichtigung der Gasdynamik mit immer späteren „Einlass schließt“-Zeitpunkten erreicht, die ein weiteres Nachströmen der Verbrennungsluft ermöglichen. Hieraus ergibt sich ein gegenläufiges Wirkverhalten von Miller- und Atkinson-Verfahren über der Drehzahl. Im unteren Drehzahlbereich senken die Atkinson-Steuerzeiten das effektive Verdichtungsverhältnis mehr ab als bei hohen Drehzahlen. Die Miller-Steuerzeiten wirken genau entgegengesetzt (siehe Abb. 3). Bei extremen Miller-Steuerzeiten müssten außerdem immer stärkere Drosselverluste hingenommen werden [3], die durch kurze Ventilhübe verursacht werden.
Durch das Absenken des effektiven Verdichtungsverhältnisses und der Auslagerung der Verdichtungsarbeit auf den Turbolader kann die Verbrennungstemperatur abgesenkt werden, wenn der Ladeluftkühler ausreichend dimensioniert ist [4] und die resultierenden höheren Verdichterendtemperaturen abkühlen kann. Durch den einheitlichen, für 588 kW ausgelegten Ladeluftkühler, wird trotz Miller- und Atkinson-Verfahren eine Ladelufttemperatur von ca. 38°C selbst bei 32°C Seewassertemperatur erreicht. Die Absenkung der Brennraumtemperatur bewirkt wiederum eine Reduktion der thermisch gebildeten Stickoxide. Hierdurch konnten in Verbindung mit einer intelligenten Einspritzstrategie die Verbrauchswerte signifikant reduziert werden.
Injektor und Stahlkolben stammen bei diesen Leistungen, wie erwähnt, aus dem Fahrzeugmotor. Beim Injektor konnte so auf eine bereits erprobte und abgestimmte Einspritzdüsengeometrie zurückgegriffen werden. Der robuste Stahlkolben ist ideal geeignet den hohen Laufzeit- und Lastkollektivanforderungen im schweren Marinebetrieb zu entsprechen.
Ab 478 kW Motorleistung wird eine füllungsoptimierte Nockenwelle verwendet, die zusammen mit dem Turbolader den hohen Luftumsatz gewährleistet. Zur Vermeidung von langen Einspritzdauern und hohen Abgastemperaturen wurde der Nenndurchfluss des Injektors für die hohen Leistungen um ca. 30% angehoben. Die Anpassung der Kolben an die höheren thermischen Anforderungen umfasste das Schliffbild und die Muldengeometrie (siehe Abb. 1).
Zur Optimierung der Verbrennung wurden die Turbolader beider Ausstattungsvarianten speziell für den D26-Marinemotor neu entwickelt und umfassend validiert.
Insbesondere im Arbeitsbootsbereich ist es notwendig, Motoren klassifiziert anzubieten. Hierbei gilt es Vorschriften diverser Schiffsklassifikationsgesellschaften (z.B. DNV-GL) zu erfüllen, so dass die Motoren in klassifizierten Schiffen eingesetzt werden können. Neben Redundanzen in den E/E-Systemen und der Sensorik gehören dazu u.a. umschaltbare Filtereinheiten für Kraftstoff und Öl, doppelwandige Einspritzleitungen sowie ein gekapseltes Rail. Insbesondere im Kraftstoffbereich muss auf Kunststoff- und Aluminiumwerkstoffe verzichtet werden. Durch die Berücksichtigung dieser Anforderungen von Beginn an konnte die Bauteilvarianz minimiert und die erforderlichen Maßnahmen mit wenigen Neuteilen motorfest realisiert werden (siehe Abb. 4).
In einigen Schiffstypen ist eine Kühlanlage im Schiffsrumpf integriert, die auch für die Motorkühlung genutzt wird. Diese Variante, die sog. Außenhautkühlung, bei der der motorfeste Wärmetauscher entfällt, ist für alle Leistungsvarianten vorgesehen. Auch die Ladeluftkühlung erfolgt dabei mit der Schiffskühlanlage in einem geschlossenen Kreislauf, für den die sonst im offenen Kreislauf eingesetzte Seewasserpumpe genutzt wird.
Als Nebenabtriebe stehen ein separater Anschluss für Hydraulikpumpen (z. B. für Strahlruder) und eine Kraftabnahmemöglichkeit über die Kurbelwelle (z. B. für Löschpumpen) zur Verfügung. Darüber hinaus werden dem Kunden weitere Sonderausstattungen angeboten. Hierzu gehören u. a. Fahrhebel und Fahrhebelsteuerung, verschiedene Displays, ein zweiter Generator und eine Ölabsaug- und -befüllpumpe. Zur idealen Anpassung an die Einbauhöhe und die Schräglagenanforderungen verschiedener Schiffe wurden zwei Ölwannenvarianten entwickelt.
Das Zusammenspiel aller Komponenten in der Praxis wurde frühzeitig weltweit an Bord verschiedener Schiffstypen erprobt, um so die unterschiedlichen Einflüsse aus den verschiedensten Betriebsbedingungen (Klima, Kraftstoffqualitäten, Lastprofile, etc.) zu validieren und Kundenerfahrungen in die Entwicklung einfließen zu lassen (siehe Abb. 5).