Hintergrund: Motoren der Baureihe 4000: Leistungsstark und emissionsarm

• Programme für Neulokomotiven und Remotorisierung
• Niedrige Emissionswerte durch Common-Rail-Einspritzung
• Elektronisches Motormanagement

In der Bahnbranche wurden mtu-Motoren der Serie 4000 erstmals 1997 in Lokomotiven eingebaut. Bis heute wurden 200 Motoren dieser Baureihe für Schienenfahrzeuge ausgeliefert, weitere 550 bestellt. 4000er-Motoren werden mittlerweile von elf Bahnbetreibern eingesetzt. Die Deutsche Bahn AG, einer der wichtigsten Kunden für die Baureihe 4000, ist bereits dabei, ihre V290-Rangierloks mit 1000 kW starken 8V-Motoren und ihre V218-Streckenloks mit 2000 kW starken 16-Zylinder-Motoren zu remotorisieren. Ein weiterer Hauptkunde von mtu sind die Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB), die siebzig 16V-Motoren der Serie 4000 bestellt haben. Sie werden für die neue Streckenlok der Baureihe Rh 2016 "Hercules" geliefert.

Programme für Neulokomotiven und Remotorisierung

Die Motoren der Baureihe 4000 werden gegenwärtig sowohl für Lokomotiven-Neubauten als auch für Remotorisierungen eingesetzt. Neue Loks mit 4000er-Motoren sind z.B. die Rh2016-Modelle der Österreichischen Bundesbahnen. 70 dieselelektrische "Hercules"-Loks, die bei Siemens Transportation Systems gebaut werden, sind mit 16V-4000-Motoren auszurüsten (2000 kW). mtu liefert für das Antriebssystem der Loks komplette Drehstromeinheiten, die aus Motor, Drehstromgenerator und Überwachungs-/Steuergerät bestehen. Die Lokomotiven erreichen 140 km/h und werden im grenzüberschreitenden Personen- und Güterverkehr eingesetzt. Motoren der Baureihe 4000 werden zukünftig auch in Hongkong in Lokomotiven dieses Typs zum Einsatz kommen. Auch bei der französischen SNCF sind die ersten 4000er-Motoren derzeit erfolgreich in Betrieb.

Da der Umbau vorhandener Lokomotiven kostengünstiger als der Kauf von neuen sein kann, sind Remotorisierungen älterer Loks häufiger als Lok-Neubauten. Ältere Loks können mit 4000er Motoren auf den technischen Stand von neuen Loks gebracht werden. Der Einbau eines neuen Triebwerks in eine alte Lok erfordert allerdings mehr als bloße Motortechnik. Hier ist auch die Eignung des Systems und das technische Know-how wichtig, das normalerweise vom Hersteller der Lokomotive kommt. Dabei sind alle Komponenten in ein Gesamtsystem zu integrieren, also z.B. Motor, Drehstromgenerator oder Getriebe, Kühl-, Abgas- und Schalldämpfersystem. mtu ist in der Lage, dieses technische Know-how einschließlich einer flexiblen Überwachungs- und Steuerelektronik zu liefern, mit der sich sämtliche Komponenten in ein umfassendes Antriebssystem integrieren lassen. Die Elektronik ist zudem so flexibel, dass andere periphere Systeme der Lokomotive problemlos eingebunden werden können.

Niedrige Emissionswerte durch Common-Rail-Einspritzung

Die gesetzlichen Bestimmungen für Emissionen werden künftig von großer Bedeutung sein. Es versteht sich von selbst, dass alle Motoren der Baureihe 4000 - auch die neue 20 Zylinder-Version - sämtliche derzeit in der Bahnbranche geltenden Emissionsvorschriften erfüllen. Zu diesen Bestimmungen zählt z.B. die ERRI 2000 / UIC 1-Norm, in der Emissionsgrenzwerte für Stickstoffoxide (NOx) und Kohlenwasserstoffe (HC) definiert sind. Der neue 20V 4000 hält bereits die Grenzwerte nach UIC 2 ein, die ab 2003 in Kraft treten. Viele der von der Deutschen Bahn bestellten 4000er Motoren erfüllen nicht nur die Anforderungen von ERRI 2003 / UIC 2, sondern unterschreiten sogar die dort festgelegten Werte bereits heute um 20 Prozent. Die mtu bereitet sich auf noch strengere Richtlinien vor und entwickelt gerade Technologien, um die Emissionen ihrer Motoren bei noch geringerem Kraftstoffverbrauch weiter zu optimieren.

Das Common-Rail-Einspritzsystem zählt zu den wichtigen Technologien, die für niedrige Abgaswerte bei Motoren der Baureihe 4000 sorgen. Dieses System ermöglicht Einspritzdrücke bis 1400 bar. Die Einspritzung wird dabei ausschließlich von der Elektronik und unabhängig von der Nockenwelle gesteuert, sodass sich alle Einspritzparameter, die die Kraftstoff-Verbrennung beeinflussen, unabhängig voneinander steuern lassen. Dazu gehören beispielsweise Variablen wie Zeitpunkt, Dauer und Verlauf der Einspritzung sowie der Einspritzdruck. Daraus ergibt sich ein entscheidender Vorteil in Bezug auf die Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen - und nicht nur bei einer bestimmten Drehzahl, sondern auch über die gesamte Leistungskurve des Motors. Das System wirkt sich auch günstig auf die Geräusch- und Schwingungspegel des Motors aus, die im Leerlauf und bei mittleren Geschwindigkeiten beträchtlich geringer sind als bei konventionellen Systemen.

mtu hat mit ihrer Tochtergesellschaft L'Orange GmbH einen eigenen Lieferanten für Einspritzsysteme. Beide Unternehmen entwickelten das Common-Rail-System für die Baureihe 4000, das aus einer Hochdruckpumpe, doppelwandigen Leitungen und Hochdruck-Einspritzdüsen besteht. Diese Komponenten werden alle von L'Orange hergestellt.

Elektronisches Motormanagement

Bestandteil aller Motoren der Baureihe 4000 ist das elektronische Motormanagement MDEC (mtu Diesel Engine Control). MDEC ermöglicht die präzise Überwachung und Steuerung aller Motorfunktionen und -parameter, verfügt über die Grundfunktionen für ein Trend- und Diagnosesystem und eröffnet außerdem die Möglichkeit, den Motor mittels Ferndiagnose zu kontrollieren. Dabei werden alle für den Zustand des laufenden Motors wichtigen Daten - z.B. Drehzahl, Einspritzmenge, Temperatur- und Druckmesswerte - am Steuerpult des Lokführes angezeigt und können direkt von einer zentralen Wartungsanlage des Bahnbetreibers abgerufen werden. Die Übertragung erfolgt über Funkmodem und das mobile Bahn-Kommunikationsnetz. Dadurch können die Wartungsarbeiten geplant und Ersatzteile wie Werkzeuge vorbereitet werden, während die Lokomotive noch im regulären Betrieb fährt. MDEC ist auch mit einem Sicherheitssystem ausgestattet, das automatisch reagiert, falls ein Teil des Motors nicht funktioniert. Die Motorelektronik drosselt bei etwaigen Problemen die Motorleistung und sorgt bei kritischen Zuständen dafür, dass der Motor komplett gestoppt wird. Der Lokführer kann die Lokomotive daher bedienen, ohne ständig auf den Motor achten zu müssen.