Boot Düsseldorf – Hightech auf dem Wasser: Die neuen mtu-Schiffsmotoren 2000 CR

• Intelligentes Motorkonzept
• Common Rail-Einspritzsystem mit Akkumulator-Injektoren
• Neues, leistungsfähiges Turbolader-System
• Neue Motorelektronik "ADEC" (Advanced Diesel Engine Control)

Düsseldorf. Die neuen mtu-Schiffsmotoren 2000 CR setzen für Schiffsmotoren ihrer Leistungsklasse neue Standards. Durch die Verwendung modernster Technologien sind sie kleiner, leichter, leistungstärker, sparsamer und sauberer als ihre Vorgängerbaureihe 2000. Neu beziehungsweise weiter entwickelt wurden sowohl das Grundkonzept wie auch die Schlüsseltechnologien Aufladung, Einspritzung und Elektronik. Die Verwendung des Common-Rail-Einspritzsystems verleiht der Baureihe den Namen 2000 CR.

Intelligentes Motorkonzept

Die 2000 CR-Motoren haben ein sehr geringes Leistungsgewicht (1,99 kg/kW - 1,48 kg/PS). Möglich wurde dies unter anderem durch eine noch höhere Zylinderleistung und durch den konsequenten Einsatz von Leichtmetall. Eine große Rolle spielen auch die Gewichtsoptimierung von Bauteilen und der modulare Aufbau des Motors. An etlichen Stellen sind bei den 2000 CR-Motoren mehrere Funktionen in ein- und demselben Bauteil integriert. Dadurch wird Gewicht reduziert und Platz gespart. Ein Beispiel dafür ist das Motor-V, das zusammen mit der Außenwand des darüberliegenden Ladeluftkühlers die Führung für den Ladeluftstrom bildet, der von den Turboladern kommend dem Ladeluftkühler zugeführt wird. Möglich wurde eine solche Konstruktion, weil ein Common Rail-Einspritzsystem verwendet wird, und der Platz im V des Motors (90 Grad) deshalb nicht durch Einspritzpumpen belegt ist.

Mit dem freien Motor-V konnte auch das Kurbelgehäuse neu gestaltet werden. Dazu gehört zum Beispiel, dass die im V-Winkel angeordneten Wasserzu- und Rücklaufkanäle als kastenförmige Bauteile konstruiert wurden, die die Zylinderwände festigen und die Zylinderbänke gegeneinander abstützen. Dies stabilisiert die Zylinderbänke, senkt die Laufbuchsenverformung und damit Kolbenring- und den Laufbuchsenverschleiß.

Common Rail-Einspritzsystem mit Akkumulator-Injektoren

Die mtu verwendet bei ihren Motoren seit 1996 sehr erfolgreich die leistungsfähige Common Rail-Einspritzung. Diese Technologie hat sich im Automobil-Sektor mittlerweile zum Standard entwickelt, und wird seit neuestem auch von Wettbewerbern im Off-Highway-Bereich eingesetzt. Aufgrund unserer guten Erfahrungen mit diesem System hat mtu beim 2000 CR wiederum ein Common Rail-System verwendet, jedoch in einer weiter entwickelten Version, bei der die Injektoren an der Oberseite einen Akkumulator tragen.

Die eigentliche Speicher-Funktion wird also nicht mehr wie früher von der gemeinsamen Leitung ("Common Rail") erfüllt, sondern von Einzelspeichern in den Zylinderköpfen. Dies verhindert Druckschwingungen in der Kraftstoffleitung und damit eine kurzzeitige Unter- bzw. Überversorgung der Injektoren mit Kraftstoff. Der Druck (max. 1800 bar) bleibt im gesamten System nahezu konstant. Zudem konnten so die Kraftstoffleitungen kleiner und in Standardausführung einwandig ausgelegt werden. Die Kraftstoffleitung liegt im Inneren des Ladeluftrohrs und bekommt so eine zweite Wandung.

Das Common Rail-System der Baureihe 2000 CR ist mit diversen Sicherheitseinrichtungen ausgestattet. Ein Überdruckventil im Verteiler senkt im Bedarfsfall den maximalen Systemdruck und schützt somit die übrigen Hochdruckkomponenten vor Überbelastung. Mit dem abgesenkten Systemdruck kann der Motor sicher bis zum nächstmöglichen Service im Teillast betrieben werden.

Die Injektoren werden durch 2/2-Wege-Ventile betätigt, die durch die Motorelektronik angesteuert werden. Die Steuerspannung beträgt dabei bis zu 42 Volt. Das Steuerventil wurde sehr nah an die Düsennadel gelegt, damit nur gerine Verzüge zwischen Ventilöffnen und Düsennadelöffnen vorliegen. Diese Ausführung besitzt damit das Potenzial für Mehrfacheinspritzung, ohne dass konstruktive Änderungen an der Steuereinheit vorgenommen werden müssten.

Neues, leistungsfähiges Turbolader-System

Die 2000 CR-Motoren sind mit einem leistungsfähigen Turboladersystem ausgestattet, bei dem zwei (bei 8V- und 10V-Versionen) beziehungsweise drei Turbolader (bei 12V- und 16V-Verionen) verwendet werden. Dabei läuft bei niedrigen Drehzahlen stets nur ein Lader, der zweite beziehungsweise dritte Lader wird erst bei höheren Drehzahlen elektronisch zugeschaltet. Diese Registeraufladung sorgt für einen kräftigen Ladeluftstrom und damit für eine unmittelbar ansprechende und starke Beschleunigung des Motors über das gesamte Kennfeld hinweg. Verstärkt wird die Effizienz des Ladersystems durch die Integration des Ladeluftkühlers in das Motor-V, weil dies den Weg des Ladeluftstroms verkürzt.

Die Turbolader ZR 125 wurden bei mtu selbst entwickelt und werden auch im Unternehmen selbst hergestellt. Sie bauen bei einer maximalen Drehzahl von 85.000 min-1 einen Ladedruck von maximal vier bar auf, ein Druck, der bei Motoren dieser Größe sonst nur von aufwändigen zweistufigen Ladesystemen erreicht wird. Das Verdichterrad besteht aus Aluminium, was sich aufgrund des geringen Gewichts positiv auf das Beschleunigungsverhalten der Turbolader auswirkt. Untergebracht sind die Verdichterräder der Lader in einem wassergekühlten Trägergehäuse, was die Oberflächentemperaturen unter dem durch die SOLAS-Regelung (Safety of Life at Sea) vorgeschriebenen Niveau von 220 Grad Celsius hält.

Neue Motorelektronik "ADEC" (Advanced Diesel Engine Control)

Eine weitere wesentliche Neuerung der Baureihe 2000 CR ist die neue Generation des mtu-eigenen elektronischen Motormanagementsystems "ADEC" (Advanced Diesel Engine Control). Während der Entwicklung der Geräte wurde von Anfang an der Dieselmotor als integraler Bestandteil der Antriebsanlage gesehen, was darin resultiert, dass die Integration des Motors in den Antriebsstrang leicht zu handhaben ist. Dazu wurde außer dem Motorregler auch ein Anlageninterface entwickelt, welches den Werften eine Vielzahl an Fähigkeiten und Vorteilen bietet. Der Regler wurde deutlich robuster als bisherige Geräte aufgebaut, so dass er noch besser an die rauen Bedingungen am Motor angepasst ist.

Bei der Entwicklung des Motormanagementsystems wurden als wesentliche Eigenschaften eine leicht programmierbare Anlagenschnittstelle und eine flexibel nutzbare Funktionalität in das Anlageninterface integriert. Der Motorregler enthält jetzt deutlich weniger kunden- und anlagenschnittstellenspezifischen Einstellungen als beim Vorgänger-Modell. Die Varianten für die unterschiedlichen Anwendungen werden über das Anlageninterface eingespeist. Durch den Einsatz einer handelsüblichen Compact-Flash-Karte im Anlageninterface ist eine einfache Programmierung der Anlagenschnittstelle möglich.

Eine Ethernet-Schnittstelle eröffnet die Möglichkeit der Ferndiagnose des Motormanagementsystems via Internet und macht ein optimiertes Flottenmanagement möglich, weil verschiedene Motor- und Anlagendaten auch per Fernabfrage ausgelesen werden können. Aber auch im Servicefall wird die Handhabung durch ein innovatives Datenhaltungs- und Fehlersuchkonzept erleichtert. Ein Update erfolgt automatisch über das Anlageninterface. Sollte der Motorregler einmal ausgetauscht werden müssen, können die Daten des Motormanagementsystems, zum Beispiel Motoreinstellung, Motorbetriebsstunden und andere "Lebens"-Daten des Motors, auf einen neuen Motorregler kopiert werden, ohne dass ein zusätzliches Servicewerkzeug dazu notwendig ist.

Technische Daten der neuen 2000 CR-Motoren

Zylinderzahl	8, 10, 12 und 16
Motorleistung für Yachten und schnelle Schiffe (je nach Zylindervariante)	895, 1120, 1344, 1792 kW /1200, 1500, 1800, 2400 PS
Zylinderleistung	112 kW (150 PS)
V-Winkel	90 Grad
Bohrung / Hub	135 mm/ 156 mm
Hubraum pro Zylinder	2,23 Liter
Leerlaufdrehzahl	600 min-1
Maximale Drehzahl	2450 min-1
Aufladung	Einstufige Registeraufladung mit zwei bzw. drei Turboladern, Ladeluftkühlung, Verdichterräder wassergekühlt
Einspritzung	Common Rail mit in den Injektoren integrierten Einzelspeichern
Kühlsystem	Mischkreislauf
Ventilsteuerung	Vierventil-Technik mit einer zentral angeordneten Nockenwelle
Zylinderabschaltung	Optional, elektronisch gesteuert