INTERVIEW

"Der Entwicklungsschwerpunkt liegt auf hoher Zünddruckfähigkeit"

Die Hersteller von Industriemotoren müssen bei ihren Entwicklungen viele, teilweise konträre Anforderungen berücksichtigen, wie geringes Emissionsniveau, hohe Wirtschaftlichkeit, große Zuverlässigkeit und hohe Motorleistung. Die MTZ fragte Otto Schnitzer, bei MAN Bus & Truck Leiter des Entwicklungsbereichs External Engines im Bereich Engineering Engines, welche Richtung sein Unternehmen bei der Motorentwicklung künftig einschlagen wird.

Relativ geringe Stückzahlen, immer höhere Entwicklungs- und Produktkosten durch höhere Emissionsanforderungen: Wie können die Kosten für Industriemotoren künftig bezahlbar gehalten werden?
Das kann nur durch Nutzung von Synergien funktionieren. Bei MAN haben wir durch unsere Lkw und Busse eine hervorragende Basis durch unsere Großserientechnologien. Diese Basis übertragen wir auf die Industriemotoren. Das ist der große Schlüssel, um die Produktkosten in den Griff zu bekommen, den Entwicklungsaufwand bezahlbar zu halten und die Lebensdauerstabilität sicherzustellen.

Was sind auf technischer Ebene Kernkompetenzen, die MAN nicht aus der Hand gibt?
Das ist auf jeden Fall die Auslegung des Triebwerks, also der Grundmotor. Dabei setzen wir den Entwicklungsschwerpunkt auf eine hohe Zünddruckfähigkeit, denn für künftige Emissionsziele sind hohe Zünddrücke unabdingbar. Unsere Eigenfertigung beschränken wir auf diese Kernbauteile, die anderen Komponenten kaufen wir zu. Dafür gehen wir strategische Partnerschaften im Zulieferbereich ein. Beim Common-Rail-Einspritzsystem beispielsweise arbeiten wir mit Bosch zusammen. Auch für die Aufladung müssen wir entsprechende Turbolader zur Verfügung haben. Hier profitieren wir von Lieferantenbeziehungen, die wir über die Nfz-Motoren knüpfen.

Für Großmotoren haben Sie Turbolader-Knowhow im Hause. Warum kaufen Sie dann zu?
Im Hause stellen wir Turbolader speziell für Mittelschnellläufer und Langsamläufer her. Diese Ladergrößen und -bauformen lassen sich nicht ohne Weiteres auf kleinere Motoren übertragen. Wegen der Baugröße sind wir bei Schnellläufern auf Radialverdichter fokussiert, obwohl andere Laderarten thermodynamisch gesehen Effizienter wären. Auch liegen die Stückzahlen in ganz anderen Dimensionen. Aber natürlich tauschen wir uns mit den Augsburger Kollegen aus, was thermodynamische Betrachtungen angeht.

Wohin werden sich die Zünddrücke künftig entwickeln?
Wir haben unser gesamtes Motorprogramm für 200 bar Zünddruck entwickelt. Unsere Erwartung ist, dass wir künftig 20 bis 25 Prozent addieren müssen, sodass wir bei Neuentwicklungen auf rund 250 bar kommen.

Ist das Kurbelgehäuse dann für einfache Applikationen nicht überdimensioniert?
Wenn wir beispielsweise bei Yachtmotoren den Zünddruck benötigen, um eine hohe Leistung darzustellen, können wir das Potenzial bei anderen Applikationen mit niedrigerer Leistung zur Erhöhung der Lebensdauer nutzen. Das hat sich bei unserem neuen V-Motor gezeigt, den wir zusammen mit Liebherr konstruiert haben. Als Yachtmotor erzeugt er sehr hohe Leistung, in der Version für Maschinen von Liebherr ist er auf sehr hohe Lebensdauer ausgelegt.

Wie sieht der Motor der Zukunft aus Emissionssicht aus?
Wir stellen fest, dass sich die Selektive Katalytische Reduktion (SCR) für derzeitig anstehende Emissionsregularien sehr gut eignet. SCR wird immer mehr akzeptiert, weil die Versorgung mit dem Reduktionsmittel AdBlue nicht mehr kritisch gesehen wird. Daher favorisieren wir heute die SCR zur Abgasnachbehandlung. Der Vorteil ist, dass wir den Grundmotor nahezu unverändert übernehmen und mit dem SCRSystem als Anbaulösung die Emissionsziele sicherstellen können. Wir können damit unterschiedliche Motorapplikationen für verschiedene Emissionsanforderungen einfacher darstellen. Auch hat das System eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Schwefel im Kraftstoff als die Abgasrückführung. Das macht SCR zu einer robusten Lösung, wenn AdBlue verfügbar ist. Zudem wird über die Gesetzgebung künftig sichergestellt, dass der NOx-Ausstoß der Motoren elektronisch kontrolliert wird.

Und die Abgasrückführung?
Abgasrückführung (AGR) setzen wir überall dort ein, wo der Kunde keinen zusätzlichen Betriebsstoff wünscht. Das geht aber nur mit der Randbedingung, dass der Schwefelgehalt im Kraftstoff nicht zu hoch ist. Beispielsweise sind im Bahnbereich in Europa die Kraftstoff- und Ölqualitäten abgesichert, da kann man solche Lösungen anstreben. Eine weitere Bedingung ist, dass der Kunde die erforderliche Kühlleistung bereitstellen kann. Das ist nicht selbstverständlich, weil viele Geräte bauraumseitig limitiert sind. Bei der AGR benötigen wir zudem für hohe Mitteldrücke einen Turbolader mit variabler Turbinengeometrie oder sogar eine zweistufige Aufladung. Das ist eine weitere Komplikation für die AGR. In Summe sehen wir das SCR-System als die einfachere Lösung.

Das klingt so, als ob die AGR komplett verschwinden wird?
Nein, sie wird ihre Rolle verändern. Sie wird nicht mehr das alleinige Mittel zum Erreichen von Emissionszielen sein, weil der Aufwand auf der Aufladeseite enorm hoch wird, um wettbewerbsfähige Kraftstoffverbräuche zu realisieren. Um den NOx-Emissionskorridor sicher zu erreichen, wird man zusätzlich immer eine SCR-Komponente wählen. Die Frage ist dann, wie das Gesamtsystem gestaltet wird, also wie viele Emissionen durch die AGR vermieden und wie viele mittels SCR reduziert werden. Ein guter Kompromiss ist, die AGR so abzustimmen, dass man mit vernünftigem Aufladeaufwand und nicht allzu hohen Einspritzdrücken auskommt, und dann mit 80 bis 90 Prozent SCR-Konvertierungsrate zu arbeiten.

Was ist mit Partikelfiltern?
Wo gefordert, werden wir Partikelfilter anbieten. MAN hat umfangreiche Erfahrungen mit Partikelfiltern, beispielsweise für Stadtbusse. Bei Industriemotoren sehe ich Partikelfilter, wenn es um die reine Erfüllung von Emissionsgrenzwerten geht, aber nicht als erforderlich an. Da ist die
innermotorische Vermeidung von Partikeln der bessere Weg.

Wohin werden sich die Einspritzdrücke entwickeln?
Beim Common-Rail-System haben wir heute bis zu 1800 bar Einspritzdruck. Wir untersuchen Systeme mit über 2000 bis 2500 bar. Bei hohen AGR-Raten ist das sehr wichtig, bei einem SCR-System ist der Einfluss des Einspritzdrucks geringer. Daher ist die Frage, mit welchen Emissionskomponenten ein Motor aufgebaut wird. Ich gehe von einer Kombination aus AGR und SCR aus, sodass wir mit einem Raildruck von 2000 bis 2200 bar sehr gut zurechtkommen. Unter Umständen werden wir Motorvarianten sehen, für die wir 2500 bar benötigen, aber ich sehe keinen deutlichen Schritt hin zu 3000 bar.

Wird sich die zweistufige Aufladung durchsetzen?
Zweistufige Aufladungen sind im Industriebereich nur erforderlich, wenn sehr hohe Leistungen und sehr hohe Mitteldrücke umgesetzt werden sollen, beispielsweise bei Yachtmotoren - hier haben wir 28 bar Mitteldruck. Die zweistufige Aufladung ermöglicht in diesem Fall geringe Kraftstoffverbräuche und einen guten Drehmomentverlauf. Bei Agrar- oder Bahnanwendungen mit 20 bar Mitteldruck ist dagegen die einstufige Aufladung ausreichend. Zudem schauen wir uns Lader mit variabler Turbinengeometrie an. Damit ließe sich die Teilevarianz reduzieren und die Beschleunigungsfähigkeit verbessern. Der Hauptvorteil eines VTG-Laders ist, AGR-Raten über die VTG-Funktion steuern zu können. Dieser Vorteil kommt allerdings nur dort zum Tragen, wo hohe AGR-Raten notwendig sind.

Wie wollen Sie die Effizienz der Motoren trotz weiterer Emissionsreduzierung künftig steigern?
Beim Kraftstoffverbrauch kommt wieder die Zünddruckfähigkeit unserer Motoren zum Tragen. Je höher der Zünddruck ist, desto besser ist der Kraftstoffverbrauch bei ansonsten gleichen Randbedingungen. Die Verbrennung kann früher beginnen, dadurch wird sie effizienter. Konstruktiv versuchen wir, Gleiteingriffe möglichst zu vermeiden und so Reibung zu reduzieren. Und wir beschäftigen uns mit Beschichtungen wie DLC (Diamond like Carbon). Bei den Nebenaggregaten setzen wir, wenn es sinnvoll ist, bedarfsgerecht gesteuerte Systeme ein. Ein weiteres Thema ist Leichtbau am Motor.

Läuft Leichtbau dann nicht konträr zum Thema Zünddruckfähigkeit?
Nein, da wir hochwertige Materialien auswählen. Für das Kurbelgehäuse setzen wir beispielsweise Gusseisen mit Vermiculargraphit (GJV) ein, um trotz Leichtbau eine höhere Belastbarkeit zu erreichen. Mit diesem Werkstoff können wir die Bauteile deutlich filigraner gestalten. Zudem nutzen wir Simulationen und Festigkeitsberechnungen. Damit haben wir einen deutlichen Schritt nach vorn gemacht: Aufgrund solcher Ansätze sowie dem Einsatz von Aluminium statt Eisenguss haben wir beim Motor der Baureihe D20/D26 gegenüber dem Vorgängermotor trotz höherer Leistung, mehr Drehmoment und größerer Zünddruckfähigkeit zehn Prozent Gewicht einsparen können.

Herr Schnitzer, herzlichen Dank für dieses Gespräch.

(Foto: Uli Regenscheit)

Autor(en): Richard Backhaus