"Mit der Elektronik steht der Dieselmotor am Anfang einer großartigen Weiterentwicklung"

Der Motor muss als Herz eines Nutzfahrzeuges höchsten Anforderungen genügen. DaimlerChrysler arbeitet ständig an der Entwicklung des Dieselmotors, heute unter verstärktem Druck gesetzlicher Rahmenbedingungen. Die MTZ sprach mit Professor Michael Schittler, Vice President Product Engineering On-Highway Engines, DaimlerChrysler Powersystems, über die aktuellen Herausforderungen.

Auf der zweiten Commercial Powertrain Conference von AVL im April referierten Sie über die Abgasgesetzgebung. Bringen künftige Rahmenbedingungen im 80. Jahr des Dieselmotors im Lkw das Ende der Entwicklung?
Noch lange nicht, wir arbeiten intensiv an der Weiterentwicklung unter verschärften Rahmenbedingungen, um die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit und damit den Kundennutzen weiter zu verbessern. Das Ziel war und bleibt dabei immer, den Motor als Bestandteil des Lastwagens zu betrachten und den Charakter als "Nutz"-Fahrzeug zu wahren.



Der Transporteur verlangt hohe Wirtschaftlichkeit. Wie löst der Motorenbauer die Zielkonflikte?
Zunächst möchte ich sagen, dass unser Ziel der Kundennutzen ist, die Erfüllung der Abgasgrenzwerte ist die Randbedingung. Und der Kundennutzen ist ja in unserem Geschäft relativ einfach zu definieren, er setzt sich zusammen aus den beiden Faktoren Life Cycle Costs und Transportleistung. Dazu muss der Motor niedriges Gewicht zu Gunsten hoher Nutzlast haben, geringer Bedarf an Bauraum begünstigt das Ladevolumen. Das ist ein Grund, warum wir V-Motoren bauen. Diese finden als V6- und V8-Motoren auch im kurzen Fahrerhaus Platz, sodass der Aufbau ab Fahrerhausrückwand nutzbar ist. Die Transportgeschwindigkeit soll hoch sein, wozu eine Motorbremse mit hoher Bremsleistung zunehmende Bedeutung gewinnt.
Die andere Seite sind die je nach Fahrzeugeinsatz unterschiedlichen Life Cycle Costs. Bei einer Sattelzugmaschine im Fernverkehr halten sich Personal- und Kraftstoffkosten mit je rund 30 Prozent die Waage, beim Verteilerfahrzeug dagegen dominieren die Personalkosten mit etwa 71 Prozent bei Kraftstoffkosten von nur 6 Prozent. Die Anschaffungskosten mit knapp 15 Prozent sind beim schweren Fernverkehrsfahrzeug nur halb so relevant wie der Verbrauch, während sie im leichten Verteilerverkehr kräftig zu Buche schlagen. Das ist es also, was wir im Rahmen des Kundennutzens zu berücksichtigen haben, und bis jetzt gelang es uns recht gut, alle Erwartungen der Kunden unter einen Hut zu bringen – und das im Rahmen der verschärften Abgasbedingungen. Aus dem Verbrauchs- und Geschwindigkeitsverlauf bei früheren Testfahrten der Zeitschrift "lastauto omnibus" geht hervor, dass nach Einführung von Euro 2 (1995/96) das erreichte niedrige Niveau des Verbrauchs bis heute etwa konstant gehalten wird. Es ist uns also gelungen, trotz Euro 3 weiter einen hohen Kundennutzen zu bieten. Mit der Herausforderung für die nächste Motorengeneration durch Euro 4 und Euro 5 müssen wir so umgehen, dass vor allem der Kraftstoffverbrauch konstant gehalten oder sogar vermindert wird.

Reicht das Instrumentarium aus Hochdruckeinspritzung, Aufladung und elektronischem Motormanagement künftig ohne außermotorische Maßnahmen aus?
Vor achtzig Jahren und danach waren die Einspritzung und die Gemischbildung im Zylinder das Problem und lösten bis heute als Folge gesetzlicher Rahmenbedingungen intensive Entwicklung aus. Das Instrumentarium wuchs im Lauf der Jahrzehnte an. Nun gibt es in unserem Haus den Ansatz, die Abgasnachbehandlung hinzuzufügen und die Stickoxide nachmotorisch zu reduzieren, um die Verbrennung im Zylinder hinsichtlich niedrigsten Verbrauchs und minimaler Partikelbildung zu optimieren. Für Europa fiel die Entscheidung, das SCR-Verfahren mit Einspritzung von wässriger Harnstofflösung zu wählen, da es als Einziges erlaubt, die verschärften Vorschriften mit gleichzeitiger Verbrauchsminderung zu erfüllen. Die Alternative wäre die Abgasrückführung mit dem Nachteil einer erhöhten Partikelbildung und dem Einsatz eines Partikelfilters. Nachdem das SCR-Verfahren die Partikel um 30 Prozent reduziert, heißt das unterm Strich, dass wir die erhöhten Forderungen nach Euro 4 und Euro 5 erfüllen werden, sogar verbunden mit einer Verbrauchsreduzierung, allerdings mit einer erheblichen Kostensteigerung.
Ein wesentlicher Grund für unsere Entscheidung für die SCR-Technologie ist der in Osteuropa höhere Schwefelgehalt des Dieselkraftstoffs, der zu einer erhöhten Partikelbildung, verstärkter Regeneration und in der Folge zu einer Zerstörung des Partikelfilters führen kann. Wenn dagegen vorübergehend kein Harnstoff für den SCR-Filter nachgefüllt werden kann, wird das System nicht beeinträchtigt.

Ist die Abgasrückführung eine Alternative zum SCR-Verfahren?
Wenn wir Europa betrachten, dann ist es ganz klar, dass wir ohne Abgasrückführung arbeiten werden, wir haben das sorgfältig überlegt. Wenn Sie die Gesamtkosten dieser beiden Lösungen nehmen, SCR auf der einen Seite und AGR mit Partikelfilter auf der anderen Seite, dann zeigt sich, dass beide Systeme zu Stückkosten in gleicher Größenordnung führen. Wenn Sie aber rechnen, dass nach unserer Schätzung ein Verbrauchsvorteil von sechs Prozent besteht, dann schlägt das Pendel eindeutig zur SCR-Lösung aus. In den USA dagegen führen wir jetzt mit dem Modelljahr 2004 die AGR ein, aus zwei Gründen: In den USA besteht bis jetzt keine Bereitschaft, das beim SCR-Verfahren notwendige Reduktionsmittel einzusetzen, wir kämpfen noch darum. Auf der anderen Seite ist die verlangte Partikelminderung noch so moderat, dass vorläufig auf das Partikelfilter verzichtet werden kann. Derzeit haben wir außer den europäischen und USA-Standards auch die japanischen zu berücksichtigen.

Beginnt nun die Konstruktion eines Motors gegenüber der wachsenden Bedeutung der Peripherie und der Elektronik unbedeutend zu werden?
Natürlich wird die Elektronik weiter an Bedeutung zunehmen, das heißt aber keineswegs, dass der Grundmotor dadurch weniger wichtig wird. Allein die künftig notwendigen höheren Zünddrücke erfordern ja konstruktive Veränderungen. Der Kunde verlangt in Zukunft neben besserem Verbrauch auch längere Lebensdauer, zum Beispiel werden in den USA künftig 1,92 Millionen km als Laufleistung gefordert. Außerdem müssen wir uns bemühen, die gesamten Kosten der neuen Technologie zu reduzieren, indem wir alle Möglichkeiten im Motor konstruktiv ausschöpfen.

Führte die Einführung von Euro 3 zu kürzeren Ölwechselintervallen?
Mit unseren heutigen Motoren haben wir bei ihrer Einführung mit Euro 2 einen Quantensprung gemacht, in dem wir die Ölwechselintervalle für Fahrzeuge im Fernverkehr verdoppeln konnten, im Durchschnitt erreichten wir 100.000 km. Als wir diese Motoren auf Euro 3 umstellten, war das zunächst eine Erschwernis, denn die geänderte Verbrennung belastet das Öl stärker. Wir waren aber stolz, durch entsprechende Veränderungen des Verbrennungsablaufs die zuvor erreichten Intervalle aufrecht erhalten zu können, zumindest bei Verwendung der von uns empfohlenen Motoröle.

Spielt das Verhältnis Kolbenhub/Zylinderbohrung bei allen diesen Überlegungen eine Rolle?
Wir haben in dieser Hinsicht umfangreiche Versuche gemacht. Bei den Motoren, an denen wir arbeiten, achten wir auf ein optimales Hub-Bohrungsverhältnis. In Anbetracht der auf 1800/min reduzierten Nenndrehzahl sind heute längere Hübe möglich, ohne die mittlere Kolbengeschwindigkeit übermäßig zu steigern.

Erforderten gesetzliche Vorgaben den Ersatz der Baureihen 300 (Reihenmotoren) und 400 (V-Motoren) durch neue Modelle?
Wir haben während der Gültigkeit von Euro 2 ab 1996 die neuen Baureihen 900 und 500 eingeführt, ohne dass diese Grenzwertstufe dies erfordert hätte. Unsere Absicht war es, trotz der durch die zukünftige Abgasgesetzgebung weiter verschärften Rahmenbedingungen den Kundennutzen zu erhöhen. Es ist uns zum Beispiel gelungen, mit unserem integriertem vollelektronischen Einspritzsystem bei wesentlich erhöhtem Einspritzdruck deutlich kostengünstiger zu werden. Außerdem erreichen wir mit sechs Zylindern bei der Reihe 500 (V-Motoren) weitgehend dieselben Leistungen wie vorher mit acht Zylindern, ebenso bei der Reihe 900 (Reihenmotoren) mit vier statt früher mit sechs Zylindern. Der Grund war also, die neuen Abgasbedingungen mit höherer Leistung, besserem Verbrauch und niedrigeren Kosten zu verbinden.

Ist der Anteil des im Zylinder mitverbrannten Motoröls an den Emissionen optimierbar?
Für das US-Modelljahr 2007 liegt der Partikelgrenzwert in der Größenordnung der Partikel aus dem Ölverbrauch, das heißt, wir brauchen dann einen Partikelfilter. Das bedeutet nicht, dass wir uns nicht mehr um den Ölverbrauch kümmern müssen, im Gegenteil, wir müssen uns nicht nur bemühen, die Partikelemissionen insgesamt zu reduzieren, sondern auch den Ölverbrauch, weil die Asche aus den Additiven zu Verstopfungen im Partikelfilter führt. Die Mineralölindustrie entwickelt daher aschearme Motoröle.

Welches Aufladeverfahren wird künftig favorisiert?
Vor allem, wenn wir Abgasrückführung brauchen, müssen wir stärker aufladen. Auch wenn wir einen Teil des Abgases zurücksaugen, braucht der Motor zum Beispiel ein bestimmtes Lambda für seine Partikelemissionen. Das heißt, wir müssen das Ladedruckverhältnis erhöhen. Wir gehen aber ungern zu einer zweistufigen Aufladung. Zwei Turbolader in Reihe erhöhen eindeutig den Ladedruck, aber diese Lösung ist vom Einbauraum und den Kosten her nicht attraktiv. Wir arbeiten an der weiteren Optimierung der einstufigen Aufladung.

Hat der Dieselmotor jenseits von Euro 5 im schweren Lastzug noch Chancen?
Der Dieselmotor hat nach wie vor Zukunftsperspektiven. Der Grundmotor bleibt im Prinzip bestehen, seine Weiterentwicklung wird auch zu höherwertigen Gusswerkstoffen führen. Der Abgasnachbehandlung schenken wir besondere Aufmerksamkeit im Hinblick auf die zu berücksichtigende Kraftstoffqualität. Schwefelarmer Kraftstoff ist eine Voraussetzung für sichere Funktion, wobei wir in Osteuropa mit wesentlich höherem Schwefelgehalt rechnen müssen. Wir müssen da einen Kompromiss eingehen.
Für den Fernverkehrslastzug und den Reiseomnibus wird die Brennstoffzelle sicher noch lange nicht eingeführt, eine Substitution des Dieselmotors ist vorläufig nicht zu erwarten. Wir haben die Brennstoffzelle schon als Energielieferant für Verbraucher bei stehendem Fahrzeug (Auxiliary Power Unit), aber da muss sie Vorteile gegenüber einem kleinen Dieselaggregat noch beweisen.
Der Dieselmotor hat vor relativ kurzer Zeit mit der Elektronik quasi ein Gehirn bekommen, das ist vergleichbar mit dem Auftreten des homo sapiens in der Menschheitsgeschichte. Vielleicht ist das der Anfang einer großartigen Weiterentwicklung.

Herr Professor Schittler, wir danken Ihnen für dieses Gespräch.

Autor(en): Erich Hoepke

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