AlsSchiffsdieselmotor bezeichnet man einenDieselmotor, der als Haupt- oderHilfsmotor auf einem Schiff dient. Baugleiche oder -ähnliche Motoren werden zudem stationär inKraftwerken auf Inseln und anderen abgelegenen Orten eingesetzt, sowie alsNotstromaggregate zum Beispiel in Krankenhäusern, Großbanken, Rechenzentren undKernkraftwerken betrieben.
Schiffsdieselmotoren gibt es in nahezu allen Größen- und Leistungsklassen. Die größten und leistungsstärksten Motoren sind in der Regel langsamlaufende Zweitaktmotoren; Viertaktmotoren werden in großen und mittleren Leistungsklassen als Mittelschnellläufer gebaut, kleine Schiffsdieselmotoren sind oft Schnellläufer.
Wie alle Dieselmotoren sind Schiffsdieselmotoren prinzipiell vielstoffgeeignet und können mit einer großen Anzahl unterschiedlicher Kraftstoffe betrieben werden. Handelsüblicher DIN-EN-590-Dieselkraftstoff ist verhältnismäßig teuer und spielt nur bei kleinen Viertaktmotoren eine Rolle; größere Viertaktmotoren und Zweitaktmotoren werden in der Regel mitGasöl,Schweröl (HFO) oder seit einiger Zeit auch mitFlüssigerdgas (Liquified Natural Gas, LNG) betrieben. Bis Ende 2006 wurde auchOrimulsion als Brennstoff verwendet. Die BezeichnungDiesel bezieht sich auf den Arbeitsprozess, der laut Definition durch die Ansaugung von Luft, derenKomprimierung mit einhergehender Erhitzung und dieSelbstzündung desKraftstoffes nach dessen Einspritzung sowie Verbrennung mitDiffusionsflamme gekennzeichnet ist.
Je nach Schiffsgröße und Antriebsart werden Dieselmotoren verschiedener Bauarten eingesetzt. Sie sind oft mit Abgasturbolader und Ladeluftkühler ausgestattet.
Bei mittleren und großenFrachtschiffen wieTankern,Bulkcarriern undContainerschiffen kommen Langsamläufer zum Einsatz. Der Drehzahlbereich dieser Motoren liegt zwischen 60 und 250 Umdrehungen in der Minute. Sie arbeiten imZweitaktbetrieb mitAufladung bei vergleichsweise niedriger geometrischerVerdichtung, aber hohemMitteldruck. Sie haben einHubverhältnis von 2 bis 5, sind ohne Getriebe umsteuerbar und wirken direkt auf den Propeller. Große Zweitakter erreicheneinen spezifischen Verbrauch von weniger als 170 g/kWh (55 % Wirkungsgrad). Die Schwingungen bei niedrigen Drehzahlen sind geringer als bei anderen Typen.
Große Schiffsantriebsdiesel sind in der Regel langsamlaufende Zweitakt-Kreuzkopfmotoren, die als Reihenmotoren mit 5 bis 14 Zylindern mit bis zu 100 MW gebaut werden. Früher gab es auch V-Motoren (Detroit Diesel) undGegenkolbenmotoren, zum Beispiel dieDeltic-Motoren vonNapier. Große Zweitakt-Kreuzkopfmotoren haben beheizte Brennstoffleitungen und entsprechend ausgerüstete Einspritzventile und -pumpen und werden mitSchweröl (HFO, von engl.heavy fuel oil) betrieben. Ältere Motoren wurden mit Dieselkraftstoff angefahren und erst auf offener See auf Schweröl umgeschaltet. Langsamläufer arbeiten üblicherweise direkt auf die Propellerwelle. Die Drehrichtung der Maschine lässt sich umsteuern, wozu der Motor gestoppt werden muss. Um den Motor rückwärts anzulassen, werden entweder dieNockenwelle hydraulisch oder pneumatisch verschoben oder aber die Stößelrollen auf die andere Flanke der Einspritzpumpennocke gesetzt und der Motor neugestartet. Modernste Großdiesel werden teilweise ohne Nockenwelle ausgeführt, so dass der Umsteuervorgang in dieser Form entfällt. Schiffsdieselmotoren dieser Größenordnung sind stets mitTurboaufladung ausgerüstet (sowohl zweitaktprinzipbedingt als auch zur Erhöhung desWirkungsgrades und derspezifischen Leistung). Sie können eine Lebensdauer von über 20 Jahren, also etwa 150.000 Betriebsstunden, erreichen.
Mittelschnellläufer-Viertaktdieselmotoren mit einem Drehzahlbereich bis 1200 Umdrehungen in der Minute werden vorrangig auf kleineren bis mittleren Frachtschiffen,Passagierschiffen sowie aufKriegsschiffen eingebaut. Je nach Größe sind sie alsReihen- oderV-Motor ausgeführt mit bis zu 20 Zylindern, haben eineBohrung bis zu 640 mm, eine maximale Kolbengeschwindigkeit bis 11 m/s und eine Zylinderleistung zwischen 100 und 2150 kW. Große Viertaktdieselmotoren erreichen spezifische Verbräuche von weniger als 180 g/kWh. Diese Motoren erfordern eineGetriebeuntersetzung oder treiben Generatoren für einendieselelektrischen Antrieb an, der auf Kreuzfahrtschiffen auch alsPodantrieb ausgeführt wird, häufig auch in Verbindung mitVerstellpropellern oderWasserstrahlantrieb. Ein weiterer wichtiger Einsatz von aufgeladenen Dieselmotoren dieser Bauart ist die Stromerzeugung an Bord. Hierzu treiben sogenannte Hilfsdiesel mit konstanter Drehzahl einenGenerator an. (Ein Motor mit einer Drehzahl von 1800 in der Minute erzeugt bei einem vierpoligen Generator 60-Hz-Wechselstrom.)
Mittelschnelllaufende Viertaktmotoren werden als Reihen- und alsV-Motoren sowie in einigen exotischen Anordnungen wie z. B.Sternmotoren (sechs Sterne mit je sieben Zylindern hintereinander) fürSchnellboote gebaut. Sie erfordern ein Getriebe imAntriebsstrang oder eine dieselelektrische Kraftübertragung, da der Propeller eine deutlich niedrigere Drehzahl als die Motornenndrehzahl benötigt.
Schnellläufer, deren Drehzahl auch 2000 Umdrehungen in der Minute überschreiten kann, findet man im Bereich der Binnenschiffe und in der Sport- und Freizeitschifffahrt. Nicht alle haben eine Aufladung.Kleine schnelllaufende Dieselmotoren für Sport- und Freizeitboote sind meist als Viertaktreihenmotoren, oft mit vier oder sechs Zylindern, konstruiert. Sie basieren oft auf Pkw-Motoren. So zum Beispiel war der weltweit erste in Serie gebaute Pkw-DieselmotorOM 138 auch als Bootsmotor erhältlich.Die meistenAußenbordmotoren sind benzinbetriebene Ottomotoren. Im Bereich gewerblich genutzter Außenbordmotoren gibt es einige wenige auch Dieselaggregate. So bauteYanmar in den 1990er Jahren Außenborddieselmotoren mit 27 und 36 PS. Derzeit (2017) ist einer der wenigen Anbieter von Außenborddieselmotoren die deutsche Neander Motors AG (Kiel).[1][2]
| Hersteller | Typ | Bauart, Bauform | Bohrung (mm) | Hub (mm) | Hubraum/Zyl. (Liter) | Leistung/Zyl. (kW) | Drehzahl (1/min) | Mittlere Kolbeng. (m/s) | Einsatz als | Einsatzbeispiele |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAN B&W | K98ME-C6[3] |
| 980 | 2.660 | 2.006,4 | 5.720 | 94 | 8,3 | Containerschiffe | |
| Winterthur Gas & Diesel | RT-flex96C[4] |
| 960 | 2.500 | 1.809,6 | 5.720 | 102 | 8,5 | Containerschiffe | |
| Wärtsilä-Sulzer | RTA84T[4] |
| 840 | 3.150 | 1.745,7 | 4.200 | 76 | 8,0 | Tank- und Frachtschiffe | |
| Wärtsilä | 64[5] |
| 640 | 900 | 289,5 | 2.010 | 333 | 10,0 | Fracht- und Kreuzfahrtschiffe | |
| MAN B&W | 58/64[6] |
| 580 | 640 | 169,1 | 1.400 | 428 | 9,1 | Fracht- und Kreuzfahrtschiffe | |
| Wärtsilä | 46[5] |
| 460 | 580 | 96,4 | 1.050 | 514 | 9,9 | Fracht- und Kreuzfahrtschiffe | |
| MaK | M43C[7] |
| 430 | 610 | 88,6 | 1.000 | 500 | 10,2 | Fracht- und Kreuzfahrtschiffe | |
| Sulzer | ZA40S[8] |
| 400 | 560 | 70,4 | 720 | 510 | 9,5 | Fracht- und Kreuzfahrtschiffe | |
| Caterpillar | C280[7] |
| 280 | 300 | 18,5 | 339 | 1.000 | 10,0 | Fracht- und Passagierschiffe | |
| MTU | Serie 8000[9] |
| 265 | 315 | 17,4 | 455 | 1.150 | 12,1 | Passagierschiffe, Schlepper | |
| A.B.C. | DZC[10][11] |
| 256 | 310 | 16 | 221 | 1.000 | 10,3 | Küsten- und Binnenschiffe, Schlepper | |
| Yanmar Marine | 1GM10[12] |
| 75 | 72 | 0,318 | 6,7 | 3600 | 8,6 | Segelschiffe bis ca. 10 m Länge |
Es gibt vor allem drei verschiedene Möglichkeiten der Kraftübertragung vom Motor zumPropeller.
Es wird eine starr mit Motor und Propeller verbundeneWelle angetrieben. Die Drehrichtung des Propellers kann, z. B. für die Rückwärtsfahrt, hier nur durch die Umsteuerung des Motors verändert werden. Der Motor muss dann aus der Vorausfahrt gestoppt, durch Verschieben der Nockenwelle umgesteuert und für die Rückwärtsfahrt von neuem angelassen werden. Diese Vorgehensweise wird in allen Fällen mit starrer Verbindung von Propeller und Motor angewendet.
Eine weitere Möglichkeit ist derVerstellpropeller. Zur Veränderung der Schiffsgeschwindigkeit sowie für die Voraus- bzw. Zurückrichtung werden die einzelnenPropellerflügel in einen anderen Winkel (Steigung, engl.pitch) gedreht (angestellt). Der Motor dreht dabei mit konstanter Drehzahl. Diese Drehzahl kann höher sein als die für den Propeller passende. Daher muss die Drehzahl in einem solchen Fall über ein Getriebe reduziert werden. Für die Drehzahl des Propellers spielt neben Durchmesser und Steigung auch dieKavitation eine entscheidende Rolle. Kavitation ist das Zusammenbrechen (Implodieren) von Gasbläschen. Es kann zu Schäden an den Oberflächen der Propellerflügel führen.
Anwendung besonders bei schnell- und mittelschnelllaufenden Motoren, bei denen eine Reduktion der Motordrehzahl auf Propellerdrehzahl erforderlich ist. Die verwendeten Getriebe sind zum Teil mit schaltbaren Kupplungen undNebenabtrieben fürWellengeneratoren ausgestattet.Wendegetriebe dienen zur Drehrichtungsumkehr des Propellers bei nicht umsteuerbaren Motoren. Außerdem gibt es Kombinationen von Getriebe undVerstellpropeller. Oft werden die Schiffsmotoren über Kupplungen (z. B. der BauartVulkan Rato) oderLaschengelenkscheiben an das Getriebe angeflanscht. So werden die bei üblichen Metallverbindungen entstehenden Vibrationen vermieden. Der Antrieb wird schwingungstechnisch entkoppelt.
Bei kleinen Motoren werden Wendegetriebe und Drehzahl häufig über eine einfache Mechanik durch eineEinhebelschaltung bedient. Das Wendegetriebe kann hier einfach gebaut sein, da eine Umschaltung nur im Leerlauf geschehen kann.
Beimdieselelektrischen Antrieb wird vom Motor, meist einem Viertaktmotor, lediglich einGenerator angetrieben, der denStrom für den Fahrmotor bereitstellt, der wiederum denPropeller antreibt. Diese Variante ist insbesondere als Mehrmotorenanlage aufFahrgastschiffen üblich. Die einzelnen Generatoreinheiten können an beliebiger Stelle im Schiff installiert werden. Sie erzeugen auch Energie für den Hotelbetrieb, der bei Passagierschiffen einen erheblichen Anteil am Gesamtenergiebedarf ausmacht. Einzelne Generatoren können abgestellt und zugeschaltet werden, Wartung und Reparatur einer Maschine bei laufendem Schiffsbetrieb auf See ist möglich. Propellerdrehrichtung und -drehzahl sind von der Drehzahl der Verbrennungsmotoren unabhängig, sodass die Verbrennungsmotoren in den Arbeitsbereichen des höchsten Wirkungsgrades betrieben werden können. Wegen der Verluste bei der Erzeugung und Umwandlung der elektrischen Energie ist der Gesamtwirkungsgrad etwas schlechter als bei einem Direktantrieb.
BeispielQueen Elizabeth 2 (Cunard Line): In den 1980er-Jahren vonDampfturbinenantrieb umgebaut auf Dieselbetrieb. Neun MaschinenMAN 9L58/64 (Neunzylinder-Reihenmotoren) mit 580 mm Bohrung, und 640 mm Hub sowie etwa 1200 kW Leistung pro Zylinder arbeiten über Generatoren auf zwei 44 MW leistendeGEC-Fahrmotoren mit zwei Propellern. Neben den weitverbreiteten Verstellpropelleranlagen ist eine besondere Form dieses Antriebes der neuentwickeltePod-Antrieb.
Dieser Abschnitt beschreibt die Arbeiten, die notwendig sind, um einen großen Zweitaktschiffsmotor anzulassen und wieder abzustellen.
Vor dem Starten müssen die Schweröl-Temperaturen in denTagestanks überprüft werden. Während des Stillstands der Hauptmaschine wird das Thermalöl oder der Dampf, der durch Zirkulation in Rohren in den Tanks das Schweröl auf Temperatur hält, durch einen mit Dieselöl betriebenen Boiler erwärmt und nicht wie während des Betriebes durch die Abgastemperatur im Schornstein (Exhaust Gas Boiler).
Schiffsdiesel werden mittels Druckluft gestartet. Ein Elektromotor könnte die erforderliche Kraft bei vertretbarem Größenverhältnis nicht aufbringen.
Die Druckluftflaschen und das Startluftsystem werden entwässert, die Drücke kontrolliert.
Ebenso wie die Vorheizpumpe arbeitet auch das Kraftstoffsystem durchgehend, um die Temperatur des Schweröls auch in den zu- und abführenden Leitungen (Ringleitung) zur Maschine aufrechtzuerhalten. Ein Abkühlen des Schweröls in diesen Bereichen würde zu Verklumpungen führen. Die Rohrleitungen müssten aufwändig gereinigt werden. Unter Umständen wird es notwendig, die Maschine eine gewisse Zeit mitGasöl zu betreiben.
Kleinere Motoren können mit einer an den Motor gekuppelten (angehängten) Schmierölpumpe ausgerüstet sein, die während des Betriebes mitläuft und so die Lager der Hauptmaschine mit Schmieröl versorgt. Bei stehendem Hauptmotor muss der Öldruck dann über eine externe elektrisch betriebene Pumpe aufrechterhalten werden, auch um eine entsprechende Nachschmierung der Maschine nach dem Absetzen zu gewährleisten. Auch können Kühlwasserpumpen angehängt sein. Vor dem Starten sind das System einer Sichtkontrolle zu unterziehen und der anliegende Schmieröldruck zu überprüfen.
Um im Notfall, bzw. bei einem Ausfall der Fernbedienung von der Brücke, die Maschine aus dem Maschinenkontrollraum (MKR) fahren zu können, müssen alle Kommunikationseinrichtungen wieMaschinentelegraf undTelefon (Verbindung Brücke zu MKR und Brücke zum Rudermaschinenraum) funktionsfähig sein. Die Maschine verfügt über einen Notfahrstand direkt am Motor. Sollte bei einem Schiff mit Verstellpropeller die Flügelverstelleinrichtung des Propellers versagen, könnte diese manuell in 100-Prozent-Stellung gefahren werden und die Fahrt des Schiffes über die Drehzahl der Maschine reguliert werden.Aus dem MKR wird, falls noch nicht in Betrieb, ein zweiter Hilfsdiesel gestartet und mit dem Netz synchronisiert, um nach dem automatischen Einschalten der zahlreichen Pumpen (Verbraucher mit hohem Energiebedarf) ein Abwerfen des ersten und dann einzigen Hilfsdiesels zu vermeiden (Stromausfall).
Über die Schalttafeln im Maschinenkontrollraum werden entsprechend notwendige Pumpen gestartet bzw. auf Automatik umgestellt. Dazu gehören im Wesentlichen:
Es folgt das Aktivieren der im Hafenbetrieb unterdrückten Alarme wie Öldruck und Temperatur, HT- und LT-Kühlwassertemperatur.
Am Notfahrtstand der Maschine werden das Absperrventil für Startluft manuell geöffnet und das Füllungsgestänge (Kraftstoffmenge) für den Automatikbetrieb freigegeben. Die Steuerung wird dann vom Notfahrstand zum Kontrollraum geschaltet.
Nach dem Öffnen der Dekompressionsventile wird der Motor mit Anlassluft durchgeblasen. Dabei wird im Kolbenraum eventuell vorhandenes Wasser bzw. Öl oder Brennstoff über die Ventile ausgestoßen. Wird eine Maschine mit Wasser im Kolbenraum gestartet, kann das zu schweren Schäden am Motor führen. Die Dekompressionsventile werden danach wieder geschlossen.
Kontrolle der Hauptmaschine auf Kühlwasser- und Ölleckagen.
Aus dem MKR wird der automatisierte Startvorgang der Hauptmaschine eingeleitet.
Um einen Großdiesel anzulassen, müssen zunächst die großen Bauteilmassen in Bewegung gesetzt und die kraftverbrauchenden Arbeitsschritte innerhalb des Motors überwunden werden (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen). Für große Schiffsmaschinen kann diese Arbeit kein Elektro- bzw. Luftmotor mehr leisten.
Schiffsdieselmotoren werden daher ausnahmslos mit Druckluft gestartet. Bei kleineren Einheiten unter 10 MW kommen dazu noch gelegentlich Druckluftanlasser zum Einsatz, die am Schwungrad angreifen und auf diese Weise die Maschine durchdrehen. Große Viertaktmotoren und praktisch alle Zweitaktmotoren werden direkt angelassen. Dabei wird jeder Zylinder entsprechend seiner Position und der Zündreihenfolge mit Anlassluft beaufschlagt. Die entsprechenden Kolben werden nacheinander heruntergedrückt und die Motordrehzahl auf Zünddrehzahl angehoben. Der Regler stellt die Einspritzpumpen auf Füllung, Kraftstoff wird eingespritzt, und es kommt zur erstenSelbstzündung. Hierzu ist ein starkes Anlass-Druckluftsystem (üblicherweise 30 bar Nenndruck) notwendig.
Um in großen, langsamlaufenden Zweitakt-Dieselmotoren die Verbrennungsgase auszuschieben und Frischluft zuzuführen, werden im niedrigen Lastbereich elektrisch betriebene Spülluftgebläse eingesetzt. In höheren Lastbereichen übernehmen abgasbetriebene Turbolader die Aufgabe.
Um die Betriebssicherheit zu gewährleisten, können Schiffsdiesel, insbesondere die Hilfsmaschine zur Stromerzeugung, auch nach Ausfall der gesamten elektrischen Energieversorgung an Bord (Blackout) durch manuell zu betätigende Startventile und ohne Nebenaggregate gestartet werden, solange ausreichend Druckluft im Anlassluft-Druckkessel und Kraftstoff in den Tagestanks zur Verfügung stehen.
Sämtliche von der Brücke kommenden Fahrbefehle werden vom Maschinenkontrollraum ausgeführt. Dazu gehören vor allem das Umsteuern der Maschine bei Manövern (um ein Schiff achteraus fahren zu lassen, muss die Hauptmaschine gestoppt und in anderer Richtung komplett neuangelassen werden).
Bei einem Schiff mit Verstellpropeller wird die Maschine langsam auf Nenndrehzahl hochgefahren. In diesem Zustand wird die Maschine einige Minuten im Leerlauf belassen, um Temperaturen und Drücke zu stabilisieren. Nach dem Erhöhen auf Konstantdrehzahl wird die Steuerung der Maschine an die Brücke übergeben (Remote Control) und von dort per Knopfdruck akzeptiert und angenommen.
Die Stromversorgung kann dank der konstant bleibenden Drehzahl auf See ein von der Hauptmaschine angetriebener Wellengenerator anstelle gesonderter Hafen- bzw. Hilfsdieselgeneratoren übernehmen.
Schiffe ohne Verstellpropeller werden nur sehr langsam beschleunigt. Der Grund ist der Anstellwinkel des Propellers, der nur für eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit optimiert ist. Wird der Propeller mit zu hoher Drehzahl bei zu langsamer Fahrt betrieben, kann es zu übermäßigerKavitation kommen, was den Propellerwirkungsgrad erheblich verschlechtert.
Die Hilfsdiesel werden am Ende der Seereise gestartet und nach Synchronisation mit dem Wellengenerator zugeschaltet, um die Stromversorgung zu übernehmen.
Nach dem Ende der Revierfahrt bzw. dem Festmachen des Schiffes übergibt die Brücke die Kontrolle der Maschine zurück in den MKR, was von dort wiederum quittiert werden muss.
Bei Schiffen mit Verstellpropeller wird die Maschine danach von der Konstantdrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl zurückgefahren. Die Maschine läuft in diesem Zustand einige Minuten nach, um langsam abzukühlen und Spannungsrisse zu vermeiden.
Die Maschinenkontrolle wird auf den Notfahrstand weitergestellt. Von dort werden das Füllungsgestänge auf Stopp gestellt, das Ventil für die Startluftzufuhr geschlossen und die Indikatorventile geöffnet.
Nach einigen Minuten Nachschmierung wird die elektrische Vorschmierpumpe abgestellt.
Die Kühlwasserkreisläufe werden auf Hafenbetrieb gestellt und die elektrische Vorheizpumpe in Betrieb genommen.Die für den Hafenbetrieb nicht benötigten Alarme wie Öldruck, HT- und LT-Kühlwassertemperatur werden ab jetzt unterdrückt.
Für den Betrieb und das Anlassen eines Schiffsdiesels sind eine Reihe spezieller zusätzlicher Systeme notwendig. Fällt eines dieser Systeme aus, muss auch der Betrieb der Hauptmaschine gestoppt werden. Daher sind etliche Hilfsaggregatedoppelt vorhanden: Schmierölpumpen, Kraftstoff-Booster-Pumpen, Kühlwasserpumpen, Schmieröl-Separatoren, Kompressoren, Kraftstoff- und Schmierölfilter.
Um den Verschleiß an reibenden Oberflächen innerhalb der Maschine zu minimieren, werden diese Teile, wie auch bei anderenVerbrennungsmotoren, gut geschmiert.
Das Schmieröl übernimmt im Wesentlichen vier Aufgaben:
Nachdem das Öl aus der Ölwanne bzw. dem Umlauftank herausgepumpt und durch einen Filter gereinigt wurde, durchläuft es einenÖlkühler. Hiernach zweigen die verschiedenen Schmierölleitungen ab zur Kurbelwelle,Pleuellager und in die Ölwanne. Ein weiterer kleiner Teil wird für die Schmierung vonNockenwelle,Kipphebeln,Ventilen und zur Kühlung der Kolben verwendet. Das Öl läuft wieder in die Ölwanne bzw. den Umlauftank. Die Kolben werden von einem separaten Ölsystem geschmiert.
Im Falle einer zu geringen Ölmenge im Umlauftank kann es bei starkerSchlagseite dazu kommen, dass der Saugstutzen der Schmierölpumpe den Ölspiegel nicht mehr erreicht, so dass die Schmierung unterbrochen wird.Zur Aufbereitung und zur Anwärmung des Umlauf-Schmieröls werden Separatoren eingesetzt.
Auf Seeschiffen wird für den Betrieb des Hauptmotors i. d. R. minderwertigesSchweröl (englischHeavyFuelOil (HFO)) als Kraftstoff genutzt, das bei derErdölraffinierung als Rückstandsöl (englischResidual Fuel) anfällt. In den meist in den Doppelböden der Schiffe angeordneten Vorratstanks wird der Kraftstoff auf mindestens 40 °C erwärmt, damit er pumpfähig bleibt, um dann in die Motorenraumtanks befördert zu werden. In sogenannten Setztanks, die auf ca. 70 °C beheizt sind, setzt sich bereits ein Teil Wasser und Schlamm vom Kraftstoff ab. Wasser und Schlamm werden regelmäßig in Schlammtanks abgeleitet. Der Kraftstoff wird danach durch Separieren und Filtern weiteraufbereitet.
Mineralöl-Separatoren sindZentrifugen, bei denen eine Zahnradpumpe das Öl mit hohem Druck durch einen mit hoher Drehzahl (12.000/min) rotierenden Edelstahl-Tellerstapel drückt. Die konisch geformten Teller sind mit Steigekanälen ausgerüstet, durch die das reine und damit leichtere Öl steigt, während infolge der Zentrifugalkraft schwere Bestandteile wie Wasser und Schmutz nach außen abgeleitet werden und in der Trommel gesammelt werden (Stofftrennung). Die Trennlinie zwischen leichter und schwerer Phase soll im ersten Drittel der Steigekanäle verlaufen. Man unterscheidet zwischenKlarifikatoren, die nur Schmutz separieren, undPurifikatoren, die im Wesentlichen Wasser und Schlamm separieren. Ein wesentliches Erkennungsmerkmal dieser beiden Bauarten ist der geschlossene Abschlussteller im Steigkanal im Falle des Klarifikators bzw. die einstellbare sog. Wasserscheibe im Falle des Purifikators.
Vor die Separatoren sind gesonderte Kraftstoff-Wärmetauscher geschaltet. Als Separiertemperaturen müssen je nach Kraftstoffdichte zwischen 70 und 99 °C eingehalten werden. Im Falle von Schwerölen mit hohen Verschmutzungsanteilen werden die Separatorentypen auch in Serie geschaltet. Die Entleerung der Schlammtrommel erfolgt dadurch, dass der Kolbenschieber mit Wasserdruck beaufschlagt wird, wodurch die Entleerungsöffnungen in der Trommel freigegeben werden, so dass die schweren Verunreinigungen herausgeschleudert und im Schlammtank gesammelt werden können. Die regelmäßige Entleerung der Separatoren kann automatisch zeitgesteuert oder auch manuell erfolgen. Bei den Schwerölseparatoren handelt es sich um sensible und für den sicheren Motorbetrieb wichtige Komponenten, die regelmäßig auf ihre Funktion überprüft werden müssen.
Bei den Kraftstofffiltern handelt es sich meist um sogenannteRückspülfilter. Dabei wird bei einem bestimmten Verschmutzungsgrad der Sieboberflächen – wodurch ein Differenzdruck gemessen wird – durch Umleitung des Kraftstoffstromes frisches Öl von rückwärts durch die Sieboberflächen gedrückt und so der Schmutz in einen Schmutztank gespült. Der separierte und gefilterte Kraftstoff wird in sogenannten Tagestanks für die Motoren bereitgestellt. Die Tagestanks sind mit einem Kraftstoffüberlauf zu den Setztanks ausgerüstet, so dass bei ständigem Betrieb der Separatoren eine kontinuierliche Reinigung und Aufheizung erfolgen kann.
In gesonderten Modulen wird der HFO-Kraftstoff auf Einspritzviskosität (ca. 12 mm2·s−1) bei ca. 130 °C) viskositätsgeregelt vorgewärmt, der Druck wird auf rund 7 bis 10 bar angehoben. Vor dem Eintritt in die Kraftstoffeinspritzpumpen des Motors wird der Kraftstoff über einen Endfeinfilter geleitet. Bei Betrieb mit leichterem Dieselöl wird im Teillastbereich ein Kraftstoffkühler vorgesehen.
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Zur Versorgung der Kraftstoffeinspritzpumpen beim Betrieb mit Schweröl hoher Viskositätsklassen wird der Kraftstoff zunächst mittels Förderpumpen bei einem Druck um etwa 6 bis 8 bar in ein Sammelgefäß gepumpt. Aus diesem Sammelgefäß fördern sogenannte Boosterpumpen bei einer Druckerhöhung auf etwa 15 bis 18 bar den Kraftstoff zu den Kraftstoffeinspritzpumpen. Die Druckerhöhung ist notwendig, um das schädliche teilweise Verdampfen des auf ungefähr 130 bis 140 °C erwärmten Kraftstoffes in den Kraftstoffeinspritzpumpen während des Absteuerns zu verhindern. Durch das Pumpengehäuse und durch die Stempelführung der Kraftstoffeinspritzpumpen werden der Kraftstoffzu- und -ablauf geführt. Das Prinzip der Kraftstoffpumpen-Steuerung basiert auf der von der Firma Bosch entwickelten Schrägkanten-Regelung. Der Pumpenstempel (englischplunger) wird vom Kraftstoffnocken der Nockenwelle vertikal in der Stempelführung (englischbarrel) bewegt und überschneidet dabei die Kraftstoffzu- und -ablaufbohrungen. In den Stempelkörper ist dazu vertikal eine Aussparung mit schräger, scharfer Kante gefräst. Der Pumpenstempel kann last- bzw. drehzahlbezogen um seine Achse verdreht werden. Dabei erlaubt die Schrägkante (Steuerkante) die Steuerung des Kraftstoff-Rücklaufs in die Ablaufbohrung und damit des Volumens des in den Verbrennungsraum einzuspritzenden Kraftstoffs. Um die bei Teillastbetrieb einsetzende Spätzündung zu vermeiden, werden in diesem Fall die Stempelführungen selbsttätig, pneumatisch/hydraulisch verstellt (englischvariable injection timing, VIT). Von den Kraftstoffeinspritzpumpen wird der Kraftstoff unter hohem Druck (ca. 900 bis 1600 bar) zu den Kraftstoffeinspritzventilen gefördert. In den Einspritzventilkörper ist eine starke, verstellbare Feder eingebaut. Über eine Spindel drückt diese Feder den Sitz der Ventilnadel auf die Einlassbohrung der Düse. In die Düse sind mehrere feine, scharfkantige Bohrungen eingearbeitet. Der Kraftstoff wird durch einen in den Ventilkörper eingearbeiteten Kanal bis unter den Nadelsitz geführt. Der Pumpendruck hebt zunächst den Nadelsitz gegen den Federdruck vom Düseneintritt ab, so dass der Kraftstoff in den Verbrennungsraum gelangt. Danach überwiegt wieder der Federdruck, der den Nadelsitz den Düseneintritt verschließen lässt. Dieser Vorgang wiederholt sich während des Einspritzprozesses mehrmals in rascher Folge, wodurch der Kraftstoff fein zerstäubt in den Verbrennungsraum gelangt.
Es sind Bestrebungen in Gange, diese Einspritztechnik durch dieCommon-Rail-Technik abzulösen. Die Common-Rail-Technik hat bei vielen Schiffsdieselmotorenherstellern Serienreife erreicht.
Die Wärme, die bei der Verbrennung in der Maschine entsteht, muss nach außen abgeführt werden. DasKühlwasser sollte am Austritt eine Temperatur von 80 bis 90 °C haben, damit Spannungsrisse vermieden werden, die durch zu große Temperaturunterschiede zwischen Bauteilen sowie die großen Abmessungen eines Schiffsdieselmotors entstehen können. Kühlwasser mit einer Eintrittstemperatur von etwa 70 °C wird von unten nach oben durch die zu kühlenden Bauteile geleitet. Dabei wird das Kühlwasser vom Wasserleitmantel der Laufbuchsenkühlung ausgehend durch die Zylinderköpfe, dieAuslassventile und dieTurbolader geleitet.
Die meisten Schiffsmaschinen haben mindestens zwei Kühlwasserkreisläufe:
Sehr kleine Schiffsmaschinen wie der oben erwähnte 1GM10 werden trotz des Korrosionsrisikos direkt mit Seewasser gekühlt. Dadurch spart man sich den Aufwand für einen zweiten Kühlkreislauf mit separater Pumpe und entsprechenden Ausgleichsbehältern.
Große Teile des Welthandels werden per Schiff abgewickelt. Um eine weitere Verschmutzung der Meere und der Luft zu verringern, wird zunehmend eine geringere Abgasemission gefordert.[13] Durch die von derInternationalen Seeschifffahrts-Organisation (IMO, International Maritime Organization, eine Organisation derVereinten Nationen) erlassenen neuen Richtlinien müssen in Zukunftstrengere Grenzwerte für die Emission bestimmter Schadstoffe eingehalten werden (darunter insbesondereStickoxide, die bei langsamer hochtemperaturiger Verbrennung vermehrt entstehen.) Außerdem erfolgt eine indirekte Begrenzung der Schwefeldioxidemissionen durch die neuen Begrenzungen des Schwefelgehalts im Brennstoff. Die EU-Kommission veröffentlichte am 15. Juli 2011 einen „Vorschlag für eine Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates zur Änderung der Richtlinie 1999/32/EG hinsichtlich des Schwefelgehalts von Schiffskraftstoffen“.[14] Die auf Initiative des britischen UnternehmersRichard Branson gegründete DatenbankShippingefficiency vergleicht verschiedene Schiffe einer Art miteinander. Ziel ist es, dass zukünftig Häfen ihre Gebühren gemäß dem Schadstoffausstoß staffeln.
Um erhöhten Schadstoffausstoß und geringe Effizienz bei kleiner Drehzahl zu vermeiden, setzen moderneBinnenschiffe auf ein Vater-Sohn-Motorenkonzept: Geht es vollbeladen stromaufwärts, arbeiten die großen Schiffsmotoren. Bei Tal- sowie Kanalfahrt – und zum Teil sogar unbeladen stromaufwärts – dienen stattdessen kleinere Motoren. Derartige Systeme sind seit 2012 auf demKoppelverband „El Niño/La Niña“[15] sowie seit 2015 auf dem Koppelverband „Rhenus Duisburg“ im Einsatz.[16]
Abgasreinigung ist heute technisch mit Katalysatoren und Partikelfiltern gut machbar und auch vorgeschrieben; belastend für die Umwelt sind jedoch die über 20 Jahre alten Schiffsdieselmotoren, die die Mehrheit ausmachen und deren Abgase vor allem aus Kostengründen noch nicht gereinigt werden. Die Grenzwerte für Stickoxide werden oft überschritten; zudem werden Schwefeloxide und Feinstaub freigesetzt.[17]
Langsamläufer (Drehzahl 75–200/min):
Mittelschnellläufer (Drehzahl 500–1000/min):
Schnellläufer (Drehzahl 1000–3000/min):
Außenborddieselmotoren:
Video:auto motor und sport: Die größten Motoren der Welt! Bloch erklärt #248 | auto motor und sport. 10. April 2024, abgerufen am 2. Juni 2024.
