Реферат о прочитаной на немецком языке литературы

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1. Konzept

Krupp Mak hat durch eine schwerцlgerechte Brennraumgestaltung — in
Verbindung mit einer optimal angepaЯten Einspritzung — ein Brenngesetz erreicht, das der sogenannten Gleichdruckverbrennung des idealen
Dieselprozesses sehr nahe kommt. Die weitgehende Annдherung an den
GleichdruckprozeЯ bedeutet fьr den Dieselmotor den besten ther- modynamischen Wirkungsgrad bei gleichzeitig niedrigster Bauteilbelastung durch Zьnddruck. Durch eine Vielzahl von KreisprozeЯrechnungen war es mцglich, die Verbrennungsparameter auf dieses Ziel auszurichten. Der
Erfolg wurde in der Praxis nachgewiesen.
Trotz des hohen thermodynamischen Wirkungsgrades konnte der Zьnddruck des
Motors in abgesicherten Grenzen gehalten werden. Auch die Erregung fьr diverse Schwingungen und Vibrationen konnte verringert werden.
Der Verbrennungsablauf ist aufgrund der geringen
Druckanstiegsgeschwindigkeit von ca. 3 bar/Grad Kurbelwinkel weicher geworden.
Nachteile dieses weichen Verbrennungsverfahrens haben sich in der Praxis nicht ergeben. Im Gegenteil, der geringe Kraftstoffverbrauch in Verbindung mit der sehr sauberen Verbrennung wird belohnt durch rauchfreien Auspuff und geringe Schmierцlverschmutzung.

2. Grundlage
Der Pionier dieses Entwicklungskonzeptes ist der M 453 C, der 1987 in den
Markt eingefьhrt wurde und seitdem in Schiffahrt und stationдrem Betrieb arbeitet. Insgesamt konnten von diesem Motor bereits ьber 100 Maschinen verkauft werden. Zeitlich gestaffelt wurde der M 552 C nach den gleichen
GesetzmдЯigkeiten umkonstruiert und erwies sich schon im frьhen
Versuchsstadium in seinen Reaktionen im Verbrennungsablauf, den
Druckanstiegsgeschwindigkeiten und in der Abgasqualitдt dem M 453 C als sehr дhnlich. Im Zuge der Weiterentwicklung wurden deshalb alle
Erkenntnisse auf den M 332 C ьbertragen.

3. Verbrennung

Da der M 332 C-Motor ьber einen Zylinderkopf mit zwei tangential einblasenden EinlaЯkanдlen verfьgt, konnte ein definierter Luftdrall ohne schдdliche innere Turbulenzen wдhrend der Einspritzung und Verbrennung abgestimmt werden.
Da der M 332-Motor mit 240 Kolbendurchmesser der kleinste und somit kostengьnstigste Motor in der Familie der Krupp MaK-Mo-toren ist, wurden an diesem Motor die meisten Grundsatzuntersuchungen fьr die Weiterentwicklung der Brennraumgestaltung, der Einspritzung, der Schwerцlverbrennung sowie der Aufladung vorgenommen.
Die Realisierungskonzepte der Gleichdruckverbrennung sollen hier nicht verцffentlicht werden; sie kцnnen bei erfolgter Abstimmung des Motors und
Optimierung der Motorenparameter praktisch kaum verдndert werden. Sie mьssen somit vom Betreiber auch nicht gepflegt werden, denn die
Grenzbereiche im Betriebsverhalten wurden sorgfдltig analysiert. Eigens zu diesem Zweck wurden Versuchseinrichtungen mit mechanisch sowie elektronisch verstellbaren Einspritzausrьstungen, mit elektronisch gesteuerten
Druckspeichereinspritzungen, mit extrem verstellbaren Abgasrohrgeometrien, mit variablen Turbineneintritten, mit Abblase- und Umblaseventilen, mit teilweise isolierten Kolben und teilweise extrem gekьhlten Brennraumteilen entwickelt und in den Versuchsmotoren gefahren.
Zusдtzlich wurden MeЯreihen mit verschiedenen Brennrдumen, Zylinderkцpfen mit variablem Drall und natьrlich eine groЯe Anzahl Dьsenvarianten gefahren, um das jeweilige Optimum abzutasten und um ein breitmцgliches
Optimum im Zusammenwirken der Einzelkomponente fьr die endgьltige
Serienausfьhrung zu erarbeiten.
Da der Motor M 332 gleichzeitig ьber einen langen Kolbenhub verfьgt, wurden grundsдtzliche Parameterstudien in Abhдngigkeit von Brennraumhцhe und Verdichtungsverhдltnis gefahren.

Das Optimum aus Brennraumform und Verdichtungsverhдltnis zu ertasten, stellt eine kostenintensive, aber thermodynamisch lohnende Arbeit dar.
Dabei wurde besonders darauf geachtet, daЯ jedwedes Ьberspritzen des
Kraftstoffes ьber den Kolbenrand auch bei Einspritzende vermieden wird. Die
Versuche hatten wieder bestдtigt, daЯ fьr einen sauberen Kolbenlauf im
Feuersteg- und Ringbereich eine vollstдndige Abschirmung sichergestellt sein muЯ.

4. Kolben
Der Kolben wurde in seinem Brennraum- und Kolbenringbereich modifiziert, besteht aber nach wie vor aus einem Stahloberteil und einem
Aluminiumunterteil. Der Kolbenkopf wird intensiv stark gekьhlt; eigens zu diesem Zweck wurden die Цlwege im Motor — beginnend mit der
Verteilerleitung ьber die Grundlageranschlьsse, Nutenwege in Lagerschalen,
Bohrungen und Ьbertritten bis hin zum Kolbenbolzen — mittels grцЯerer
Querschnitte intensiv entdrosselt. Die Wirkung dieser GesamtmaЯnahme дuЯert sich in der angehдngten Schmierцlpumpe, deren Menge bei gleichem Druck um
30 % erhцht werden konnte.
Der Kolben erhдlt gehдrtete Ringnuten. Obwohl nach langen Laufzeiten die
Ringnuten durch Nachverchromen wieder auf OriginalmaЯ aufgearbeitet werden kцnnen (Krupp MaK hat beste Erfahrungen mit diesem Verfahren), gestatten die reichlich dimensionierten Ringsteghцhen auch die Mцglichkeit,
ЬbermaЯringe zu verwenden.
Des weiteren sind die Abmessungen von Kolbenringen und Ringstegen auf stabiles Druckverhalten im Ringpaket fьr den Neu-und den VerschleiЯzustand abgestimmt worden. Es ist bekannt, daЯ hier eine der wesentlichsten
Ursachen fьr den Schmierцlverbrauch liegt, und daЯ Druckverlaufsmessungen hinter den einzelnen Ringen unverzichtbar fьr die fachgerechte Abstimmung sind.

5. Zylinderkopf

Der Brennraumbereich des Zylinderkopfes wurde nach C-Erkenntnissen modifiziert und im konstruktiven und modelltechnischen Aufbau ьberarbeitet.
Das Lastenheft sah eine Umstellung auf SphдroguЯ GGG 60 — in Verbindung mit einer gieЯgerechten Umgestaltung vor. Bei dieser Gelegenheit wurden die
Kьhlwasserumgьsse im Bereich der Ventilsitzringe, aber auch im Bereich der
Ventilfьhrungsbuchsen, fьr geringste Warmverformung umgestaltet, um eine bestmцgliche Anpassung der Ventilsitze bei Warm- und Kaltverformung im
Betrieb zu erhalten. Die Ventile wurden aus der direkten Beheizung durch die Kraftstoffkeulen nach oben in den Bereich des Deckelbodens verlegt; ein
Verfahren, das auch beim M 453 C und M 552 C Temperaturabsenkungen von 40°C am Ventil bewirkte. Die Dichtringe sind aus einem eindringfesten, aber bedingt verschleiЯbereitem Material gefertigt, welches einen guten
AnpassungsverschleiЯ zum Ventil und besten Wдrmedurchgang garantiert. Fьr eine gute Formbestдndigkeit der Ventile sorgen „unten liegende" Krupp MaK-
Drehvorrichtungen, deren Lage unter den Ventilfedern einen vibrationsarmen, stцrungsfreien Lauf sicherstellen.

Das C-Konzept beinhaltet generell eine tiefgreifende Ьberarbeitung der
Wartungsfreundlichkeit. Dazu gehцren Steckverbindungen und gut zugдngliche, leicht lцsbare Verschlьsse. Die Zugдnglichkeit zu den vier Schrauben der
Abgasrohrflansche wьrde deshalb durch Umkonstruktion der
Abgasrohrverkleidung verbessert. Im ьbrigen sind alle Schrauben, einschlieЯlich Pleuel und Zy-linderkopfschrauben, auf einfachste Weise mechanisch montierbar; zeitaufwendige Hydraulikmontagen kцnnen dank des 8-
Schrau-ben-Zylinderkopfes vermieden werden. Alle Rohrleitungen, die die
Montage des Zylinderkopfes stцren, sind in verfьgbare Freirдume verlegt worden.

6. Kastengestell
Das Material im Gestellbereich des Motors M 332 C ist von GrauguЯ auf
SphдroguЯ umgestellt worden. Diese MaЯnahme erhцht die Betriebsfestigkeit des Bauteils auf das dreifache gegenьber GrauguЯ und reduziert die
Sprцdbrьchigkeit des Graugusses um den Faktor 10. Durch den Einsatz von
SphдroguЯ im Bereich hochbelasteter Bauteile wird die Lebensdauer des
Motors wesentlich verlдngert. Dies fьhrt u. a. auch zu besseren
Wiederverkaufswerten bei SecondhandSchiffen. Das Kastengestell ist fьr eine stabile, radiale Fьhrung der Laufbuchse im oberen Bundbereich bei gleichzeitiger intensiver Kьhlung dieser Partie neukonstruiert worden.

7. Kurbelwelle

Die Kurbelwelle ist gesenkgeschmiedet aus einem hochwertigen
Vergьtungsstahl. Die Abmessungen wurden — entsprechend den neuen
Richtlinien der Klassifikationsgesellschaften — ьberarbeitet. Zum Schutz vor hohen Lagerbelastungen wurde der volle Gegengewichtsbesatz vergrцЯert,
MaЯnahmen, die eine hohe Unempfindlichkeit gegen Lagerschдden garantieren.
Die Verbesserung des Massenausgleiches reduziert zusдtzlich die
Krafteinleitungen im Bereich des Fundamentes.

8. Pleuelstange

Das Pleuel wird ьbernommen; es hat sich in der Vergangenheit 100% bewдhrt, ist einfach und leicht zu handhaben. Zur Verbesserung des Haftsitzes der
Lagerschalen und Kolbenbolzenbuchse hat Krupp MaK eine spezielle
Oberflдchenstruktur entwickelt.

9. Lagerschalen

Bei den Lagerschalen ist Zinngalvanik heute Stand der Technik. Die tьckischen Begleiterscheinungen der Korrosion in Bleigalvaniklagern sind damit als Problemkreis verschwunden. Des weiteren hat die Verwendung von zusдtzlichen und schwereren Gegengewichten die Reibarbeiten in Grundlagern deutlich abgesenkt und die Betriebssicherheit der Kurbelwellenlagerung in einen Stand mit guten technischen Reserven versetzt. Besondere Freude bereiten in diesem Zusammenhang die Betriebserfahrungen mit den
Rillenlagern, die offensichtlich eine zusдtzliche Tragfдhigkeit der
Schmierfilme dadurch gewinnen, daЯ ihre Labyrinthdichtwirkung die
Schmierцlverdrдngung aus dem Lager behindern. Die Ergebnisse sind hervorragend.

10. Laufbuchse

Wie bereits beim Kastengestell erwдhnt, wird die Laufbuchse im oberen
Bundbereich im Kastengestell gefьhrt und intensiv mit Kьhlwasser gekьhlt.
Die Fьhrung der Buchse im SphдroguЯ-Kastengestell ist viel unproblematischer als im GrauguЯ. Zum einen sind die Verformungen im
SphдroguЯ um den Faktor 1,6 geringer, weil der E-Modul von GGG 50 soviel hцher ist, zum anderen ist ein hochfestes SphдroguЯgestell mit seiner hohen
Belastbarkeit eine bessere Stьtze fьr die Laufbuchse. Die Laufbuchse ist nitriergehдrtet. Krupp MaK hat dieses Verfahren seit Jahrzehnten in der
Anwendung und es in Richtung auf grцЯere Eindringtiefen weiterentwickelt.
Die homogene Hдrtung der Laufbuchse im Bereich des Kolbenringlaufes ohne jedwede Welligkeiten in der Folge von Teilhдrtungen sichert den Цlverbrauch langfristig.

11. Einspritzung

Die zur Erzielung der Gleichdruckverbrennung erforderlichen
Einspritzgesetze werden vertraulich behandelt. Bezьglich der erforderlichen
Maximalkrдfte und momente ist wichtig zu sagen, daЯ der gesamte Antrieb fьr
Ventile und Kraftstoffpumpe einschlieЯlich Nocken und Rollenbelastung bis hin zu den Zahnrдdern abgesichert wurde.
Die Zahnrдder dieser Motorenbaureihe sind seit Anfang der 70er Jahre einsatzgehдrtet und geschliffen, und es hat seit der Zeit nicht einen einzigen Zahnradschaden gegeben.
Heute gehцrt zu dem C-Konzept der Krupp MaK-Motoren immer ein gehдrteter
Zahnradantrieb.

12. Abgasleitung
Die Motoren der Baureihe M 332 C werden mit der StoЯaufladung aufgeladen.
Vollstдndigkeitshalber wurde auch hier eine Stau-Abgasleitung erprobt, die
— wie bekannt — rechtgute Werte bei Vollast erzielt. Aber wegen der nahezu gleichhohen Drьcke in Ladeluftleitung und Abgasleitung reagiert der
Spьlluftanteil sehr sensibel und unzulдssig stark auf erhцhte Widerstдnde im Luft-Abgassystem oder auf geringe Wirkungsgradverluste bei Teillast.
Selbst geringe Verschmutzungen der Luft und Abgaswege Ladeluftkьhler,
Turbinen- und Verdichterbereich sowie der Einbau eines Turbinenfanggitters fьhren zu einem starken Spьllufteinbruch und damit zu erhцhter thermischer
Belastung.

Aus den Untersuchungen im Krupp MaK-Forschungsbereich mit variablen
Abgasrohrsystemen und variablen Turbinenflдchen ist ein 4-Strahl-Ejektor entwickelt worden. Dieser 4-Strahl-Ejektor fьhrt die Abgasimpulse einer 8 M
332 in idealer Weise so zusammen, daЯ keine Stцrwellen zu den jeweils spьlenden Nachbarzylindern zurьcklaufen. In seiner Optimalabstimmung erzeugt der 4-Strahl-Ejektor sogar fьr die spьlenden Zylinder einen zusдtzlichen Unterdruck, der bisher unerreichbar hohe und gleichmдЯige
Spьlgefдlle an den Zylindern bewirkt.
Dieser Vorteil wirkt sich vor allem am Festpropellerbetrieb positiv aus, weil das hohe Druckgefдlle zwischen Ladeluft und Abgas-leitung ьberdurchschnittlich groЯe Spьlluftdurchsдtze herbeifьhrt. Der Abstand zur
Pumpgrenze des Verdichters bleibt deshalb auch im gedrьckten
Propellerbetrieb sicher erhalten.
Bei der Konstruktion der Abgasleitung ist die Anordnung so gewдhlt, daЯ keinerlei Verspannungen an den Abgasflanschen entstehen. Die Kompensatoren sind gut zugдnglich und die Abgasrohre sind so gestaltet, daЯ sie sowohl fьr den kupplungsseitigen als auch fьr den kupplungsgegenseitigen
Turboladeran-bau passen.
Die Abgasrohrverkleidung ist vollkommen neu konstruiert und mit ihren
Befestigungspunkten nur mit Gestellteilen verbunden. Im Bereich des
Zylinderkopfes sind nur wenige Handgriffe nцtig, um einzelne
Ьbergangsbleche zu den Zylindern zu demontieren. Auf gute Zugдnglichkeit zu den Schrauben am Zylinderkopf ist besonders geachtet worden. Die Schrauben sind in bezug auf Flankenspiel und Werkstoff fьr Hochtemperaturbetrieb und
HeiЯmontage besonders angepaЯt. Wird der Zylinderkopf demontiert, so sorgen geeignete Abstьtzungen fьr eine sichere Positionierung der Abgasleitung und der AnschluЯflansche zum Zylinderkopf.

13. Aufladung

Eine wichtige Voraussetzung fьr den schiffsgerechten Schwerцlbetrieb ist ein Turbolader,der schwerцlfдhig ist. In diesem Zusammenhang haben es sogenannte Radiallader schwer, weil der Aufbau ihrer Turbine einen
Abgasstrom von auЯen nach innen, also gegen die Fliehkraft des rotierenden
Turbinenlaufrades, erfordern. Folgt das Abgas auch noch willig dieser
Richtung, so werden doch alle festen Verbrennungsrьckstдnde in dem Moment nach auЯen zurьckgeschleudert, wenn sie in den Schaufelbereich der Turbine gelangen. Diese zurьckgeschleuderten Teile (sie werden durch den Abgasstrom ja immer wieder dem Laufrad zugefьhrt) erzeugen auЯen am Dьsenring einen abrasiven VerschleiЯ, der die Standzeiten begrenzt. Turboladerhersteller und Motorenbauer lцsen dieses Problem, jeder mit seinen Mitteln: Die
Turboladerhersteller entwickeln verschleiЯfeste Dьsenringe. Die ersten
Langzeiterprobungen mit verschleiЯfesten Dьsenringen ьber 4800 Stunden zeigen geringen VerschleiЯ. Die Krupp MaK leistete ihren Beitrag durch die
Verminderung des Anteils fester Verbrennungsrьckstдnde im Abgas durch die C-
Motoren-Gleichdruckverbrennung (Non-Smoker).
Die Anpassung der Turboladerspezifika-tion erfolgte wie bei den anderen C-
Motoren fьr ein optimales Zusammenspiel des Wirkungsgrades im gebrдuchlichen Betriebslastbereich mit gleichzeitig starker
„Bьffelcharakteristik" im schwergдngigen Propellerbetrieb. Die groЯen
Spьlluftdurchsдtze haben entscheidend dazu beigetragen, daЯ eine weite
Цffnung des Betriebskennfeldes erreicht wurde. Selbst Propellerkurven von
130 % laufen noch einwandfrei an der Pumpgrenze vorbei.