Was man an einem 2-Takt-Hauptmotor prüft.
Ein Zweitakt-Hauptmotor vollendet einen ganzen Arbeitszyklus — Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen — in einer einzigen Kurbelwellenumdrehung, gegenüber den vier Umdrehungen, die ein mittelschneller Viertakter für denselben Zyklus braucht. Diese eine Tatsache treibt fast alles Übrige an der Bauart: Ein Arbeitshub je Zylinder und Umdrehung bei niedriger Drehzahl erzeugt enormes Drehmoment direkt an der Kurbelwelle, sodass der Motor ohne Untersetzungsgetriebe direkt an einen Festpropeller gekuppelt werden kann. Es gibt auch kein nockengetriebenes Einlassventil; die Spülluft tritt durch Schlitze ein, die der Kolben nahe dem unteren Totpunkt freigibt, und nur die Auslassseite…
Was einen Zweitakt-Hauptmotor anders macht
Ein Zweitakt-Hauptmotor vollendet einen ganzen Arbeitszyklus — Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen — in einer einzigen Kurbelwellenumdrehung, gegenüber den vier Umdrehungen, die ein mittelschneller Viertakter für denselben Zyklus braucht. Diese eine Tatsache treibt fast alles Übrige an der Bauart: Ein Arbeitshub je Zylinder und Umdrehung bei niedriger Drehzahl erzeugt enormes Drehmoment direkt an der Kurbelwelle, sodass der Motor ohne Untersetzungsgetriebe direkt an einen Festpropeller gekuppelt werden kann. Es gibt auch kein nockengetriebenes Einlassventil; die Spülluft tritt durch Schlitze ein, die der Kolben nahe dem unteren Totpunkt freigibt, und nur die Auslassseite nutzt ein mechanisch oder hydraulisch betätigtes Ventil im Zylinderdeckel. Die Kreuzkopfbauart, einzigartig unter den großen Dieseln dieser Größe, hält den Kolben senkrecht geführt und nimmt die Seitenkraft des Pleuels auf ein separates Kreuzkopflager — die Zylinderlaufbuchse sieht vom Kolben deshalb immer nur Axiallast.
Hauptkomponenten
Kreuzkopf- und Kolbenbaugruppe
Kolben, Kolbenstange und Kreuzkopf sind getrennte Teile, unterhalb der Stopfbuchse verbunden — die Verbrennungsgase und das Kurbelgehäuseöl bleiben so in zwei physisch getrennten Räumen. Der Kolbenboden trägt die volle thermische Verbrennungslast und wird von unten ölgekühlt; die Kolbenringe sind verchromt oder keramikbeschichtet, um Zehntausende Betriebsstunden zwischen den Überholungen zu überstehen.
Gleichstromspülung
Die Spülluft tritt tief an der Laufbuchse durch rundum angeordnete Schlitze ein und verlässt den Zylinder durch ein einzelnes Auslassventil oben — die Strömung läuft in eine Richtung (Gleichstrom), statt wie bei den älteren umkehr- oder quergespülten Bauarten in sich zurückzuschlagen. Das gibt sauberere Spülung bei niedriger Drehzahl und ist auf neuen Langsamläufern heute nahezu universell.
Auslassventil und Nockenwelle — oder nockenwellenfreie elektronische Steuerung
Ältere Tonnage taktet Einspritzung und Auslassventil mechanisch über eine ketten- oder zahnradgetriebene Nockenwelle. Elektronisch gesteuerte Motoren (ME von MAN Energy Solutions, X-DF und Ähnliches von WinGD) ersetzen die Nockenwelle durch hydraulische oder Servo-Aktuatoren an einem Steuersystem — Einspritz- und Auslasszeiten lassen sich so mit der Last variieren und einzelne Zylinder fürs Slow Steaming sogar abschalten.
Turbolader und Spülluftsystem
Ein oder mehrere Turbolader, bei dieser Größe meist Stau- statt Stoßaufladung, liefern Spülluft über einen Luftkühler. Hilfsgebläse decken Schwachlast- und Startzustände ab, wenn die Abgasenergie den Turbolader allein nicht treiben kann.
Auswahl und Auslegung eines Zweitaktmotors
Der Motor wird auf Entwurfsgeschwindigkeit und Propellercharakteristik des Schiffs abgestimmt, nicht aus einer generischen Leistungstabelle gegriffen. Die maßgeblichen Größen sind:
- Höchste Dauerleistung (MCR) in kW und die zugehörige rpm, die Propellerdurchmesser und -steigung festlegen
- Zylinderzahl und Bohrung, die die verfügbaren Leistungsstufen innerhalb einer Motorenfamilie setzen
- Mitteldruck und spezifischer Brennstoffverbrauch am gewählten Lastpunkt, üblicherweise 70–85% der MCR als wirtschaftlicher Betriebspunkt
- Brennstoffflexibilität — konventionell HFO/MGO oder Dual-Fuel-Varianten mit LNG, Methanol oder LPG als Hauptbrennstoff und flüssigem Zünd- oder Ersatzbrennstoff
Vorschriften und Klasse
Zweitakt-Hauptmotoren fallen unter IMO NOx Tier III, wenn sie für den Betrieb in einem Emissions-Überwachungsgebiet gebaut werden — praktisch heißt das Abgasrückführung, selektive katalytische Reduktion oder ein für die Grenze zertifizierter Dual-Fuel-Gasmodus. MARPOL Anlage VI regelt zudem SOx über Schwefelgrenzen im Brennstoff oder den Einbau eines Wäschers. Die Klassifikationsgesellschaften verlangen eine Baumusterzulassung des Motorentwurfs und periodische Besichtigungen von Kurbelwellendurchbiegungen, Lagerspielen und den Explosionsentlastungen des Kurbelgehäuses im Maschinen-Besichtigungsschema; laufende Maschinenbesichtigung ist bei diesem Motortyp angesichts Größe und Laufstunden verbreitet.
Typische Fehler
| Fehler | Ursache | Folge |
|---|---|---|
| Spülluftbrand | Ölansammlung im Spülluftraum, die sich entzündet, oft aus Kolbenring-Durchblasen oder verschmutzten Spülschlitzen | Örtlicher Schaden an Kolbenhemd und Laufbuchse, Ausbreitungsgefahr, wenn er nicht früh gefangen wird |
| Angelaufenes Kreuzkopflager | Schmierungsverlust oder verunreinigtes Systemöl | Metall-auf-Metall-Kontakt, möglicher Pleuelschaden, ungeplante Dockreparatur |
| Verbranntes Auslassventil | Schlechter Ventilsitz, Brennstoffqualität oder Zeitdrift der Aktuatoren bei elektronischen Motoren | Kompressionsverlust, höherer Brennstoffverbrauch, Abschaltung der Zylindereinheit |
| Turbolader-Pumpen | Verschmutzte Turbinen- oder Verdichterseite oder plötzliche Laständerungen | Vibration, verminderter Spüldruck, Gefahr eines Turboladerschadens |
Worauf es beim Lieferanten ankommt
- Originalteile mit Rückverfolgbarkeit zur Lizenz des Motorkonstrukteurs, nicht bloß maßlich passende Kopien
- Dokumentierte Werkstoffzeugnisse für Kurbelwellen, Pleuel und Zylinderdeckel
- Service und Ersatzteilverfügbarkeit im Fahrtgebiet, in dem das Schiff wirklich unterwegs ist
- Erfahrung mit der konkreten Motorenfamilie und Steuerungsversion, besonders bei elektronisch gesteuerten Typen
Ein langsamer, allmählicher Anstieg der Abgastemperatur-Spreizung über die Zylinder ist meist eine Untersuchung wert, bevor daraus ein Spülluftbrand wird — wenn der Alarm ertönt, schwelt das Öl im Spülluftraum oft schon eine Wache oder zwei.