Was man an einem 4-Takt-Hauptmotor prüft.
Ein Viertakt-Hauptmotor zündet einmal je zwei Kurbelwellenumdrehungen und durchläuft dabei Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen — gegenüber dem Zyklus einmal je Umdrehung beim langsamlaufenden Zweitakter. Für diesen zusätzlichen mechanischen Schritt sind Nockenwelle und Ventiltrieb da, und genau das ist der prägende Unterschied zu den Kreuzkopf-Zweitaktern, die als Direktantrieb auf großen Tankern und Containerschiffen laufen. Als Mittelschnellläufer — typischerweise von einigen hundert bis knapp über tausend Umdrehungen je Minute, je nach Bohrung — dreht ein Viertakt-Hauptmotor weit schneller, als ein Propeller laufen will, und treibt die Welle deshalb über ein Untersetzungsgetriebe…
Was Viertakt-Hauptmotoren unterscheidet
Ein Viertakt-Hauptmotor zündet einmal je zwei Kurbelwellenumdrehungen und durchläuft dabei Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen — gegenüber dem Zyklus einmal je Umdrehung beim langsamlaufenden Zweitakter. Für diesen zusätzlichen mechanischen Schritt sind Nockenwelle und Ventiltrieb da, und genau das ist der prägende Unterschied zu den Kreuzkopf-Zweitaktern, die als Direktantrieb auf großen Tankern und Containerschiffen laufen. Als Mittelschnellläufer — typischerweise von einigen hundert bis knapp über tausend Umdrehungen je Minute, je nach Bohrung — dreht ein Viertakt-Hauptmotor weit schneller, als ein Propeller laufen will, und treibt die Welle deshalb über ein Untersetzungsgetriebe statt direkt. Das erlaubt zugleich, dass sich mehrere Motoren ein Getriebe und eine Propellerwelle teilen — eine auf Fähren und Offshore-Schiffen übliche Konfiguration, die der Zweitakt-Antrieb nicht bieten kann.
Hauptkomponenten
Zylinderblock und Tauchkolben
Anders als die Kreuzkopfbauart des Zweitakters nutzt der Viertakter einen Tauchkolben, der die Seitenkraft direkt vom Pleuel aufnimmt — das hält den Motor für seine Leistung kürzer und leichter, legt aber mehr Last auf Kolbenhemd und Zylinderlaufbuchse.
Nockenwelle und Ventiltrieb
Zahnrad- oder kettengetriebene Nockenwellen betätigen Ein- und Auslassventile im Zylinderkopf, getaktet auf den Viertaktzyklus. Dieser Ventiltrieb ist ein eigenes Wartungsthema: Spielkontrollen, Ventilsitzverschleiß und der Zustand der Nockenwellenlager brauchen periodische Aufmerksamkeit, die die einfachere Schlitzanordnung eines Zweitakters nicht kennt.
Turbolader und Ladeluftsystem
Abgasgetriebene Turbolader — je nach Zylinderzahl meist einer oder zwei je Motor — drücken Luft in die Zylinder, um auszugleichen, dass der kürzere, schnellere Zyklus weniger natürliche Füllung liefert als ein großer Langsamläufer.
Einspritzung
Moderne Mittelschnellläufer nutzen zunehmend Common-Rail-Einspritzung, die Einspritzzeitpunkt und -druck unabhängig von der Drehzahl regeln lässt; ältere und einfachere Konstruktionen fahren weiter Einzeleinspritzpumpen, mechanisch von der Nockenwelle getrieben.
Untersetzungsgetriebe
Bringt die Motordrehzahl auf Propellerwellendrehzahl herunter und führt bei Mehrmotorenanlagen die Leistung von zwei oder mehr Motoren auf einer Welle zusammen, oft mit Kupplungen, damit einzelne Motoren vom Netz genommen werden können.
Auswahl und Auslegung
Leistung, Zylinderzahl und Bauform — Reihe oder V — folgen aus der geforderten Antriebsleistung und dem Platz im Maschinenraum, denn eine V-Anordnung packt mehr Zylinder in einen kürzeren Maschinenraum, um den Preis der Breite. Die Drehzahlauslegung greift direkt in die Wahl der Getriebeübersetzung, und die Brennstoffflexibilität — nur Marinedieselöl oder Dual-Fuel-Gasfähigkeit — wird bei der Bestellung entschieden, denn sie verändert das ganze Brennstoffsystem, nicht nur den Motor.
- Nennleistung und Drehzahl am Propeller-Auslegungspunkt, nicht nur an der höchstzulässigen Dauerleistung des Motors
- Zahl der Motoren je Getriebe und die Redundanz, die das gegen den Ausfall eines einzelnen Motors gibt
- Brennstoffflexibilität: Einstoff, Dual Fuel oder vorbereitet für eine spätere Nachrüstung
- Platz und Gewicht gegen das Maschinenraumlayout, besonders bei dieselelektrischen Mehrmotorenanlagen
Vorschriften und Klasse
Hauptmotoren werden im periodischen Besichtigungsschema der Klassifikationsgesellschaft besichtigt, auf vielen Schiffen wahlweise im laufenden Maschinen-Besichtigungsverfahren. Die Emissionen regelt MARPOL Anlage VI: NOx-Grenzen nach Baujahr des Motors und Fahrtgebiet, mit den strengeren Grenzen der Stufe Tier III in Emissions-Überwachungsgebieten, die die meisten modernen Mittelschnellläufer über selektive katalytische Reduktion oder Abgasrückführung erfüllen statt allein über die Motorkonstruktion. Die Schwefelgrenzen für den Brennstoff aus derselben Anlage gelten unabhängig vom Motortyp.
Typische Fehler
| Ursache | Folge |
|---|---|
| Wanderndes Ventilspiel oder Ventilsitzverschleiß | Kompressionsverlust, unrunder Lauf, verbrannte Ventile, wenn es unbeachtet bleibt |
| Turboladerverschmutzung oder Lagerverschleiß | Fallender Ladeluftdruck, schwarzer Rauch, verminderte Leistung |
| Düsenverschleiß oder Common-Rail-Leckage | Schlechte Verbrennung, Ungleichgewicht von Zylinder zu Zylinder, steigender Brennstoffverbrauch |
| Verschleiß von Kolbenhemd oder Laufbuchse | Zunehmendes Durchblasen, steigender Schmierölverbrauch, schließlich Buchsenwechsel |
Worauf es beim Lieferanten ankommt
- Weltweites Servicenetz, denn Mittelschnellläufer werden auf engen Fahrplänen hart gefahren und brauchen Teile und Techniker dort, wo das Schiff fährt
- Bestätigte Emissionskonformität für das geplante Fahrtgebiet, nicht nur für das Bauland des Motors
- Ersatzteilgleichheit über die Flotte, wenn der Betreiber mehrere Schwesterschiffe fährt
- Dokumentierte Unterstützung der Zustandsüberwachung, denn Schwingungs- und Leistungstrends fangen Turbolader- und Lagerprobleme, bevor daraus Ausfälle werden
Ladeluftdruck und die Spreizung der Abgastemperaturen über die Zylinder auf jeder Wache verfolgen — ein einzelner Zylinder, der von seinen Geschwistern wegdriftet, ist meist das erste Zeichen eines Düsen- oder Ventilproblems, lange bevor Leistung fehlt.