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Hauptmotoren (4-Takt)

4-Takt-Hauptmotor

Ein Viertakt-Hauptmotor durchläuft Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen in vier Kolbenhüben je Zyklus, dreht weit schneller als ein langsamlaufender Zweitakter vergleichbarer Leistung und braucht ein Untersetzungsgetriebe, um die Wellendrehzahl auf das herunterzubringen, was ein Propeller nutzen kann.

401Modelle
Caterpillar
Wissen

Was man an einem 4-Takt-Hauptmotor prüft.

401 Modelle von Caterpillar in 4-Takt-Hauptmotor. Darunter die vollständige Modellliste.

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.

Schnitt eines Viertakt-Schiffsdieselmotors
Schnitt durch einen Zylinder eines Viertakt-Schiffsdieselmotors mit dem Zylinderkopf samt Ein- und Auslassventilen, die von der Nockenwelle angetrieben werden, dem Kolben mit seinen Ringen in der Zylinderlaufbuchse, der Pleuelstange zur Kurbelwelle und dem Abgasweg zum Turbolader.

Legende

  1. Nockenwelle
  2. Zylinderkopf
  3. Einlassventil
  4. Auslassventil
  5. Kolben mit Ringen
  6. Abgas zur Turbine
  7. Turbolader
  8. Zylinderlaufbuchse
  9. Pleuelstange
  10. Kurbelwelle

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.

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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

UrsacheFolge
Wanderndes Ventilspiel oder VentilsitzverschleißKompressionsverlust, unrunder Lauf, verbrannte Ventile, wenn es unbeachtet bleibt
Turboladerverschmutzung oder LagerverschleißFallender Ladeluftdruck, schwarzer Rauch, verminderte Leistung
Düsenverschleiß oder Common-Rail-LeckageSchlechte Verbrennung, Ungleichgewicht von Zylinder zu Zylinder, steigender Brennstoffverbrauch
Verschleiß von Kolbenhemd oder LaufbuchseZunehmendes 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.

Modelle

Modelle in diesem Typ.

Zuerst das am besten belegte Modell jedes Herstellers, dann das nächste — 100 von 401 Modellen in 4-Takt-Hauptmotor. Jede Zeile führt zu Daten, Dokumenten und Servicehinweisen.

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Caterpillar12V3412C 900 kW Caterpillar Marine Power3508C Caterpillar MotorenM20C-LE 1.980 kW Caterpillar12V3412E 960 kW Caterpillar Marine Power3512C Caterpillar MotorenM43 9.000 kW Caterpillar12V3512B 1.560 kW Caterpillar Marine Power3512E Caterpillar MotorenM43C-LE 16.000 kW Caterpillar12V3512C 1.656 kW Caterpillar Marine Power3516C Caterpillar MotorenVM 32 C 8.000 kW Caterpillar12V3512C-HD 1.704 kW Caterpillar Marine Power3516E Caterpillar MotorenM20C Caterpillar12VC175-12 2.280 kW Caterpillar Marine PowerC175-16 Caterpillar MotorenM32C Caterpillar12VC280-12 5.820 kW Caterpillar Marine PowerC18 Caterpillar MotorenVM32CLS Caterpillar12VC280-12 DF 5.640 kW Caterpillar Marine PowerC32 ACERT Caterpillar MotorenVM32E Caterpillar12VC32 1.140 kW Caterpillar Marine PowerC7.1 Caterpillar MotorenVM 32 C. M 32 8.000 kW Caterpillar12VC32 ACERT 1.200 kW Caterpillar Marine Power3508C Marine Propulsion Engine Caterpillar12VD398 1.440 kW Caterpillar Marine Power3512C Marine Propulsion Engine Caterpillar16V3516B 2.080 kW Caterpillar Marine Power3512E Marine Propulsion Engine Caterpillar16V3516B-HD 2.240 kW Caterpillar Marine Power3516C Marine Propulsion Engine Caterpillar16V3516C 2.208 kW Caterpillar Marine Power3516E Marine Propulsion Engine Caterpillar16V3516C-HD 2.368 kW Caterpillar Marine Power3606 Marine Propulsion Engine Caterpillar16V3516E 2.272 kW Caterpillar Marine Power3608 Marine Propulsion Engine Caterpillar16VC175-16 3.040 kW Caterpillar Marine Power3612 Marine Propulsion Engine Caterpillar16VC280-16 7.760 kW Caterpillar Marine Power3616 Marine Propulsion Engine Caterpillar16VC280-16 DF 7.520 kW Caterpillar Marine PowerC12 Marine Propulsion Engine Caterpillar16VC32 1.520 kW Caterpillar Marine PowerC175-16 Marine Propulsion Engine Caterpillar16VC32 ACERT 1.600 kW Caterpillar Marine PowerC18 Marine Auxiliary Engine Caterpillar16VD399 1.920 kW Caterpillar Marine PowerC18 Marine Propulsion Engine Caterpillar20VC175-20 3.800 kW Caterpillar Marine PowerC32 ACERT Marine Propulsion Engine Caterpillar3508B Marine 540 kW Caterpillar Marine PowerC7.1 Marine Auxiliary Engine Caterpillar3512C Marine 1.380 kW Caterpillar Marine PowerC7.1 Marine Propulsion Engine Caterpillar3516C Marine 2.350 kW Caterpillar Marine PowerC9.3 Marine Propulsion Engine Caterpillar4L3304 220 kW Caterpillar Marine Power UKD2-50F Caterpillar4LC4.4 180 kW Caterpillar6L3306 330 kW Caterpillar6L3406C 450 kW Caterpillar6L3406E 480 kW Caterpillar6LC12.9 510 kW Caterpillar6LC18 570 kW Caterpillar6LC280-6 2.910 kW Caterpillar6LC280-6 DF 2.820 kW Caterpillar6LC6.6 288 kW Caterpillar6LC7.1 330 kW Caterpillar6LC9.3 390 kW Caterpillar8LC280-8 3.880 kW Caterpillar8LC280-8 DF 3.760 kW Caterpillar8V3408C 600 kW Caterpillar8V3408E 640 kW Caterpillar8V3508B 1.040 kW Caterpillar8V3508C 1.080 kW CaterpillarCat 12V C280 5.100 kW CaterpillarCat 16V C280 6.800 kW CaterpillarCat 3512C Marine Propulsion CaterpillarCat 3516 2.272 kW CaterpillarCat 3516C Marine Propulsion CaterpillarCat 6L C280 2.550 kW CaterpillarCat 8V C280 3.400 kW CaterpillarCat C18 ACERT Marine Propulsion 847 kW CaterpillarCat C32 1.193 kW CaterpillarCat C32 ACERT Marine Propulsion Caterpillar3056 MARINE PROPULSION Caterpillar3406C Caterpillar3500B, 3500C Caterpillar3500E/C/B-HD CaterpillarC12 CaterpillarC12PA25001 CaterpillarC175 CaterpillarC18, C18ACERT CaterpillarC18P16001 CaterpillarC280
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