Motoren der MTU Friedrichshafen werden in unterschiedlichsten Off-Highway-Anwendungen vom Schiff bis zur Stromerzeugung weltweit eingesetzt. Die große Bandbreite an Applikationen führt zu einer hohen Variantenvielfalt innerhalb der einzelnen Motorenbaureihen. In jedem der Anwendungsbereiche wird hohe Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit erwartet. Zudem gilt es, die aktuellen und zukünftige Emissionsgrenzwerte in den einzelnen Regionen bei gleichzeitig geringem Kraftstoffverbrauch einzuhalten. Um vor diesem Hintergrund den Aufwand und die Kosten in Grenzen zu halten, ist ein schlanker Entwicklungsprozess nötig, der bereits in einer frühen Entwicklungsphase ein umfassendes Bild über mögliche technische Lösungen liefert. Hier spielt die Verbrennungsentwicklung am Einzyhnder-Aggregat in Verbindung mit der Auslegung der Aufladung eine Schlusselrolle. Neben der reinen Optimierung des Verbrennungsprozesses muss die Robustheit der Verbrennung unter veränderlichen Randbedingungen sichergestellt werden. Außerdem sind bereits sehr früh Aussagen zur Dauerhaltbarkeit der verbrennungsrelevanten Bauteile erforderlich, die ebenfalls der Einzylinder liefert. Dieser Beitrag stellt die Bedeutung des Einzylinder-Aggregats im Entwicklungsprozess bei der MTU Friedrichshafen GmbH vor und liefert einen Einblick in die einzelnen Entwicklungsphasen. Als Beispiel dient die Entwicklung eines Brennverfahrens für einen Marinemotor der MTU Baureihe 4000, der die Emissionsvorschriften der EPA Tier 3 Abgasnorm innermotorisch und ohne Abgasrückfuhrung einhalten soll. Im Rahmen dieser Entwicklung war der Einzylinder von der Konzepterstellung bis zur Bauteilerprobung beteiligt. Nach einer umfassenden Untersuchung verschiedener Bauteilvarianten (Kolbenmulde, Einspritzdüse) gelang es in allen Prüfzyklen (D2, E2, E3) die geforderten Emissionsvorschriften einzuhalten. Die Übertragung der Verbrennungsentwicklung auf den Vollmotor zeigte gute Übereinstimmung der Emissions- und Verbrauchswerte, womit alle geforderten Entwicklungsziele erreicht wurden.

    Engines from MTU Friedrichshafen are used worldwide in various off-highway applications from ship propulsion to power generation. The wide range of applications results in numerous variants within each engine series. Something which is common to all applications is the demand for high cost-effectiveness and reliability. In addition current and future emission limits must be met in the various regions and low fuel consumption must be maintained at the same time. To keep the effort and costs within limits, a streamlined design process is necessary which provides a comprehensive picture of possible solutions at an early stage of development. In this context, combustion development on the single-cylinder engine in conjunction with the design of the turbocharger system is crucial. Besides the optimization of the combustion process, the stability of combustion must be ensured under variable operating conditions. Furthermore, the single-cylinder provides early information regarding the durability of engine components with relevance to the combustion process. This paper presents the importance of the single-cylinder engine in the development process at MTU Friedrichshafen and provides an insight into the various stages of development. Combustion development for an MTU Series 4000 marine engine is presented as an example. This engine must comply with the EPA Tier 3 emission standard without using exhaust aftertreatment or exhaust gas recirculation. The single-cylinder engine was involved in this development process from the conceptual design phase to component testing. After extensive investigation of different combustion components (piston bowl injection nozzle) the required emission limits were met in all test cycles (D2, E2, E3). Applied to the multi-cylinder engine, the combustion process showed comparable performance and emissions, so that all the required development objectives were achieved.


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