Zuverlässigkeit im Detail: Technologie-Highlights des neuen MAN D3876 Motors

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1 Zuverlässigkeit im Detail: Technologie-Highlights des neuen MAN D3876 Motors Bis zu 640 PS und Newtonmeter aus 15,2 Litern Volles Drehmoment bereits ab 930 Umdrehungen Neue Konstruktionsideen im Zylinderkopf, in der Kühlung und in der Verbrennung maximieren die Zuverlässigkeit Granada, MAN Truck & Bus Dachauer Straße München Mit dem neu entwickelten 15,2 Liter Reihensechszylinder D3876 stellt MAN einen leistungsstarken, hoch effizienten und äußerst zuverlässigen Lkw- Dieselmotor für anspruchsvolle Transportaufgaben vor. Dank kraftvollen Drehmomenten von bis Newtonmetern und Leistungen von 520 und 560 PS für Fernverkehrs- und Traktionsfahrzeuge, und 640 PS für den Schwerlastverkehr ist der D3876 das neue Top-Modell im Euro 6- Motorenportfolio von MAN. Leiter Corporate Communications Andreas Lampersbach Tel.: Andreas.Lampersbach@man.eu Als Sechszylinder-Reihenmotor teilt der neue D3876 das Grundkonzept und die hochfesten Werkstoffe mit den D20/D26-Motoren, und baut damit auf einem Konzept auf, das sich in Millionen von Kilometern bewährt hat. Dazu gehören die Verwendung von Gusseisen mit Vermikulargraphit (GJV450) für den Motorblock und den Zylinderkopf und die solide Grund- Geometrie des Motors und der Hauptlager der Kurbelwelle. Ausgehend von diesem Konzept haben die MAN-Ingenieure bei der Entwicklung des D3876 alle Register der modernen Motorenbaukunst gezogen und zahlreiche technische Highlights realisiert. Sie machen den D3876 zu einem herausragend zuverlässigen und gleichzeitig sehr kraftstoffeffizienten Triebwerk: Vergleichsfahrten zeigen, dass der D3876 mit 560 PS und Abgasstandard Euro 6 bis zu drei Prozent weniger Kraftstoff verbraucht als ein vergleichbarer Euro 5-Motor mit 540 PS und das bei einem um 200 Nm höheren Drehmoment. Das macht deutlich, wie effizient der neue D38 ist. Die MAN Gruppe ist eines der führenden europäischen Industrieunternehmen im Bereich Transport-Related Engineering mit jährlich rund 15,7 Mrd Umsatz (2013). MAN ist Anbieter von Lkw, Bussen, Dieselmotoren, Turbomaschinen sowie Spezialgetrieben und beschäftigt weltweit rund Mitarbeiter. Die MAN-Unternehmensbereiche halten führende Positionen auf ihren Märkten. Seite 1/13

2 Neuer Antriebsstrang des MAN TGX D38: Motor D3876 mit Getriebe MAN TipMatic 2 Zweistufige Abgasturbo-Aufladung Kraftvolles Drehmoment bereits bei niedrigen Drehzahlen und eine hohe Anfahrdynamik erreicht MAN beim D3876 mit einer zweistufigen Turboaufladung mit Zwischenkühlung. Das Aufladesystem besteht aus zwei hintereinandergeschalteten, unterschiedlich großen Turboladern. Der kleinere Hochdrucklader spricht bereits bei niedrigen Motordrehzahlen an. Bei steigenden Drehzahlen und Lasten wird er durch den größeren Niederdrucklader mehr und mehr unterstützt. Werden dem Motor hohe Leistungen abverlangt, übernimmt der Niederdrucklader den Hauptanteil an der Verdichterarbeit. Durch dieses Aufladekonzept erreicht MAN eine ideale Versorgung des Motors mit Verbrennungsluft, und damit einen optimalen Drehmomentverlauf über ein breites Drehzahlband. Der Motor stellt sein maximales Drehmoment von 930 1/min bis /min zur Verfügung. Diese Motorcharakteristik ermöglicht zum einen niedertouriges, sparsames Fahren mit langen Achsübersetzungen bei Autobahn-Tempo erreicht. Zum anderen können damit die hohen Gänge an Steigungen länger gehalten werden, ohne zurückschalten zu müssen. Das zweistufige Auflade-Konzept baut auf bewährte Technik und steht für hohe Lebensdauer. Es entlastet die Turbolader-Komponenten, da die Verdichterarbeit auf zwei Lader verteilt ist, und jeder Lader nur einen Teil des Gesamtladedrucks erzeugen muss. Seite 2/13

3 MAN D3876 mit zweistufiger Turboaufladung und zweistufiger Ladeluftkühlung: Niederdrucklader (1), Ladeluft-Zwischenkühler (2), Hochdrucklader (3), Ladeluft- Hauptkühler (4) Zweistufige Ladeluftkühlung mit Niedertemperatur-Konzept Die Temperatur der Ladeluft hat einen wesentlichen Einfluss auf die Verbrennung und somit auf die Effizienz des Motors, denn kühlere Luft enthält mehr Sauerstoff, bezogen auf das Volumen. Der MAN D3876 hat deshalb eine zweistufige Ladeluftkühlung mit eigenem Niedertemperatur- Kühlkreislauf. Der Haupt-Ladeluftkühler kann damit die verdichtete Verbrennungsluft auf Temperaturen abkühlen, die niedriger liegen als das Motorkühlwasser. Eine solche indirekte Ladeluftkühlung mit zwei Ladeluftkühlen und zwei Kühlmittelkreisläufen ermöglicht zudem eine höhere Gesamt- Kühlleistung. Ein weiterer Vorteil der zweistufigen Ladeluftkühlung ist die reduzierte Wärmebelastung des Hochdruck-Turboladers. Dieses Konzept steht also auch für erhöhte Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Komponenten. Seite 3/13

4 Common-Rail-Einspritzung mit bis zu bar Beim D3876 Motor setzt MAN ein Common-Rail-System der dritten Generation ein, das den Kraftstoff mit bis zu bar Druck in den Zylinder einspritzt. MAN erreicht damit eine feinere Zerstäubung des Kraftstoffs. Das System erlaubt eine genaue Gestaltung der Einspritzung mit Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung. Der Motor ist auf Zünddrucke bis zu 250 bar ausgelegt. In Verbindung mit den überzeugenden Eigenschaften des neuen Common-Rail-Systems erreicht die Verbrennung damit einen besonders hohen Wirkungsgrad, was mitentscheidend für einen niedrigen Verbrauch ist. Zudem entstehen besonders wenig Partikel bei der Verbrennung. Common-Rail-Einspritzung mit bis zu bar Einspritzdruck: Steuergerät (1), Kraftstoff-Hochdruckpumpe (2); Common-Rail (3), Injektoren (4) Hochfeste Materialien sparen 160 kg Gewicht MAN verwendet den hochfesten Werkstoff GJV450 (Gusseisen mit Vermikulargraphit) für den Motorblock und den Zylinderkopf. Im Zusammenspiel mit einem gewichtsoptimierten Design, beispielsweise ist das Schwungradgehäuse aus Aluminium mit angegossenen Motorträgern, erreicht MAN eine Gewichtseinsparung von rund 160 Kilogramm, verglichen mit dem stärksten Euro 5-Motor, dem D28 V8. Der D3876 zählt damit zu Seite 4/13

5 den leichtesten Motoren in seiner Leistungsklasse. Ölwanne und Ventilhaube aus Kunststoff tragen ebenfalls zum niedrigen Gewicht des D3876- Motors bei. Das Material für die Ölwanne bietet den Vorteil, dass sich damit die von MAN patentierte spinnenwebartige Struktur der Unterseite formen lässt. Sie dient der Schallreduzierung, indem sie die Schallwellen diffus abstrahlt und damit das Laufgeräusch leiser und für das Ohr angenehmer macht. Ölwanne aus schlagzähem Material mit patentierter Struktur zur Geräuschreduzierung Seite 5/13

6 Neue Idee zur Kühlung hochbelasteter Teile: Top-Down-Kühlung MAN D38 Zylinderkopf erstmals mit Top-Down-Kühlung. Injektor (1) und Ventilsitze (2) werden vorrangig gekühlt. MAN setzt beim D3876 erstmalig bei einem Lkw-Dieselmotor ein Kühlsystem ein, bei dem das Kühlwasser von oben nach unten durch den Motor gepumpt wird. Das Konzept der sogenannten Top-Down-Kühlung ist eine vorrangige Kühlung der thermisch hoch belasteten Stellen im Zylinderkopf. Insbesondere die Injektoren, die Auslassventile und die Ventilsitze werden dadurch besonders gekühlt und damit geschont. Die Top-Down-Kühlung gewährleistet zudem eine hohe und gleichmäßige Kühlleistung aller Zylinder. Das Verfahren verhindert also punktuelle Spitzentemperaturen und Wärmespannungen. Da das Kühlmittel gezielt geführt wird, erreicht der Motor mit einem vergleichsweise geringen Kühlmittelvolumenstrom eine hohe Kühlleistung. Dies kommt auch dem Kraftstoffverbrauch zu Gute, denn die optimale Leitung des Kühlmittelstroms erlaubt eine Kühlmittelpumpe mit geringerer Leistungsaufnahme. Seite 6/13

7 Erstmals Wölbventile in einem Lkw-Motor Wölbventil im MAN D3876: Auswölbung des Ventiltellers (1), Sitzring (2) MAN setzt im D3876 erstmalig in einem Lkw-Dieselmotor Wölbventile ein. Dieses Konstruktionsmerkmal verhindert die Verformung der Ein- und Auslassventile (vier pro Zylinder) durch eine zusätzliche Verstärkung der Ventilteller in Form einer Wölbung. Bei jedem Öffnen und Schließen des Ventils, also unzählige Male pro Kilometer, werden die Ventile beschleunigt und wieder abgebremst. Die gewölbte Verstärkung am Ventilteller reduziert Verformungen der Ventile im Bereich des Ventilsitzringes, die durch diese Beschleunigung auftreten können, praktisch auf null. Dies erhöht die Lebensdauer von Ventil und Ventilsitzring und macht den D3876 zu einem besonders zuverlässigen Lkw-Motor. Stahlkolben reduzieren die Reibung und erhöhen die Lebensdauer Die Gaskraft im Zylinder übertragen beim MAN D38 geschmiedete Stahlkolben. Dies bietet mehrere Vorteile: Durch die hohe Festigkeit der Stahllegierung können die Kolben mit einer geringeren Kompressionshöhe verwendet werden. Die Übertragung der Kraft von einem kürzeren Kolben über ein längeres Pleuel auf die Kurbelwelle nähert sich damit dem Ideal der senkrechten Kraftübertragung an. Darüber hinaus wird durch die kompaktere Kolbenbauform die Berührungsfläche zwischen Kolben und Zylinderwand kleiner und die Reibung reduziert sich. Weniger Reibung wirkt sich sowohl in geringerem Verbrauch aus, als auch in einer längeren Lebensdauer von Kolben und Laufbuchse. Seite 7/13

8 Acht Zylinderkopfschrauben pro Zylinder Als Hochleistungsmotor hat MAN den D3876 mit acht Zylinderkopfschrauben je Zylinder konstruiert, um die auftretenden Kräfte absolut gleichmäßig auf die Zylinderlaufbuchsen zu verteilen. Die Vorteile: Die Zylinderlaufbuchsen bleiben unter Last besonders gleichmäßig rund, verziehen sich also kaum. Damit ist die Dichtheit zwischen Laufbuchse und Kolbenring besonders hoch. Dies macht sich bezahlt durch geringen Ölverbrauch, und damit einer längeren Standzeit des Partikelfilters. Auch die Zylinderkopfdichtung wird durch die gleichmäßige Pressung weniger belastet. MAN erreicht dadurch eine Haltbarkeit der Zylinderkopfdichtung über die gesamte Lebensdauer. Geschmiedete Stahlkolben mit Feuerring (1), 8-fache Zylinderkopfverschraubung (2) Feuerringe gegen Ölkohle Ein weiteres Konstruktionsmerkmal des D38 steht für ein langes Motorleben: Am oberen Ende der Zylinderlaufbuchsen sind in einer rechteckigen Aussparung Feuerringe eingelassen. Dieser Schutzring oben in der Zylinderlaufbuchse verhindert den Eintritt von Verbrennungsgasen zwischen Kolben und Laufbuchse und minimiert so unerwünschte Ölkohleablagerungen am Feuersteg des Kolbens. Ölkohle besitzt Material abtragende Eigenschaften, somit minimiert MAN durch den Einsatz von Feuerringen den Verschleiß der Laufbuchse. Seite 8/13

9 Gekapselte Kabelstränge Die Kabel sind am D38 Motor erstmals in ausgeschäumten Kabelsträngen verlegt. Die Kabel sind durch den Schaumstoff so fixiert, dass im jahrelangen Betrieb die Material ermüdenden Vibrationen stark reduziert werden. Die Kabel haben dadurch eine längere Lebensdauer und sind zusätzlich geschützt vor Beschädigungen bei Montagearbeiten am Motor. Auch vor Marderbissen bieten die Stränge mehr Schutz. MAN Air Pressure Management für hohe Luftbedarfe Bedarfsgesteuerter 2-Zylinder Luftkompressor mit größerem Hubraum beim D3876: Antrieb (1), Lamellenkupplung (2) MAN hat mit den EfficientLine Modellen die bedarfsgesteuerte Regelung von Nebenaggregaten zur Kraftstoffeinsparung eingeführt. Auch im Flaggschiff TGX D38 hat MAN diese Technologie integriert, und den APM für die hohen Luftbedarfe von Fahrzeuganwendungen in dieser Leistungsklasse optimiert: MAN bietet für den D3876 einen abschaltbaren 2-Zylinder- Luftpresser mit 476 ccm Hubvolumen an, ein um 40 Prozent vergrößertes Hubvolumen im Vergleich zu dem bei den kleineren Motoren verbauten 1- Zypinder APM. Seite 9/13

10 Das Air Pressure Management APM schaltet den Kompressor nur dann zu, wenn Druckluft gebraucht wird im Fernverkehr kann der Kompressor in 90 Prozent der Zeit ausgekuppelt bleiben. Dies reduziert den Nebenleistungsbedarf des Motors und trägt zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs bei. Für größere Luftbedarfe, also für viele luftgefederte Achsen, oder im Schwerlasteinsatz, können Kunden einen noch leistungsfähigeren, permanenten 2-Zylinder-Luftpresser mit 720 ccm wählen. Starke Dauerbremsen: EVB, Turbo EVB und Intarder 3 Als Topmodell ist der D3876 wahlweise mit der Motorbremse EVB (Exhaust Valve Break) oder mit der nochmals stärkeren Turbo EVB erhältlich, die zuerst in den Schwerfahrzeugen zum Einsatz kommt. Beide stellen als Primärdauerbremsen auch bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten eine hohe Bremsleistung zur Verfügung. Die EVB beim D3876 ist im mittleren Drehzahlbereich besonders wirkungsvoll und stellt eine maximale Bremsleistung von 340 kw bei Umdrehungen pro Minute zur Verfügung. Turbo EVB mit 600 kw Bremsleistung für Schwerlastfahrzeuge: Abgassammler (1), Abgasklappen (2), Steuerzylinder (3), Hochdruck-Turbolader (4) Seite 10/13

11 Bei der Turbo EVB wird durch eine gezielte Aufladung im Motorbremsbetrieb eine deutliche Steigerung der Bremsleistung auf 600 kw bei Umdrehungen pro Minute erreicht. Sie stellt eine sehr hohe und durch ihre geringe Belastung des Kühlhaushalts dauerhaft nutzbare Dauerbremsleistung von 600 kw zur Verfügung - ein wichtiges Sicherheitsplus. Sie ist ab 2015 zuerst für Schwerlastfahrzeuge lieferbar, in Folge dann auch für die Fahrzeuge im normalen Straßeneinsatz. Kosteneffizienz durch niedrige Wartungskosten Die Entwicklung des D3876 wurde frühzeitig von den Experten des Service-Engineerings mit dem Ziel begleitet, die Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit des Motors optimal zu gestalten. Der Ventiltrieb ist beispielsweise ohne vorherige Demontage des Luftfilters zugänglich. Auch die erweiterte Diagnosefähigkeit des Einspritzsystems liefert mehr Details und reduziert damit den Aufwand in der Werkstatt. Bei der Entwicklung des D3876 hat MAN in bestimmten Baugruppen bewährte Komponenten aus der D20/D26-Motorenbaureihe übernommen. Dazu gehören der Kraftstofffilter, die Ölfiltermodule mit Ölabscheider, die Kühlmittelpumpe, die Drosselklappe, der Steuerzylinder für die Abgasrückführung, der Antrieb des Lüfters, die Nebenabtriebe, der Generator, der Starter und der Klimakompressor. Damit hat MAN in den 15,2 Liter-Motor die Service- und Reparaturfreundlichkeit der kleineren Motoren eingebaut. Zudem ist dies eine gute Basis für eine einfache Teileversorgung des stärksten Motors. Seite 11/13

12 Die Euro 6-Abgasreinigung des D38 Zur Einhaltung der sehr anspruchsvollen Euro 6-Emissionslimits kommt beim MAN D3876 eine Kombination aus gekühlter externer Hochdruck- Abgasrückführung (AGR), einem SCR-System zur selektiven katalytischen Reduktion sowie einem geschlossenen Partikelfiltersystem CRT zum Einsatz. Im Unterschied zu den kleineren MAN-Motoren wird das rückgeführte Abgas zweistufig gekühlt. Dabei wird das Abgas zunächst in einem Hochtemperatur-AGR-Kühler geleitet. Dieser ist in den Motorkühlmittelkreis integriert. Anschließend wird es von einem Niedertemperatur-AGR-Kühler, welcher in den Niedertemperatur-Kühlkreislauf der Ladeluftkühlung eingebunden ist, weiter heruntergekühlt. Zweistufige Abgasrückführung beim MAN D3876: AGR-Sperrklappe (1), Hochtemperaturkühler (2), Niedertemperaturkühler (3), Zumischung zur gekühlten Ladeluft (4) Dieses Konzept ermöglicht Abgasrückführungs-Raten bis zu 40 Prozent und dadurch sehr niedrige NOx Rohemissionen. Deshalb muss das Ab- Seite 12/13

13 gasnachbehandlungs-system weniger NOx reduzieren. Im Ergebnis sinkt der bei MAN ohnehin geringe Verbrauch des Additivs AdBlue nochmals um rund 60 Prozent im Vergleich zur Euro 5-Lösung ein handfester TCO- Kostenvorteil. Zudem können die Komponenten im Abgasschalldämpfer dadurch für einen so großen Motor sehr kompakt ausfallen: Der 15,2 Liter Motor im TGX D38 hat durch seinen Hubraum naturgemäß einen größeren Abgasmassenstrom - die Maße des Abgasschalldämpfers sind jedoch gleich wie in den Fahrzeugen mit D20 oder D26-Motor. Deshalb können am Rahmen des TGX D38 die gleichen Tankvolumen untergebracht werden. Dank der optimierten Common-Rail-Einspritzung und damit einer raucharmen Verbrennung muss auch der Dieselpartikelfilter weniger Rußpartikel herausfiltern. Dies ergibt einen geringen Abgasgegendruck und wirkt sich deshalb positiv auf den Kraftstoffverbrauch aus. Zudem ist in der Regel keine aktive Regeneration des Partikelfilters erforderlich, der D3876 benötigt also keine nachmotorische Kraftstoffeinspritzung. Der Dieselpartikelfilter ist für Service-Arbeiten über eine Wartungsklappe einfach zugänglich und muss frühestens nach Kilometern zur Reinigung in der Werkstatt getauscht werden. Seite 13/13