Neuer JCB Dieselmotor Ecomax T4 erfüllt TIER 4 interim/Euro 3B ohne Abgasnachbehandlung und Partikelfilter

JCB hat eine der bislang größten Investitionen seiner Firmengeschichte getätigt, um den saubersten Motor im Baumaschinensegment zu entwickeln und damit für kommende Abgasnormen gerüstet zu sein.

Rund 80 Millionen britische Pfund (ca. 88,6 Mio. Euro) hat das Unternehmen nach eigenen Angaben in die Forschung und Neuentwicklung eines Verbrennungssystems für den neuen JCB Ecomax T4 mit 4,4 Liter Hubraum investiert, der jüngsten Generation des JCB Dieselmax Motors. Herausgekommen ist die erste Lösung auf dem Markt, die ganz ohne Abgasnachbehandlung auskommt und Käufern im mittleren Maschinensegment deutliche Kosteneinsparungen verspricht. Anlässlich der Vergabe der SIMA Innovation Awards 2011 wurde der neue Motor hierfür kürzlich mit einer „Lobenden Erwähnung“ geehrt (siehe Artikel „SIMA Innovation Awards 2011: 33 innovative Neuheiten ausgezeichnet (Teil 3)“).

Derzeit wird der Motor umfangreichen Praxistests unterzogen, bevor er 2012 in Produktion gehen wird, um die Vorschriften von TIER 4 interim/Euro 3B zu erfüllen. Als zentrale Vorteile der Innovation nennt JCB einen sparsameren Kraftstoffverbrauch, reduzierte Betriebskosten, höhere Zuverlässigkeit und ein besseres Packaging ohne Abstriche am Maschinendesign. Alan Tolley, Leiter der Motorentwicklungsprogramme bei JCB, dazu: „Die Einhaltung der Abgasbestimmungen gemäß TIER 4 ist eine große Herausforderung, aber auch eine ideale Gelegenheit für Innovationen – eine Gelegenheit zur Entwicklung von Lösungen, die unseren Kunden konkrete Vorteile bietet. Nach unserer Überzeugung ist das Ergebnis nicht nur der sauberste Motor im Baumaschinensektor, sondern auch eine bahnbrechende Neuerung für unsere gesamte Branche.“
Und weiter: „Bezogen auf den ersten Teil von TIER-4/Stufe 3B gingen wir zunächst davon aus, dass diese extrem niedrigen Partikelwerte nur mit einem Diesel-Partikelfilter (DPF) zu erreichen sind. Schaut man sich jedoch diese Technologie für unser Marktsegment der mittelgroßen Baumaschinen genauer an, zeigen sich die praktischen Nachteile dieser Lösung, und hier besonders ein vermehrter Kraftstoffverbrauch infolge des erhöhten Staudrucks, der auf den Motor wirkt. Außerdem treten in vielen Einsatzbereichen eher leichte Lastzyklen auf; und da der DPF sich nicht selbst regeneriert, muss diese Regenerierung mittels zusätzlichem Kraftstoff erzwungen werden.
„Unsere Strategie bestand also darin, die vorläufigen Abgaswerte von TIER 4 ohne einen DPF zu erreichen, jedoch auch ohne irgendeine Nachbehandlung der Abgase. Wir haben unsere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten daher auf ein hocheffizientes Verbrennungssystem konzentriert; oder anders ausgedrückt, wir haben dafür gesorgt, die Schadstoffe erst gar nicht entstehen zu lassen, anstatt sie nachträglich in den Griff zu bekommen. Mit diesem Ansatz erreichen wir zudem einen außerordentlich niedrigen Kraftstoffverbrauch.“
„Die von uns entwickelte Lösung bietet unseren Kunden darüber hinaus enorme Vorteile in puncto Motor-Packaging und Einbau. In den Maschinen ist der Platz im Motorraum eher knapp bemessen, und wir haben viel darüber diskutiert, wie wir die Maschinen, deren Design und Funktionalität optimieren können. Das Risiko bei Anforderungen wie TIER 4 besteht darin, dass man im Bemühen, alles möglichst kompakt zu gestalten, Kompromisse an diesen Elementen eingeht. Das wollten wir auf keinen Fall, weshalb wir einen anderen Lösungsweg einschlugen.“
„Einer unserer Vorteile als Unternehmen, das sowohl Maschinen als auch Motoren herstellt, liegt darin, dass wir am Ende ein deutlich besser optimiertes Endprodukt abliefern können. Dieser konkrete Vorteil für den Endnutzer zeigt sich in Form geringerer Betriebskosten, gesenkten Kraftstoffverbrauchs und höherer Zuverlässigkeit. Wir betrachten DPFs als ernsthaftes Zuverlässigkeitsrisiko; das bestätigen zweifellos die Erfahrungen aus dem Automobilsektor. Uns war bewusst, dass die Abgasgrenzwerte eine große Herausforderung darstellten, aber wir waren stets überzeugt – und bestrebt –, diese Werte ohne Nachteile für unsere Kunden zu erreichen.

Seit seiner Vorstellung im Jahre 2004 durchläuft der JCB Dieselmax-Motor – der 2006 auf dem Salzsee von Bonneville, USA, den JCB Dieselmax-Boliden auf einen Weltrekord für dieselbetriebene Landfahrzeuge von 350 Meilen pro Stunde (563,41 km/h) katapultiert hat – eine kontinuierliche Weiterentwicklung. Mehr als 100.000 Motoren sind laut JCB mittlerweile weltweit im Einsatz und liefern durchweg erstklassige Leistung sowie Zuverlässigkeit. Nach der letzten Entwicklungsstufe werden die Dieselmax-Motoren nach Herstellerangaben deutlich unter den vorläufigen Grenzwerten von TIER 4, Stufe 3B bleiben, die 2012 für Motoren dieser Größe in Kraft treten werden.

Da viele Motoren im 129-kW-Bereich (75-175 PS) in Maschinen und Geräten eingesetzt werden, die unter variablen, leichten Lasten arbeiten, wird das Problem der Diesel-Partikelfilter eine größere Rolle spielen, da das Motormanagementsystem die Regenerierung durch das Verbrennen zusätzlichen Kraftstoffs in Gang setzen muss. Das ist nicht nur unwirtschaftlich, sondern kann sich, so JCB, in zusätzlichen Wartungsanforderungen, deutlich höheren Kosten und dem Risiko niederschlagen, dass der DPF bei Verwendung von Kraftstoff mit hohem Schwefelanteil beschädigt wird. Für die nächste Runde der Emissionsgesetzgebung hat sich JCB Power Systems mit den Forschungs- und Entwicklungsspezialisten von Ricardo zusammengetan, um mittels computergestützter Strömungsdynamik und Finite-Element-Analysen die Form der in den Kolben eingelassenen Brennraummulde zu perfektionieren.

Mit der zweiten Generation der Common-Rail-Direkteinspritzung wurde der Einspritzdruck auf 2000 bar erhöht. Außerdem wurde die Geometrie der Düsen überarbeitet, um eine hocheffektive Zerstäubung und Verteilung des Kraftstoffs im Zylinder zu gewährleisten. Bis auf die mit 55 kW kleinste Ausführung, für die leicht abweichende Abgasnormen gelten, hat JCB alle Dieselmax-Motoren mit verstellbaren Turboladern bestückt. Außerdem sorgt eine gekühlte Abgasrückführung (AGR) für eine Reinigung der Abgase, bevor sie den Motor verlassen. Das bedeutet, es sind keinerlei Komponenten zur Abgasnachbehandlung erforderlich, um diese Abgasgrenzen beim 4,4-Liter JCB Ecomax T4 einzuhalten.

Das Unternehmen hat darüber hinaus zusammen mit dem Kraftstoffsystem- und Elektronikspezialisten Delphi eine elektronische Steuerung entwickelt, die über eine Art Lernmodus verfügt. Diese Funktionalität sorgt dafür, dass der Motor innerhalb seiner Auslegungsparameter bleibt, auch wenn sich die einzelnen Komponenten über ihre Lebensdauer verändern.

Neben der Einsparung eines kostspieligen Abgasnachbehandlungssystems konnte laut JCB ebenso darauf verzichtet werden, die Kühleinheit zu vergrößern oder die standardmäßigen 500-Stunden-Wartungsintervalle zu verkürzen. Darüber hinaus haben die Motoren unter Testbedingungen nach Herstellerangaben 5 bis 10 Prozent weniger Kraftstoff verbraucht als die Vorgängermodelle. Außerdem ist der Motor laut JCB zukunftssicher, da sowohl die konstruktive Architektur als auch die Komponenten und Systeme für die endgültigen Abgasnormen gemäß TIER 4/Stufe 4 unverändert bleiben – wobei dann allerdings eine Abgasnachbehandlung zur Senkung der Stickoxide möglicherweise unvermeidlich wird.

Um die Anforderungen der Kunden und des Gesetzgebers gleichermaßen erfüllen zu können, hat JCB für seinen Geschäftsbereich Power Systems im britischen Derbyshire umfangreiche Investitionen getätigt. Dem Ur-Dieselmax 444 mit 4,4 Liter Hubraum wurde die 4,8-Liter-Ausführung Dieselmax 448 zur Seite gestellt, während die Leistungswerte nach oben und nach unten erweitert wurden. Als Ergebnis der letzten Investition eröffnet in Kürze einer der modernsten Motorprüfstände in ganz Großbritannien. Insgesamt hat JCB Power Systems 10 dieser Prüfstände gebaut und wird zunächst sechs davon in Betrieb nehmen. Jeder Prüfstand unterstützt den vollständigen instationären EU-Prüfzyklus, der zur Einhaltung der vorübergehenden Vorschriften gemäß TIER 4/Stufe 3B erforderlich ist. Darüber hinaus können auf den Prüfständen Motoren mit einer Ausgangsleistung von bis zu 300 kW getestet werden, sodass ausreichend Reserven für zukünftige Erweiterungen vorhanden sind.

Um den erhöhten Arbeitsaufwand zu bewältigen, hat JCB Power Systems nach eigenen Angaben zudem sein Forschungs- und Entwicklungsteam um 40 Prozent vergrößert, so dass auch hier weitere Investitionen in den JCB Dieselmax-Produktbereich fließen.

Diese kontinuierlichen Investitionen in die Technologie, Forschung und Entwicklung der JCB Dieselmax-Familie soll JCB langfristig die Führungsposition in der Dieselmotortechnik sichern. JCB Power Systems wird nach eigenen Angaben auch in Zukunft seine Kunden weltweit mit kraftstoffsparenden, abgasarmen Antriebssystemen versorgen, die auf unnötige Mehrkosten sowie eine komplexe Abgasnachbehandlung verzichten.