Guten Morgen Herzlich Willkommen im „virtual classroom“
Gasmotorenöle VC Modul 2 Auswahl des optimalen Gasmotorenöles
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
2 von 42
Inhaltsübersicht
Motorenkonzepte, Anwendungsbereiche
Gasarten - Übersicht
Aufgaben und Anforderungen an Motorenöle
Ölauswahl, Freigaben, Wechselintervalle
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
3 von 42
Gasmotoren Motoren
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
4 von 42
Historisches
1860: Erste Verbrennungskraftmaschine, ein Gasmotor, wird in Paris vorgestellt (Jean-Joseph-Etienne Lenoir)
1867: Atmosphärische Gasmaschine mit Flugkolben (Nicolaus August Otto)
1876: 4-Takt-Gasmotor für Leuchtgas 3 PS (Nicolaus August Otto)
1898: Patent für Gas-Dieselmotor mit Zündstrahl-Zündung (Rudolf Diesel)
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
5 von 42
Besonderheiten Gasmotor
Gasförmiger Kraftstoff
Bild: GE Jenbacher AG
Geringere Kühlwirkung Höhere Temperaturen, z.B. im Auslassbereich
Stationärmotoren/BHKW
Auf Betrieb bei konstanter Drehzahl mit höchstem Wirkungsgrad ausgelegt
Extreme Dauerhaltbarkeit der Komponenten gefordert
Auf Gasbetrieb abgestimmt
Fahrzeugmotoren
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
Abweichende Energiedichte
Anpassung Kraftstoffsystem Motoreinstellungen ebenfalls auf Gasbetrieb abzustimmen! 6 von 42
Vorteile Gasmotor
Bild: MAN AG
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
Nutzung verschiedenster Gase Erdgas, Propan/Butan... „Schwach- oder Problemgase“ Umweltschutz Niedrige Emissionswerte Geringe Rußbildung In einigen Fällen CO2 neutraler Betrieb möglich Hoher effektiver Wirkungsgrad 40-50% (Lkw-Dieselmotor 28-42%) (Pkw-Ottomotor 22-32%) Einsparen von Primärenergie Erdöl, Erdgas Entsorgung von Problemgasen Deponiegas, Klärgas, Erdölgas, Grubengas, Lösungsmitteldämpfe u.ä.
7 von 42
Nachteile/Grenzen Gasmotor
Einschränkungen im mobilen Einsatz
Erhöhter technischer Aufwand zum Mitführen des Kraftstoffes Geringe Reichweiten Versorgungsdichte (Gastankstellen) Betriebssicherheit
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
8 von 42
Anwendungsbereiche
Als Stationärmotor zur Energieerzeugung z.B. in Blockheizkraftwerken (Kraft-Wärme-Kopplung)
Zunehmend auch in Fahrzeugen z.B. im Bereich des Öffentlichen Personen Nahverkehrs (Bus- und Lokomotivantriebe), aber auch in PKW
Bilder: MTU Onsite Energy (oben), Gerald Renger (unten) ©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
9 von 42
Anwendungsbereiche
Als „emissionsoptimierte“ Antriebsart für Flurförderfahrzeuge (z.B. Gabelstapler mit Gasmotor)
Im Marinebereich, z.B. Antrieb von Flüssiggastankschiffen
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
10 von 42
Kraft-Wärme-Kopplung
Mechanische Energie treibt Generator an
Elektrische Energie
Nutzung der Abwärme
Lokale und/oder regionale Wärmeverbraucher
Gesamtwirkungsgrad bis >90% möglich
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
Bild: GE Jenbacher AG 11 von 42
Gasmotoren Kriterium
Otto-Gasmotor
Diesel-Gasmotor
Zündprinzip
Fremdzündung
Selbstzündung
Zündung durch
Zündkerze, Laserstrahl oder PGI (Performance Gas Injection)
Zündstrahl- oder PilotZündstrahl-Betrieb
Kraftstoff
Reiner Gasbetrieb oder Dual Fuel Concept (Fahrzeuge)
Gasbetrieb mit Zündstrahl, ggf. nur mit Zündstrahl-Medium
Wirkungsgrad, elektrisch
bis ~46%
bis ~47%
Gasarten
Erdgas, Schwachgase
Schwachgase
NOx
Niedrig (interne Maßnahmen)
Niedrig (SCR notwendig)
Rußpartikel
Niedrig
Niedrig bis hoch
Emissionen
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
12 von 42
Gas-Ottomotor
Am häufigsten anzutreffender Gasmotorentyp
Zündung
Zündkerze Laserstrahl Performance Gas Injection (PGI) Bild: MAN SE AG
Leistungsbereich (elektrisch)
von wenigen Kilowatt bis zu einigen Megawatt
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
Sowohl für Erdgas als auch Schwachgase geeignet
Heute Magermix-Motoren dominierend
Je nach Motorkonzept/Gasart mit oder ohne Katalysator 13 von 42
PGI – Performance Gas Injection
Prinzip
In einer Vorkammer wird Gasgemisch angereichert
Zündung erfolgt über Glühstift Durch die Vorkammerzündung wird das Magergemisch in der Hauptkammer gezündet
Vorteile
Keine (anfällige) Zündkerze Hoher Wirkungsgrad bis zu 46% „Ottomotor mit den Vorteilen eines Dieselmotors Bilder: Volvo Trucks (oben); MAN AG (unten) ©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
Hersteller, z.B.
MAN 14 von 42
Zündstrahlmotoren
Dieselmotor
Einspritzung eines flüssigen Kraftstoffes als Zündstrahl
Dieser zündet dann das Gemisch aus Biogas und Luft
Vorteile
Biogas erlaubt höhere Verdichtung und damit höheren Wirkungsgrad des Dieselprinzips
Zündstrahl kompensiert die geringe Flammgeschwindigkeit des Biogases
Einspritzung zylinderweise regelbar Reaktion auf schwankende Verbrennungs-Parameter
Bild: Schnell Motoren AG
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
Z.B. FAME, P-Öl, (HEL, DK)
15 von 42
Gasmotor 1905
Einzylinder-Otto-Gasmotor
Hersteller: Deutz/Köln Baujahr: 1905
Technische Daten
Leistung 12 PS Drehmoment 390 Nm Nenndrehzahl 220 min-1 Bild: Fachhochschule Bremen
Standort:
Hochschule Bremen Fachbereich Maschinenbau, Sektion Kolbenmaschinen
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
16 von 42
Von „Mikro bis Makro“ Bild: VAILLANT GmbH
VAILLANT Ecopower 1.0 (Honda)
1 Zylinder-Otto-Gasmotor; Erdgas; 1.0 kW Wirkungsgrad
2G – Agenitor 406
Bild: 2G Drives GmbH
4-Ventil-Technik; Stahlkolben; Erd-/Biogas; 250 kW 250 kW elektr. / 268 kw therm. Wirkungsgrad
Bild: MTU Onsite Energy
12 Zylinder-Variante; Erd-/Biogas; 1166 kW Wirkungsgrad
24 Zylinder; LEANOX (Magermix); Erdgas;4.4 MW Wirkungsgrad
>42 % elektr. / ca. 45 % therm.
GE Jenbacher J 624 GS
Bild: GE Jenbacher AG
42.5% elektr. / 45.5 therm.
MTU Onsite Baureihe 4000
26.3 % elektr./ bis 92% ges.
44,4 % elektr. / 47 % therm.
MWM
16 Zylinder; Erd-/Biogas; 4.3 MW (Erdgas) Wirkungsgrad
44.1% elektr./ 42.4 % therm
Bild: MWM ©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
17 von 42
Beispiel: Zündstrahlmotor
Schnell 6R20.1B
Zündstrahlprinzip 6 Zylinder Spezielle Einspritztechnik und Steuerung
Leistung
265 kW elektrisch 192 kW thermisch
Wirkungsgrad
47 % elektrisch 34% thermisch
Bild: Schnell AG
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
18 von 42
Beispiel: Dieselmotor mit Gasbetrieb
Dieselmotor
Dual Fuel Prinzip Betrieb mit Methan- bzw. Biogas oder Dieselkraftstoff
Zusätzliches Gas-Einspritzsystem 13 Liter Hubraum 460 PS
Ziel
25% weniger Energieverbauch als vergleichbarer gasbetriebener Ottomotor
Höhere Reichweite Reduzierung CO2-Emissionen und Quelle: VOLVO, www.volvotrucks.com
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
Rußausstoß
19 von 42
Gasmotoren Gasarten - Übersicht
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
20 von 42
Übersicht Gasarten Gas
Methanzahl
Methangehalt (%)
Verunreinigungen
Auswirkungen auf Motorbetrieb / Schmieröl
Erdgas
70 - 90
80 – 99
Keine
Klopfende Verbr., wenn MZ zu gering (MZ100
40 – 75
Schwefel- und Silikonverbindungen (z. B. H2S), Wasser, Säuren
Korrosion, Verstärkter Abbau der alkalischen Reserve (BN); Abrasiver Verschleiß („Zylinderverglasung“)
Deponiegas
100 - 160
45 – 65
Chlor, Schwefel-, Fluor- und organische Siliziumverbindungen (z.B. Siloxane), starke Säuren
Korrosion (z.B. durch Chloride) Brennraumablagerungen Erhöhter, abrasiver Verschleiß Verstärkter Abbau der alkalischen Reserve (BN)
Klärgas
100 - 150
40 - 60
Schwefel- und organische Siliziumverbindungen (z. B. H2S und Siloxane)
Korrosion, Brennraumablagerungen Erhöhter, abrasiver Verschleiß Verstärkter Abbau der alkalischen Reserve (BN)
Grubengas
95 – 100
80 - 99
Schwefel- und Siliziumverbindungen (z. B. H2S und Siloxane)
Korrosion, Brennraumablagerungen Erhöhter, abrasiver Verschleiß Verstärkter Abbau der alkalischen Reserve (BN)
Holzgas
120 – 140
Ca. 10 + CO ≈ 33 + CO2 ≈ 50 + Ethylen, H2, H2O
Teer (je nach Prozesstemperatur und Holzfeuchte) , Koks-Staub
Ablagerungen Konstante Gasqualität schwer zu erreichen
©OilDoc GmbH 2016 – Alle Rechte vorbehalten
21 von 42
Betriebsanforderungen Gasqualität Parameter Methanzahl
Dimension
Herstellervorgaben
-
>70
Methangehalt
Vol.-%
>40
Schwefelwasserstoff
Vol.-%
