Die mittelschnelllaufenden Dieselmotoren müssen weiterentwickelt werden, um zukünftige Emissionsvorschriften einhalten zu können. Die geplante Verschärfung der Emissionsvorschriften für US-Lokomotiven wird als typisches Beispiel für mittelschnellaufende Motoren dargestellt. Ein großer Teil der erforderlichen Entwicklungsarbeit wird in diesem Zusammenhang beim Einspritzsystem zu leisten sein. Der vorliegende Beitrag zeigt auf mit welchen Strategien, zusammen mit einem flexiblen Common Rail Einspritzsystem, die Emissionslimits zukünftiger Gesetzgebungen erreicht werden können. Nach einem Überblick mit Prinzipskizze und Kurzbeschreibung eines nockengetriebenen Einspritzsystems und eines Speichereinspritzsystems folgt ein Vergleich der Systeme anhand gemessener Motorfunktionswerte wie Verbrauch, Stickoxidbildung und Partikelemission. Durch Messungen am Einzylinder-Motorenprüfstand des Großmotorenkompetenzzentrums LEC in Graz (A) wurden die entsprechenden Ergebnisse gewonnen. Der Forschungsmotor FM 250 wurde sowohl mit einem nockengetriebenen Einspritzsystem UPS (Pumpe-Leitung-Düse), als auch mit einem modernen Common Rail System mit Mehrfacheinspritzung von der Fa. Bosch, Hallein ausgerüstet. Auch ein Speichereinspritzsystem mit der Möglichkeit zur Einspritzverlaufsformung wurde bereits am LEC Einzylinder-Motorenprüfstand aufgebaut und in Betrieb genommen. Mit beiden Einspritzsystemen (UPS und CRS) wurden Messungen am selben Motor im LEC durchgeführt. Mit einem modernen Common Rail System wurde eine Strategie hinsichtlich Einspritzdruck und Einspritzzeitpunkt für Betriebspunkte der Lokomotivanwendung zur Erreichung der Emissionsgrenzwerte nach US Tier II bei optimierten Kraftstoffverbrauch erarbeitet. Ein großer Bereich von Einspritzzeitpunkten und Einspritzdruckniveaus wurde am Prüfstand systematisch untersucht. Eine generelle Verbesserung der Emissionssituation kann nur durch zusätzliche Maßnahmen wie Miller-Steuerzeit, variabler Ventiltrieb, Abgasrückführung, oder Abgasnachbehandlung erreicht werden, weil limitierende Faktoren wie Abgastemperatur oder Kraftstoffverbrauch inakzeptable Werte erreichen würden. Im Wesentlichen sind zwei Ansätze imt unterschiedlichen Technologien in Abhängigkeit vom angepeilten Emissionsziel zu verfolgen. Zur Einhaltung der Grenzwerte nach UIC Stage IIIA bzw. zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs der gültigen Gesetzgebung wird eine Auslegung des Motors und Abgasturboladers mit einer Miller-Steuerzeit und einer optimierten Einspritzstrategie hinsichtlich Druck und Mehrfacheinspritzung zweckmäßig sein. Um die Grenzwerte für Partikel und Stickoxide entsprechend der geplanten Gesetzgebung US Tier IV ohne Abgasnachbehandlung unterbieten zu können, wird externe, gekühlte Abgasrückführung zusammen mit sehr hohen Einspritzdrücken zum Einsatz kommen müssen. Die Möglichkeit der Mehrfacheinspritzung mit flexiblen FIE-Systemen verbessert die Wirtschaftlichkeit der Anwendung. Ob die zusätzliche Funktionalität einer Einspritzratenverlaufsformung zur Erreichung der Emissionslimits von Bedeutung ist, wird bereits mit einem experimentalen Einspritzsystem getestet.


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