Kurz & bündig
-Viele Sensoren überwachen heutige Traktormotoren.
-Die Motorsteuerung ist komplex.
-Die Abgasreinigung ist in die Motorsteuerung integriert.
-Die Funktion der Abgasreinigung wird in der nächsten Ausgabe von «die grüne» beschrieben.

Trotz grosser Technologiesprünge mit digitalen Raffinessen und Software, die den Maschinenpark vernetzt, bleibt der Motor das Herz jedes Traktors und somit der Taktgeber der Landwirtschaft.

Ohne Motor läuft die beste Anbaumaschine nicht. Der vernetzte Maschinenpark schafft effiziente Abläufe und eröffnet smarte Lösungen für die Praxis. Somit ist es klar, dass in der modernen Landtechnik längst nicht mehr nur die Pferdestärken zählen, wenn es um Effizienz geht. Entscheidend ist das digitale Zusammenspiel aller Komponenten.

Dabei hat sich auch der Motor in den vergangenen Jahrzehnten stark entwickelt. Besonders die immer strengeren Abgasvorschriften der letzten 30 Jahre haben die Entwicklung vorangetrieben. Schritt für Schritt mussten neue Standards erfüllt werden. Das hatte deutliche Auswirkungen für die Ingenieure bei der Entwicklung für den Aufbau und die Steuerung der Motoren.

Der Traktor ist mehr als nur grobe Mechanik

Schaut man auf einen heutigen Motor, erkennt man die wesentlichen Bauteile nicht auf den ersten Blick. Im und um den Motor ist alles zugebaut. Durch die Abgasreinigung werden immer mehr zusätzliche Komponenten an das Aggregat gebaut und unter der Motorhaube ist es entsprechend eng.

Als Landwirt und Besitzer eines solchen Traktors hat man keine Vorstellung, was es alles braucht, damit das Konstrukt wie eine Präzisionsuhr funktioniert. Wie bei einem Computer ist man einfach froh, wenn alles ohne Fehlermeldungen funktioniert. Urs Schütz erklärt, wie die Komponenten an heutigen Motoren miteinander kommunizieren. Schütz arbeitet beim technischen Dienst der Same Deutz-Fahr Schweiz AG und blickt auch dann noch durch, wenn andere nur noch Bahnhof verstehen. [IMG 2]

Dieser Beitrag zeigt die Funktion des Motors von der Luft- und Kraftstoff-Vorbereitung bis zur Einspritzung. Der Abgasbereich mit der Reinigung der Schadstoffe wird in einem späteren Beitrag beschrieben.

Immer mehr Leistung aus gleich viel Hubraum

«Heutige Motoren produzieren aus einem Liter Hubraum bis zu 45 PS. Das ist mehr als eine Verdoppelung gegenüber der Zeit, als Motoren ohne elektronische Steuerung und mit mechanisch verbundenen Komponenten wie der Einspritzpumpe konstruiert wurden. Die wesentlichen Komponenten für die Leistungssteigerung sind der Abgasturbolader und das Common-Rail-Einspritzsystem», erklärt Urs Schütz.

Mit dem Turbolader und der Ladeluftkühlung wird mehr Luft in den Zylinder gedrückt, was den Ladedruck erhöht und dadurch mehr Leistung pro Hubraumvolumen möglich wird. Das Einspritzsystem entwickelte sich im Gleichschritt, um die Verbrennung mit den höheren Drücken zu optimieren. Dazu baut eine Hochdruckpumpe im Rail einen Druck auf. Der Rail ist mit den Einspritzventilen verbunden.

[IMG 4]

Motorenteile wurden entkoppelt und bieten mehr Flexibilität

«Mit der Einführung der Common-Rail-Technologie wurde ein neues Zeitalter im Motorenbau eingeläutet. Früher waren Einspritzzeitpunkte mechanisch an Kurbel- und Nockenwelle gekoppelt, heute übernimmt diese Aufgabe ein intelligentes System», so Urs Schütz.

Der Einbau von Common-Rail-Systemen setzte vor etwa 20 Jahren ein. Er wurde notwendig, um die Verbrennung im Zylinder kontrollieren zu können und so die Abgasvorschriften einzuhalten. Damit ist es möglich, dass die Einspritzzeitpunkte des Kraftstoffs während des Betriebs verändert werden. So lässt sich beispielsweise das Drehmoment schneller einer wechselnden Belastung anpassen. [IMG 3]

Mit der variablen Einspritzung kann jedoch auch auf der Abgasseite auf die Abgasnachbehandlung Einfluss genommen werden. Für einen Arbeitstakt sind mehrere Einspritzungen möglich. Je nach Dynamik sind bis zu fünf Einspritzungen möglich. Nebst der Haupteinspritzung kommt es auch zu Vor- und Nacheinspritzungen. Voreinspritzungen erhöhen die Leistung, Nacheinspritzungen beeinflussen die Abgasnachbehandlung.

Die Motorsteuerung hält das Orchester zusammen

«Die Flexibilität des Motors wird über ein Steuergerät geregelt. Dieses bestimmt den Einspritzdruck und die Einspritzzeit. Das Steuergerät arbeitet aufgrund von Sensordaten. Ein heutiger Motor hat rund 30 Sensoren, welche Temperaturen, Drücke, Drehzahlen usw. an das Steuergerät liefern», erklärt Urs Schütz.

Hightech unter der Haube: Der Motor denkt mit

Der Kraftstoff wird in einem Hochdruckrohr gesammelt und steht den Einspritzdüsen bedarfsgerecht zur Verfügung. Wie erwähnt, lassen sich die Einspritzmenge und -zeitpunkte flexibel steuern, unabhängig von einer mechanischen Verbindung zur Nockenwelle.

Die Funktion wird unterstützt durch zahlreiche Sensoren, wodurch sich der Motorbetrieb dynamisch an wechselnde Lastsituationen anpasst. Weil der Motor mitdenkt, hat er mehr Effizienz und verursacht weniger Emissionen.

Als Landwirt kann man an heutigen Motoren nicht viel bewirken. Wichtig ist eine gute Pflege des Traktors und eine schonende Reinigung in Bereichen mit Kabelverbindungen.

Technologischer Fortschritt
Mit der Einführung der EU-Abgasnormen im Jahr 1999 wurden die Abgasgrenzwerte für Traktoren neu geregelt. Das Bundesamt für Umwelt (Bafu) orientiert sich bei den Abgasvorschriften in der Schweiz an den EU-Abgasstufen. Nach der Einführung der Abgasstufe 1 ist man heute bei der Abgasstufe 5 angelangt. Moderne Traktoren stossen heute rund 95 Prozent weniger Schadstoffe aus als vor 20 Jahren. Dies verlangte von den Motorenherstellern grosse Entwicklungen. Die Einführung von Common-Rail-Einspritzung und Turboladern ist eine Folge davon. Auf der Abgasseite sind bei der heutigen Abgasstufe 5 SCR- und DPF-Systeme verbaut. Der SCR-Katalysator reduziert Stickoxide (NO) und der Dieselpartikelfilter (DPF) entfernt Russpartikel aus den Abgasen. Die Entwicklung führte zu höheren Anschaffungskosten und einem erhöhten Wartungsaufwand durch zusätzliche Motorenkomponenten. Demgegenüber profitiert man von mehr Motorleistung und höherem Wirkungsgrad.