Die Technologie hinter dem Erdgasmotor XCursor 13 von FPT Industrial

XCursor 13 NG eignet sich für Schwerlast-Lkw und Überlandbusse (Foto: FPT Industrial)

Als Teil der Iveco-Gruppe produziert FPT Industrial Motoren, Getriebe und Achsen für die verschiedenen Unternehmensbereiche und liefert diese auch an Drittkunden. Die Produktpalette deckt eine breite Palette von On- und Off-Highway-Anwendungen ab, darunter Lkw, Busse und Traktoren, aber auch Stromerzeugungs- und Schiffsmodelle.

Laut Andrea Abbà, Produktmanager für das On-Highway-Portfolio, bietet das Unternehmen mittlerweile eine Reihe von Motoren an, die verschiedene alternative Kraftstoffe, darunter auch Erdgas, nutzen können. „Wir verfügen über ein komplettes Sortiment an Erdgasmotoren von drei bis 13 Litern. Diese eignen sich für eine Vielzahl von Lkw- und Busanwendungen, von leichten über mittelschwere bis hin zu schweren Lkw, von Minibussen und Stadtbussen bis hin zu Überlandbussen. Ich würde sagen, wir haben das breiteste Angebot an Erdgasmotoren auf dem Markt.“

Auf die Frage, ob die Palette der Erdgasmotoren auf die Kundennachfrage zurückzuführen sei oder die breite Fahrzeugpalette von Iveco unterstützen solle, antwortet er, dass beides eine Rolle spiele. „Wir beliefern Iveco und Marken der Iveco-Gruppe sowie Drittkunden, die On- und Off-Highway-Modelle produzieren“, berichtet er.

Erdgasmotoren

FPT Industrial kann seine Geschichte mit Gasmotoren bis ins Jahr 1997 zurückverfolgen – länger als die meisten anderen Unternehmen, die Motoren mit ähnlichen Kraftstoffsystemen herstellen. Laut Abbà hat das Unternehmen seitdem mehr als 100.000 Einheiten seiner Erdgasmotoren verkauft.

2018 stellte das Unternehmen sein Cursor X-Konzept vor, die modulare Motorenreihe, die später auch Diesel- und Erdgasversionen umfassen sollte; die Entwicklung einer Wasserstoffvariante ist geplant. Das „X“ im Konzeptnamen – und das, das auch bei den neuesten Modellen zu finden ist – fungiert als Variable und unterstreicht die Multi-Fuel-Fähigkeit der Motorenreihe.

Die serienreife Version des Single-Base-Multi-Fuel-Motors XCursor 13 wurde 2022 auf der IAA Transportation vorgestellt. Der Motor mit 12,9 Litern Hubraum wurde zunächst als Dieselmodell eingeführt – er kann auch HVO/Erneuerbarer Diesel und B7-Biodiesel verwenden. 2024 folgte der XCursor 13 NG, der ohne Modifikationen CNG (Compressed Natural Gas), LNG (Liquid Natural Gas) oder Biomethan nutzen kann. Abbà betont, dass die Verwendung von Biomethan den CO2-Ausstoß um fast 100 % reduzieren wird.

Während Dieselmotoren über eine Kompressionszündung verfügen, arbeiten Erdgasmotoren mit Fremdzündung. Zwar gibt es auch Erdgasmotoren mit Kompressionszündung, doch diese erfordern in der Regel eine komplexe Steuerung von LNG, Harnstoff (AdBlue) und Dieselkraftstoff sowie eine Kryopumpe für den LNG-Tank und ein Diesel-Nachbehandlungssystem.

„Die Funkenzündung ist eine Lösung, die wir schon lange entwickeln“, sagt Abbà. „Sie bietet ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Motorleistung und Effizienz sowie zwischen Kosten und Nutzen. Wir haben langjährige Erfahrung mit diesem System, es ist sehr zuverlässig.“

Gewichtsreduktion

Der XCursor 13 NG wurde speziell für den Einsatz in Schwerlast-Lkw und Überlandbussen entwickelt; die Iveco S-Way-Lkw sind ab sofort mit diesem Motor erhältlich. Die Leistung der Erdgasversion beträgt 368 kW/500 PS bei einem maximalen Drehmoment von 2.200 Nm (eine Version mit 520 PS und 2.500 Nm könnte bei entsprechender Kundennachfrage noch zugelassen werden). Auch der Platzbedarf des Motors deutet auf den Einsatz im Schwerlastbereich hin, ebenso wie das Gewicht – der XCursor 13 NG bringt 1.050 kg auf die Waage.

„Wir haben viel Arbeit investiert, um das Gewicht des neuesten Motors im Vergleich zur Vorgängerversion zu reduzieren“, so Abbà. „Wir konnten das Gesamtgewicht um etwas mehr als 100 kg senken, was einer Reduzierung um etwa 10 % entspricht. Wir halten das für einen wichtigen Erfolg.“

Zu den Gewichtsreduzierungsmaßnahmen gehörte ein neues Motorblockdesign mit geringerem Materialverbrauch. Zylinderkopf und Block aus Gusseisen wurden durch eine leichtere Version aus Vermiculargraphit (CGI) ersetzt. Bei diesem Gusseisentyp ist der Graphit in gewellter oder „wurmförmiger“ Form vorhanden, was das Gießen und die Bearbeitung des fertigen Bauteils erleichtert. CGI bietet zudem günstige Wärmeübertragungseigenschaften.

Andrea Abbà, FPT Industrial

„CGI ist druck- und hitzebeständiger, sodass wir die mechanische Leistung des Motors steigern können“, erklärt Abbà. „[Der Motor] wiegt etwa eine Tonne, was zwar viel klingt, aber zu den Besten seiner Klasse auf dem Markt gehört.“

Mehr neue Technologien

Die Motorenreihe, die durch den neuesten XCursor ersetzt wurde, hieß schlicht Cursor. Die Erdgasversionen dieses Motors verwendeten einen Turbolader mit mechanischem Wastegate. Dieser wurde nun aktualisiert und verfügt nun über ein elektronisches Wastegate.

„Die elektronische Steuerung des Wastegates im neuen Turbo sorgt für eine präzisere Bewegung“, sagt Abbà. „Sie verbessert die Reaktionszeit des Turbos und damit die Effizienz. Darüber hinaus verfügt der Turbo über ein neues Wasserkühlsystem. Erdgas erzeugt höhere Temperaturen als Diesel, und dieses neue System trägt zur Kühlung des Turbos und der durchströmenden Luft bei, was wiederum die Motorleistung verbessert.“

Ein effizienter Turbolader kann im Vergleich zu einem Saugmotormodell zu einer höheren Leistung beitragen, da der Motor weniger arbeiten muss, um die gleiche Leistung zu erzielen. Der XCursor 13 NG nutzt zudem einen Dreiwegekatalysator zur Reduzierung der Motoremissionen.

„Der Dreiwegekatalysator ist bei Erdgasmotoren Standard“, so Abbà. „Mit der Einführung des Erdgasmotors im Jahr 2024 haben wir zusätzlich einen CPF (CNG-Partikelfilter) eingebaut. Auch dieser ist Standard, unabhängig von der Anwendung.“

Eine weitere Neuerung des XCursor 13 NG ist ein Abgasrückführungssystem (AGR). Dieses leitet einen Teil des Abgasstroms zurück in den Krümmer und trägt so zur Senkung der Verbrennungstemperaturen und Reduzierung der Stickoxidemissionen bei. „Dies ist der einzige von uns produzierte Erdgasmotor mit AGR-System“, fährt Abbà fort. „Es trägt dazu bei, die thermische Belastung des Motors zu reduzieren und so Leistung und Effizienz zu steigern.“

Das Mehrpunkt-Direkteinspritzsystem wurde vom vorherigen Cursor-Motor übernommen, Abbà sagt jedoch, dass jetzt Injektoren mit „voller Lebensdauer“ verwendet werden, was bedeutet, dass diese während der gesamten Lebensdauer des Motors nicht ausgetauscht werden müssen – beim vorherigen Cursor 13 mussten die Injektoren in festgelegten Wartungsintervallen ausgetauscht werden.

Neben der Verbesserung der Einspritzdüsen wurde auch das Design der Brennkammer verändert, um das sogenannte „Megaklopfen“ zu verhindern, bei dem sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch vorzeitig entzündet. „Das Design der Brennkammer verbessert das Luft-Kraftstoff-Gemisch und beugt so Klopfen vor. Zusammen mit der Gewichtsreduzierung, dem neuen Turbolader, den Änderungen an der Brennkammer und weiteren Maßnahmen konnten wir den Kraftstoffverbrauch des neuen Motors um 8 % senken“, erklärt er.

Hohe Kompression ist eine Ursache für Motorklopfen. Um dies zu verhindern, beträgt das Kompressionsverhältnis des XCursor 13 NG 12:1. Dies ist im Vergleich zu einem Dieselmotor, der mit einem Verhältnis zwischen 14:1 und 25:1 arbeiten kann, relativ niedrig.

Motormanagement

Die ECU (Motorsteuergerät) reguliert die verschiedenen Systeme des Motors und unterstützt die Synchronisation zwischen den einzelnen Funktionen, um eine optimale Gesamtleistung hinsichtlich Leistung, Wirtschaftlichkeit und Emissionen zu erreichen und gleichzeitig Lärm, Vibrationen und Rauheit zu reduzieren.

Der Iveco S-Way HD-Lkw ist mit LNG-Kraftstoffsystem und XCursor 13 NG-Motor erhältlich (Foto: Iveco)

Abbà erklärt, dass sich die Motorsteuerung des XCursor 13 NG von der der Dieselversion unterscheidet. Das System verfügt über ein völlig neues Motorkennfeld, das beispielsweise erkennt, ob ein Klopfen auftritt, und die Parameter zur Optimierung der Verbrennung ändert.

„Das Verbrennungsmuster ist völlig anders als beim Diesel, daher benötigt der Motor eine andere Steuereinheit“, sagt Abbà.

Das Wartungsintervall für moderne Erdgasmotoren beträgt 100.000 km (ca. 62.000 Meilen). Während Erdgasmotoren in der Regel kürzere Wartungsintervalle als Dieselmotoren haben, hat die Einführung des neuen 0W16-Motorenöls zu einer Verlängerung des Wartungsintervalls beigetragen. Abschließend weist Abbà darauf hin, dass die meisten Schwerlast-Lkw tagelang mit konstanter Autobahngeschwindigkeit unterwegs sind, was hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Motorlebensdauer am effizientesten ist. Der tatsächliche Betriebszyklus des Lkws hat jedoch den größten Einfluss auf den Wartungsbedarf.