So funktioniert die Kompressionszündung in Gasmotoren von Volvo Trucks

Volvo FH Aero mit Gasantrieb (Alle Fotos bereitgestellt von Volvo Trucks)

Volvo Trucks entwickelt derzeit Modelle mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb. Das schwedische Unternehmen hat jedoch bereits Varianten seiner FM-, FH- und FH-Aero-Lkw mit Motoren auf den Markt gebracht, die mit Flüssigerdgas (LNG) und Bio-LNG betrieben werden. Diese Motoren bieten eine ähnliche Fahrleistung wie ihre Diesel-Pendants, jedoch mit reduzierten CO2-Emissionen und einer Reihe weiterer Vorteile.

In einem Exklusivinterview mit Power Progress International gab Daniel Bergstrand, Produktmanager bei Volvo Trucks, Einzelheiten über die Technologie bekannt, die entwickelt wurde, um die Nutzung von LNG und Bio-LNG in den Schwerlast-Lkw-Modellen des Unternehmens zu unterstützen, zu denen Modelle mit einem zulässigen Gesamtgewicht von über 18 Tonnen gehören.

Daniel Bergstrand, Volvo Trucks

Bergstrand: „2007 präsentierten wir sieben verschiedene Antriebsprototypen, darunter Biodiesel, Biogas, Biogas/Biodiesel, DME, Ethanol/Methanol, synthetischer Diesel und Wasserstoff/Biogas. Damit wollten wir die verschiedenen Wege zur CO2-Reduzierung veranschaulichen. Heute bieten wir Diesel, Biodiesel und HVO, LNG sowie batterieelektrische Antriebe an. Fahrzeuge mit Diesel- und LNG-Motoren sind im Grunde die gleichen Lkw; abgesehen vom Motor gibt es praktisch keine Unterschiede.“

Doch was für ein Unterschied! Man könnte vermuten, dass sich die Änderungen am D13-Dieselmotor zur Unterstützung der LNG-Nutzung auf die Einspritz- und Verbrennungssysteme konzentrieren würden – und das stimmt auch. Das für die Gaszufuhr benötigte Hochdruck-Direkteinspritzsystem (HPDI) wurde vom kanadischen Unternehmen Westport Fuel Systems entwickelt (ein Joint Venture zwischen Volvo Trucks und Westport namens Cespira wurde später gegründet, um das HPDI-System zu kommerzialisieren).

Um ein Kompressionsverbrennungsmodell zu unterstützen, das üblicherweise bei Dieselmotoren zum Einsatz kommt, entwickelte Westport außerdem einen neuen Injektor, der mit konzentrischen Nadeln sowohl eine sehr geringe Menge Dieselkraftstoff (HVO) als auch Erdgas in den Brennraum leitet. Mit steigendem Druck im Zylinder entzünden sich die Dieseltröpfchen, wodurch der gasförmige Kraftstoff verbrannt und die volle Leistung erreicht wird.

Von Westport Fuel Systems entwickelter HPDI-Kraftstoffeinspritzer

Mit typisch skandinavischem Understatement liefert Bergstrand weitere Details. „Diese Technologien unterscheiden sich etwas von anderen LNG-Motoren. Der Pilotkraftstoff (Diesel), der etwa 7 % des Gesamtverbrauchs pro Zyklus ausmacht, ermöglicht uns die Nutzung des Kompressionszyklus. Dieses Hochdruckmodell bietet uns eine ähnliche Leistung und Kraftstoffeffizienz wie ein Dieselmotor.“

Kraftstoffversorgung

Das HPDI-System ist eine komplexe und dennoch elegante Lösung für die Nutzung von LNG in einem Verbrennungsmotor. Das System, das den Kraftstoff zum Motor transportiert, ist ebenso gut konzipiert, wobei die gleichmäßige Zufuhr das oberste Ziel ist.

Eine Kryopumpe im isolierten Vakuumtank, der das LNG bei etwa -140 °C hält, erhöht den Druck des flüssigen Kraftstoffs auf die erforderlichen 300 bar (4.350 psi). Am oberen Ende der Pumpe wandelt ein Verdampfer das LNG in CNG um, bevor es dem integrierten Gasmodul (IGM) zugeführt wird, um die richtige Temperatur und den richtigen Druck zu erreichen. Vom IGM wird der Kraftstoff zum Gasaufbereitungsmodul geleitet, wo er eine endgültige Druckanpassung vor der Zufuhr zum HPDI-System und der Einspritzung vornimmt.

Beim Abstellen des Motors wird das Gasabsperrventil geschlossen und der verbleibende Kraftstoff in den Einspritzdüsen und Gasverteilern abgelassen. Dies geschieht, um beim Neustart des Motors den korrekten Druck in den Gasnadeln der Einspritzdüsen sicherzustellen. Um unnötigen Verlust und die Entlüftung in die Atmosphäre zu vermeiden, leitet ein Rücklaufmodul das verbleibende Gas zurück in den Vorratstank.

Dieselkraftstoff fungiert in einem Standardmotor sowohl als Kühlmittel als auch als Schmiermittel – LNG-Kraftstoff kann aufgrund seiner physikalischen Zusammensetzung nicht als Schmiermittel dienen. Bergstrand betont jedoch, dass neben dem Motoröl kein zusätzliches Schmiermittel erforderlich sei.

Volvo FH mit Kryotank (links) für LNG-Kraftstoff

Man könnte erwarten, dass der geringe Dieselkraftstoffverbrauch bei der Verbrennung dazu führt, dass sich weniger Ruß im Motor verteilt und im Öl ablagert, was zu längeren Wartungsintervallen führen könnte. Bergstrand sagt jedoch, dass der Wartungsplan für den LNG-Motor dem eines Dieselmodells ähnelt.

Ohne eine konkrete Zahl nennen zu wollen, stimmt Bergstrand zu, dass ein „erheblicher Prozentsatz“ an Komponenten vom Basisdieselmotor übernommen wurde. Dies könnte jedoch eher ein Vorteil als ein Nachteil sein; die Gemeinsamkeiten zwischen LNG- und Dieselmotoren dürften die Wartung unterwegs erleichtern.

Einer der Nachteile der Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff, insbesondere in Verbrennungsmotoren, ist die schädliche Wirkung des Kraftstoffs auf Bauteile – ein Prozess, der als Versprödung bezeichnet wird. Bergstrand erklärt, dass LNG, da es kaum mit bestehenden Motorteilen interagiert, nicht die gleichen schädlichen Auswirkungen wie Wasserstoff hat.

„Die Kraftstoffsysteme sind speziell für den Einsatz mit LNG ausgelegt, daher wurde dieser Aspekt berücksichtigt. Beispielsweise sind die Rohrleitungen für den Kraftstofftransport aus Metall, was ebenfalls dazu beiträgt, den Druck im Kraftstoffsystem aufrechtzuerhalten“, fügt er hinzu.

Marktakzeptanz

Laut Eurogas, einem regionalen Verband, der Unternehmen der Gaswertschöpfungskette vertritt, gab es im Juli 2025 in ganz Europa über 800 LNG-Tankstellen. Deutschland hatte mit 195 Standorten die meisten, gefolgt von Italien (173), Spanien (105) und Frankreich (91). Unternehmen wie Gasrec und Calor Gas arbeiten am Aufbau eines LNG-Versorgungsnetzes für schwere Lkw in Großbritannien.

Bergstrand sagt, das Marktinteresse an LNG-Lkw sei regional, aber auch je nach Kundenanwendung unterschiedlich. „Die passende Infrastruktur macht einen großen Unterschied“, erklärt er. „Allerdings habe ich noch nie von einem Fahrer gehört, der unseren LNG-Lkw getestet hat und mit der Leistung nicht zufrieden war.“

Er berichtet, dass Fahrer das Fahrerlebnis eines LNG-Lkw mit dem eines Diesel-Lkw vergleichen, insbesondere hinsichtlich der Fahrleistung auf der Straße und der Reichweite (die sich direkt auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt). Laut Volvo Trucks haben die LNG-Lkw-Varianten bei voller Tankfüllung eine Reichweite von rund 1.000 Kilometern.

Tanken mit LNG

Natürlich läuft das Tanken etwas anders ab. Statt einer Standard-Zapfpistole wird der Tankschlauch über eine Ringschelle mit dem Tank verbunden. Volvo Trucks verfügt über ein Manometer am Tank, um den Innendruck zu überwachen. Eine Entlüftung während des Tankens kann notwendig sein. Wo andere Hersteller jedoch separate Entlüftungsöffnungen haben, befindet sich bei Volvo Trucks ein entsprechendes Überdruckventil im Tanksystem. „Wir sehen darin einen Vorteil, da es einen Anschlusspunkt weniger gibt. Dadurch ähnelt der Tankvorgang eher dem von Diesel“, so Bergstrand.

Ein weiterer Vorteil von LNG ist die hohe Wahrscheinlichkeit, dass „schlechter“ Kraftstoff abgegeben wird. Dieselkraftstoff kann durch Wasser, insbesondere in schlecht gewarteten Lagertanks, beeinträchtigt werden. Die Verwendung dieses verunreinigten Diesels kann die Motorleistung beeinträchtigen und Pumpen oder andere Komponenten beschädigen. Der LNG-Produktionsprozess (siehe Kasten) entfernt Wasser und andere Verunreinigungen effektiv und hinterlässt nahezu reinen Flüssigkraftstoff.

Berechnung zukünftiger Kosten

Wie zu erwarten, sind Lkw mit LNG-Motoren teurer als solche mit Dieselantrieb. „Neue Technologien verursachen in der Regel Mehrkosten“, erklärt Bergstrand. Allerdings könnten sich Mehrkosten durch günstigere Gesamtbetriebskosten amortisieren – das britische Unternehmen Gasrec gab an, dass LNG zwischen 20 und 40 % günstiger sein kann als Dieselkraftstoff – ein bemerkenswerter Unterschied, sollte dieser Wert weiterhin stimmen.

Bergstrand schätzt, dass die Produktion von Fahrzeugen mit LNG-Motoren bei Volvo Trucks etwa 2 % des Gesamtvolumens ausmacht. Er rechnet jedoch mit einem Anstieg dieser Zahl – ja, sie muss sogar steigen. „Dies ist ein sehr wichtiger Schritt zur Emissionsreduzierung“, betont er. „Der Einsatz von Bio-LNG kann den CO2-Ausstoß (Well-to-Wheel) um nahezu 100 % senken. Hinzu kommt, dass Elektro-Lkw nicht für jeden Einsatzzweck geeignet sind, und genau hier bietet LNG eine kohlenstoffarme Alternative.“

Abschließend betont Bergstrand, dass Volvo Trucks ungeachtet des aktuellen Marktinteresses auch in absehbarer Zukunft Lkw mit LNG-Antrieb anbieten wird.

Manche sprechen von LNG-Lkw, als seien sie eine Übergangstechnologie. Wir sehen das anders. Wir glauben, dass die Fähigkeit, mit erneuerbaren Kraftstoffen zu fahren, Teil der Lösung für die Zukunft ist. Sie ist ein zentraler Bestandteil unserer dreigleisigen Strategie: Lkw mit batterieelektrischen, Wasserstoff-Brennstoffzellen- und Verbrennungsmotoren, die mit erneuerbaren Kraftstoffen wie Bio-LNG und Wasserstoff betrieben werden, unterstützen die Netto-Null-Ziele unseres Unternehmens und unserer Kunden.“

Der Absatz von LNG-Lkw steigt

Volvo FH Aero – Fahrer schätzen die Ähnlichkeit zwischen dem Fahren von Diesel- und LNG-Lkw

Im Mai 2025 meldete Volvo Trucks eine steigende Nachfrage nach seinen Modellen mit LNG- und Bio-LNG-Motoren und verkaufte weltweit mehr als 8.000 Einheiten.

Die wichtigsten Märkte für die mit gasbetriebenen Kraftstoffen betriebenen Lkw waren Schweden, Norwegen, die Niederlande, Spanien und Großbritannien.

„Viele unserer Kunden entscheiden sich dafür, ihre Diesel-Lkw durch Lkw mit Gasantrieb zu ersetzen, da dies eine einfache Möglichkeit ist, ihre CO2-Emissionen hier und jetzt zu reduzieren“, sagte Jan Hjelmgren, Leiter des Produktmanagements bei Volvo Trucks.

Er fuhr fort: „Die gasbetriebenen Lkw von Volvo sind für Transportunternehmen eine echte Win-Win-Situation, da sie geringere Betriebskosten mit einem geringeren CO2-Fußabdruck und gleichbleibender Produktivität kombinieren können.“