Was ist ein Schwerölmotor, welche unterschiedlichen Typen gibt es?

Der Ursprung der Schwerölmotoren liegt in der militärischen logistischen Notwendigkeit „eines einzigen Treibstoffs auf dem Schlachtfeld“. Dieses Konzept kommt sowohl der Logistik als auch der Sicherheit zugute. Heute erlauben die technischen Bedingungen ihren Einsatz bei kleinen UAV-Motoren. Die Idee dabei ist, einen einzigen Treibstoff für alle Arten von Fahrzeugen zu verwenden, sowohl Boden- als auch Luftfahrzeuge. Für Schweröldrohnen wird der gleiche Treibstoff verwendet wie für bemannte Flugzeuge: Kerosin-basierter Treibstoff wie JP-5, JP-8 oder Jet-A1.

Kleine Ottomotoren, die Schweröle verwenden, heißen HFE (Heavy Fuel Engines) oder Mehrstoffmotoren, da sie mit einer breiten Palette von Kraftstoffen von Benzin bis Diesel arbeiten können. Aufgrund ihrer einfachen Konstruktion und ihres geringen Gewichts handelt es sich dabei in der Regel um Zweitaktmotoren.

Hersteller von UAV-Motoren bieten verschiedene Lösungen für den Einsatz von Schwerölen in Triebwerken kleiner unbemannter Fahrzeuge an. Sie können in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden: Direkteinspritzung und indirekte Einspritzung.

 

Direkteinspritzung in Mehrstoffmotoren

Bei der Direkteinspritzung wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt. Das australische Unternehmen Orbital ist führend bei der Entwicklung dieser Technologie und viele Hersteller verwenden die Orbital-Technologie, die heute als Air Assisted Direct Injection (AADI) bekannt ist. Orbital hat dieses System bei seinen eigenen FlexDI-Motoren angewendet.

 

Andere Unternehmen entwickeln HFE-Systeme mit Direkteinspritzung. Die Firma XRDi beispielsweise, die an leichten, kraftstoffsparenden und emissionsarmen Antriebssystemen arbeitet, hat Mehrstoffmotoren (MFE) entwickelt, bei denen eine firmeneigene Konstruktionstechnologie zum Einsatz kommt.

 

Kraftstoff-Luft-Gemische (MCDI)

Das MCDI-System verwendet in jedem Zylinder einen kleinen Kompressor, der Kraftstoff und Luft über eine Düse in die Brennkammer einspritzt.

Weitere Beispiele für Direkteinspritzung sind die von Cosworth und Ricardo entwickelten Motoren. Beide verwenden mechanische Einspritzsysteme, die denen bei der mechanischen Dieseleinspritzung in Kraftfahrzeugen ähneln.

Ricardo Wolverine 3 HFE

Der Schwerölmotor der Cosworth AG

Diese Motoren sind hochpreisige Lösungen und ihre Anwendung ist auf UAVs für militärische Zwecke wie das Insitu EagleScan (Boeing) beschränkt.

Fakt ist, dass der technische Aufwand einer Direkteinspritzung nicht notwendig ist. Viele andere Hersteller haben sich für die indirekte Einspritzung entschieden.

 

Indirekte Einspritzung in Mehrstoffmotoren

Die indirekte Einspritzung ist das Einspritzsystem, das üblicherweise in Fahrzeugen mit Fremdzündung (Benzin) verwendet wird. Es ist eine viel kostengünstigere Lösung als die zuvor vorgestellten.

Die meisten Hersteller von Schwerölmotoren haben sich für die indirekte Einspritzung entschieden: 3W, SKY POWER, Sonex Research oder Northwest UAV, um nur einige zu nennen.

Das Hauptproblem von Schwerölmotoren mit indirekter Einspritzung ist der Kaltstart. Die Kraftstoffzerstäubung ist nicht so gut wie bei Direkteinspritzung und die Gemischzündung ist bei indirekten Motoren schwieriger. Aus diesem Grund haben einige Hersteller eigene Systeme entwickelt, um das Starten zu erleichtern. Sie erhitzen den Kraftstoff oder die Brennkammer, um die Verdampfung des Kraftstoffs zu erleichtern.

So entwickelte Sonex Research beispielsweise eine eigene Technologie für Schwerölmotoren (HFE). Das Sonex Combustion System (SCS) in Verbindung mit dem patentierten Cold Start System (CSS) ermöglicht umgerüsteten Motoren mit JP-5, JP-8 oder Jet-A1 einen zuverlässigen Start bei niedrigen Temperaturen. CSS besteht aus einem beheizten Kraftstoffverdampfer und einer Brennkammerheizung.

Ein weiteres Beispiel für die indirekte Schweröleinspritzung ist die Firma Advanced Innovative Engineering, die bei diesem Test den Motor mit Benzin startet und bei gestartetem Motor auf JP8 umschaltet.

 

Ich halte das für einen Kunden für unpraktisch, aber in der Praxis gibt es, sobald der Motor gestartet und warm ist, keine Änderungen im Betrieb, außer dass Sie eine leicht andere Karte verwenden müssen.

 

Abschluss

Obwohl die Hersteller bestrebt sind, spezielle Entwicklungen für Schweröl durchzuführen, ist es tatsächlich so, dass außer der Kraftstofftabelle keine Motormodifikation erforderlich ist, um einen Motor mit kerosinbasierten Kraftstoffen wie JP-5, JP-8 oder Jet-A1 zu betreiben. Der Motor ohne jegliche Modifikation muss auf über 60ºC erhitzt werden, um das Starten zu erleichtern. Sobald der Motor gestartet ist, ist die Leistung identisch mit der des benzinbetriebenen Motors und es gibt keinen sichtbaren Rauch.