Evolution im Motorenbau: Hatz H-Serie Applicationizer

Industriedieselmotoren kommen seit Jahrzehnten in unterschiedlichsten Maschinen zum Einsatz. Und sie verrichten ihre Arbeit gut. Nun war es aber an der Zeit, den klassischen Industriediesel von Grund auf neu zu überdenken. Denn die branchenüblichen partiellen Weiterentwicklungen an bestehenden Motorplattformen konnten den großen Herausforderungen und Ansprüchen langfristig nicht mehr gerecht werden. Hatz nahm sich dieser Aufgabe an und hat mit der Hatz H-Serie den Industriediesel für kleine und mittelgroße Maschinen neu definiert.

Die Motoren der Hatz H-Serie – die Hatz Applicationizer – sind ein Ergebnis der langjährigen Expertise und Innovationskraft des Unternehmens. Nachvollziehbar bahnbrechende Erfindungen wie die Flachsitzeinspritzdüse von 1926, die Entwicklungen in der Dieseltechnologie nachhaltig beeinflusst hat, oder der erste Industrie-Dieselmotor aus Aluminium in 1958, der erst viele Jahre später zum industrieweiten Standard wurde, markieren nur zwei von vielen Sternstunden von Hatz. Mit den H-Serie Drei- und Vierzylinder-Dieselmotoren setzt der Motorenspezialist branchenweit erneut einen Meilenstein in Innovation und Entwicklung.

Warum Applicationizer? Weil die Hatz Motoren der H-Serie eine völlig neue Generation an Dieselantrieben darstellen, die Off-Highway-Applikationen – also Maschinen, die nicht auf der Straße gefahren werden – auf das nächste evolutionäre Level heben. Die Drei- und Vierzylinder-Dieselmotoren bestechen durch eindrucksvolle Merkmale wie hohe spezifische Leistung, Effizienz und Drehmoment bei weniger Hubraum, geringerem Gewicht, geringerer Größe, weniger Treibstoffverbrauch und niedriger Emission, um nur einige Vorzüge zu nennen. Die neue Motorenklasse wird durch ein konsequent umgesetztes Downsizing-Prinzip in Verbindung mit erstklassigen Komponenten erreicht. Dazu gehören robuste und hochwirksame Turbolader ebenso wie das spezielle Bosch Off-Highway Common-Rail-Einspritzsystem. Weitere Komponenten wie etwa von Mann+Hummel, Mahle, Behr oder Kolbenschmidt/Pierburg ergänzen das Hatz Motorendesign in höchster Qualität. 
 
Photo: Applicationizer: Die Hatz H-Serien Motorenpalette ist für ein sehr breites Anwendungsspektrum entwickelt.

Variantenvielfalt für mannigfaltigen Einsatz

Die große Variantenvielfalt des Applicationizers beruht auf einer Motorenfamilie mit zwei Plattformen, dem H-Serie Drei- und Vierzylinder. Sowohl der Drei- als auch der Vierzylindermotor basieren auf dem selben Grunddesign mit Dünnwandguss-Zylinderkurbelgehäuse, Alu-Kokillenguss-Zylinderkopf mit Querstromkühlung und den OHV-Zweiventilkonzept mit dezentraler Injektorposition.
Um für nahezu jeden Maschinentyp den optimalen Motor anzubieten, hat Hatz die beiden Grundmotoren in diversen Derivaten und Ausbaustufen im Programm. Damit haben Maschinenhersteller eine große Auswahl an Leistungsvarianten, Emissionsklassen oder Motoren mit speziellen Kapselungen für den Wetterschutz und Geräuschdämmung. Insgesamt stehen acht Motorvarianten zur Verfügung, die Maschinen mit bis zu 64 Kilowatt und innovativster Technologie antreiben. 
 
Grafik : Hatz Applicationizer: der Oberbegriff für die Anwendungsflexibilität und den weltweiten Einsatz der unterschiedlichen Motoren-Modelle der H-Serie, jeweils mit Nennwerten, Ausstattung (CR = Common Rail, T = Turbolader, IC = Ladeluftkühler, cEGR = gekühlte Abgasrückführung, DOC = Dieseloxidationskatalysator, DPF = Dieselpartikelfilter) und Emissionsklassen

Der Superlativ liegt im Detail: Niedrigste Emissionen

Neben Erfüllung der seit 2019 geltenden der EU-Richtlinie 2016/1628 (EU Stage V) wurden selbstverständlich auch die Vorgaben nach US EPA Tier 4 final in die Neuentwicklung der Motoren einbezogen. Mehrere Aspekte waren dabei ausschlaggebend. Einer davon ist ein sehr geringes Schwingungsniveau des Triebwerks, welches trotz bewussten Verzichts auf eine Ausgleichswelle realisiert wurde. Damit konnten nicht nur die Baugröße und das Gewicht niedrig gehalten, sondern auch die Reibungsverluste mit einhergehendem Kraftstoffverbrauch beziehungsweise damit verbundenen CO2-Emissionen minimiert werden. 
Entscheidend, um beste Rohemissionen zu garantieren, ist das Hatz Brennverfahren iHACS (intelligent Hatz Advanced Combustion Strategy). Hierbei handelt es sich um eine spezielle Brennraumgeometrie in Verbindung mit individuell definiertem Einspritzmuster, Ladungswechsel und einer Abgasrückführung in optimierter Form. Das iHACS-Brennverfahren hat weitere erhebliche Vorteile, beispielsweise für die Partikelfilteradaption. Das hocheffiziente Brennverfahren mit seinem niedrigen Kraftstoffbedarf begünstigt einen extrem geringen Rußeintrag und aus dem minimalen Ölverbrauch resultiert ein reduzierter Ascheeintrag in den Filter. Dies ermöglicht einerseits lange Intervalle zwischen den aktiven Regenerationszyklen mit geringem Einfluss auf den Gesamtkraftstoffverbrauch, auf der anderen Seite wurden somit sehr lange Standzeiten bis zur Notwendigkeit einer Aschereinigung verwirklicht. Diese Vorteile führen zu einer Reduzierung der Gesamtbetriebskosten.
Für langfristig stabile Emissionen sorgt zudem die erprobte zweistufige Kühlung der Abgasrückführung (AGR) mit flüssigkeitsgekühltem AGR-Ventil, kombiniert mit einer Motorsteuerung, die auf einen schmutzanfälligen Heißfilm-Luftmassenmesser verzichtet. Doch es wäre nicht Hatz, wenn die Ingenieure nicht von Anfang an einen Schritt weiter gegangen wären. Denn die Motorenserie ist bereits für den Betrieb mit paraffinischen Kraftstoffen nach EN 15940 für den „Zero Carbon“-Betrieb vorbereitet.

Leistung satt bei kompakter Bauweise

Die gesamte H-Baureihe zeichnet sich in ihrer Leistungsklasse durch einen hohen Aufladegrad bei gleichzeitig einfachem Motoraufbau aus. Erreicht wird dies mithilfe eines mechanischen Wastegate-Abgasturboladers und Ladeluftkühlung. Ein Resultat aus dieser Technologie ist die extrem kompakte Bauweise des Motors. Durch die enorm hohe Leistung und das kräftige Drehmoment der Motoren, haben Maschinenhersteller die Möglichkeit die Hatz H-Serie Motoren in Maschinen einzusetzen, die klassischer Weise mit Aggregaten einer höheren Hubraumklasse bestückt werden. Dass mehr als genügend Kraft vorhanden ist, beweist beispielsweise der aufgeladene Dreizylinder Motor 3H50TICD mit Ladeluftkühlung bei 1,5 Liter Hubraum. Sein hohes Drehmoment von über 200 Newtonmetern erreicht er bereits bei 1700 Umdrehungen, was in vielen Fällen sogar das Drehmoment von älteren Motoren der 56-Kilowattklasse übertrifft. Weiterhin gibt es Ausführungen der H-Serie unter 19 Kilowatt, ohne Ladeluftkühlung, die ein sehr hohes Drehmoment von 130 Newtonmetern schon bei 1300 Umdrehungen zur Verfügung stellen und damit in die frühere 19-37 Kilowatt Klasse vordringt. Insgesamt lassen sich damit drehmomentintensive Anwendungen, etwa hydraulische Hubleistungen, problemlos meistern. Zusätzlich wird im Vergleich zu einer konventionellen Motorenlösung ohne Turbolader durch die niedrige Drehzahl des Hatz Motors die Geräuschemission  reduziert. 

Grafik: Nominale Nennwerte des Hatz 3H50TIC/4H50TICD – Drehmoment und Leistung

Geringe Größe des Motors schafft Raum und Gewichtsreduzierung

Eine besondere konstruktive Herausforderung bestand für Hatz darin, trotz der Integration von zusätzlich notwendigen Komponenten, wie etwa dem Dieselpartikelfilter (DPF), die kompakten Abmessungen der H-Serie zu bewahren. Dadurch entschärfen sich für die Maschinenhersteller die Baumraumprobleme in den Geräten auf Grund der Umstellung auf Stage V massiv. Insbesondere der DPF spielt eine entscheidende Rolle für den Platzbedarf eines Motors. Bestehend aus einem Cordierit-DOC und einem Siliziumcarbid-DPF wurde der DPF an der frontseitigen Motorkontur platziert und verlängert den Motor somit nur in Richtung der Kraftabnahme über dem Schwungradgehäuse. Zudem wurde die optionale Integration einer Glüheinrichtung im Eintrittsgehäuse zum DOC zur Anhebung der Abgastemperatur während der aktiven Regenerationsphase in Verbindung mit einer stärkeren 150-Ampere-Lichtmaschine ohne zusätzlichen Bauraumbedarf verwirklicht. Ebenfalls entscheidend ist die Entwicklung wesentlich kompakterer Elektronikbauteile, die in der Plug-and-play-Lösung Hatz OPU (Open Power Unit) in der Zentralelektrik-Baugruppe zusammengefasst sind. 
Zu den weiteren und wesentlichen Errungenschaften beim Design der H-Serie zählt auch das durchdachte Partikelfilterkonzept. Es erlaubt maximale Flexibilität und benötigt minimalen Bauraum. Der modulare Aufbau mit unterschiedlichsten Abgasaustritten, motor- oder chassisfester Montage sowie optional horizontalem, vertikalem oder schrägem Einbau bietet eine vielseitige und platzsparende Installation.

Hatz DPF-Regeneration: ein branchenweites Novum

Die DPF-Regeneration beziehungsweise die Regenerationsstrategie für das Partikelfiltersystem besteht aus einem komplexen Zusammenspiel technischer Notwendigkeiten und der Anwenderfreundlichkeit für den Maschinenbetreiber. Hier ging Hatz völlig neue Wege. Ziel war die Maximierung des Einsatzspektrums und der Zuverlässigkeit in allen denkbaren Einbauszenarien. Hatz verwirklichte ein neuartiges Thermomanagement über eine bedarfsgerechte Anpassung der Abgasrückführung über die Anstellung der Drosselklappe, eine Spätverschiebung der Verbrennung und zusätzliche Applikation von späten bis sehr späten, aber noch momentbildenden Einspritzungen bei gleichzeitiger Verwirklichung sehr niedriger Light-off-Temperatur am DOC. Zusätzlich ist mit einer optionalen Zusatzheizung im Eintritt zum DOC eine Abgastemperaturanhebung über die interne Motorlaststeigerung und externe Energiezufuhr möglich. Dieses schafft die Möglichkeit, auf sämtliche Lastprofile individuell zu reagieren. Zudem ermöglicht die Zudosierung von unverbranntem Kraftstoff aus gesplitteter, sehr später Einspritzung die Temperaturregelung während der aktiven Regenerationsphase. Eine weitere Errungenschaft ist die automatische Abschaltung eines (3H50TICD) beziehungsweise zweier (4H50TICD) Zylinder während der Stillstandsregeneration. Dies verringert den Abgasstrom und erhöht das Temperaturniveau während der Temperierungsphase. Die automatische Zylinderabschaltung wird von Hatz erstmals bei Industriedieselmotoren in dieser Leistungsklasse eingesetzt.

Hatz Applicationizer at a glance

Das Design der Hatz H-Serien Motorenplattform besticht durch Langlebigkeit, Leistung, geringe Baugröße sowie die hohe Wartungsfreundlichkeit. Innovationen, etwa das iHACS-Brennverfahren, sorgen für die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte, wobei mit zusätzlichem Dieselpartikelfilter auch strengere Grenzwerte, beispielsweise die der EU-Stage-V-Regelung, eingehalten werden – bei identischen Leistungswerten und kaum veränderter Baugröße. Dies alles zum Vorteil des Maschinenherstellers und des Betreibers: Die Palette der Drei- und Vierzylindermodelle ist für einen breiten Einsatzbereich entwickelt und bietet einen Antrieb für nahezu alle Szenarien und Märkte.