mini|Zylinderkopf des Achtzylinder-Zweitakt-Dieselmotors von MAN B&W (heute MAN Energy Solutions) auf dem VLCC Algarve mini|Kurbelgehäuse des MAN-B&W-Dieselmotors auf dem VLCC Algarve mini|Kolben und Pleuel eines Schiffsdieselmotors, Deutsches Museum
Als Schiffsdieselmotor bezeichnet man einen Dieselmotor, der als Haupt- oder Hilfsmotor auf einem Schiff dient. Baugleiche oder -ähnliche Motoren werden zudem stationär in Kraftwerken auf Inseln und anderen abgelegenen Orten eingesetzt, sowie als Notstromaggregate zum Beispiel in Krankenhäusern, Großbanken, Rechenzentren und Kernkraftwerken betrieben.
Schiffsdieselmotoren gibt es in nahezu allen Größen- und Leistungsklassen. Die größten und leistungsstärksten Motoren sind in der Regel langsamlaufende Zweitaktmotoren; Viertaktmotoren werden in großen und mittleren Leistungsklassen als Mittelschnellläufer gebaut, kleine Schiffsdieselmotoren sind oft Schnellläufer.
Wie alle Dieselmotoren sind Schiffsdieselmotoren prinzipiell vielstoffgeeignet und können mit einer großen Anzahl unterschiedlicher Kraftstoffe betrieben werden. Handelsüblicher DIN-EN-590-Dieselkraftstoff ist verhältnismäßig teuer und spielt nur bei kleinen Viertaktmotoren eine Rolle; größere Viertaktmotoren und Zweitaktmotoren werden in der Regel mit Gasöl, Schweröl (HFO) oder seit einiger Zeit auch mit Flüssigerdgas (Liquefied Natural Gas, LNG) betrieben. Bis Ende 2006 wurde auch Orimulsion als Brennstoff verwendet. Die Bezeichnung Diesel bezieht sich auf den Arbeitsprozess, der laut Definition durch die Ansaugung von Luft, deren Komprimierung mit einhergehender Erhitzung und die Selbstzündung des Kraftstoffes nach dessen Einspritzung sowie Verbrennung mit Diffusionsflamme gekennzeichnet ist.
Anforderungen Die Anforderung an Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit sind deutlich höher als bei stationär betriebenen oder in Landfahrzeugen genutzten Dieselmotoren. Wenn der Antrieb eines Schiffes ausfällt und es keine Fahrt mehr macht, wird das Ruder nicht mehr angeströmt. Das Schiff wird dadurch fast vollständig manövrierunfähig. Bei schwerer See kann sich das Schiff quer legen und gerät unter Umständen in Seenot. Es entstehen hohe Kosten für Bergung und verdorbene/verspätete Ladung bis hin zum Totalverlust des Schiffes. Es wird großer Wert auf eine lange Lebensdauer gelegt, um langfristig die Betriebskosten (engl. ) zu minimieren. Darüber hinaus sind Reparaturen oder gar der Austausch der Maschine mit erheblichem Aufwand verbunden wie der Demontage von Aufbauten und dem Öffnen von darüberliegenden Decks oder der Bordwand. Dies führt wiederum zu langen Dockzeiten, während derer das Schiff nicht zur Verfügung steht. Ein Seeschiff muss eine hohe Dauerleistung erbringen können, das heißt, auch lange Strecken bei voller Fahrt überstehen können. Ein geringer Kraftstoffverbrauch ist wichtig, da die gestiegenen Rohölpreise auch die Preise für Schweröl deutlich haben steigen lassen. Heutige Schiffsdieselmotoren erreichen spezifische Verbräuche von weniger als 180 g/kWh. Ein Trend zu „Dual-Fuel-Motoren“ (Diesel und Erdgas) ist feststellbar, da Erdgas tendenziell billiger ist als HFO. Dual-Fuel-Motoren erreichen jedoch nie so günstige Verbrauchswerte wie Single-Fuel-Motoren. Ein hoher Automationsgrad ist heute Stand der Technik. Schiffsmotoren werden zunehmend im wachfreien Betrieb gefahren, so dass Alarme und andere Ereignisse elektronisch verarbeitet und dem wachhabenden Offizier bzw. Maschinisten in geeigneter Weise übermittelt werden müssen. Im Gefahrenfall stellt sich die Maschine automatisch ab bzw. reduziert die Last. Allerdings können Alarme und Stopps auch ignoriert werden, wenn die Situation es erfordert (Schiff vor Maschine/Override). Außerdem sind Schiffsmotoren-Anlagen meist schwarzstartfähig, wobei zumindest ein Dieselgenerator im Notfall auch komplett manuell gestartet werden kann, sodass dann auch wieder Hilfsenergie zum Betrieb des Hauptmotors verfügbar ist. Bei Innenbordmotoren von Booten, insbesondere von Segelbooten, kommen heute selbst bei sehr kleiner Leistung neben mittlerweile vermehrt elektrischen Motoren fast ausschließlich Dieselmotoren zum Einsatz, weil der Dieselkraftstoff im Gegensatz zum Motorenbenzin keine giftigen Dämpfe bildet, die sich in der Schiffsschale verteilen können und beim Anlassen eine Explosionsgefahr darstellen. Der Flammpunkt von Dieselkraftstoff ist sehr viel höher als der von Benzin. Motorräume von Schiffen mit Benzinmotoren müssen aufwendig mit Entlüftungsgebläsen ausgerüstet werden, die auch vor dem Motorstart angelassen werden müssen. Bei Dieselmotoren ist dies nicht nötig: sie sind daher jederzeit startbereit.
Typen und Bauweisen mini|Einzylinder-Schiffsdiesel mini|Kurbelwelle eines langsamlaufenden Zweitaktmotors mini|Schnitt durch einen Abgasturbolader für einen Hilfsdiesel
Je nach Schiffsgröße und Antriebsart werden Dieselmotoren verschiedener Bauarten eingesetzt. Sie sind oft mit Abgasturbolader und Ladeluftkühler ausgestattet. Langsamläufer Bei mittleren und großen Frachtschiffen wie Tankern, Bulkcarriern und Containerschiffen kommen Langsamläufer zum Einsatz. Der Drehzahlbereich dieser Motoren liegt zwischen 60 und 250 Umdrehungen in der Minute. Sie arbeiten im Zweitaktbetrieb mit Aufladung bei vergleichsweise niedriger geometrischer Verdichtung, aber hohem Mitteldruck. Sie haben ein Hubverhältnis von 2 bis 5, sind ohne Getriebe umsteuerbar und wirken direkt auf den Propeller. Große Zweitakter erreichen einen spezifischen Verbrauch von weniger als 170 g/kWh (55 % Wirkungsgrad). Die Schwingungen bei niedrigen Drehzahlen sind geringer als bei anderen Typen.
Große Schiffsantriebsdiesel sind in der Regel langsamlaufende Zweitakt-Kreuzkopfmotoren, die als Reihenmotoren mit 5 bis 14 Zylindern mit bis zu 100 MW gebaut werden. Früher gab es auch V-Motoren (Detroit Diesel) und Gegenkolbenmotoren, zum Beispiel die Deltic-Motoren von Napier. Große Zweitakt-Kreuzkopfmotoren haben beheizte Brennstoffleitungen und entsprechend ausgerüstete Einspritzventile und -pumpen und werden mit Schweröl (HFO, von engl. ) betrieben. Ältere Motoren wurden mit Dieselkraftstoff angefahren und erst auf offener See auf Schweröl umgeschaltet. Langsamläufer arbeiten üblicherweise direkt auf die Propellerwelle. Die Drehrichtung der Maschine lässt sich umsteuern, wozu der Motor gestoppt werden muss. Um den Motor rückwärts anzulassen, werden entweder die Nockenwelle hydraulisch oder pneumatisch verschoben oder aber die Stößelrollen auf die andere Flanke der Einspritzpumpennocke gesetzt und der Motor neugestartet. Modernste Großdiesel werden teilweise ohne Nockenwelle ausgeführt, so dass der Umsteuervorgang in dieser Form entfällt. Schiffsdieselmotoren dieser Größenordnung sind stets mit Turboaufladung ausgerüstet (sowohl zweitaktprinzipbedingt als auch zur Erhöhung des Wirkungsgrades und der spezifischen Leistung). Sie können eine Lebensdauer von über 20 Jahren, also etwa 150.000 Betriebsstunden, erreichen.
Mittelschnellläufer Mittelschnellläufer-Viertaktdieselmotoren mit einem Drehzahlbereich bis 1200 Umdrehungen in der Minute werden vorrangig auf kleineren bis mittleren Frachtschiffen, Passagierschiffen sowie auf Kriegsschiffen eingebaut. Je nach Größe sind sie als Reihen- oder V-Motor ausgeführt mit bis zu 20 Zylindern, haben eine Bohrung bis zu 640 mm, eine maximale Kolbengeschwindigkeit bis 11 m/s und eine Zylinderleistung zwischen 100 und 2150 kW. Große Viertaktdieselmotoren erreichen spezifische Verbräuche von weniger als 180 g/kWh. Diese Motoren erfordern eine Getriebeuntersetzung oder treiben Generatoren für einen dieselelektrischen Antrieb an, der auf Kreuzfahrtschiffen auch als Podantrieb ausgeführt wird, häufig auch in Verbindung mit Verstellpropellern oder Wasserstrahlantrieb. Ein weiterer wichtiger Einsatz von aufgeladenen Dieselmotoren dieser Bauart ist die Stromerzeugung an Bord. Hierzu treiben sogenannte Hilfsdiesel mit konstanter Drehzahl einen Generator an. (Ein Motor mit einer Drehzahl von 1800 in der Minute erzeugt bei einem vierpoligen Generator 60-Hz-Wechselstrom.)
Mittelschnelllaufende Viertaktmotoren werden als Reihen- und als V-Motoren sowie in einigen exotischen Anordnungen wie z. B. Sternmotoren (sechs Sterne mit je sieben Zylindern hintereinander) für Schnellboote gebaut. Sie erfordern ein Getriebe im Antriebsstrang oder eine dieselelektrische Kraftübertragung, da der Propeller eine deutlich niedrigere Drehzahl als die Motornenndrehzahl benötigt.
Schnellläufer Schnellläufer, deren Drehzahl auch 2000 Umdrehungen in der Minute überschreiten kann, findet man im Bereich der Binnenschiffe und in der Sport- und Freizeitschifffahrt. Nicht alle haben eine Aufladung. Kleine schnelllaufende Dieselmotoren für Sport- und Freizeitboote sind meist als Viertaktreihenmotoren, oft mit vier oder sechs Zylindern, konstruiert. Sie basieren oft auf Pkw-Motoren. So zum Beispiel war der weltweit erste in Serie gebaute Pkw-Dieselmotor OM 138 auch als Bootsmotor erhältlich. Die meisten Außenbordmotoren sind benzinbetriebene Ottomotoren. Im Bereich gewerblich genutzter Außenbordmotoren gibt es auch einige wenige Dieselaggregate. So baute Yanmar in den 1990er Jahren Außenborddieselmotoren mit 27 und 36 PS. Derzeit (2017) ist einer der wenigen Anbieter von Außenborddieselmotoren die deutsche Neander Motors AG (Kiel).boot.de: Neander Shark auf der boot 2017
Technische Daten ausgewählter Schiffsdieselmotoren Hersteller Typ Bauart, Bauform Bohrung (mm) Hub (mm) Hubraum/Zyl. (Liter) Leistung/Zyl. (kW) Drehzahl (1/min)Mittlere Kolbeng. (m/s) Einsatz als Einsatzbeispiele MAN B&WK98ME-C6MAN B&W K98ME-C6 Project Guide, aufgerufen am 24. Oktober 2014 Zweitaktmotor mit Turbolader langsamlaufend R6–R12, R149802.6602.006,45.720948,3 Containerschiffe Winterthur Gas & DieselRT-flex96CWärtsilä Low Speed Engines, aufgerufen am 19. März 2010. Zweitaktmotor mit Turbolader langsamlaufend R6–R12, R149602.5001.809,65.7201028,5 Containerschiffe Emma-Mærsk-Klasse Wärtsilä-SulzerRTA84T Zweitaktmotor mit Turbolader langsamlaufend R5–R98403.1501.745,74.200768,0 Tank- und Frachtschiffe Wärtsilä64Wärtsilä Medium Speed Engines, aufgerufen am 19. März 2010. Viertaktmotor mit Turbolader mittelschnelllaufend R6, R8, R9, V12, V16640900289,52.01033310,0 Fracht- und Kreuzfahrtschiffe MAN B&W58/64MAN Medium Speed Engines, aufgerufen am 19. März 2010. Viertaktmotor mit Turbolader mittelschnelllaufend R6–R9580640169,11.4004289,1 Fracht- und Kreuzfahrtschiffe Pacific Jewel, Queen Elizabeth 2 Wärtsilä46 Viertaktmotor mit Turbolader mittelschnelllaufend R6, R8, R9, V12, V1646058096,41.0505149,9 Fracht- und Kreuzfahrtschiffe Oasis of the Seas, Queen Mary 2 MaKM43CCat and MaK Propulsion Engines, aufgerufen am 19. März 2010. Viertaktmotor mit Turbolader mittelschnelllaufend R6, R7, R8, R9, V12, V1643061088,61.00050010,2 Fracht- und Kreuzfahrtschiffe Sphinx-Klasse BBC Everest SulzerZA40SThe Medium Speed 4 Stroke Trunk Piston Engine, aufgerufen am 17. Oktober 2010. Viertaktmotor mit Turbolader mittelschnelllaufend R6, R8, R9, V12, V1640056070,47205109,5 Fracht- und Kreuzfahrtschiffe Destiny-Klasse, Queen Victoria CaterpillarC280 Viertaktmotor mit Turbolader schnelllaufend R8, V12, V1628030018,53391.00010,0 Fracht- und Passagierschiffe MTUSerie 8000, aufgerufen am 11. März 2011. Viertaktmotor mit Turbolader schnelllaufend V2026531517,44551.15012,1 Passagierschiffe, Schlepper A.B.C.DZC, aufgerufen am 6. Oktober 2012., aufgerufen am 6. Oktober 2012. Viertaktmotor mit Turbolader mittelschnell- bis schnelllaufend R6, R8, V12, V16256310162211.00010,3 Küsten- und Binnenschiffe, Schlepper Yanmar Marine 1GM10 Viertaktmotor mit indirekter Einspritzung schnelllaufend 1-Zylinder mit Schwungrad75720,3186,736008,6 Segelschiffe bis ca. 10 m Länge
Kraftübertragung Es gibt vor allem drei verschiedene Möglichkeiten der Kraftübertragung vom Motor zum Propeller.
Direkt mini|Welle im Wellentunnel (von der Hauptmaschine zum Propeller)