JCB Dieselmax - Weltrekord mit 529 km/h

[Bauforum24 1.137]

JCB hat den bestehenden Geschwindigkeitsrekord für dieselgetriebene Landfahrzeuge gebrochen

Mit 529,15 km/h wurde eine neue Bestmarke erreicht und der bisherige Rekord um fast 40 Prozent überboten. Damit ist der von Andy Green gesteuerte JCB Dieselmax das schnellste Dieselfahrzeug der Welt.

Beim ersten Lauf auf dem Bonneville Salzsee in Utah/USA erreichte Green eine Geschwindigkeit von 521,852 km/h. Nach den Regeln der FIA muss das Fahrzeug die Strecke innerhalb einer Stunde in Gegenrichtung befahren. Bei diesem zweiten Lauf wurden von den FIA-Zeitnehmern sogar 536,497 km/h gemessen, sodass die offizielle Mittelgeschwindigkeit auf 529 km/h festgelegt wurde.

Mit dem Rekordversuch wollte JCB die Leistungsfähigkeit seiner Motoren, die normalerweise in Bau- und Landmaschinen wie Radladern, Teleskopen und Walzen eingebaut werden, unter Beweis stellen, was überzeugend geschafft wurde. Die beiden im Rekordfahrzeug eingebauten Motoren entsprechen im Grundaufbau den JCB Standardmotoren. Motorblock, Zylinderköpfe, die gusseiserne 'Bedplate' und die Ventilgestänge sind identisch. Um aber eine Leistung von je 750 PS aus den Motoren herauszukitzeln, wurden viele neue, innovative Wege gegangen. Die werden sich in den nächsten Jahren in der Motorentechnologie wieder finden und einen wesentlichen Beitrag leisten, um die Antriebe noch sparsamer, geräuschärmer und langlebiger zu machen. Dazu zählen die Steuerung des Verbrennungssystems mit verringertem Verdichtungsverhältnis, die Hochdruck-Common Rail-Kraftstoffeinspritzung, die Biturbo-Aufladung und der weiterentwickelte Dieselpartikelfilter. So kommen außergewöhnliche Geschwindigkeitsrekorde letztendlich dem Anwender und der Umwelt zugute.

Der JCB Dieselmax, angetrieben von zwei getunten Baumaschinenmotoren, hat auf dem
Bonneville Salzsee in Utah/USA mit 529 km/h einen neuen Geschwindigkeitsrekord für
dieselgetriebene Landfahrzeuge aufgestellt.
(Foto: JCB)

Der Rekordmotor JCB 444
Das eigentliche Ziel von JCB in der Entwicklung des weltschnellsten Dieselfahrzeugs ist der Beweis der Leistungsstärke des Standard-Motors JCB 444. "Während der Umsetzung des Projekts war es immer unsere Absicht, einen serienmäßigen Bauartblock mit dem exakt gleichen Grundaufbau einzusetzen. Es sollte erkennbar der JCB Motor sein" erklärt Group Engineering Director Dr. Tim Leverton.

Aber wie verwandelt man einen unverwüstlichen Industriemotor in einen rekord-brechenden Antrieb?

Der JCB 444 ist ein außergewöhnlich robuster, langlebiger Motor mit einem sehr steifen Unterboden. So ist es möglich, dass er mit dem sehr hohen Zylinderdruck fertig wird, der durch die Biturbo-Aufladung entsteht. Der Rekordmotor entwickelt ein Drehmoment von fast 1500 Nm bei 2500 U/min und besitzt ein Drehzahllimit von bis zu 3800 U/min. Jeder Motor wird im Fahrzeug in einem horizontalen Winkel von 10° liegend eingebaut, um die Stirnfläche des Fahrzeugs zu minimieren.

Wenn der Motor das Herz des Fahrzeugs ist, so ist das Verbrennungssystem das Herz des Motors. Die Dieselmax-Motoren wurden für die Nutzung der Direkteinspritzungs-Verbrennungstechnik von Ricardo's High Speed Diesel Race (HSDR) entwickelt. Der Kraftstoff wird über zwei parallele Hochdruckpumpen mit einem Einspritzdruck von 1600 bar zu einem Common Rail-System eingespritzt. Der Zylinderkopf wurde angepasst, um die größeren Einspritzventile, die für das HSDR-System benötigt werden, aufnehmen zu können. Um die robuste Bauweise des originalen JCB 444 Motors zu demonstrieren, wurde der Ventiltrieb, mit Ausnahme der Hochtemperatur-Auslassventile, der verbesserten Ventilfedern und dem veränderten Nockenwellenprofil, im Wesentlichen in seiner ursprünglichen Form übernommen.

Es kommt ein vollständig neu entwickelter Kolben mit einem großen Verbrennungsraum zum Einsatz, der über ein verringertes Gesamt-Verdichtungsverhältnis verfügt. Gleichzeitig besitzt er spezielle Eigenschaften zur Verringerung des Risikos thermischer Überlastung. Die Kolbenkühlung wird durch die doppelte Größe der originalen Ölkühlungsdüsen und dem Einsatz zusätzlicher Kühlungsdüsen gewährleistet, die zusammen die Ölkühlungsmenge für jeden Kolben um 600% erhöhen. Eine vollständig neue, komplett bearbeitete Pleuelstange wurde eingebaut, einschließlich eines stark vergrößerten Kolbenbolzenlagers, um die Widerstandskraft und Haltbarkeit zu erhöhen. Während der Hub vergrößert wurde, blieben die Kurbelwelle und die Dimensionen der Pleuellager und Lagerschalen unverändert.

Ricardo hat für den Geschwindigkeitsrekordversuch errechnet, dass die beiden Motoren einen Ansaug-Luftstrom von fast fünf Tonnen pro Stunde benötigen. Erschwerend kommt hinzu, dass diese Luftmenge in 1300 m Höhe der Bonneville-Salzebenen benötigt wird, wo im Vergleich zur Meeresspiegelhöhe lediglich ein Außenluftdruck von 85% herrscht. Während der Serienmotor ein Ladedruck von zwei bar aufweist, benötigen die zwei Motoren, die im Dieselmax eingebaut sind bei voller Leistung einen Druck von 5,2 bar. Das Ausmaß dieser Herausforderung wird deutlich, wenn man vergleicht, dass ein Le Mans-Diesel-Rennwagen drei bar und ein Formel-1-Rennwagen vier bar benötigt.

Um dieses wichtige Luftproblem zu lösen, wurde ein Biturbo-Aufladungssystem mit Zwischen- und Nachkühlung entwickelt, um die benötigte Luftmenge über den gesamten Drehzahlbereich bereit zu stellen. Ein Wasser-Einspritzsystem sorgt zusätzlich für eine Verbesserung der Ladeluftkühlung, um Kolben und Ventile bei diesem ultimativen Haltbarkeitstest zu schützen.

Ein Kühler hätte zu viel aerodynamischen Luftwiderstand verursacht. Ricardo hat deshalb ein Kühlsystem entwickelt, dessen Kern ein 200 l Wasser- und Eistank in der Nase des Fahrzeugs darstellt. Zusätzlich zur niedrigen Wassertemperatur nutzt das System die vorhandene Wärme, die zum Schmelzen des Eises benötigt wird.

Die Dieselmax-Motoren sind die leistungsfähigsten Dieselmotoren der Welt. Obwohl sie aufgrund ihrer extremen Anwendung als ?Exoten" betrachtet werden können, werden wahrscheinlich viele der verwendeten Technologien in der nächsten Generation der Hochleistungs- und besonders abgasarmen Dieselmotoren wiederzufinden sein. Im Besonderen betrifft dies die Steuerung des Verbrennungssystems mit verringertem Verdichtungsverhältnis, die Hochdruck-Common Rail-Kraftstoffeinspritzung, die Biturbo-Aufladung und den weiterentwickelten Dieselpartikelfilter.

JCB DIESELMAX - DAS FAHRZEUG
JCB Dieselmax wird als erstes Fahrzeug, das vollständig am Computer entwickelt worden ist, einen besonderen Platz in der Geschichte der Geschwindigkeitsrekorde einnehmen.

Wie beim Formel 1-Rennwagen ist das aerodynamische Profil die Vorgabe für alles. Zur besseren Darstellung des gesamten Fahrzeugs erzeugte das Team deshalb ein 3-D-Computermodell, das jedes Bauteil erkennen lässt, um dessen Sitz und die praktische Anwendbarkeit im Bezug auf die anderen Bauteile festzulegen. Danach wurde ein maßstabsgerechter Prototyp zur abschließenden Prüfung aller Aspekte der Konzeption erstellt, bevor die Arbeit am wirklichen Fahrzeug begann.

Aerodynamik
Nicht nur die Form des für den Geschwindigkeitsrekordversuch entwickelten Fahrzeugs ist für eine höchst effiziente Aerodynamik von Bedeutung. Auch der Unterboden des Fahrzeugs spielt eine wesentliche Rolle, da die Luftströmung unter dem Wagen ungefähr zur Hälfte für die Aerodynamik verantwortlich ist.

Hinzu kommt, dass die Interaktion zwischen Reifen und Salz einen bedeutenden Einfluss auf die Effektivität der Aerodynamik haben kann: Salz und Material, die durch das vorbeifahrende Fahrzeug aufgewirbelt werden, verringern sie. Um diesen Luftwiderstand zu minimieren, wurde nicht nur die Radverkleidung um den unteren Teil der Räder geformt, sondern auch die Luftströmung zwischen den Rädern verändert. Staub unter der Front des Fahrzeugs wurde hinter den Vorderrädern an den Seiten abgeleitet, um zu gewährleisten, dass die Hinterräder und Reifen auf einer möglichst sauberen Oberfläche laufen.

Die gesamten Untersuchungen zur Aerodynamik erfolgten über numerische Strömungssimulation (CFD) und aus sehr praktischen Gründen nicht in einem Windkanal. Denn der Luftstrom in dem Bereich neben den Kontaktpunkten zwischen Rad und Untergrund erreicht Überschallgeschwindigkeit. Diese Auswirkungen sind in einem Windtunnel mit Fahrbahn nicht zu simulieren. Außerdem hätte das lange Fahrzeug in einen Tunnel mit Fahrbahnsimulation auf ein Modell im Maßstab 1:6 reduziert werden müssen, was zu einer zu hohen Fehlerquote hätte führen können.

Die wesentlichen Änderungen bei der Entwicklung der Form betrafen die Verlängerung der Nase und deren Abrundung, die Verlängerung des Hecks und die Minimierung der Stirnfläche. Nach jeder Phase musste die optimale Balance zwischen dem aerodynamischen Luftwiderstand, dem Oberflächenluftwiderstand (je größer die Oberfläche desto größer der Oberflächenluftwiderstand) und dem Anpressdruck hergestellt werden. Das Gesamtergebnis ist ein außerordentlich schönes Fahrzeug mit einem CW-Wert von 0,174 und ein CdA-Wert von 0,153 m² - sogar für Geschwindigkeitsrekord-Maßstäbe außergewöhnlich.

Reifen
Neben der Aerodynamik und der Erzeugung von ausreichender Leistung, sind die Reifen der andere kritische Bereich jedes radbetriebenen Landgeschwindigkeitsrekord-Herausforderers. Die technischen Daten als Vorgabe für diese Reifen, die auf dem Markt erhältlich waren, machten es jedoch schwierig ihre Tauglichkeit für die Verwendung eines 2700 kg schweren Fahrzeugs zu beurteilen, das mit mehr als 300 Meilen pro Stunde laufen sollte. Reifendaten sollten die maximale Geschwindigkeit, zulässige Tragfähigkeit und den Reifendruck bei Betrieb beinhalten; die meisten Bonneville-Reifen werden lediglich mit Geschwindigkeitsangaben ausgeliefert, ohne weitere Angaben, wie diese errechnet worden sind.

Nach der Untersuchung und dem Ausschluss von Flugzeugreifen (es war zu schwierig ihre Einsatzfähigkeit vorauszuberechnen) entschied sich das Team am Ende für Rennreifen in der Größe 23 x 15, die am Prüfstand getestet wurden, um die 300 Meilen pro Stunde und mehr zu garantieren, die der JCB Dieselmax erreichen sollte.

Aufbau
Der vordere Motor und sein Getriebe befinden sich vor der Sicherheitszelle des Fahrers und der hintere Motor und sein Getriebe dahinter. Diese Anordnung ist nicht nur vorteilhaft für die Optimierung der Gewichtsverteilung, sondern bringt den Fahrer in die bestmögliche Position, um das Verhalten des Fahrzeugs zu beobachten. Zudem ist dies der sicherste Platz für den Fall eines Unfalls.

JCB hat sich für ein Fahrgestell aus Aluminium-Rahmen mit 50 mm Vierkantprofilen entschieden. Dies ist die günstigste Methode ein Fahrzeug zu entwickeln, das gleichzeitig Prototyp und fertiges Produkt werden soll, da Änderungen viel einfacher umgesetzt werden können, als dies mit einem Kohlenstofffaserverbundaufbau möglich wäre. Das Cockpit ist eine maßgeschneiderte Kohlenstofffaser-Verbundwanne in Monocoque-Bauweise mit vorgeschriebenem SCTA Stahlrohrüberrollkäfig. Der neun Liter fassende, keilförmige Kraftstofftank ist hinter dem Fahrersitz angebracht. Ein dreiteiliger Aufbau des Unterbodens vervollständigt den Grundaufbau. Dieser ist mit dem Boden des Fahrgestells verschraubt und verklebt, um die Steifheit zu verbessern.

Getriebe
Zwei maßgeschneiderte 6-Gang-Getriebe kommen zum Einsatz, eines für jeden Motor. Das Getriebegehäuse wurde durch Einsatz eines von JCB entwickelten Schrittgetriebeaufbaus an den Motor angepasst. Dabei wurde eine ölgekapselte Mehrscheiben-Kupplung des JCB Baggerladers eingesetzt. Eine Kardanwelle umschließt das Getriebegehäuse und verbindet den Achsantrieb mit dem Antriebstrang.

Die Getriebeabstufung ist in beiden Gehäusen synchronisiert. Gangwechsel werden mit Hilfe von am Lenkrad angebrachten Kippschaltern elektronisch geregelt.

Eine Antriebsregelung wird nicht verwendet. Nicht nur, weil sie durch die SCTA-BNI Regeln verboten ist, sondern weil es das Ziel war, das Fahrzeug so einfach wie möglich zu halten.

Steuerung
Eine herkömmliche Zahnstangenlenkung sorgt für die Steuerung der Vorderräder. Es gibt keine Servounterstützung. Die Übersetzung ermöglicht eine Drehung von 7 Grad bis zum Anschlag und einen Wendekreis von ungefähr einer Viertel Meile. Es ist vorgesehen, dass nach jedem Lauf das Fahrzeug zum Wenden angehoben und auf einer speziell entworfenen Drehscheibe gedreht wird.

Bremsen
Der Dieselmax verwendet eine Zweikreis-Dreifach-Bremsanlage, bestehend aus Reibungsbremsen an allen vier Rädern, eine durch den Fahrer zu aktivierende Motorbremse und Fallschirme.

Durch den Einsatz eines maßgeschneiderten Systems werden die Karbonbremsscheiben nicht durch herkömmliche Six-Pot Rennbremssättel, sondern durch Bremskolben zusammengedrückt, die senkrecht im Rad befestigt sind. Das System ermöglicht eine Verbesserung der Bremsfläche und des Wirkungsgrads. Das Ziel war, für ein Reibungsbremssystem zu sorgen, welches das Fahrzeug in einem Notfall, wie z.B. bei vollständigem Ausfall des Doppelfallschirm-Bremssystems, zum Halten bringt.

Das Fahrzeug ist viermal so schwer und fast zweimal so schnell wie ein Formel 1-Rennwagen, so dass eine große Masse anzuhalten und sehr viel Hitze abzuleiten ist. Dieses System erlaubte den Einbau der größtmöglichen Bremse innerhalb der 15-Zoll Räder, die sich mit etwa 5500 U/min drehen und damit etwa mit der zweifachen Umdrehungsgeschwindigkeit eines Formel 1-Rennwagens.

Aufhängung
Vorne und hinten werden herkömmliche Hochleistungsquerlenker-Radaufhängungen mit Spiralfedern und hydraulischen Stoßdämpfern verwendet.

Technische Einzelheiten

Motor: Zwei JCB 444-LCB Dieselmotoren mit Common-Rail Direkteinspritzung, aufgebohrt auf 5000 cm³, Trockensumpfschmierung und mit einem Winkel von 10° liegend eingebaut.

Biturbo-Aufladung mit Zwischenkühlung und Nachkühlung

Eistankkühlung (Inhalt 200 Liter).

Leistung: Je 750 PS (560 kW) bei 3800 U/min

Drehmoment: 1500 Nm bei 2500 U/min

Kraftstofftankinhalt: 9 Liter Getriebe

Vorderes Getriebe und Achsantrieb mit dem vorderen Motor verbunden;

hinteres Getriebe und Achsantriebseinheit mit dem hinteren Motor verbunden.

6-Gang-Barrel-Shift-Getriebe, angetrieben über Torsionsdämpfer und ölgekapselte Mehrscheiben-Kupplungen

Steuerung: Zahnstangenlenkung zu den Vorderrädern

Bremsen:Getrennter Kreislauf; einmaliges Design, Karbonscheiben und Doppelstatoren. Motorbremsen für vorderen und hinteren Motor, manuell betrieben. Zwei Fallschirme.

Aufhängung:Einzelradaufhängung mittels Doppelquerlenker, Spiralfedern und hydraulischer Stoßdämpfer.

Fahrgestell:Hybrid-Aluminiumrahmen aus Vierkantprofilen mit verklebten Carbon-Verbundelementen

Fahrzeugaufbau:Aerodynamisch geformt (CDA-Wert >0,15); Karbon-Verbundmaterialien

Räder und Reifen: 23x15 Abmessungen

Länge: 9091 mm

Breite:1145 mm

Höhe: 979 mm (auf der Kabinehaube, bei Renngeschwindigkeit)

1337 mm (an der Spitze der Flosse)

Spur vorn: 800 mm

Spur hinten: 600 mm

Radstand: 5878 mm

Gewicht: 2700 kg einschließlich Kraftstoff, Öl, Eis, Kühlflüssigkeit und Fahrer

[Holger 1]

Auf
http://www.jcbdieselmax.com
gibt es eine Menge schöne Bilder.

/Holger