Двигатели на строителни машини

За да отговорят на новите изисквания на разпоредбите за емисии отработени газове от строителната техника, повечето водещи производители са готови с новите си предложения обновени и модернизирани двигатели, които вече са на пазара. Разбира се, всички усилия в момента са съсредочени в разработването на още по-ефективни проекти за следващия етап от съответните директиви.

Производителите могат да избират между два много различни подхода, когато става въпрос за осъвременяване и редуциране на емисиите на дизеловите двигатели, всеки със своите предимства и недостатъци. Разработената на базата на селективна каталитична редукция (SCR) изпускателната система с последваща обработка включва преработка на газовете чрез реакция с химични съединения с цел преобразуването на вредните NOx в инертен азот и вода.

Другият популярен метод на преработване на отработените газове е системата за рециркулация на газове (EGR). Тя дава възможност да се намаляват емисиите чрез охлаждане и изпомпване на част от тях обратно в цилиндрите на двигателя. Филтрите за дизелови частици (DPF), които филтрират отработените сажди, които се отделят при изгаряне на горивото, често се използват във комбинация със системата EGR.

Емисиите на CO2 могат също да бъдат намалени чрез използването на системи за впръскване на гориво под високо налягане (XPI), които правят необходимите корекции за подобряване на икономията на гориво, в зависимост от начина, по който двигателят се използва. Това означава по-ефективна употреба на дизеловото гориво в работните цикли на машината.

John Deere Power Systems е една от първите фирми-производителки на двигатели, които пускат на пазара двигатели за строителни и селскостопански машини с EGR технология на охлаждане за удовлетворяване на изискванията на нормите TIER 3/Stage III A. Шест години по-късно компанията предлага на пазара двата си нови двигателя, отговарящи на ограниченията на Tier 4 Interim: 9-литровите PowerTech PVX и PSX, както и няколко 6.8-литрови модели. Новите двигатели са оборудвани с филтър на отработените газове за намаляване на праховите частици, система с електронно управление, четири клапана на цилиндърна глава, високо налягане на горивната система, турбокомпресор и охлаждаща система въздух-въздух.

Избор на технология
Разбира се, при избора на технология, трябва да се отчетат и вероятните трудности при внедряването й. Например, докато EGR намалява максималната температура на възпламеняване, което намалява образуването на азотни оксиди с най-малко 50%, методът увеличава емисиите на твърди частици, които трябва да бъдат филтрирани. Но способността на филтрите да отлагат изгорелите сажди, от своя страна, се влияе до голяма степен от намаляването на температурите на отработените газове и наличния кислород, които са необходими за EGR системата, за да работи. Затова е необходимо производителите на двигатели да разработят система за впръскване на гориво и въздух директно в изпускателната система, за да предпазят филтрите от запушване. Това, в допълнение към факта, че EGR методът е много чувствителен към намаляване на температурите на възпламеняванеи горене, означава, че двигателите трябва да са снабдени с усъвършенствана технология за управление и съгласуване на работата на всички системи по електронен път.

Например, Volvo също прилага EGR технологията при своите одобрени от Tier 4 Interim/Stage III двигатели D13 (13 л), D11 (11 л) и D16 (16 л). Тази нова серия изисква мощна система за управление на двигателя, затова процесорът избран от Volvo поддържа повече функции, отколкото тези в досегашните двигатели. Трите нови модела са оборудвани с V-ACT (Volvo-Advanced Combustion Technology) и са изградени на база на принципа на впръскване на горивото под налягане XPI с променлива горивна инжекция. Двигателите притежават също интегрирана система за третиране на отработените газове, оборудвана с филтър за твърди частици и регенератор за топлината.

Електронният контролен блок на Volvo управлява EGR процеса, следейки за смесването на рециркулираните отработени газове и свежия въздух, като в същото време производителността се поддържа висока и горивото се използва по икономичен начин. Компанията е обновила изцяло анатомията на DPF филтъра на двигателя, разработвайки напълно отделена горелка със собствено помпено подаване на въздух за почистване на филтъра. По този начин трябва да се избегне нарушаването на нормалното функциониране на машината, като пълната мощност е винаги на разположение на оператора.

Ефективност
Скания са избрали да използват SCR технологията за последното си поколение двигатели. Новият 16-литров, V8 двигател постига изискванията на Етап IIIB / Tier 4 Interim чрез SCR. През септември 2010 г., Scania подписа споразумение за снабдяване с двигатели с Doosan Infracore и се очаква над 1000 самосвала Doosan Мокси да бъдат оборудвани с такива двигатели.

Cummins също залага на SCR, и използва катализатори в новите си Tier 4 Interim-съвместими 75-173 к.с. QSB3, 3-литров, QSB4, 5-литров и QSB6, 7-литров двигатели. Въпреки това, компанията използва това в съчетание с EGR подход. Твърди се, че Cummins Compact Catalyst не изискват отстраняване пепелите и обслужване или филтри за твърди частици, а са разработени така, че да се стремят да удължат живота на двигателя. Производителят обяснява, че двигателите са снабдени с единствената напълно пасивна система за последваща обработка под 174 к.с., което при работа гарантира до 5% по-добра икономия на гориво, отколкото при конкурентните модели. От Cummins също споделят, че са против подхода за цялостна селективна каталитична редукция в новата гама двигатели, поради обемистите резервоари за урея, които методът изисква.

От JCB са се погрижили за този проблем чрез разработване на система за рециркулация на отработените газове в серията двигатели JCB Ecomax T4 4.4 л. При тях съответствието с разпоредбите е постигнато без използване на системи за повторна обработка на газовете, включително филтър. В това решение се наблюдават очевидни предимства като например липсата на допълнителните елементи, свързани с DPF и SCR системите, респективно спестяване на разходите и мястото в самата машина.

Потенциал
Голяма част от производителите са на мнение, че XPI системите все още не са напълно проучени – те притежават много по-голям потенциал за намаляване на твърдите частици от този, който е използван до момента. И въпреки че са избрали комбиниран подход за съответствие нормите, много производители са съгласни, че подходът за пълна каталитична редукция предлага потенциален начин за постигане на следващия етап от нормативите за емисиите.

Интересен е фактът, че дъщерната компания на Tognum, MTU Friedrichshafen вече е постигнала показатели на двигателите си, отговарящи на ораниченията от стандартите, влизащи в сила от 2014 г. Със своите 1600 Series двигатели, с мощности, вариращи от 560 kW до 730 kW, компанията е готова да стъпи на Tier 4 Final пазара. По-строгото законодателство изисква обширни комбинация от различни технологии и системи за преработка на отработените газове и/или предотвратяване на емисиите от производство, твърдят от компанията.

Съвместимите с ограниченията от 2014 г. двигатели включват оптимизирана консумация, рециркулация на отработените газове и наличието на окисляващ каталитичен конвертор.