Новата движеща силаЕвропейското законодателство предвижда производителите на двигатели да се съобразяват с много по-строги изисквания за контрол на емисиите от 2011 г. Изправени пред разработването на сложни нови системи, производителите на двигатели насочват голяма част от усилията и ресурсите си към спазването на срока.
текст инж. Вера Ангелова
Всички водещи производители на двигатели са в процес на разработване и изпитване на системи, които ще им гарантират, че продуктите им навреме ще бъдат приведени в съответствие със законодателните ограничения за емисиите на азотни оксиди (NOx) и частици съгласно STAGE IIIB на директивата за емисии на двигатели от 130 kW до 560 kW.
Производителите възприемат една от двете основни системи, за да постигнат необходимото редуциране на азотни оксиди и частици. Първата е рециркулация на изгорелите газове (РИГ) заедно с филтри за дизелови частици (ФДЧ), а втората е селективна каталитична редукция (СКР).
РИГ системите използват рециркулирани охладени изгорели газове за изместване на около 15% от кислорода в запалителния цилиндър, което води до по-хладно запалване. Азотните оксиди се образуват при температури над 1650оС и така охлаждането на запалването редуцира NOx още при източника.
В производствената политика на Perkins, например, е заложено редуциране на азотните оксиди в гамата мощни двигатели с около 50% чрез системата РИГ. За още по-голямо редуциране на NOx и дизеловите частици системите РИГ изискват допълнително преработване след изгарянето. Затова, за да се постигне намаляване на частиците над 95% заедно с РИГ изгарянето се използват ФДЧ облепени с кордиерит. От компанията планират монтиране и на катализатор за течна дизелова оксидация, за да се редуцира въглеродния оксид и въглеводородите. В новите разработки на двигателите ще се монтира и ядро с платинено и паладиево покритие тип медена пита.
Методът селективна каталитична редукция (СКР) за намаляване на NOx и частиците всъщност е обработка след изгарянето. При него се добавя инжекция със седимента урея в изгорелия поток преди той да премине през катализатора. Каталитичната реакция превръща NOх в безвреден азотен газ и вода.
Катализатор
Agco Sisu power в сътрудничество с Bosch се заема с технологията СКР, защото вярва, че системата предлага по-голяма икономия на гориво, по-слабо отделяне на топлина, по-малко частици и по-дълги интервали на обслужване, което се дължи на редуцирането на саждите изгорени от смазочно масло.
Производствената програма на компанията се съобразява с бъдещите изисквания на директивата за отработените газове и по-точно предстоящия да бъде приет Stage IV през 2014 година, според който производителите ще трябва да постигат редуциране на NOx и малки частици над 97% в сравнение с нерегулираните двигатели. За покриване на тези изисквания е необходимо да се използва технологията СКР. По становище на представител на компанията, внедряването на СКР сега, на по-ранен етап ще даде възможност да се използва емисионната технология като диференциращ фактор.
Scania Engines също предпочита СКР решението и планират да използват СКР системата, за да изпълнят изискванията по Stage IIIB от директивата. След обстойно проучване, проведено между всички налични системи от компанията стигат до заключението, че СКР системата е оптималното решение и се справя отлично с подобни приложения.
Прилагането на метода на СКР означава, че клиентите на Scania Engines също ще бъдат добре подготвени за Stage IV през 2014 г., защото ще са необходими незначителни промени за спазване на по-строгите изисквания за емисиите, които ще влязат в сила тогава. Разработената от Scania Engines система СКР е създадена така, че да бъде достатъчно здрава и надеждна. Въпреки че привеждането в съответствие със Stage IV няма да бъде осъществено лесно, защото двигателите трябва да претърпят изменения, от компанията изразяват надежда, че в бъдещите си действия ще бъдат подкрепяни от производителите на оригинални машинни части, за да се разработват цялостни работещи системи с повишена надеждност и еколкогичност.
Специалистите в областта са единодушни, че системата СКР изисква минимално обслужване. Системата предполага допълнителни разходи, но не може да се премине към новите изисквания за емисиите без известни допълнителни инвестиции. Инженерният екип на производителя на двигатели MTU също избира СКР като ефективно средство, чрез което фамилията съществуващи двигатели може да се съобрази с изискванията, посочени в Stage IIIB. Освен че е възвръщаема, СКР запазва характерната ефективност на двигателите от серия 900 и не предполага основни промени в дизайна на двигателя. Като допълнение, СКР не увеличава отделяне на топлина, което може да е проблем при РИГ. Производителите на оригинално оборудване искат по-малки охлаждащи комплекти, за да се подобри видимостта на оператора и по-бавни вентилатори за намаляване на шума. Нито едно от тези изисквания не може да бъде изпълнено достатъчно добре, когато е увеличено отдаването на топлина.
От JCB смятат, че СКР вероятно ще бъде възприето от всички производители, за да отговарят на изискванията по Stage IV и че в крайна сметка ще бъде трудно да се избегне употребата на някакъв вид СКР Nox след третирането според Stage IV. От компанията изказват мнение, че системата, която комбинира РИГ и СКР ще е по-подходяща за привеждане в съответствие с регламентираните от Stage IV нива.
В тази връзка, JCB прокарва решението РИГ за привеждане в съответствие със Stage IIIB. В съответствие с фирмената си философия, от компанията разработват система за изгаряне съобразена с характеристиките на конкретния двигател, при която емисиите извън двигателя да са минимални. Тези характеристики включват здрава структура на картера и солидна основа, така че да може да работи при голямо натоварване.
Рециркулация
След успешното внедряване на обща горивна система за Stage IIIA от JCB отбелязват напредъл и в в разработването на система за изгаряне, която работи на базата на РИГ. Използван е вътрешен РИГ подход за Stage IIIA (той използва или впускателния отвор, или изпускателната клапа, за да може изгорелият газ да се върне обратно в цилиндъра и да бъде обработен от разпределителния вал) за механичните и обикновените двигатели и се преминава към външен РИГ (електронно контролирана клапа за въвеждане на охладен рецикулиран газ) за следващия етап.
Volvo също се спира на съвместното използване на решението РИГ и ФДЧ.
Разработената от тях система за намаляване на емисиите на парникови газове е много добра за местната среда и за здравето и безопасността на оператора и работниците на обекта, тъй като отстранява буквално всички частици.
Преди да се стигне до решението за конфигурацията на новите двигатели, са обсъдени различни системи за привеждане в съответствие със Stage IIIB, но нито една не се оказва подходяща за решението РИГ и ФДЧ що се отнася до гарантиране на качеството. Вече не се произвежда просто двигател, а двигателна система с пълен пакет за последваща обработка. Това изисква напълно различна методология за гарантиране на качеството.
Друг важен момент е стратегията с регенерацията – как се процедира с изгарянето на филтрите. Специалистите от Volvo твърдят, че предимство за потребителите ще бъде възможността да не спират работа за регенерация на филтрите.
Cummins представи своето интегрирано решение всмукване на въздух към ауспуха по време на водещите международни строителни изложения през 2008 година. За двигателите на компанията с мощност над 129 kW е използван филтър на Cummins за частици за намаляване на съдържанието на частици с повече от 90% и охладен РИГ за редуциране на NOx с повече от 45% в сравнение с двигателите, които към момента отговарят на Stage IIIA.
От компанията също са възприели обща горивна система под високо налягане и турбо зарядно устройство с променлива геометрия, за да се подобри работата. Според проведените предварите проучвания и прогнози, решенията на Cummins в съответствие със Stage IIIB ще осигурят на клиентите подобряване на горивната ефективност с над 5%, в зависимост от номиналната мощност, както и увеличаване на върховата мощност. Новият двигател от следващо поколение - QSB 6.7 литра, например е с увеличена номинална мощност от 205 kW на 224 kW.
Окомплектоване
Всички производители на двигатели признават, че окомплектоването ще бъде един от проблемите при привеждане в съответствие с изискванията по Stage IIIB. Вече не става дума само за поставяне на двигателя в машината, системите на Stage IIIB са много повече свързани със самата машина и действително трябва да се помисли комплексно и концептуално върху всичко. Но, разбира се, всяка трудност всъщност е нова възможност и настоящата ситуация се оказва интересно работно предизвикателство за иновативните инженерингови компании
От JCB търсят решението на проблема като отчитат заключенията още при планирането на машинния продукт и поради това имат възможност да предвидят някои от търсенията и да ги интегрират бързо в измененията на продуктите.
От Perkins посочват, че привеждането в съответствие със Stage IIIB изисква силно сътрудничество с потребителите. Самите двигатели са най-компактните, разработвани от компанията досега, но необходимите филтърни системи значително увеличават физическите параметри на целия пакет.
Cummins направи промени като намали работните размери като възприе ФДЧ, който може да работи по протежение на или над двигателя в хоризонтална или вертикална позиция. фДЧ на Cummins е с въртящ се „часовников механизъм”, което му осигурява пълна гъвкавост при монтажа. Освен това, ФДЧ замества заглушителя, така че колкото и много място да изисква, все пак не е много повече. От компанията разполагат вече с около 500000 работещи машини, които използват наовта ФДЧ технология, което безспорно доказва че залагат на утвърдило се в практиката решение.
Проблеми
Два са основните проблема, които нямат инженерно решение на уравнението за съответствие – вградената във ФДЧ шлака и абсолютното изискване за много ниско ниво на серен дизел.
Шлаката се получава от последователните елементи, които остават от адитивите в лубриканта след процеса на изгаряне. Състои се от калций, цинк и фосфор.
Решаващата характеристика, що се отнася до характеристиките на двигателя, е размерът на филтъра и колко шлака може да съдържа той. Тя не може да се изгаря чрез регенерация и затова трябва да бъде филтрирана, а след това филтърът трябва да се освободи от шлаката.
Основната тежест пада върху това да се направи достатъчно голям ФДЧ, който да е разработен и по такъв начин, че да разпределя шлаката ефективно, за да бъде постигната необходимата експлоатационна дълготрайност на продукта.
Високите нива на сяра в дизеловите горива могат да доведат до неефективност на ФДЧ и да предизвикат вредно обратно налягане в системата на изгорелите газове. Затова е наложително законодателните органи да преразгледат предложението изискването за 15 ppm сяра в дизеловите горива да бъде спазвано от 1 януари 2011 година.
Сярата е сериозен проблем, особено що се отнася до това, че законодателството, свързано с горивата трябва даизпреварва законодателството по Stage IIIB. Така ще може да бъде гарантирано наличието на дизел с изключително ниско съдържание на сяра. Несъобразени и необосновани действия в това отношение може да се окажат катастрофални за целия процес по привеждане в съответствие със Stage IIIB.
Визия
Възприемането на системите РИГ в сътрудничество с ФДЧ и СКР по отношение на Stage IIIB ясно показва пътя, който може да бъде следван за привеждане в съответствие със Stage IV. Окомплектоването на ФДЧ или резервоарите за урея ще имат огромен ефект върху производителите на оборудване, но навременното интегриране в дизайна на двигателя и оборудването със сигурност ще намали влиянието и независимо от избраната система всички производители на двигатели ще трябва да се заемат с привеждането в съответствие с Stage IIIB преди 2011 година. 23/08/2009 |
|
Прелисти броя още в рубрикатаНовини |
