Lai gan elektromotori un dzinēji, kas izmanto alternatīvās degvielas (ūdeņradi, metānu, sašķidrinātu naftas gāzi), figurē virsrakstos, tie joprojām veido mazāk nekā 1% no bezceļu tehnikai paredzētu dzinēju pārdošanas apjomiem pasaulē.
Jaunajiem dzinējiem gūstot pozitīvas atsauksmes, dīzeļdzinēji presē saņem arvien negatīvāku attieksmi, daļēji tā sauktās dīzeļgeitas dēļ, kur Volkswagen savām dīzeļdzinēju automašīnām instalēja testa pārveidošanas programmatūru, lai sekmētu emisijas testu nokārtošanu.
Valdības pieņemto tiesību aktu mērķis ir dīzeļdzinēju attīrīšana, mudinot ieviest jaunas V pakāpes izmešu standarta vadlīnijas. Arī Ķīna šā gada decembrī ieviesīs jaunus emisiju noteikumus. Ar šiem noteikumiem lielākoties nav izdevies mainīt sabiedrībai radīto priekšstatu par “netīro dīzeli”, taču ar šo nostāju tiek ignorēts tas, ka oriģinālo iekārtu ražotāji (OEM) gadu gaitā paveikuši lielu darbu, cenšoties ievērojami samazināt dīzeļdzinēju radītās emisijas.
Apvienotajā Karalistē bāzētais būvtehnikas ražotājs JCB ir pakāpeniski samazinājis savu dīzeļdzinēju izmešu līmeni, izmantojot dažādas novatoriskas metodes. Tims Bērnhops, galvenais inovāciju un izaugsmes speciālists, norāda, ka uzņēmums ir centies problēmu risināt jau kopš IV pakāpes emisiju mērķu ieviešanas.
Dīzeļdzinēju priekšrocības
“Kamēr citi dzinēju ražotāji izvēlējās stāties pretī izaicinājumiem (par atbilstību IV pakāpei), iestrādājot cieto daļiņu filtrus (DPF), JCB izstrādāja jaunu sadegšanas procesu, kura rezultātā piesārņotāji tiek apstrādāti sadegšanas kamerā, nevis nonāk izplūdes gāzēs, kur ar to būtu jātiek galā vēlāk.”
Līdz ar V pakāpes prasību ieviešanu, ko lielā mērā iespējams apmierināt, uzstādot DPF, JCB centās izvairīties no šī risinājuma. Bērnhops saka, ka uzņēmuma nākamās paaudzes cieto daļiņu tehnoloģija apvieno zemu emisiju sadegšanas sistēmu ar katalizatoriem un filtriem, aparatūrai kopā izveidojot “sarežģītu dzinēju un pēcapstrādes kontroles sistēmu”.
“Tā ir pilnībā integrēta, ļoti uzticama, ļoti efektīva un klientam neredzama”, viņš atzīmē. “Šī jaunākā dzinēju paaudze ir gandrīz iznīcinājusi kaitīgās emisijas. Slāpekļa oksīda (NO) līmenis ir samazinājies par 97% un kvēpu daļiņas ir samazinājušās par 98%. Turklāt JCB tīrās dīzeļdegvielas tehnoloģija ir palīdzējusi samazināt CO2 emisijas par 43%.”
Dīzeļdzinēju emisijas
ASV bāzētais uzņēmums Cummins arī ir strādājis, lai samazinātu dīzeļdzinēju radītās emisijas un Performance sērijas dzinēji ir piemērs tam. Papildus atbalstam, ko sniedz elektroniskā un fiziskā pielāgošana, lai panāktu konkrētajam uzdevumam atbilstošu jaudu – un tādējādi palīdzētu arī samazināt emisijas – dzinējos ir iekļauta viena moduļa (Single Module) pēcapstrādes sistēma.
Cummins B6.7 Performance sērija - tāpat kā citi dzinēju ražotāji, Cummins ir samazinājis savu dīzeļdzinēju radītās emisijas.
Saskaņā ar Cummins informāciju, šī sistēma ir aprīkota ar vadošo sadegšanas un gaisa apstrādes tehnoloģiju, kas nodrošina, ka dzinēji atbilst un pārsniedz V pakāpes īpaši zemu izmešu līmeni, bez nepieciešamības nodrošināt atdzesētu izplūdes gāzu recirkulāciju.
Single Module vienā vienīgā iekārtā apvieno dīzeļa oksidācijas katalizatoru (DOC), DPF un selektīvās katalītiskās reducēšanas urīnvielas dozēšanas tehnoloģiju. Tas tiek raksturots kā vienkāršāks un vieglāks piedāvājums oriģinālo iekārtu ražotājiem, lai palīdzētu samazināt izmaksas.
Atteikšanās no EGR nozīmē, ka šiem dzinējiem ir samazināts kopējais svars un ir vienkāršāka konstrukcija, kas atvieglo uzstādīšanu un apkopi. EGR neesamība arī palīdz samazināt dzesēšanas prasības, kas savukārt nozīmē, ka iekārta aizņem mazāk vietas motora nodalījumā. Turklāt mazāks svars palīdz uzlabot degvielas efektivitāti, vēl vairāk samazinot kopējās ekspluatācijas izmaksas un izmešus.
Lai samazinātu degvielas patēriņu, dzinējiem tiek izmantota arī apturēšanas-iedarbināšanas (stop-start) funkcija. Ar to vien iespējams nodrošināt līdz pat 10% degvielas ekonomiju. Sistēma ir integrēta elektroniskajā vadības modulī ar oriģinālā aprīkojuma ražotāja mašīnas vadības programmatūru.
Ar oriģinālā aprīkojuma ražotāja vadības ierīci tiek uzraudzīti iekārtas darbības parametri (ieplūdes kolektora temperatūra, dzinēja slodze, ventilatora darbība utt.) un paziņots ECM, kad iekārtai būtu nepieciešams izslēgties.
Cummins uzņēmuma Performance sērijas dzinēji aptver plašu jaudas diapazonu no 55 līdz 503 kW (74 līdz 675 ZS). Tas ļauj klientiem izvēlēties konkrētu jaudas līmeni konkrētam pielietojumam.
Pārāks par jaudīgāko Cummins Performance Series dzinēju ir John Deere dzinējs JD18. Jaunajam 18,0 l dzinējam, kas nodrošina līdz 676 kW (907 ZS) jaudu, ir pārņemti daži no galvenajiem ekonomiskajiem uzlabojumiem, kas ieviesti citos nesenākajos John Deere dzinējos.
John Deere Power Systems globālā mārketinga un pārdošanas direktors Niks Bloks sacīja: “JD18 ir vairākas kopīgas funkcijas ar JD14 (13,5 l, 510 kW/684 ZS). Tas John Deere ir otrais dzinējs jaunajā produktu laikmetā, kas ir izstrādāts, lai apmierinātu specifiskas klientu un tirgus vajadzības.”
John Deere 18,0 l dzinējs – John Deere ir izstrādājis JD18, kam vairs nav nepieciešama īpaša pēcapstrādes sistēma.
JD18 dzinējam ir izstrādāta jauna sadegšanas tehnoloģija, kā arī vienkāršota gaisa ieplūdes sistēma, kas palīdz bez pēcapstrādes atbilst V pakāpes emisijas standartiem. Tāpat kā ar Cummins dzinējiem – tas samazina masu un kopējo dzinēja izmēru.
Atšķirībā no Cummins uzņēmuma Performance sērijas vai JCB firmas dīzeļdzinējiem, John Deere izstrādātais JD18 dzinējs ir tāds, kam vairs nav nepieciešama īpaša pēcapstrādes sistēma, kas savukārt novērš nepieciešamību pēc īpaša izplūdes šķidruma (ko sauc arī par urīnvielu vai AdBlue). Turklāt ražotājs norāda, ka augstspiediena degvielas iesmidzināšanas sistēma atbalsta optimizētu degvielas patēriņu, savukārt dimantam līdzīgs pārklājums (DLC) ļauj dzinējam lietot biodīzeļdegvielu bez jebkādām negatīvām sekām.
Vai dīzeļdegviela ir videi tīra?
Vācijas dzinēju ražotājam Deutz izstrādes procesā ir pilnīgi jauns dīzeļdzinējs, kas var samazināt degvielas patēriņu vēl par 10%, salīdzinājumā ar iepriekšējām versijām ar līdzīgu darba tilpumu un jaudu.
Deutz produktu attīstības vecākais viceprezidents Dr. Markuss Švaderlaps saka, ka būtu jāizceļ tas, cik daudz vēl ir sagaidāms, runājot par dīzeļdzinēju degvielas efektivitāti. Ja mērķis ir nulle CO2 izplūde, e-degviela un biodegviela būs tās, kas ieņems vadošās pozīcijas. Tomēr viņš teic, ka šo degvielu potenciālu mazinot dzinēja CO2 izplūdes mērīšanas veids.
Deutz produktu attīstības vecākais viceprezidents Dr. Markuss Švaderlaps.
“Ja ar iekšdedzes dzinēju vēlaties panākt nulles CO2 emisijas, tad atbilde ir e-degviela un biodegviela. Pašlaik neviena no tām netiek uzskatīta par nulles CO2 degvielu, savukārt ūdeņradis tiek uzskatīts”, viņš saka. “Ja jums ir reģeneratīvā degviela, tas ir slēgts cikls un atmosfērā netiek izdalīts papildu CO2. Eiropā mēs tikai apsveram izpūtēja emisijas un, dedzinot e-degvielu, izdalās CO2.”
Ūdeņraža dzinējs
Švaderlaps piebilst, ka tas ir viens no iemesliem, kāpēc Deutz tagad izstrādā ūdeņraža degvielas iekšdedzes dzinēju. Taču dzinēju ražotājs ne tuvu nav pabeidzis savu darbu, kad runājam par dīzeļdzinēju izstrādi. Švaderlaps saka, ka joprojām esot iespējami uzlabojumi, tostarp berzes samazināšana starp cilindriem, virzuļiem, gredzeniem un citām detaļām. Viņš piebilst, ka tiekot plānota arī EGR noņemšana no dzinējiem, kas vien uzlabošot degvielas patēriņu par 3 – 5 %.
Kā tas iespējams? “EGR samazina NO izvadi. Tā kā mūsu pēcapstrādes sistēmas kļūst efektīvākas, mēs varam sadzīvot ar vairāk no dzinēja izplūdušo NO, un tas uzlabo kopējo dzinēja efektivitāti,” viņš skaidro.
Būtībā – un nedaudz pretrunīgi, ja apsveram emisiju samazināšanu – ļaujot dzinējam ražot vairāk NO, tiek sasniegts termodinamiskais optimums. Pēc tam NO tiek apstrādāts SCR sistēmā, tiek izslēgts EGR, un izmaiņu rezultātā tiek samazināts CO2 daudzums.
Jaunais Deutz TCD 5.2 ar eBoost.
Švaderlaps saka, ka Deutz apsver vairākus citus veidus, kā samazināt dīzeļdzinēju izmešus, lai nodrošinātu atbilstību nākotnes VI pakāpes (Tier 5) emisiju standartiem. Tas ietver kontrolējoša katalizatora sildītāja izmantošanu, kas novietots pirms DOC, sekmējot paaugstinātu pēcapstrādes sistēmas efektivitāti.
Pastāv arī atšķirības starp tirgiem un dažādām stratēģijām, kas vajadzīgas, lai izpildītu prasības katrā reģionā. “Ķīnas pēcapstrādes sistēmas atšķiras no Eiropas un ASV. Arī Eiropā un ASV pastāv atšķirības. Eiropā uzmanības centrā ir cietās daļiņas. Tā kā ASV nav makrodaļiņu ierobežojuma, dažiem dzinējiem nav cieto daļiņu filtru”, viņš saka.
Aparatūras pievienošana un noņemšana, atsevišķām sistēmām kļūstot efektīvākām, ir gudra rīcība, taču tas, kas galu galā kontrolē šo funkcionalitāti, ir vieda vadība, izmantojot programmatūru. “Mēs esam uzlabojuši katalizatoru, bet esam uzlabojuši arī programmatūru”, saka Švaderlaps. “Mums ir slēgta EAT sistēmas vadība un tagad tā ir daudz viedāka.”
Viedajai sistēmas vadībai, ko atbalsta sensori visās dzinēja sistēmās, būs galvenā loma, lai panāktu papildu iekšdedzes emisiju samazinājumu.
Elektriskie dzinēji
Papildus ūdeņraža degvielas dzinējam Deutz turpina arī elektrisko spēka agregātu izstrādi. Taču Švaderlaps uzskata, ka elektrifikācija nav platformas risinājums, kas aizstās iekšdedzes dzinēju.
“Jums ir lieli traktori ar 400 ZS dīzeļdzinējiem. Tie darbojas dienu un nakti, desmit stundas katrā maiņā, patērējot 600 litrus degvielas maiņā. Šīs degvielas enerģijas blīvums ir līdzvērtīgs akumulatoram, kas sver vairāk nekā desmit tonnas. Pat ja akumulatora masas problēmu varētu atrisināt, traktoru var uzpildīt piecu minūšu laikā. Akumulatoriem būs nepieciešamas daudzas stundas, lai tos uzlādētu. Elektrifikācija to nevar tieši aizstāt, un pat ūdeņradis būtu izaicinājums, jo traktoram būtu bieži jāuzpilda degviela.”
Problēmas ir arī ar valsts elektrotīkliem. Viņš stāsta, ka aptuveni 20% no visas piegādātās enerģijas esot elektrība, un to ir plānots palielināt līdz aptuveni 40%. Pat ja to varētu panākt ar tīklu jauninājumiem, atlikušie 60% nepieciešamās enerģijas joprojām tiktu apmierināti, izmantojot ķīmisko enerģiju.
Šāda nākotne varētu sadusmot alternatīvās degvielas piekritējus, taču pastāv arī dažas ievērības cienīgas priekšrocības. Saskaņā ar Švaderlapa teikto, uzņēmumā Deutz tiekot izstrādāti jauni dīzeļdzinēji, kuru efektivitātes rādītājs ir aptuveni 47%.
Emisiju samazināšana
Turklāt notiek diskusijas par tiesību aktiem, kas nosaka papildu NO emisiju samazināšanu. “Mēs esam sprieduši par NO emisiju samazināšanu vēl par 90%. Tas ir papildus 97% samazinājumam, ko esam panākuši kopš 2000. gada. Ja tas tiktu darīts, dzinēji radītu 0,3% NO emisiju salīdzinājumā ar to, kas bija pirms 20 gadiem”, viņš skaidro.
Perkins paplašina savu pašreizējo Industrial Open Power Unit (IOPU) piedāvājumu, ieviešot divus jaunus 2,8 un 3,6 litru modeļus.
Šīs jaunās emisiju samazināšanas stratēģijas un biodegvielas un e-degvielas potenciāls kopā veido pamatu tīrākajiem dīzeļdzinējiem, kādi jebkad ir ražoti. Neraugoties uz ieguvumiem, vēl ir jānoskaidro, vai politiķi to ņems vērā, pirms apsvērs dīzeļdzinēju aizliegumu atsevišķos pielietojumos un vietās, piemēram, apdzīvotās pilsētu teritorijās.
“Cilvēki vienmēr atcerēsies netīro dīzeli”, saka Švaderlaps. “Taču nozarē ir paveikts liels darbs, samazinot emisijas. Jāatceras, ka iekšdedzes sistēma kalpo tikai kā grēkāzis dīzeļdegvielas radītajām emisijām. Elektrifikācijai būs svarīga loma, taču tas sāksies ar mazākiem dzinējiem un zemākiem darbības diapazoniem.” Viņš piebilst, ka pat tad, ja dīzeļdegvielas cena tiek paaugstināta, “mēs nevaram iedomāties nākotni, kurā iekšdedzes dzinējs vairs nebūs daļa no piedziņas kombinācijas.”
Autori: Endijs Brauns un Džulians Baklijs
