Снижение выбросов и снижение расхода топлива: новые концепции двигателей для внедорожников сочетают производительность с защитой климата

Даже тяжелые двигатели необходимо ставить на испытательный стенд для проверки требуемого качества выхлопных газов в каждой рабочей точке и снижения расхода топлива. С 27 февраля по 5 марта 2022 года выставка «СИСТЕМЫ И КОМПОНЕНТЫ», которая состоится в рамках выставки Agritechnica в Германии, продемонстрирует оптимизацию топливной экономичности последнего поколения внедорожных двигателей. Поставщики технологий, которые будут участвовать в выставке в Ганновере, предлагают обширную системную компетенцию, включая интеллектуальную доочистку выхлопных газов и технологию впрыска для дизельного, биодизельного или сжиженного газа.

Хотя двигатели внутреннего сгорания, особенно дизельные, широко рассматриваются как находящиеся на грани исчезновения в публичных дебатах, они еще далеки от завершения в секторе внедорожников, где они представляют высокую доступность, надежность и низкие эксплуатационные расходы с доказанной долговечностью даже при минимальных затратах. самые суровые условия. Помимо отраслевых факторов, технологическими движущими силами являются особенно эффективность и законодательные требования по сокращению выбросов загрязняющих веществ. Прогресс, достигнутый в разработке двигателей для оптимизации мобильных рабочих машин с точки зрения расхода топлива и выбросов, станет одной из центральных тем выставки SYSTEMS & COMPONENTS, которая в пятый раз пройдет параллельно с Agritechnica в Ганновере, Германия.

Снижение выбросов при высокой производительности

Практически все поставщики обычных двигателей внутреннего сгорания будут присутствовать на объекте в Ганновере с обширным набором решений, которые позволят OEM-клиентам соблюдать строгие нормы выбросов выхлопных газов в соответствии с европейскими стандартами Stage V для внедорожников и US Off-Highway Tier 4 final. Многие из этих новых разработок последовательно следуют принципу уменьшения размеров: проверенные компоненты для впрыска топлива (система Common Rail), управления двигателем и воздухом, а также для дополнительной обработки выхлопных газов вместе с меньшими двигателями образуют топливосберегающие электростанции.

Поставщики уделяют большое внимание модульности своих систем двигателей. Компоненты с гибким монтажом позволяют использовать различные варианты установки и системную интеграцию в соответствии с требованиями. Версии различаются, например, креплением вентилятора и ременной передачей, крышками головки блока цилиндров и масляными поддонами из пластика и алюминия, включая турбокомпрессоры с перепускной заслонкой или регулятором давления наддува с изменяемой геометрией турбины. В отличие от своих дизельных аналогов, двигатели, работающие на природном газе, оснащены охлаждаемой системой рециркуляции выхлопных газов. Для соответствия нормам выбросов, двигатели оснащены системой дополнительной обработки выхлопных газов, состоящей из сажевого фильтра (DPF), селективного каталитического восстановления (SCR) и каталитического нейтрализатора окисления дизельного топлива (DOC).

С биометаном для передвижения без вреда для климата

Однако различные требования, предъявляемые к мобильной технике, такой как самосвалы, мобильные экскаваторы, тракторы или комбайны, также означают, что общего решения для двигателей не существует. В этом контексте открытость к технологиям будет важным ключевым словом в разделе «СИСТЕМЫ И КОМПОНЕНТЫ» при оценке портфеля двигателей. Кроме дизельных двигателей, на платформе B2B в Ганновере будет представлен ряд других концепций, таких как параллельный гибрид, расширитель диапазона, подключаемый гибрид и полностью электрические системы. Дополнительное внимание на выставке будет уделено альтернативным видам топлива, которые призваны облегчить путь к климатически нейтральной мобильности. Среди прочего, будут также представлены двигатели, работающие на природном газе, разработанные специально для внедорожных машин в сельскохозяйственных и строительных машинах. В реальных условиях эксплуатации они выделяют примерно на десять процентов меньше углекислого газа, чем дизельные двигатели.

В этом процессе использование биометана становится все более актуальным в сельском хозяйстве, о чем свидетельствует New Holland T6 Methane Power - первый в мире серийный трактор, работающий на 100% метане. Внутри шестицилиндровый двигатель FPT Industrial рабочим объемом 6,7 литра использует сжатый (CNG), сжиженный (LNG) или возобновляемый (биометан) природный газ и соответствует стандарту выбросов Stage V ЕС благодаря использованию трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Поставка первых тракторов запланирована на следующие несколько месяцев 2021 года, а впечатляющее количество предварительных заказов должно быть произведено и доставлено в этом году. Таким образом, в будущем заправка будет возможна на собственной биогазовой установке фермы при условии наличия соответствующего газового кондиционера. Если растение дополнительно сбраживает жидкий или твердый навоз, баланс CO2 может быть даже отрицательным.

Синтетическое топливо как новая возможность

Синтетическое топливо предлагает потенциальное решение в сценарии с нулевым выбросом углерода, о котором до сих пор не уделялось должного внимания. Такое топливо можно производить с использованием регенеративного электричества. Основным преимуществом этого электронного топлива на основе энергии в жидкость является их высокая плотность энергии, особенно по сравнению с аккумуляторными системами. Предпосылкой для этого является то, что, хотя небольшие коммерческие автомобили, используемые в сельском хозяйстве, могут быть полностью электрифицированы, это огромная проблема для тяжелых мобильных рабочих машин. Частичная электрификация трансмиссии параллельно с двигателями меньшего размера, работающими на синтетическом топливе, является одной из возможностей достижения соответствующего сокращения выбросов CO2. Одним из примеров этого является метанол, производимый регенеративным способом, который можно использовать в качестве замены для внедорожного сектора. Проблема, создаваемая электронным топливом, заключается в том, что для него требуется регенеративная электроэнергия для CO2-нейтрального электролиза, и в настоящее время этого нет в достаточном количестве. Этот важный аспект на пути к климатически нейтральному будущему будет обсуждаться инженерами и экспертами на экспертных форумах Future Lounge в компании SYSTEMS & COMPONENTS.

В течение долгого времени водород играл второстепенную роль в разработке концепций привода с нейтральным выбросом CO2 для внедорожников. Сложное преобразование других форм энергии в водород оказалось слишком сложным для достижения цели. Однако с тех пор, как в июле 2020 года Европейский союз учредил Европейский альянс по чистому водороду (ECH2A), отрасль все больше смещается к этой теме, и не без уважительной причины, поскольку регенерируемый водород подходит не только в качестве топлива для топливных элементов, но и также может использоваться непосредственно в двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах. Поскольку водород - это топливо, не содержащее углерода, только минимальные выбросы происходят в основном из-за сгорания смазочного масла. Благодаря низкой температуре выхлопных газов выход оксидов азота уже ниже предельных значений даже без дополнительной обработки выхлопных газов. Эффективная работа на обедненной смеси дополнительно приводит к снижению расхода топлива по сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания.

Водородные двигатели набирают обороты

Так как же выглядит идеальная водородная трансмиссия для экскаватора? Компания SYSTEMS & COMPONENTS стремится ответить на этот вопрос с помощью адаптаций двигателя и турбомотора, необходимых для достижения этой цели. Производитель двигателей Deutz уже представил такой прототип в качестве альтернативы технологии топливных элементов: TCG 7.8 H2. Водородный вариант шестицилиндрового рядного двигателя для сельскохозяйственной техники также может использоваться в различных гибридных конфигурациях в сочетании с электроприводами. Рецепт успеха двигателей внутреннего сгорания, не содержащих CO2, заключается в эффективном впрыске, обедненном сжигании, рециркуляции выхлопных газов, турбонаддуве и специальном водородном каталитическом нейтрализаторе. Примером в этом контексте является также проект, осуществляемый Институтом поршневых двигателей (Institut für Kolbenmaschinen) Технологического института Карлсруэ (KIT). Он исследует потенциал будущих методов сжигания топлива на примере тяжелых коммерческих автомобилей. Для этого водород на первом этапе впрыскивается во впускной коллектор двигателя, а затем, после преобразования двигателя, непосредственно в цилиндр. Благодаря этому процессу директор института профессор Томас Кох и его команда ученых могут анализировать влияние образования смеси на горение. Цель состоит в том, чтобы на этой основе разработать дорожные карты будущих технологий для приводов коммерческих автомобилей и определить технические проблемы, связанные с внедрением водородных двигателей.

Двигатель будущего

Работа современных внедорожников основана на надежной и точной работе двигателей. В обозримом будущем дизельный двигатель останется предпочтительным двигателем в технологической комбинации, но теперь у него есть конкуренция. Будь то газ, гибрид или электричество, что касается ведущей темы СИСТЕМЫ И КОМПОНЕНТЫ «Зеленая эффективность - вдохновленные решениями», решения, представленные в Ганновере, помогут объединить требования рынка и нормы выбросов.

SYSTEMS & COMPONENTS проходит в рамках Agritechnica, крупнейшей в мире выставки сельскохозяйственной техники, в Ганновере, Германия, с 27 февраля по 5 марта 2022 года.

Источник: Пресс-служба DLG