[ATB] Technika

Cząstki mocno zredukowane

Data publikacji:

Nowa norma emisji spalin Euro Stage V, która wejdzie w życie 1 stycznia 2019 r., drastycznie ograniczy zawartość cząstek stałych w spalinach silników przeznaczonych do napędu maszyn i pojazdów pozadrogowych typu „non-road”. W porównaniu z poprzednią normą Stage IV poziom redukcji cząstek sięga 40%, do czego większość producentów jednostek napędowych intensywnie przygotowuje się od dłuższego czasu. Dzięki temu wiele silników spełnia nową normę już dziś lub będzie z nią zgodnych w najbliższej przyszłości.

Choć nowa norma wejdzie dopiero za 10 miesięcy, producenci mogą ubiegać się o homologację typu już od 1 stycznia 2018 r. Norma Stage V w silnikach o mocy od 19 do 560 kW zaostrza przede wszystkim dopuszczalną zawartość cząstek stałych, zarówno w odniesieniu do ich masy (PM), jak i - co jest całkowitą nowością - w odniesieniu do ich liczby (PN). Maksymalną masę cząstek stałych redukuje do zaledwie 15 mg/kWh (0,015 g na kWh), o 40% w stosunku do normy Stage IV (0,025 g/kWh), natomiast dopuszczalną liczbę cząstek stałych określa na maksymalnie 1012/kWh (10 do potęgi 12, czyli bilion na kWh wytworzonej energii), pozostawiając graniczny poziom pozostałych zanieczyszczeń w zasadzie bez zmian. Dla wprowadzanych na rynek silników z przedziału mocy 56-130 kW przewidziano roczne moratorium, dzięki czemu norma Stage V zacznie je obowiązywać od 1 stycznia 2020 r.
Małe silniki o mocy poniżej 19 kW/25,8 KM, jak również duże o mocy powyżej 560 kW/762 KM, których do tej pory normy emisji spalin nie dotyczyły, będą teraz tak samo objęte odpowiednimi regulacjami w tym zakresie. Nie są one wprawdzie tak restrykcyjne, jak dla przedziału 19-560 kW, i nie dotyczą liczby cząstek stałych (PN), ale ograniczają np. już ich masę (PM) do 0,4 g/kWh w przedziale do 19 kW i do 0,45 g/kWh powyżej 560 kW oraz zawartość tlenków azotu (NOx) do 7,5 g/kWh (łącznie z węglowodorami HC) do mocy 19 kW i do 3,5 g/kWh powyżej 560 kW (osobny limit dla HC - 0,19 g/kWh).

Filtr pożądany

Wprowadzenie nowej normy będzie w większości wypadków oznaczało konieczność zastosowania w silnikach filtra cząstek stałych (DPF), który już dziś montuje wielu producentów. Filtry DPF szeroko stosuje m.in. należąca do koncernu John Deere firma John Deere Power Systems z Orleans we Francji, produkująca silniki przemysłowe o mocy od 36 do 448 kW (49-609 KM), posiadająca 85-letnie doświadczenie w zakresie budowy jednostek napędowych dla pojazdów typu non-road, która od roku 1949 wyprodukowała ponad 5 mln silników Diesla. Jeśli chodzi o dostosowywanie silników do najnowszych norm emisji, John Deere do tej pory zdecydowanie unikał technologii SCR, czyli katalitycznej redukcji tlenków azotu za pomocą płynnego mocznika (preparat AdBlue). Zdaniem producenta wyższe koszty tego dość skomplikowanego rozwiązania i jego wady (dodatkowy zbiornik, dodatkowy środek eksploatacyjny, ryzyko jego zamarznięcia w niskiej temperaturze, możliwy wyciek amoniaku, gdy system nie działa prawidłowo itd.) przemawiały przeciwko stosowaniu tej technologii. Z tego powodu firma John Deere (podobnie jak MAN przed kilkoma laty) faworyzowała recyrkulację schłodzonych spalin (EGR) oraz DPF, a także stosowała turbosprężarki ze zmienną geometrią łopatek (VTG). Większa ilość schłodzonych spalin zawracanych do silnika obniża temperaturę spalania i tym samym zawartość tlenków azotu (NOx). Jednak już w swoich nowych silnikach o mocy od 56 kW/75 KM spełniających normę Stage IV firma zastosowała oprócz EGR, DPF i turbosprężarki VTG także technologię SCR, która pozwala dodatkowo zredukować zużycie paliwa o około 10%, dzięki lepszej efektywności energetycznej takich jednostek napędowych. Zwiększona emisja NOx, która się z tym wiąże, jest w tym wypadku neutralizowana właśnie za pomocą selektywnej redukcji katalitycznej (SCR).

Gotowi na normę

Firma Deutz AG, renomowany producent silników wysokoprężnych, już w roku 2015 miała w swoim programie silniki gotowe do przystosowania do normy Stage V. Obecnie odnosi się to do wszystkich silników o pojemności od 2,2 do 16 l, w tym do popularnych 6-cylindrowych, turbodoładowanych jednostek o mocy od 106 do 174 kW z serii TCD 6.1, które spełniają normę Stage V dzięki technologii DVERT (Deutz Variable Emissions-Reduktions-Technologie) opartej na SCR oraz DPF. W nowej normie Stage V mieszczą się także inne, nowe silniki Deutz, m.in. małe 3-cylindrowe TCD 2.2 o mocy od 22 do 56 kW czy dwa silniki gazowe G 2.2 i G 2.9.
Niezależnie od norm emisji, producent z Kolonii udoskonalił swoje silniki także pod kątem większej efektywności i niższego zużycia paliwa. Wszystkie silniki Deutz z DPF są oprócz tego certyfikowane bez dodatkowych łapaczy iskier (według EN 1834), co umożliwia ich stosowanie także tam, gdzie występuje podwyższone zagrożenie pożarowe.

Common Rail zwycięzca

Trudno dziś sobie wyobrazić oszczędne, wydajne i wyróżniające się niskim poziomem emisji spalin silniki Diesla bez systemu wtrysku Common-Rail, który praktycznie już całkowicie wyparł technologię pompowtryskiwaczy. Jednak nie jest powszechnie wiadomo, że to nie Bosch jest wynalazcą tego rozwiązania, lecz firma Fiat Powertrain (FPT).
Zdaniem włoskiego producenta stosowanie systemu EGR redukuje wprawdzie wydzielanie NOx podczas spalania, jednak zwiększa jednocześnie udział sadzy. Ze względu na zwiększoną emisję sadzy konieczna jest zatem wymuszona regeneracja filtra DPF. Dlatego FPT stosuje w różnych silnikach wysokoprężnych albo sam system SCR, albo ten system w połączeniu z biernym filtrem cząstek stałych. Opracowana przez FPT tzw. technologia HI-eSCR (High Efficiency Selective Catalytic Reduction) może zdaniem producenta zmniejszyć emisję NOx o ponad 95%, podczas gdy w innych instalacjach na rynku stopień redukcji tlenków azotu wynosi standardowo 80-85%.

Stage V w praktyce

Niektórzy producenci zawczasu wyszli naprzeciw nowym regulacjom, tak jak firma Perkins, która przygotowała już kompletną serię silników wysokoprężnych o mocy od 8,8 do 470 kW pod kątem normy Stage V. Brytyjska firma niedawno zaprezentowała nową serię kompaktowych, 4-cylindrowych silników o pojemności 2,8 i 3,6 l i mocy od 45 do 100 kW (61-136 KM), spełniających normę Stage V. Nowe silniki mają przy tym zużywać o 8% mniej paliwa niż dotychczasowe. Perkins oferuje wyjątkowo szerokie portfolio produktów zgodnych z normą Stage V, od kompaktowych 3-cylindrowych silników o pojemności 1,5 litra, poprzez wspomniane już silniki 2,8- i 3,6-litrowe, po wydajne jednostki z 6 cylindrami, o pojemności 18 l i mocy do ok. 600 kW (816 KM).
Firma Cummins chce spełniać wymagania przyszłej normy Euro Stage V bez stosowania EGR w swoich silnikach, które ma przede wszystkim cechować niski koszt eksploatacji. W stosunku do obecnych silników Stage IV moc nowych jednostek Stage V o pojemności od 3,8 do 9 l ma być wyższa średnio o ponad 10%, zaś maksymalny moment obrotowy o prawie 20%. Dzięki wyraźnie wyższej efektywności należy spodziewać się redukcji spalania (łącznie z AdBlue) przeciętnie o około 3%. Nowe modele X12 i X15 uzupełniają paletę silników Stage V o mocy do 503 kW/684 KM, z kolei mały silnik F3.8 jest teraz dostępny o mocy znamionowej 55 kW/75 KM i ma stanowić dobre źródło napędu dla maszyn kompaktowych, wykazujących zapotrzebowanie na wysoki moment obrotowy.

Gazowa alternatywa

Firma MAN Engines zaprezentowała jesienią ub. roku po raz pierwszy nowy 6-cylindrowy silnik wysokoprężny o pojemności 9 l, opracowywany od samego początku specjalnie dla pojazdów typu non-road, który ma zamknąć lukę w zakresie mocy między oferowanymi silnikami z serii D08 i D26. Producent pochwalił się również zbudowanym na bazie serii E32 nowym silnikiem gazowym E3262 LE2x2, o mocy 450 kW, uzyskiwanej przy 1500 lub 1800 obr./min, zależnie od wersji. Silnik jest przystosowany do zasilania zarówno biogazem, jak i gazami kopalnymi, i oferuje podwyższony stopień sprawności. Możliwości zastosowań tej jednostki to przede wszystkim bloki ciepłowniczo-energetyczne w sektorze przemysłowym, komunalnym oraz rekreacyjnym.
Stosowane również jako napęd pojazdów silniki gazowe, aby spełniać normę Stage V, nie wymagają tak skomplikowanej techniki spalinowej jak silniki wysokoprężne i wielu ekspertów uważa je nawet za przyszłą alternatywę dla silników dieslowskich.

Z przemysłu do innych sektorów

Silniki przemysłowe firmy Mercedes-Benz są modyfikowane przez jej partnerską firmę Rolls-Royce Power Systems w Friedrichshafen i oferowane pod marką MTU. Spełniające wymagania EU Stage V serie 1000 do 1500 mają być dostępne już od czerwca 2018 r. (równolegle w ofercie pozostaną silniki Stage IV). Moc tych 6-cylindrowych silników z zakresu od 240 do 480 kW (326-653 KM) wzrosła o 20 kW, a ich moment obrotowy osiąga do 3100 Nm.
Własne silniki wysokoprężne oferuje również od momentu założenia w roku 1978 znany producent maszyn budowlanych - szwajcarska firma Liebherr. Jej program obejmuje zarówno kompaktowe jednostki 4-cylindrowe, jak i potężne silniki 20-cylindrowe. Niedawno Liebherr zawarł porozumienie z firmą Deutz, która poprzez jej światową sieć dystrybucji będzie sprzedawała także silniki Liebherr
o mocy od 200 do 620 kW.
Również firma Hatz, produkująca kompaktowe silniki Diesla o mocy do 62 kW, odpowiednio wcześnie wdrożyła w swoich jednostkach do 56 kW technologię, pozwalającą spełniać normę Stage V. Wszystkie silniki tej marki o mocy do 19 kW zgodne z normą Stage IV będą spełniać bez żadnych zmian także wymagania normy Stage V. W zakresie od 19 do 56 kW nowa seria H spełnia oczywiście wymagania Stage IV, a wyposażona w DPF będzie także zgodna z normą Stage V. Jak zapewnia producent, również sprawdzone silniki serii B, D i G oraz 2M41 i 2L41 będzie można w przyszłości stosować z powodzeniem także bez zmian.

Stefan Szolc
(oprac. na podstawie eilbote 45-46/2017 r.)

fot.firmowe

Chcesz dowiedzieć się więcej? Czytaj aktualności techniki budowlanej - zamów:

Bezpłatny egzemplarz Prenumeratę

Reklama
Najnowsze artykuły:
Reklama

Najnowsze z kategorii

Bądź na bieżąco!
Zapisz się do newslettera

Wyrażam zgodę na otrzymywanie od Boomgaarden Medien Sp. z o.o. treści marketingowych (newsletter) za pośrednictwem poczty elektronicznej w tym informacji o ofertach specjalnych dotyczących firmy Boomgaarden Medien Sp. z o.o. oraz jej kontrahentów.