Двигатели: что ожидает нас в будущем
Производители двигателей для спецтехники сейчас озабочены не только поставками новых моторов, отвечающих текущим стандартам токсичности Stage IIIB (ЕС) и EPA Tier 4-Interim (США), но и разработкой и тестированием новейших агрегатов, которые бы смогли удовлетворять следующей волне ограничений, вступающей в силу в 2014 году – нормам Stage IV и Tier 4 Final. Соответствие этим жестким правилам означает, что дизельные моторы придется оснащать большим количеством различных систем, начиная от электронного управления двигателем и заканчивая впрыском топлива под высоким давлением, рециркуляцией отработанных газов и различными формами последующей переработки этих же самых газов.
Конечно, в каком-то смысле концом законодательных перемен вполне могут стать стандарты 2014 года, когда допустимые уровни загрязнения будут практически соответствовать показателям окружающей среды во многих городах, и двигатели, как принято говорить в таких случаях, смогут очищать воздух.
Однако будет ли это действительно тот самый конец? В то время как дизтопливо является, возможно, наиболее эффективным с точки зрения мощности энергетическим решением для строительных машин (простая транспортировка и широкая доступность), цена на нефть продолжает расти, и этот фактор оказывает дополнительное давление на компании, заставляя их понижать расход своих моторов или искать альтернативы. К тому же, еще до конца не ясно, как долго ограничения будут стоять на месте. Так, уже в ближайшее время ожидается появление новостей о новом стандарте Stage V для ЕС, который может затронуть сразу несколько потенциальных направлений. Одним из них является проблема твердых частиц (ТЧ) – черной сажи, характерной для дизельных моторов.
Текущие и будущие эко-стандарты регламентируют сокращение выбросов ТЧ практически до нулевого уровня, предусматривая применение выхлопных фильтров. Однако эти системы не защищают от ультра-малых ТЧ, которые по-прежнему попадают в атмосферу. Парадокс данной ситуации состоит в том, что именно мелкие частички являются более вредными для организма человека из-за их легкого проникновения в кровеносную систему при вдыхании. Поэтому нет никаких сомнений в том, что в ближайшей перспективе разработчикам придется проектировать более совершенные фильтры, способные поглощать сверхмалые ТЧ.
Снижение CO2
Другим возможным направлением в новых правилах могут стать СО2 выбросы. В частности, так считает президент компании по производству двигателей Perkins Гвен Хенрикс, которая также является вице-президентом материнской компании Caterpillar по вопросам промышленных энергетических систем. По ее словам, усиление требований по CO2 не загонит индустрию в тупик, а, скорее наоборот, заставит ее развиваться и работать еще лучше.
«Я думаю, новая волна правил обязательно коснется выбросов CO2. Ужесточая эти нормы, от нас, по сути, будут требовать меньшего сжигания топлива или использования таких веществ, которые имеют низкое содержание CO2 в своих выхлопах. А меньшее потребление топлива при неизменной производительности – это и есть увеличение эффективности», – отмечает Хенрикс.
По ее мнению, очень важным в данной ситуации является продолжение разработок все более и более эффективных двигателей в совокупности с инновационными технологиями, которые в будущем позволят создать на базе дизелей новые гибридные установки.
Оптимизация машин
Также президент Perkins отмечает, что снижение расхода топлива невозможно без сотрудничества между производителями моторов и производителями техники. Если целью законодателей станут выбросы CO2, то есть два пути, по которым они могут ужесточить эти требования. Первым является введение больших налогов на топливо, что позволит производителям получать коммерческую выгоду от выпуска экономичных машин. Второй путь – это сохранение нынешних методов, когда компании могут выходить на рынок лишь после достижения их техникой необходимых экологических показателей.
«Наилучшим решением было бы ввести оба метода», – говорит Хендрикс. «Однако такой шаг потребует огромное число социальных и политических изменений в различных регионах мира, поэтому я не думаю, что это случится».
Еще одной интересной областью является использование в качестве топлива для специальной техники природного газа. Особенно это стало актуально после открытия крупных месторождений сланцевого газа в Северной Америке, Европе и Южной Америке в конце 1990-х годов.
Природный газ
Одним из первых, кого заинтересовала данная идея, является компания Caterpillar, которая совместно с топливным специалистом Westport объявила о планах по созданию для строительных машин двигателя на природном газе. Фирма Westport специализируется на разработках и поставках на рынок технологий полного сжигания топлива, включая топливо из сжатого природного газа (CNG), сжиженного природного газа (LNG), водорода и возобновляемого природного газа (RNG), в частности газа из органических отходов. Также она разработала технологию непосредственного впрыска топлива высоким давлением (HPDI).
По словам Caterpillar, компании объединят свои технологии и опыт, чтобы стать первыми на рынке, кто сможет применить работающую на природном газе систему HPDI в мощной, внедорожной технике. Американский гигант возьмет на себя финансовые обязательства и первоначально сконцентрируется на карьерных самосвалах и локомотивах, тогда как Westport займется поставками ключевых компонентов. Коммерческое производство ожидается примерно через пять лет.
Альтернативные источники топлива
Между тем, производитель двигателей Deutz также сфокусировался на разработке технологий по применению альтернативных источников топлива. В мае компания выпустила свой первый Stage IIIB двигатель, работающий на биодизельном горючем. Произведенные для сельскохозяйственной техники, моторы TCD 6.1 L6 и TCD 7.8 L6 работают на 100-процентном биодизеле EN 14214, и снабжены системой впрыска топлива под давлением 2 000 бар, а также избирательной каталитической нейтрализацией (SCR) отработанных газов.
Топливо от возобновляемых, производимых на устойчивой основе био-ресурсов, таких как рапсовое масло, позволяет практически полностью завершить цикл CO2 в природе: растения, из которых получают биотопливо, в процессе произрастания берут углекислоту из воздуха, куда затем и попадают СО2 выбросы, образующиеся от сжигания топлива в двигателе.
По словам представителя Deutz, компания провела комплексные полевые испытания, чтобы проверить пригодность биодизеля для использования в качестве топлива. И хотя Stage IIIB-совместимые моторы TCD 6.1 L6 и TCD 7.8 L6 были разработаны для сельскохозяйственных машин, Deutz в настоящее время также рассматривает вопрос о создании таких технологий для строительного сегмента.
Помимо двигателей на природном газе и биодизеле, которые в будущем, несомненно, появятся на карте внедорожной строительной техники, существует также множество других технологий, находящихся сейчас в стадии разработки. В частности, в последние несколько лет индустрия стала свидетелем создания нескольких гибридов, например, дизель-электрической технологии, когда дизельный двигатель выступает в роли бортового генератора для питания электрических моторов.
Кроме того, на рынке уже появились инновационные машины, использующие ряд энергосберегающих технологий в дополнение к общей производительности своих установок. Одной из таких является перегружатель Liebherr LH80M Litronic, представленный на выставке Intermat. Работая от фирменного Stage IIIB/Tier 4-Interim мотора мощностью 230 кВт, новинка также оснащена специальным цилиндром восстановления энергии (ERC) – третьим подъемным цилиндром, заполненным азотом и расположенным между двух основных. При опускании рабочего оборудования в ERC-системе происходит сохранение образованной от сжатия азота энергии, которая затем высвобождается во время следующего подъемного цикла и прибавляет мощности двум основным подъемным цилиндрам. По заявлению Liebherr, система дает до 80 кВт дополнительной мощности, позволяя снизить количество необходимой энергии, получаемой от двигателя, и, следовательно, расход топлива.
Однако в зависимости от конкретных задач каждое инновационное решение всегда будет иметь как преимущества, так и недостатки. Поэтому глава Perkins Гвен Хендрикс сомневается о возможности достижения данными технологиями достаточной универсальности в индустрии. «Вот почему я возвращаюсь к своему прогнозу о том, что именно дизельные и газовые двигатели в сочетании с другими технологиями и будут определять развитие отрасли в будущем», - сказала она.
