Vannak mindennapos helyzetek, amikor az adott gép teljesítménye már nem elég, jó lenne még jó pár lóerő és newtonméter a munkafolyamat elvégzéshez, bár optimálisan és észszerűen lett kiválasztva a gépünk. A Perkins, Kohler, Kubota és Volvo-Penta megoldásait ismertetjük, amelyekhez még extra üzemanyag sem kell.
Ha kell egy kis plusz, üzemanyag nélkül
Közismert motorgyártók is beléptek a hibridfejlesztésekbe, a teljesítményoptimalizálás környezetbarát megoldásai felé. A gépeken jelölt vagy a gépkönyvben feltüntetett teljesítmény az állandó és névleges értéket jelöli, bár sok traktorgyártó alkalmazza a növelt teljesítmény lehetőségét bizonyos fordulatszám-tartományban vagy munkaprogramnál.
Nincs szükség nagyobb és erősebb traktorra, rakodógépre, ellenben átmenetileg megnő a fogyasztás és vele együtt a károsanyag-kibocsátás is. Ez utóbbiak elkerülése érdekében most a gyártók más-más megoldásokkal próbálkoznak.
Közútról a munkagépes szektorba
A hibrid hajtásláncok a nehéz tehergépjárműveknél az elmúlt években egyre inkább előtérbe kerültek, igaz, napjainkban feltörekvőben van a tisztán elektromos hajtás, egyelőre az áruterítő és regionális alkalmazásoknál, valamint a kisebb traktoroknál és rakodógépeknél, valamint építőipari munkagépeknél.
A munkagépek piacán a Caterpillar, a Cummins, a Deutz és az FPT mutatta be hibrid modullal (egy motorgenerátorral) kiegészített dízelmotorjait, valamint számos más motorgyártó is bemutatta különféle hibrid erőforrását, megoldását.
Azonos és más megoldások
A Kohler K-HEM 2504-es típusa a meglévő KDI 2504TCR típusú, 55,4 kW (74,3 LE) teljesítményű Stage V dízelmotort kombinálta a lendkerékhez csatlakozó 48 V-os villanymotorral, amely 19,5 kW (26,1 LE) csúcsteljesítmény és 9 kW (12,2 LE) folyamatos teljesítmény leadására képes.
A belsőégésű motor és az e-motor kombinációja lehetővé teszi az ügyfelek, a gépgyártók számára, hogy kisebb méretű, alacsonyabb károsanyag-kibocsátású erőforrásokat szereljenek be, ugyanakkor képesek ellátni a teljesítményigény csúcspontjait, mert az elektromos modul akár 30%-os többletteljesítményt is képes biztosítani.
Kohler K-HEM 2504 dízel-hibrid egység – fotó: www.kohlerpower.com
Különböző konfigurációk a különböző alkalmazási igényekhez
A Kubota BUEE (Business Unit Engine Europe) az úgynevezett mikrohibrid prototípusának már a következő generációját is bemutatta. Hibridje egy kisebb lökettérfogatú dízelmotorból és egy 10 kW (13,4 LE) teljesítményű motorgenerátorból áll, amely segítheti a motort az aktuális teljesítményszükséglet biztosításában.
A cég szakemberei felismerték, hogy sok alkalmazásnál, illetve munkafolyamatnál a motor maximális teljesítményét csak rövid ideig használják ki. Amennyiben egy külön motor rásegíthet a szükséges, akár maximális teljesítmény biztosításában – addig és amikor arra valóban szükség van –, akkor kisebb lökettérfogatú motor is elegendő, ami nemcsak üzemanyag-megtakarítást, de gyakran önsúlycsökkentést is lehetővé tesz. A motorgenerátor egy meghajtó akkut tölt, amelyből szükség esetén a többletteljesítmény biztosítható, egyetlen csepp üzemanyag nélkül.
A Kubota a 48 voltos úgynevezett mikrohibrid rendszert választotta, mert olcsóbb, egyszerűbb, mint más, nagyobb feszültségű dízel-hibrid rendszer. Az 50 voltos határérték (gépkocsiknál 60 volt) fölött szigorúbb előírások vannak, több biztonsággal kapcsolatos alkatrészre van szükség, míg a szerviztechnikusoknak speciális képesítésre lenne szükségük a rendszer javításához.
A mikrohibrid számos nehézgépes alkalmazáshoz megfelel, és a Kubota szerint különböző gépgyártókkal együttműködve vizsgálja a rendszer felhasználási lehetőségeit. Az első közönségbemutatón egy villástargoncában láthatták az érdeklődők, egy közismert, 2,4 literes, közös nyomócsöves turbódízel motorral kombinálva.
Mérnökeik szerint a mikrohibrid rendszer beépítéséhez mindössze három alkatrészt kellett kicserélni, ami azt mutatja, hogy a rendszer könnyen integrálható a meglévő gépkonstrukciókba. A széria 12 voltos generátort kicserélték a 48 voltos motorgenerátorra, és lítium-ion akkumulátorokat is beépítettek, amelyek a villanymotorok elektromos energiáját biztosítják.
A dízelmotor maradt a targonca elsődleges energiaforrása, a motorgenerátor pedig szükség esetén 10 kW (13,4 LE) extra teljesítményt biztosít.
A Kubota szerint a rendszer kompakt kivitele és könnyű beépíthetősége miatt a gépgyártóknak nem kell teljesen újratervezni egy komplett munkagépet. Véleményük szerint igaz, hogy a piac a teljes villamosítás felé halad, de a következő 10 évben a dízel és az elektromos, illetve hibrid üzemmódok egymás mellett fognak még dolgozni.
Kubota MH motorszéria az úgynevezett mikrohibriddel – fotó: www.kubota.com
Egy gyártó, háromféle hibrid megoldás
A Perkins Engines Co. Ltd. három hibrid megoldást mutatott be eddig. Az elektromos, mechanikus és hidraulikus hibrid rendszerek 6-600 kW (8-805 LE) teljesítménytartományban lesznek elérhetők, és úgy tervezték őket, hogy megfeleljenek a különböző felhasználási igényeknek.
A rendszereket ugyanarra az 55 kW (74 LE) teljesítményű dízelmotorra integrálták, hogy közvetlen összehasonlítást lehessen végezni köztük.
Az első egy 20 kW-os (27 LE) elektromos hibridrendszert tartalmaz, egy lítium-ion akkumulátorral az energiatároláshoz, valamint egy motorgenerátort, amely a blokkhoz csatlakozik. Az akkumulátoros rendszer az ár csökkenésével egyre költséghatékonyabb megoldássá válik, ugyanakkor az akkumulátor sok helyet is igényel. Széles körben elterjedt megoldás, vannak, akiknek megfelel, de a helyigény és jelenlegi ár korlátozzák. Az igen változatos terhelési ciklusú gépek, például a teleszkópos rakodógépek valószínűleg profitálnak az elektromos hibrid rendszerből.
A mechanikus hibrid esetében egy nagy sebességű lendkerék szolgál az energia tárolására. Mérete szintén behatárolt, és nem képes sok energiát tárolni, de a lendkerék sokkal gyorsabban képes energiát leadni, mint a lítium-ion akkumulátor. A mechanikus hibrid az energia gyors visszanyerésére és felszabadítására való képességével a legjobban az ismétlődő működési ciklusú gépeknek (pl. forgókotrógépnek) felelne meg.
A Perkins hidraulikus hibrid rendszerében az energiát egy speciális kétrészes, nyomásálló tartály tárolja. Egyik végében nitrogéngáz van, a másik felében hidrualikaolaj, és a teret egy dugattyú osztja ketté. Bizonyos munkafolyamatoknál, például a gémszerkezet és teher helyzeti energiájának megváltozása (leengedése) közben a hidraulikaolaj összesűríti a gázt az energiatároló tartályban, így az magas, akár 230-280 bar nyomás alá is kerülhet!
Amikor valamilyen művelethez nagy teljesítményre van szükség, a megfelelő szeleprendszeren át a kívánt munkahengerekbe, hidromotorokhoz áramolhat az olaj, nem kell a dízelmotornak forgatni a hidraulikaszivattyút, átmenetileg „üresjáratban futhat".
Mivel a legtöbb gépen eleve vannak hidraulikus rendszerek és alkatrészek – szivattyúk, motorok és a szükséges vezérlőegységek –, ezért könnyű a meglévő architektúrát áttervezni. Működéséhez csak új szoftver és a hidraulikus akkumulátorok szükségesek. A rendszer egyaránt előnyös lesz például a kotrógépeknél és a kerekes rakodóknál; főleg ásási és rakodási ciklusok során.
Mindhárom rendszernek megvannak a maga előnyei, és a technológia érettségi szintje határozza meg, hogy milyen hamar kerülhetnek piaci bevezetésre.
A Perkins már több éve dolgozik a fenti hibrid rendszerek fejlesztésén, ugyanis a közúti alkalmazásban bevált megoldások nem igazán alkalmasak az off-highway területen (agrár, építőipar és erdészet). Utóbbiaknál sok a por, víz, sár, a rázkódás, hőterhelés és a túlterhelés esélye.
Az elektromos és más hibrid gépek piaca jelenleg nagyon kicsi, a teljes eladásoknak csak töredéke.
A hibrid rendszerek fejlesztésével a Perkins segít a gyártóknak is a legjobb alternatíva megtalálásában. Azt, hogy milyen gyorsan kerülnek majd sorozatgyártásba, a gépgyártók fogják meghatározni, amikor az a leggazdaságosabb lesz számukra.
Mind az elektromos, mind a hidraulikus hibrid rendszer a motorok főtengelyére segít rá. Előbbi motorgenerátoros, utóbbi hidromotoros megoldású – fotó: www.perkins.com
Többfrontos átállás
A számos különböző profilú Volvo-csoporton belül a Volvo Penta képviseli az ipari célú motorokat, de dízel-hibrid és tisztán elektormos hajtásrendszereket is mint OEM beszállító. A mezőgazdasági és erdészeti vagy építőipar gépek mellett (VCE és más gyártók számára is) kiemelt szegmens a nehézlogisztika (konténerrakodó célgépek és targoncák, termináltraktorok stb.).
A Volvo-csoportnál elsőként a hibrid buszok (2010), majd az elektromosak (2015) jelentek meg, 2018-ban az elektromos áruterítő tehergépkocsik (FL, FE szériák) és az EX02-es mini forgókotró követték. 2019-től a hibrid és elektromos, akár gyorstöltésű konténerrakodók, 2020-tól az elektromos termináltraktor következett.
A fenti példasorral szerettük volna jelezni, hogy 5-10 év alatt milyen nagymértékű fejlődés, fejlesztés mehet végbe teljesen különböző területeken, és a következő lépés akár az off-highway (agrár, építőipar, erdőgazdaság) területei is lehetnek. A technológia adott, csak az ügyféligényekre várnak. A Volvo már csaknem 70 éve ott van mindhárom profilban.
A Volvo Penta az elektromobilitási megoldásoknál szorosan együttműködik az ügyfelekkel a termékfejlesztésben, hogy konkrét ügyféligényekhez tudják adaptálni a már jól bevált megoldásokat. Természetesen az eltérő alkalmazásokból fakadóan kisebb-nagyobb módosításokat majd végre kell hajtani.
Volvo Penta elektromos meghajtás, közútról a nehéz terepre – fotó: www.volvogroup.com
A nagy szériás, moduláris gyártás költség- és vételárcsökkenést eredményez, komplett rendszereket kívánnak nyújtani az ügyfeleknek – legyen az gépgyártó vagy gazda –, biztosítva az összes szükséges alkatrészt (motorok, akkumulátorok, inverterek, hűtőrendszer stb.), és nem utolsósorban a szervizhátteret.
Szöveg: www.oemoffhighway.com
