Dízelmotorok optimalizálása és tervezése a jövő számára

A mezőgazdasági dízelmotorokat gyártó nagyvállalatok új dízel erőforrásokat terveznek, annak ellenére, hogy alternatív hajtóanyaggal üzemelő belső égésű motorokat, dízel-elektromos hibrid rendszereket és tiszta villamos hajtásokat is fejlesztenek, gyártanak.

Meddig tart a jövő?

A dízelmotorokkal rendelkező mezőgazdasági munkagépek üzemeltetőit és ilyen eszközöket vásárolni szándékozókat rendkívül érdekli a dízelmotorok jövője. Az EU illetékes szakbizottságai az új személygépkocsikba és a kisteherautókba a dízelmotorok beépítésének megtiltását 2035-re tervezték, de több tagállam tiltakozására a későbbi határidőre vonatkozó döntést 2026-ra halasztották. Tehát arra a kérdésre, hogy új dízelmotor mezőgazdasági alkalmazására meddig kerülhet sor, még nincs válasz. Az optimista változat az lehetne, hogy addig, amíg a dízel hajtóanyaghoz hozzá lehet férni, addig lesz dízelmotor. A realitást viszont most meghatározza a „Párizsi megállapodással” összhangban (ahol az uniós országok jogi kötelezettséget vállaltak, hogy 2050-re nettó zéró üvegházhatásúgáz-kibocsátású klímasemleges gazdaságra térnek át a tagországok) megjelenő rendeletek betartásának kezdeti időpontjai.

A mezőgazdasági dízelmotorokra a közeljövőben az európai és az amerikai előírások további szigorítása várható. Például az amerikai új Tier 5 szintű tervezetben a nem közúti dízelmotorok NO_x– és PM-kibocsátásának további 50–90%-os csökkentése szerepel – a motor teljesítménykategóriájától függően –, amelyeket már akár a 2028–2030 közötti időszakban hatályba léptetnének. A nagy mezőgazdaságidízelmotor-gyártók bíznak a jövőben, és a folyamatos innováció eredményeként új motortípusokat fejlesztenek ki, azzal a célkitűzéssel, hogy a környezetvédelmet, a fenntartható üzemeltetést és a teljes tulajdonlási (üzemeltetési) költséget kedvezően befolyásolják.

A dízelmotor alkalmazása hosszú átmenetet jelent a jövő energiahordozóira történő átállásra a mezőgazdasági munkagépek esetében is. A jelenlegi akkumulátortechnológiák korlátozzák a teljesen elektromos hajtású mezőgazdasági gépek méretét. A kis teljesítményű, könnyű mezőgazdasági munkagépek villamosítása már elkezdődött. A dízel-elektromos hibrid hajtásrendszerek pedig a kis teljesítményű, 56 kW alatti gépek esetében és a nagy teljesítményű, 200 kW feletti gépeknél folytatódni fog.

A dízelmotorok fontosabb egységei

A dízelmotor összetett energiaátalakító szerkezet, amely a gázolajból mechanikai mozgási energiát hoz létre. A sok különféle alkatrészből álló fontosabb alrendszerek kapcsolódását az 1. ábra szemlélteti.

Az új fejlesztésű dízelmotorok esetében valamennyi alrendszer megújításra, átdolgozásra került. A korábbi motorok építése során szerzett tapasztalatokat felhasználják, és ebben a modern számítástechnika nagy segítséget nyújt. A mezőgazdasági dízelmotorok általában álló soros 3; 4; és 6 hengeres elrendezésűek. A 400 kW-nál nagyobb teljesítményű motorok esetében is ritkán fordul elő a 6; 8 vagy ennél nagyobb hengerszámú, V hengerelrendezésű motorok alkalmazása. Az új tervezésű motorok építésének néhány irányát mutatjuk be.

A dízelmotorok optimalizálása

A mezőgazdasági dízelmotorok fejlesztése követi a személygépkocsi-technikában megkezdett „downsizing” és a „downspeeding” elvet. A „downsizing” angol szó, magyar jelentése csökkenteni, leépíteni, kicsinyíteni. A „downspeeding” jelentése hajtáscsökkentés, fordulatszám-mérséklés.

A „downsizing” kifejezést első értelmezésben a motortechnikában is a leépítésre, kicsinyítésre használták, melynek jegyében 6 hengeres motor helyett 4 hengerest, 4 hengeresből 3 hengerest készítettek.

Ma a mezőgazdasági új dízelmotorok tervezésénél a „downsizing” technika alkalmazása során a korábbiakhoz képest kisebb motorral – az effektív középnyomás emelésével, szabályozásával – nagyobb teljesítményű és kedvezőbb nyomatékkarakterisztikájú, valamint alacsonyabb fajlagos hajtóanyag-fogyasztású, kevesebb hengerszámú, kisebb lökettérfogatú és méretű motort építenek.

Példaképen az AGCO Power 3 motort ismertetjük röviden. Az AGCO Power 3 CTA típusjelzésű, Finnországban készülő mezőgazdasági dízelmotort 2017 óta gyártják sorozatban (1., 2. kép).

Az a motor 3,3 literes lökettérfogatú, 3 hengeres, soros, álló elrendezésű, felül szelepes és vezérelt, hengerenként négy szeleppel. 108 mm furatú, 120 mm lökethosszúságú turbófeltöltővel és levegő visszahűtéssel rendelkezik. A motor beszabályozástól függő minimális névleges teljesítménye 44 kW, maximális névleges teljesítménye 81 kW 2100 1/min fordulatszámon. Legnagyobb nyomatéka 470 Nm, 1400–1500 1/min fordulatszám mellett. Az új, optimalizált, azonos méretű AGCO Power 3.3 L HD típusjelzésű motor névleges teljesítménye 91 kW, 1900 1/min fordulatszámon, maximális nyomatéka 520 Nm, 1600 1/min fordulatszámon. A motor teljesíti az EU Stage V környezetvédelmi előírást. A háromhengeres motorcsalád tagjai többek között a Massey Ferguson 4710 típusjelzésű traktorokba kerülnek beépítésre (3. kép).

A háromhengeres, soros, álló hengerelrendezésű dízelmotorok előnye

Ezek kevesebb alkatrészből állnak, kisebb a gyártási költségük, kisebb a súrlódási veszteségük, a hajtóanyag fogyasztásuk, a karbantartási költségük, a környezetszennyező hatásuk, a hosszméretük és tömegük.

Az Év dízelmotorja címet 2025-ben a dél koreai Hyundai Infracore nyerte el, a 4 hengeres, DX05 és a 6 hengeres, DX08 típusjelzésű, moduláris, azonos hengerfelépítésű (furat 110 mm, löket 132 mm) álló hengerelrendezésű motorokkal. A DX05 dízelmotor 4 hengeres, 5,018 literes, közvetlen befecskendezésű, 2 turbófeltöltővel. 171,2 kW teljesítményt ad le 2200 1/min fordulatszámon, és 955 Nm nyomatékot szolgáltat 1400 1/min fordulatszám mellett.

A DX08 dízelmotor 6 hengeres, 7,527 literes, közvetlen befecskendezésű, 2 turbófeltöltővel, 254,4 kW teljesítmény ad le 2200 1/min fordulaton, és 1460 Nm nyomatékot nyújt 1300 1/min fordulatszámon. A motorok teljesítik az EU Stage V előírást, DOC + DPF + SCR kipufogógáz-utókezelő rendszerrel, kipufogógáz visszavezetése nélkül. A „downspeeding” elv alkalmazásával a mezőgazdasági dízelmotorok főtengely-fordulatszámát mérséklik a névleges maximális teljesítményértékének megtartása mellett 1500–1700 1/min fordulatszám-tartományban, az effektív középnyomás emelésével, a levegőellátó rendszer fejlesztésével, a turbófeltöltés befolyásolásával. Az új dízelmotorok turbótöltőinek szabályozásán túl igen gyakori a kettős soros feltöltési rendszer és annak szabályozott változata alkalmazása. Természetesen az alacsony, széles fordulatszám-tartomány eléréséhez – a hajtóanyag-fogyasztás mérsékléséhez – a hajtóanyag-ellátó rendszer és annak elektronikus vezérlése, valamint az önjáró munkagéphez való illesztéséhez elektronikusan vezérelt fokozatmentes (CVT) vagy esetleg több fokozatú, terhelés alatt kapcsolható (PowerShift) sebességváltó alkalmazására is szükség van. A fordulatszám csökkentésének további előnye, hogy a motor főtengelyén ébredő tömegerők mérséklődnek, a kenési helyeken a kenőanyagfilmekben keletkező veszteségek csökkennek, az égéstérbeli folyamatok lezajlásához több idő áll rendelkezésre.

Dr. Varga Vilmos
ny. okl. gépész- és villamosmérnök