همه چیز در مورد دیزل‌های آینده

چه زمانی دیزل از چرخه صنعت خارج خواهد شد؟ پیش‌بینی دست‌اندرکاران و متخصصان ماشین‌آلات سنگین جهان از آینده موتورهای دیزلی

همه چیز در مورد دیزل‌های آینده

پیشرفت‌های چشمگیری حاصل شده. اما گزینه قابل قبولی برای جایگزینی قدرت اسب‌بخار، بازده انرژی، انعطاف‌پذیری، اطمینان و دوام دیزل برای تجهیزات ساخت‌وساز سنگین‌تر نداریم.
Burnhope، مدیر ارشد نوآوری و رشد JCB است. او توضیح می‌دهد که برای بیل‌های مکانیکی بزرگ، برق از نظر اقتصادی و زیست محیطی هزینه زیادی دارد. هزینه این باتری لیتیوم یونی، ۱۶۰.۰۰۰ پوند معادل ۲۰۸.۰۰۰ دلار آمریکا خواهد بود که رقم بسیار زیادی است.
اگر چه این باتری می‌تواند توان مورد نیاز برای بیل مکانیکی ۲۰ تنی را برای یک شیفت کاری هشت ساعته تامین کند اما در هیچ کجا به مقدار زیادی دی اکسید کربن تولید شده در فرآیند تولید این باتری، اشاره‌ای نمی‌شود.

چه زمانی دیزل از چرخه صنعت خارج خواهد شد؟

همه چیز در مورد دیزل‌های آینده

پیش‌بینی دست‌اندرکاران و متخصصان ماشین‌آلات سنگین جهان از آینده موتورهای دیزلی

همه چیز در مورد دیزل‌های آینده :

در سال‌های اخیر در مورد جایگزینی و استفاده از انرژی‌های دیگر به جای سوخت‌های فسیلی، بحث در مورد الکتریسیته غالباً در مرکز اصلی قرار گرفته است. اما نادیده گرفتن بسیاری از ویژگی‌های مثبت موتور دیزلی، ناامید کننده است. موتور دیزلی از همان ابتدای اختراع به سرعت و به طور قابل توجهی تکامل یافته. امروزه این موتور به عنوان یک سرآمد ابتکار مهندسی در آمده است. سازندگان موتور ده‌ها سال است که در تلاشند تا میزان آلایندگی گازوئیل را کاهش دهند. این روند به لطف مقررات مرحله پنجم اروپا ادامه دارد. استانداردهای فوق قرار بود از ژوئن سال جاری اجرایی شوند. اما به دلیل چالش‌های مربوط به بیماری همه گیر کرونا در سراسر جهان به مدت ۱۲ ماه به تعویق افتاد.

مایکل لوفور؛ مدیر پشتیبانی بازاریابی جهانی  John Deere Power Systems است. او می‌گوید: ما برای توسعه موتور دیزل در یک زمان هیجان انگیز هستیم. پس از سال‌ها پالایش فن‌آوری برای دستیابی به سطوح بعدی مقررات مربوط به آلایندگی، می‌توانیم از این فناوری‌ها به عنوان روش‌های جدید استفاده کنیم تا به نتایج چشم‌گیری برسیم. زمینه‌های تمرکز شامل بهبود اندازه کلی پک موتور، کاهش وزن کلی موتور و تلفیق نسل‌های جدید سیستم‌های کنترل الکترونیکی است. ما همیشه بر روی بروز و قابل اطمینان بودن محصولات خود تمرکز کرده و همچنان خطاهای موتورهای آینده را رفع می‌کنیم”.

لوفور می‌گوید: در این دوره از طراحی موتور سنگین، چند زمینه اصلی فرصت وجود دارد. استفاده از تجزیه و تحلیل مجازی با داده‌های telematics، ابزارهای دیجیتال، شبیه‌سازی پیشرفته و ساده‌سازی سیستم‌های قدرت در خودرو از آن جمله‌اند.

وی خاطرنشان کرد: “یک روند که در چند سال آینده ادامه خواهد یافت اعتماد کمتر به حس‌گرهای فیزیکی است. “زیرا واحدهای کنترل موتور همچنان پیشرفته‌تر شده و کنترل موتور و عملکرد تشخیصی بیشتر را امکان‌پذیر می‌کنند. “وی اضافه می‌کند: “علاوه بر این، موتورها هوشمندتر و تواناتر – نه تنها از نظر میزان آلایندگی کمتر یا قدرت بالاتر، بلکه با اطمینان بیشتر برای عملکرد برنامه‌های مورد نیاز – می‌شوند.”

همه چیز در مورد دیزل‌های آینده

چقدر می‌توانید به سوی آلایندگی پایین‌تر بروید؟

Christer Hedström مدیر برنامه‌ریزی محصولات صنعتی در ولوو پنتا است. او خاطرنشان می‌کند: بیشترین تمرکز تا به امروز بر کاهش اکسید نیتروژن (NOx) و ذرات معلق (PM) بوده است. اما کاهش CO2 در دیزل‌های آینده بیشتر مورد توجه قرار خواهد گرفت. وی می‌گوید: در ولوو پنتا، عملکرد موتور و کاهش تاثیرات محیطی دست به دست هم می‌دهند.

“هنگام توسعه دیزل‌های آینده، کاهش میزان آلایندگی موتور و مصرف سوخت در کنار افزایش بیشتر کارایی احتراق، کاهش اصطکاک داخلی موتور، بهینه‌سازی سیستم‌های فرعی موتور، بهبود کارایی تجهیزات تزریق سوخت و سیستم‌های توربوشارژر و بهبود نرم‌افزار موتور، یک اولویت اصلی است.”

استیو نندیک، مدیر ارتباطات بازاریابی Cummins ، اشاره می‌کند که موتورهای دیزلی هرگز به این شکل تمیز نبوده اند. وی می‌گوید: “موتورهای سری Cummins Stage V Performance باعث کاهش ذرات معلق (PM) در حدود ۹۹٪، همراه با ۹۶٪ کاهش NOx در مقایسه با موتورهای مرحله ۱ EU می‌شوند.”

“این موتورها از ۱۰۰ تا ۶۷۵ اسب بخار (۷۵-۵۰۳ کیلووات) متغیر هستند. آنها مقررات آلایندگی EPA Tier 4 Final و EU Stage V را دارند، که سخت‌ترین قانون آلایندگی در جهان است.

نندیک می‌گوید: موتورهای سری پرفورمنس کامینز با عنایت به افزایش چگالی قدرت آنها که شامل پک‌های کوچکتر و موتورهای سبک‌تر است، بدون افت عملکرد به‌طور متوسط ​​۱۰٪ قدرت بیشتر و ۲۰٪ گشتاور بیشتر در محدوده ۱۰۰-۴۳۰ اسب بخار (۷۵-۳۲۱ کیلووات) ارائه می‌دهد.

آلایندگی بسیار کم NOx و PM به سیستم Cummins Single Module نسبت داده می‌شود. این سیستم فن‌آوری‌های DPF و SCR را در یک بسته نصب آسان‌تر ادغام می‌کند. نندیک اظهار داشت: “نتیجه، یک برگ برنده برای OEMها و کاربران نهایی است. “علاوه بر تأمین نیازهای انرژی و کاهش آلایندگی، این فناوری‌های کوچک‌تر، سبک‌تر و تمیزتر دیزل‌های آینده، هزینه نصب کمتری دارند. این سیستم‌ها به سازندگان این امکان را می‌دهند تا قابلیت ماشین را بهبود بخشند. اپراتورها همچنین می‌توانند میزان تولید گازهای گلخانه‌ای را بدون تأثیر بر بهره‌وری در زمان استفاده کاهش دهند.”

چندین سال پیش، روش‌های مختلفی برای پذیرش به عنوان بهترین انتخاب برای کاهش آلایندگی گازهای خروجی از دیزل وجود داشت. امروز هنوز این انتخاب‌ها وجود دارد، اما ظرافت‌های بیشتری وجود دارد. یورگن هبرلند، مدیر فروش، موتورهای MAN ، به یاد ‌می‌آورد: “برای پیشرفت در استانداردهای مرحله چهارم، صنعت با ترکیبی از EGR خارجی خنک شده [گردش مجدد گاز اگزوز] و SCR [کاهش کاتالیزوری انتخابی] آغاز شد.”

“اکنون با پیشرفت در فن‌آوری تبدیل کاتالیستی، شاهد راه‌حل‌های بیشتری هستیم. در راه‌حل‌های جدید سطح آلایندگی فقط با SCR یا EGR کاهش می‌یابند. این احتمالاً موجب مصرف بالاتر DEF و  مصرف سوخت کمتر می‌شود. برای EU Stage V، علاوه بر فناوری SCR، یک فیبر DPF نیز لازم است تا حد ذرات را کاهش دهد.”

یک گمانه زنی در بازار این است که آیا آمریکای شمالی آیین‌نامه‌های جدید آلایندگی گازهای گلخانه‌ای را معرفی می‌کند؟ از زمان اجرای مقررات نهایی ردیف چهارم ایالات متحده در سال ۲۰۱۴، هیچ مقررات جدیدی در آمریکای شمالی وجود ندارد. اما اتحادیه اروپا به مرحله V ارتقاء یافته است.

EU Stage V جرم PM را محدود می‌‎کند (۰.۰۱۵ گرم در هر کیلووات ، همانند Tier IV Final). همچنین برای موتورهای بین ۱۹ تا ۵۶۰ کیلووات نیز محدودیت ایجاد می‌کند. بسیاری در آمریکای شمالی می‌پرسند که ایالات متحده قانونی مشابه اتحادیه اروپا را تصویب می‌کند یا خیر.

آلن شیف مدیر اجرایی انجمن فناوری دیزل است. او می‌گوید: من فکر می‌کنم اکثر OEMهای جهانی استاندارد ذرات اتحادیه اروپا (PN) را برای ایالات متحده اجتناب ناپذیر می‌دانند. من از دیدن استاندارد PN در قوانین ایالات متحده در مقطعی در آینده تعجب نخواهم کرد.

 

سیستم پس اگزوز پیشرفته‌تر

هدستروم در ولوو پنتا توضیح می‌دهد که موتورهای Stage V دارای سیستم پیشرفته پس اگزوز (EATS) هستند. این موتور شامل یک کاتالیزور اکسیداسیون دیزل(DOC) و فیلتر ذرات دیزل(DPF) است. همچنین سیستم AdBlue ، کاهش کاتالیزوری انتخابی(SCR) و کاتالیزور آمونیاک(ASC) نیز در آن تعبیه شده است. وی می‌گوید: “این سیستم در کاهش میزان آلایندگی بسیار موثر و از قابلیت‌های مختلفی برای کاربردهای مختلف برخوردار است. طبق قانون آلایندگی مرحله V، موتورهای خارج از جاده تا ۵۶۰ کیلووات برای گرفتن دوده و ذخیره‌ی آن نیاز به DPF دارند.

برای تولید مجدد DPF دوده باید سوزانده شود. این امر به طور معمول در حالی که دستگاه در حالت سکون قرار دارد انجام می‌شود. این کار به عنوان بازسازی فعال شناخته می‌شود. در ولوو پنتا ما یک دیدگاه موسوم به “Regeneration Zero” داریم. به این معنی که تا حد امکان نیاز به بازسازی فعال را کاهش داده‌ایم. زمان خرابی را کاهش داده و ماشین‌آلات مشتریان را در  جدول سودمند و عملیاتی نگه داریم. از طریق یک موتور بهینه شده و EATS که بصورت یکپارچه با هم کار می‌کنند. راه حل ولوو پنتا با به حداکثر رساندن استفاده از بازسازی منفعل، زمان کار را افزایش می‌دهد. در اینجا، دوده جمع شده در DPF در حین کارکرد عادی دستگاه، بدون نیاز به بازسازی فعال، می‌سوزد.

یکی دیگر از راه های کاهش میزان آلایندگی، کاهش مصرف کلی سوخت است. این را می‌توان به سه دسته اصلی تقسیم کرد: بازده احتراق، کارایی هوا و مدیریت تلفات اصطکاک.

همه چیز در مورد دیزل‌های آینده

دیزل اینجاست تا بماند

اگرچه دیزل‌های آینده بدون شک تمیزتر و قدرتمندتر از همیشه‌اند، اما نمی‌توان صنعت خارج از جاده را انکار کرد. علاقه‌مندان به برق و OEM‌ها و مشتریان آنها مطمئناً می‌توانند مزایای آن را ببینند. Hedström می‌گوید: “ما در حال حاضر شاهد برق‌رسانی هستیم که در آن تقاضای انرژی نسبتاً کم است. در طی یک روز کاری استاندارد معمولا شارژ خوبی وجود دارد. “فکر می‌کنم ما شاهد خواهیم بود که الکتریسیته به سمت برنامه‌هایی که تقاضای انرژی آنها افزایش یافته است حرکت می‌کند. اما مدتی طول می‌کشد تا ما آن را در برنامه های پر مصرف و با انرژی بالا فراخوان نماییم.

“به سختی می‌توان دنیای بدون گازوئیل را در برنامه‌های معمولی و ترکیبی به این زودی به تصویر کشید. فکر می‌کنم که استفاده از موتور دیزلی مبتنی بر کاربرد خواهد بود. این برای مدت زمان قابل توجهی در برنامه‌های خاص مانند ساخت‌وساز خارج از جاده با انرژی‌بری بیشتر ادامه خواهد داشت. اما حتی در اینجا نیز احتمالاً ترکیبی از فناوری ها وجود خواهد داشت. “لوفور می‌گوید: قدرت دیزل‌های آینده حتی با رشد روز افزون بازار کامیون‌های برقی، عمر طولانی دارد.

“تقاضای بازار خارج از بزرگراه همچنان ثابت خواهد ماند. چرا که به تراکم انرژی نهفته  گازوئیل نیاز دارد. در حال حاضر راه حل های کاملاً الکتریکی در دسترس نیست. وقتی برنامه‌های کوچکتر بتوانند همان الزامات عملکرد خارج از بزرگراه را با سیستم‌های جایگزین برآورده کنند، نقش استفاده از گازوئیل به احتمال زیاد تغییر خواهد کرد. با این حال، دیزل‌های آینده همچنان منبع اصلی انرژی در کاربردهای سنگین خواهند بود. امکان اجرای سیستم‌های قدرت جایگزین در تجهیزات خارج از بزرگراه به توانایی بهینه‌سازی یک راه حل کلی قدرت – متعادل سازی سیستم‌های قدرت مکانیکی، هیدرولیکی و الکتریکی و هزینه بستگی دارد.

Lefebvre از Deere می‌گوید: با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته مدل‌سازی به عنوان بخشی از توسعه موتور، به این زمینه‌ها پرداخته‌ایم. قبل از شروع به ساخت سیستم احتراق، با استفاده از تجزیه و تحلیل مجازی در حال توسعه قابلیت‌های خود هستیم. ما این قابلیت‌ها را پیشرفت می‌دهیم.

مدل‌سازی پیشرفته به ما امکان می‌دهد که سیستم‌های موتور را تعریف و بهینه‌سازی کنیم تا به نیازهای عملکردی خود برسیم.

Lefebvre ادامه می‌دهد: پیشرفت‌های اخیر ما در مورد مصرف سوخت در موتور ۱۳.۶ لیتری ما دیده می‌شود. آن موتور را از ابتدا طراحی کردیم. یکی از اهداف آن پروژه مدیریت کارایی درون سیلندر بود. این موتور را برای افزایش طراحی کرده‌ایم تا سوخت سریع بسوزد. در عین حال اتلاف حرارت به حداقل برسد و منجر به افزایش کارایی شود.

روش دیگر برای کاهش بیشتر میزان آلایندگی موتور، مدیریت جریان هوا از طریق موتور و تأمین گاز خروجی گرمتر برای سیستم‌های پس اگزوز است که باعث کارآیی بیشتر آنها می‌شود.

 

هزینه برقی کردن

نندیک می‌گوید: روند برق‌رسانی و تحول در حمل‌ونقل مسافری در جریان است. این فرصتی برای تولیدکنندگان فراهم کرده تا راه‌حل‌های جایگزین نیرو را برای وسایل نقلیه خارج از بزرگراه در نظر بگیرند. کلید این امر، اطمینان از کارآیی، توان جدید و تأمین چرخه کار مورد نیاز تجهیزات ساختمانی خواهد بود. وی می‌گوید: تولیدکنندگانی مانند کامینز متعهد به توسعه راهکارهایی هستند که به انتظارات بازار پاسخ دهند.انتظاراتی چون کارایی، بروزرسانی و هزینه‌های جاری، در حالی که نیاز به کاهش میزان آلایندگی را نیز برآورده می‌کنند.

این کار را با انواع منابع سوختی از جمله دیزل پیشرفته، هیبریداسیون، فناوری پیل سوختی الکتریکی و هیدروژنی انجام می‌دهیم. با توجه به چالش‌های اقتصادی راه حل‌های جایگزین، تجهیزات ساختمانی دیر مدتی است که به دیزل متکی هستند. بویژه برای ماشین‌آلات با چرخه‌های سنگین، مانند بولدوزرها و بیل‌های بزرگ.

پیشرفت‌های چشمگیری حاصل شده. اما گزینه قابل قبولی برای جایگزینی قدرت اسب‌بخار، بازده انرژی، انعطاف‌پذیری، اطمینان و دوام دیزل برای تجهیزات ساخت‌وساز سنگین‌تر نداریم. Burnhope، مدیر ارشد نوآوری و رشد JCB است. او توضیح می‌دهد که برای بیل‌های مکانیکی بزرگ، برق از نظر اقتصادی و زیست محیطی کاملاً پرهزینه است. هزینه این باتری لیتیوم یونی ۱۶۰۰۰۰ پوند (۲۰۸۰۰۰ دلار آمریکا) به اندازه کافی بزرگ است. این باتری می‌تواند توان مورد نیاز برای بیل مکانیکی ۲۰ تنی را برای یک شیفت کاری هشت ساعته تامین کند. البته به مقدار زیادی دی اکسید کربن تولید شده در فرآیند تولید باتری، اشاره‌ای نمی‌شود.

وی می‌گوید: دیزل نسبت به بنزین، گاز طبیعی، انواع باتری و بسیاری از سوخت‌ها یا منابع دیگر انرژی بیشتری دارد. در حقیقت، از نظر جرمی، دیزل حدود ۵۴ برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یون فعلی انرژی دارد. وی می‌گوید: دیزل ایمن است و به راحتی حتی در نقاط دور افتاده به سایت منتقل می‌شود. دیزل‌ها با خاصیت گشتاور بالا و استحکام خود کاملاً برای کاربردهای سنگین، از جمله استفاده در تجهیزات ساختمانی مناسب هستند.

برنامه‌هایی وجود دارد که به طور سنتی از طریق برق تامین می‌شدند. برنامه‌هایی نیز وجود دارند که هرگز برقرار نخواهند شد. ماشین‌آلاتی که از راه دور کار می‌کنند. جایی که منبع انرژی – یا شبکه – به راحتی در دسترس نیست. آنجاست که موتور احتراق داخلی سنتی برای آینده قابل پیش بینی غیر قابل تعویض خواهد بود.

کلمات کلیدی: SANGINONLINESANGINONLINE.COMMASHINSANGINسنگین آنلاین، سنگین‌آنلاین، سنگین، آنلاین، ماشین سنگین، ماشین‌سنگین، ماشین، مجله، نشریه، ماهنامه، ماهنامه ماشین سنگین، مجله ماشین سنگین
امتیاز شما به این مقاله
۵/۵
sample83

sample83

sample83

sample83

sample83

sample83

هیچ نظری وجود ندارد