Fordulatszám-csökkentés — ilyen egyszerű?

A méretcsökkentés a múlté: az alacsony fordulatszámú motorkoncepciók lehetővé teszik, hogy a motor ismét nagyobb hengerűrtartalommal rendelkezzen, ugyanakkor a fogyasztás csökkenjen. Azonban nem minden motor egyformán alkalmas erre.

Az 1980-as években még sok mezőgazdasági gép és traktormotor magas, 2400-2600 min-1 fordulatszámon adta le a névleges teljesítményét. Ezek az idők, a kis traktoroktól eltekintve, már elmúltak. A mai traktorok jelenlegi standard 2100 min-1 névleges fordulatszámán kívül egyre több mezőgazdasági gép jelenik meg a piacon úgynevezett alacsony fordulatszám koncepcióval. Itt nem a csökkentett szállítási fordulatszámról beszélünk, hanem a széles állandó tartományú forgatónyomaték- és teljesítménygörbékről, illetve a körülbelül 1700 min-1 névleges fordulatszámról. Ezzel együtt jár a maximális teljesítmény és a maximális forgatónyomaték, ennek megfelelő alacsony motorfordulatszámokkal.

A megvalósítás terén a Fendt következetes az 1000 Vario, 900 Vario és 900 Vario MT traktorsorozatokban, de a John Deere is használ alacsony fordulatszámú koncepciót – azonban csak a 9000-es járvaszecskázókban (V12 Liebherr motor, 24,2 l hengerűrtartalommal), ahol a versenytársak elektronikusan lehívható teljesítménygörbékkel (motorkarakterisztika-vezérlés) vagy átkapcsolható fordulatszámmal dolgoznak. A Claas a Xerion esetében (10,6 l és 12,8 l-es, hathengeres Mercedes-Benz motor) ugyanakkor 1900 min-1 értékre csökkenti a névleges fordulatszámot. Talajművelő gép vontatására használva a motor általában 1200 és 1700 min-1 fordulatszám-tartományban dolgozik, a felette lévő tartományokat elsősorban a teljesítményleadó tengellyel végzett munkákra fordítja.

MAXIMUM 1700 MIN-1 FORDULATSZÁM

A Fendt jelenleg már három nagytraktorsorozatnál dolgozik alacsony fordulatszámú koncepciókkal. A technológiát az 1000 Vario sorozattal vezették be, amely 12,4 literes MAN D2676 motort használ. Ezt a motort 1700 min-1 névleges vagy maximális fordulatszámra állítják be, és VTG turbófeltöltővel működik. A maximális teljesítmény 1700 és 1500 min-1 fordulatszám közötti. A 2100 vagy 2200 min-1 névleges fordulatszámú hagyományos koncepcióktól eltérően fordulatszámeséskor nincs többletteljesítmény és nincs Boost teljesítménynövelővel növelt teljesítmény. Ezenkívül a 17%-os forgatónyomatéknövekedés (DLG PowerMix Fendt 1042 Vario) lényegesen alacsonyabb, mint más traktorkoncepciók esetén, ami a kisebb használható fordulatszám-tartománynak tudható be. Az összességében magasabb forgatónyomatékot és a magas szintű, széles állandó forgatónyomaték-tartományt, valamint a CVT váltót tekintve a forgatónyomaték növekedése elhanyagolható. A viszonylag kisebb tartomány azt is biztosítja, hogy nincs szükség kétlépcsős turbófeltöltőre (soros turbófeltöltő), hanem elegendő egy VTG (variálható turbina geometriájú) vagy Wastegate turbófeltöltő.

A Claas Xerion fordulatszáma a szántóföldön 1200 és 1700 min-1 érték között mozog

A Fendt kipróbálta az alacsony fordulatszámú koncepcióját a Trisix 1000 Vario modellben

A héthengeres AGCO Power motorral ellátott 900 Vario MT is csökkentett motorfordulatszámmal működik

A hatodik generációs 900 Vario az MAN D1556 motort használja

INTERJÚ

„A motornak és a járműnek pontosan összehangoltnak kell lennie...”

Az MAN úttörőnek számít az alacsony fordulatszámú koncepciók területén, és jelenleg növeli jelenlétét a mezőgazdasági gépiparban – mindenekelőtt a traktorok szegmensében. Interjúnkban Werner Kübler (motorfejlesztési vezető) és dr. Matthias Schreiber (az MAN Engines vezetője) beszélt az alacsony fordulatszámú motorkoncepciók bevezetésének és megvalósításának kihívásairól, korlátairól és lehetőségeiről.

Alapvetően bármilyen motor alkalmas alacsony fordulatszámú koncepcióra?

Kübler: – Az alacsony fordulatszámú motoroknak a hozzájuk tervezett alkatrészeket kell használniuk. Megemlíthetjük a turbófeltöltőt, aminek meg kell adnia a szükséges és megfelelő levegőmennyiséget az alacsony és a magasabb fordulatszámoknál. Ez az alacsonyabb fordulatszám-tartományokban is lehetséges a mai VTG és Wastegate turbófeltöltőkkel. A töltőlevegős hűtést ennek megfelelően kell megtervezni, és a kipufogógáz hőmérséklete nem haladhat meg bizonyos határértékeket, hogy ne károsítsa a kipufogógáz tisztítását. Ebből a célból a kenéshez és hűtéshez szükséges olajellátást speciálisan kialakított olajáramkörökkel kell optimalizálni a fordulatszám jelleggörbére, ugyanúgy, mint a szellőzés esetében.

Mi a helyzet a hardverrel, mint például a hajtórúdcsapágyak, szelepek vagy főtengelycsapágyak? Konstruktív intézkedéseket kell hozni a teljesítmény és a tartósság szempontjából?

Kübler: – Itt csak az MAN nevében szólhatok, a többi motorgyártó nevében nem. Az MAN vállalatnál mi már sok tapasztalatot gyűjtöttünk a teherautók csökkentett fordulatszámú vezetésében, ahol általában 1100 és 1300 motorfordulat között haladunk. A mezőgazdasági gépek, különösen a traktorok területén egészen más terhelések fordulnak elő. Azonban elegendő tartalékot vettünk figyelembe, így nem kell kompromisszumot kötni a tartóssággal kapcsolatban. Az olyan alkatrészeket, mint a csapágyak, a hengerfej, a dugattyúk és a turbófeltöltők, az utóbbi években következetesen fejlesztettük, és manapság nem jelentenek problémát a kívánt fordulatszámon és forgatónyomatékon. Az olyan területeket, mint például a hengerfejet, a fejlesztőink már eleve úgy tervezték, hogy optimalizálják az áramlást.

Beépíthető-e alacsony fordulatszámú motor bármely meglévő járműkoncepcióba?

Kübler: – A válasz egyértelműen nem. Nagyon szerencsések vagyunk, hogy a D2676 motort kifejezetten ügyfelünk, a Fendt igényeinek megfelelően fejleszthettük ki anélkül, hogy figyelembe kellett volna vennünk a meglévő ügyfeleket. A motorfejlesztés és a járműfejlesztés, különös tekintettel a 2. generációs Vario sebességváltóra, párhuzamosan és szoros konzultációval zajlott. Ezért a motor és a hajtáslánc optimálisan illeszthető egymáshoz. Ma a D2676 motort mezőgazdasági gépekben, teherautókban és tengeri járművekben is alkalmazzák – mintegy 2300 min-1 fordulatszámig, viszont teljesen más igénybevétel mellett.

Dr. Schreiber: – A terhelés alatt kapcsolható sebességváltóval rendelkező traktorok esetében ez nem lenne olyan könnyű. A sebességváltóban a csatlakozási fordulatszámot az alacsony motorfordulatszámokra kellene beállítani, és a motor szűkebb használható fordulatszám-tartományán keresztül lennének a fokozatok rövidebben csökkentve. Négy terhelés alatt kapcsolható fokozattal ez nem menne, 6, 8 vagy annál több terhelés alatt kapcsolható fokozattal működhetne. CVT sebességváltóval kevesebb illesztés szükséges.

Előfeltétel-e egy bizonyos hengerűrtartalom–teljesítmény arány a nyomaték alakulása, a légáram és a kipufogógáz tisztítása szempontjából az alacsony fordulatszámú koncepciókhoz?

Kübler: – Nem kötelező. Relevánsabbak a hajtott csúcsnyomások az égéstérben, amelyek ma akár a 200 bar nyomást is elérhetik. A kisebb felhasználható fordulatszám-tartomány miatt az alacsony fordulatszámú motorok sajátosságuknál fogva kisebb forgatónyomaték-növekedést mutatnak, ami azonban az összességében magasabb forgatónyomatékot, forgatónyomaték-platót tekintve, különösen a CVT sebességváltókkal kombinálva nem hátrány. Ahol nagy indítási nyomaték szükséges, ott a turbófeltöltő és a befecskendezés méretezésével lehet megfelelően reagálni. A tartósság és a teljesítménytartalék szempontjából egy kicsit nagyobb hengerűrtartalom nem árthat. A levegőmennyiség a megfelelően méretezett turbófeltöltőnek köszönhetően nem feltétlenül kisebb, mint a szokásos motorkoncepcióknál, így biztosíthatjuk a tiszta égést. Természetesen más fontos egységek, például a befecskendezés és a szelepvezérlés méretezése is ez alapján történik.

Dr. Schreiber: – Az a tény, hogy az új D4276-os motorunkat 16,2 l-es hengerűrtartalomra méreteztük a D38 motor 15,2 literes hengerűrtartalmához képest, azt is mutatja, hogy az alacsony fordulatszámú koncepciók esetében a hengerűrtartalom meglehetősen fontos adat.

Az alacsony fordulatszámú koncepciók útmutató jellegűek a mezőgazdasági gépgyártásban, vagy inkább egy piaci rést fednek le?

Dr. Schreiber: – Nyilvánvalóan az előbbi. A költségek miatti nyomás mindenhol tovább növekszik, az üzemanyagok drágulnak, és a CO2-kibocsátást a közeljövőben meg fogják adóztatni. A tehergépjárműveknél évek óta látjuk a tendenciát, és biztos vagyok benne, hogy két–négy éven belül az Agritechnica kiállításon számos más, alacsony fordulatszámú mezőgazdasági gépet is láthatunk majd. A technológia hajtóerejét természetesen a legnagyobb számban értékesített gépek és a felső teljesítménykategóriába tartozó gépek adják, mivel ezeken a területeken az üzemanyagköltségek hatásai gyorsabban és erősebben jelentkeznek, és a terhelési spektrumoknak köszönhetően nagy megtakarítási lehetőségek rejtenek a teljes terhelési tartományban. A fejlesztések ezután fentről lefelé folytatódnak.

A 9,8 literes AGCO Power héthengeres 900 Vario MT-t szintén alacsony fordulatszámra alakították ki. Ennek egyik oka az volt, hogy a 2. generációs Vario sebességváltót már eleve az 1000 Vario (MAN D2676) alacsony fordulatszámú motorjának bemeneti fordulatszámára vagy úgynevezett csatlakozási fordulatszámára tervezték. Az AGCO Power 9,8 literes héthengeres motorjának maximális teljesítménytartománya 1600-1700 min-1 fordulatszám, 1700 min-1 megadott névleges fordulatszámmal. A maximális forgatónyomatékhoz 1450 min-1 fordulatszámot adnak meg. Az MAN alacsony fordulatszámú motorjaitól eltérően a finn héthengeres motort nem az alapoktól tervezték alacsony fordulatszámú motornak. Ez lehet az oka annak, hogy itt egy soros turbófeltöltőt használnak Wastegate szeleppel, nem pedig egy szimpla turbót VTG- vagy Wastegate vezérléssel.

A Nebraska teljesítményteszt során az előd modell (Challenger MT700E) motorja nagy fordulatszámok mellett viszonylag gyengén teljesített az üzemanyag-fogyasztás szempontjából, de a maximális motorteljesítmény-tartományában a fordulatszám csökkentésével szignifikánsan jobb vagy nagyon jó értékeket mutatott. Októberben a Fendt 900 Vario MT megfelelőjét, a Challenger MT700 modellt szintén tesztelték a nebraskai tesztközpontban. Névleges fordulatszámon (MT700E: 2100 min-1 fordulatszám, MT700: 1700 min-1 fordulatszám) a teljesítménynövekedés ellenére a fajlagos üzemanyag-fogyasztás 265 g/kWh-ról 230 g/kWh-ra csökkent, maximális teljesítmény mellett (MT700E: 1700 min-1 fordulatszám; MT700: 1600 min-1 fordulatszám) 230 g/kWh-ról 226 g/kWh-ra. Az ebben az évben bevezetett 900 Vario hatodik generációja szintén egy alacsonyfordulatszám-koncepcióra támaszkodik. Itt az új MAN D1556 soros hathengeres, 9,0 l hengerűrtartalmú motor dolgozik VTG turbófeltöltővel. Az állandó teljesítménytartomány 1700 és 1500 min-1 fordulatszám közé esik, a forgatónyomaték-plató 1350 és 1150 min-1 fordulatszám között van. Mivel lapzártakor még nem álltak rendelkezésre DLG PowerMix mérési adatok, ezért most még nem tudunk összehasonlítást végezni a korábbi sorozat standard fordulatszámával. Ezért a 939 Vario S4 és az 1042 Vario összehasonlításából származó saját adatainkat használtuk fel az alacsony fordulatszámú koncepciók hatásainak bemutatására. Ugyanakkor az új motor nyomatékának előnye már önmagában is lenyűgöző: a második legerősebb jelenlegi modellben, a 939 Vario traktorban a maximális forgatónyomaték 1850 Nm, tehát csaknem 300 Nm-rel több, mint az előző generáció 939 Vario modellje esetében.

Jelmagyarázat: A bal oldali grafikon felső része a TLT mért teljesítményét mutatja kW-ban, az alsó részen a TLT-nél mért forgatónyomaték látható Nm egységben. A jobb oldali grafikon felső részében látható a fajlagos üzemanyag-fogyasztás g/kWh értékben, az alsó diagramon az abszolút üzemanyag-fogyasztás l/h értékben. Mindig az x tengelynél alul található a motor fordulatszáma.

Eltolódás: az alacsony fordulatszámú koncepcióval rendelkező 12,4 literes, hathengeres MAN motor (Fendt 1042 Vario) és a 7,8 literes Deutz hathengeres hagyományos koncepció (Fendt 939 Vario) összehasonlítása azt mutatja, hogy a forgatónyomaték, a teljesítmény és az üzemanyag-fogyasztás eltolódik. A hasznos fordulatszám-tartomány az alacsony fordulatszámú motorok esetében alig kisebb, de a legalacsonyabb fajlagos üzemanyag-fogyasztás közelebb áll a forgatónyomaték- és a teljesítménymaximumhoz, mint a standard fordulatszám-koncepció esetében. Az összességében magasabb forgatónyomaték-szint elsősorban a nagyobb hengerűrtartalomnak köszönhető, ezért itt figyelmen kívül hagyható.

Beszéltünk az MAN motorgyártóval a műszaki megvalósításról és az alacsony sebességű koncepciók adaptálásának követelményeiről a mezőgazdasági gépekben. Ebből látható, hogy nem elegendő a tiszta motorfejlesztés, hanem a motor-, a sebességváltó- és a járműgyártóknak együtt kell működniük az alacsony fordulatszámú koncepciók megvalósításában és bevezetésében. Mivel a nagyobb hengerűrtartalom és a kisebb motorfordulatszám felé mutató új tendencia a járműipar sok részét érinti, a következő években a további terjedésére lehet számítani.

A HARVESTMOTION SEGÍTSÉGÉVEL

Ahogy korábban már említettük, a John Deere egy alacsony fordulatszámú koncepciót alkalmaz a 2018-ban bevezetett 9000-es járvaszecskázójánál. Erre a célra egy nagy hengerűrtartalmú Liebherr V12 motort alkalmaznak, amely a Krone BiG X 1180 modellben is megtalálható (de alacsony fordulatszámú koncepció nélkül). Sajnos a Liebherr nem akart nyilatkozni a műszaki megvalósításról és a kihívásokról. Ezért a John Deere által szolgáltatott adatokat csak a műszaki megközelítés magyarázatára tudjuk használni.

A 9700, 9800 és 9900 modellek általában körülbelül 1500 min-1 fordulatszámmal működnek. A John Deere szerint azonban az 1800–1400 min-1 fordulatszám-tartományban egy állandó teljesítményű tartomány áll rendelkezésre. A gyártó ezzel ígéri a legalacsonyabb üzemanyag-fogyasztást ebben a gépszegmensben. Ezt a DLG tesztközpont megvizsgálta. A DLG 6891. számú tesztjelentésben a 12 mm megadott darabolási hossz és 328 t/h friss terményre vonatkozó áteresztőképesség mellett a fajlagos üzemanyag-fogyasztásra 0,16 l/t értéket adnak meg, 4 mm megadott darabolási hossz és 300 t/h friss terményre vonatkozó áteresztőképesség mellett 0,49 l/t a megadott érték.

A Fendt Katana esetében a zöldterületen végzett munkák során a motor fordulatszáma kb. 1900 min-1 fordulatszámról (Power üzemmód) kb. 1520 min-1 fordulatszámra (Eco üzemmód) csökkenthető. Ennek eredményeként a gép fűfélék aprításakor általában a kukoricánál szignifikánsan alacsonyabb áteresztett mennyiséggel, kevésbé dolgozik a hatástalan részleges terhelési tartományban. A 6170. számú DLG-tesztjelentésben a Katana 65-höz 11,7 százalékos megtakarítási potenciált határoztak meg a fűfélék szecskázásakor (1,19 l/t takarmány Eco üzemmódban, 1,34 l/t takarmány Power üzemmódban). A kétlépcsős szöghajtóműnek köszönhetően (a motor hosszirányban van elhelyezve) a dob fordulatszáma a két teljesítményüzemmódban nem változik.

A DLG 6027F számú tesztjelentése a csökkentett fordulatszámok hatásait mutatja be. A Claas Dynamic Power motorkarakterisztika-vezérlés hatásait vizsgálja és mutatja be példaként a Jaguar 960 modellen. Fűfélék szecskázásakor a Dynamic Power aktiválása nélkül a fordulatszámot nem lehetett az 1800–1900 min-1 maximális teljesítménytartományba csökkenteni, hanem ez átlagosan 2051 min-1 fordulatszámú volt. Aktivált Dynamic Power esetén a fordulatszám átlagosan 1881 min-1 érték volt (valójában ez még nem alacsony fordulatszám-tartomány és ezért még mindig kibővíthető), ami a 0,94 l/t takarmány üzemanyag-fogyasztást 0,84 l/t takarmányértékre csökkentette. Ez 11 százalékkal kisebb üzemanyagfogyasztást – és 11 százalékkal kevesebb káros anyag kibocsátását jelenti.

Összegzés

Az alacsony fordulatszámú motorkoncepciók lehetővé teszik az üzemanyag-takarékos működést a nagyobb hengerűrtartalom és ennek megfelelően nagyobb forgatónyomaték ellenére. Úgy tűnik, hogy véget ért a méretcsökkentő trend időszaka – ami remélhetőleg kedvező hatású lesz a hosszú élettartam szempontjából. Eddig a traktoroknál az alacsony fordulatszámú koncepcióit kizárólag fokozatmentes-teljesítményelágazásos hajtásokkal valósították meg. Fokozatokkal rendelkező váltók esetében ezért a legkisebb és legnagyobb fokozat közötti kisebb távolság miatt nagyobb számú terhelés alatt kapcsolható fokozatnak kellene rendelkezésre állnia, mint a szokásos motorkoncepcióknál. Még a kombájnok is egyre inkább csökkentett fordulatszámokat használnak.


A John Deere 9000 sorozata következetesen az alacsony fordulatszám-tartományban működik

A Liebherr V12 motorja kereken 1500 min-1 fordulatszámmal forog

A Fendt Katana zöldterületen végzett munkák esetében a szöghajtóműnek köszönhetően 1520 min-1 fordulatszámra kapcsolható

Matthias Mumme

no