Maailman tiukimmat työkonemoottoreiden päästömääräykset

[Hullu-Jussi]

Kaasun käyttö työkoneissa voi olla hankalaa myös siksi, että kaasusäiliö vie enemmän tilaa kuin löpötankki. Metsäkoneet ja traktorit nyt on ainakin sellaisia koneita, joissa "turhaa" tilaa on niukasti. Tietysti sama tilaongelma on, kun pitäisi löytää tilaa yhä isommille pakokaasujen käsittelypöntöille.

Kai näihin juttuihin monet insinöörit miettii ratkaisuja, mutta miten mahtaa käydä.

[Diesel Power]

Pelkään että kohta on urealaitteet aina vaan useemmissa koneissa. Ei lupaa hyvää tulevaisuutta.
Kuormaautojen kanssa ollu talvella melkosta leikkimistä välistä. Niissähän on ollu jo monta vuotta tiukemmat päästö normit käytössä ku työkoneissa. On varmasti tuttua monille autojen kanssa työtään tekeville vaikka toisaalta osa on selvinnyt ilman harmeja.
Olen odottanu että uudet mallit tulis paremmiksi kun tekniikkaa parannetaan. Toivossa on hyvä elää. Toistaseksi korjaamoiden porukka pysyy työllisenä.

[keijovalas]

Otetaas osaa tähän hieman läheltä nähtynä:
Kuorma-autoissa on Euro-luokitukset olleet rekisteröintipäivän mukaan, eli tietyn päivän jälkeen ei enää ole saanut rekisteröityä vanhan luokituksen autoja. Aiheutti rekisteröintipiikin olikohan 2013 lopussa, koska 1.1.2014 tuli uusi luokitus voimaan.

Työkoneissahan tämä on ollut varsin villiä peliä. Moottoreita on saanut tehdä varastoon ja käyttää ns. Flexinä piitkänkin aikaa. Viimeisiä uusia Stage 3a / Tier 3 moottoreilla varustettuja kaivureita tuli ulos tehtailta vuosi sitten kesällä, kun jotkut julkistivat jo Stage 4 / Tier 4F moottorilla varustettuja malleja.
Luokituksia on Eurooppalainen Staget 1,2,3a,3b,4 ja tuleva 5. Vastaava lähes sanasta sanaan Jenkkien Tier I, 2,3, 4i ja 4F. En ole nyt tutkinut onko Tier 5 lyöty Jenkeissäkin lukkoon, Japani siihen ei vissiin halua edes osallistua.
Euroopassa ei ole Stage 4 -luokkaa alle 55kW moottoreille, vaikka sellainen on Jenkeissä Tier4 Finalissa, joten siirtymäkaudella vitoseen tullaan näkemään monia ratkaisuja, joissa moottoriteho on tiputettu <55kW. Sittenhän tulee jännää kun Stage 5 myötä myös alle 55kW rajat tiukkenee. Nytkin jotkin valmistajat toimittavat pieniä kaivureita Eurooppaan eri moottoreilla, kuin Jenkkeihin.
Mutta ei välttämättä se voima vaan miten se siirretään ja optimoidaan.. Eräässä tapauksessa moottori on rajotettu 55kW tehoille ihan vain hukkaportin säädöllä, jolloin koneessa on alavääntö 1500rpm asti sama, mutta loppukierroksille puutuu / pysyy siellä 55kW tehossa.


Niin niihin päästöihin itsessään, hieman karrikoidusti kuten sen itse olen ymmärtänyt, päivääkään en ole opiskellut näitä oikeasti.

Kaksi asiaa joita rajoitetaan: Palamattomat hiilivedyt eli HC+PM sekä Typen oksidit eli NOx
Matala palolämpötila (huono hyötysuhde) -> paljon palamattomia hiilivetyjä ja vähän typenoksideja.
Korkea palolämpötila (hyvä hyötysuhde) -> vähemmän HC+PM ja enemmä NOx.


Neljä pääsääntöistä tapaa ja niiden yhdistelmää päästä näihin luokituksiin:

EGR eli pakokaasun takaisinkierrätys, laskee palolämpötilaa ja edesauttaa NOxin vähentämisessä. Yleensä käytössä lähinnä osakuormalla, etenkin henkilöautoissa näin. Alentaa hyötysuhdetta. Pääasiassa käytetään jäähdytettynä, jottei imuilman lämmön nousu tule ongelmaksi.
Voidaan käyttää perinteisiä CH-4 luokan moottoriöljyjä.

DPF eli Partikkelisuodatin, tuttu "korkkareista" eli henkilöautoistakin. Kerää hiukkaset itseensä keraamiseen kennorakenteeseensa, tarkkailee paine-eroa anturien välillä ja polttaa kertyneet partikkelit aika-ajoin pois. Kaksi tapaa, joko syötetään pakotahdilla polttoainetta sylinteriin, jolloin saadaan poltto aikaiseksi, tai syötetään erilliseltä suuttimelta pakoputkeen tavaraa. Alentaa hyötysuhdetta, koska moottori ei pakopuolelleen hengitä niin hyvin. Eli ahdistaa, nostaa pakopainetta ja täten moottorin optimointi on hankalaa. DPF:n kanssa on myös optimoitava moottori alhaiselle palolämpötilalle, koska se ei puutu NOx päästöihin ollenkaan, ja tarvitsee EGR:n kaverikseen. Suodatin tukkeutuu kuitenkin aikanaan ja on joko puhallettava/uunitettava puhtaaksi tai vaihdettava jos on päässyt rikki.
Vaatii vähätuhkaisen LOW-SAPS/ CJ-4 öljyn.

DOC eli Hapetuskatalysaattori. Huoltovapaa keraaminen loukku (platinapinnoite katalyyttina). Katalysoi palamattomia hiilivetyjä aikansa, kun toimii. Ei tarvitse vaihtaa eikä polteta, on kai laskennallisesti koneen eliniän pakoputkessa tekemässä tehtävänsä. Ei poista NOx:ia.
Vaatii vähätuhkaisen LOW-SAPS/ CJ-4 öljyn.

SCR eli ureakatalysaattori. Syötetään kuumaan kennostorakenteeseen urean ja veden seosta (AdBlue, DEF, "Kusi"), joka pelkistää näitä Typen Oksideja eli NO ja NO2 -> N2 (typpi) + H2O (vesi).
Koeteltu tekniikka kuorma-autoissa jo lähes kymmenen vuoden ajan. Oikein ja huolellisesti käytettynä ei aiheuta ongelmia. Tämän tekniikan kanssa moottori voidaan optimoida periaatteessa samoin kuin Tier 2-moottorit, kun ei tarvitse välittää NOx-päästöistä, jos kestää käyttää ureaa paljon. Edelleen, korkeampi palolämpötila -> parempi hyötysuhde. Vaatii vähätuhkaisen LOW-SAPS/ CJ-4 öljyn.

Tulevaisuuden ja osin myös nykypäivän työkonekuljettajan tarvii osata lähes leikkaussalitasoinen puhtauden vaaliminen. SCR-järjestelmä on todella herkkä epäpuhtauksilla. Osittain kyllä ollaan puhtauteen jo opittu kun CommonRail-järjestelmät ei tahdo sietää vettä yhtään. Isuzun moottorit etenkin on olleet todella ronkeleita vedelle.

Stage 3A / Tier 3 oli helppo, laitettiin vaan EGR puskemaan tavaraa ja lyötiin CommonRail-syöttö.

Stage3B / T4i vaati valmistajilta joko DPF+EGR tai SCR'n käyttöä luokissa 55kW-128kW. DPF+EGR oli yleisempi, paitsi JCB sai oman nelisylinterisen ecoMAX moottorinsa ainoana maailmassa pelkän EGR:n avulla näihin päästöihin 55kW-128kW välille. Tuo moottori onkin tehty tyhjästä 2000-luvun teknologioilla, eikä ole sukua 4.236 Perkinsille kuten monet muut

Stage 4 / T4F vaatii käytännössä SCR:n, jos moottorin halutaan olevan edes jossain määrin taloudellinen. PM-päästöt ei tippuneet kauheasti T4i:stä, mutta NOx-päästörajat huomattavasti vielä.
Liugongin muistaakseni 856H3 uusi pyöräkuormaaja tuli Cumminsin QSB:llä jossa EGR+DPF yhdistelmällä homma hoidetaan, mutta EGR:n virtauma on oltava niin järkyttävä NOx-päästöjen hallitsemiseen, etten tällaista ottaisi itselleni edes maksettaessa.

Stage 5 rajat menevät jo niin tiukoiksi, ettei todennäköisesti kukaan pärjää ilman DPF+SCR-yhdistelmää, joka on pääasiassa nyt kuorma-autoissa käytössä.
Scania ja Iveco on pelkällä SCR:llä näitä tehneet siellä Euro6-päästöihinkin, mutta ureaa menee, ja paljon.
Tai jos mennään pelkällä SCR:llä niin urealiuoksen kulutus tulee olemaan todella huomattava, reilusti yli 5% polttoainemäärästä, kun nyt se on tyypillisesti 2-4%. Halvempaa se urea kylläkin on kuin diesel. Ainakin Suomessa.

Kiitos ja anteeksi.

-Toimistorotta

[jusape]

Traktoripuolella nuo luokitusmääräykset on lähtenyt isommista koneista alkaen, vuoden - parin välein siirtyen aina vain pienempiin teholuokkiin ....
Esim isoissa, yli 150kw tehoisissa saattoi olla vaihe IV menossa, kun samaan aikaan pikkutraktoreissa, esim nyt vaikka alta 50kw saattoi olla vielä kakkosvaiheen päästömääräykset...
Valtran A93 traktori tai olla päästömittauksissa jotenkin luokiteltu n. alta 30kw koneeksi vaikka todellinen teho olikin n. 74-76kw .... Ja näin kiersivät saastelaitejuttuja.....
Ja tosiaan, traktori ja työkonepuolella, esim ennen vuotta 2004 valmistetut moottorit voitiin tuotannossa käyttää myöhemminkin, koska moottorin valmistuspäivä oli ratkaiseva, ei koko koneen valmistumispäivä tai vuosi .....

[Hullu-Jussi]

Kiitokset keijovalaalle perusteellisesta ja selväsanaisesta kirjoituksesta. Tuollaista tietoa olen jo ehtinyt kaivata suomeksi kirjoitettuna. Olen itse yrittänyt pysyä kärryillä moottoritekniikasta lukemalla käsiini saamia ulkomaisia ammattilehtiä, mutta aika ei vaan tahdo riittää kaikkeen. Eikä oikein jaksakaan. Täytyy myöntää, että yleensä nukahdan viimeistään toisella sivulla, jos illalla alan lukemaan jotain asiapitoisempaa englanninkielistä tekstiä.

Mutta asiaan: Tähän saakka 55 kW:n tehorajan alittaminen on pelastanut Stage 4-vaatimuksilta Euroopassa. Tuleva Stage 5 on ilmeisesti aiheuttanut huolta työkonevalmistajissa, koska pienten moottoreiden hinta tulee nousemaan puhdistuslaitteiden vuoksi ja ne tulevat vaatimaan entistä huolellisempaa ylläpitoa ja tarkempaa puhtautta tankatessa. Erityisen ongelmallisena on koettu diesel-käyttöiset vuokrattavat työkoneet, joihin vuokra-aikana pitäisi tankata urealiuosta. Sattumoisin luin juuri eilen illalla Diesel progress -lehteä, jossa käsiteltiin työkonevalmistajien huolta tästä asiasta. Siinä oli haastateltu moottorinohjausyksiköitä valmistavan firman markkinointipäällikköä, joka kertoi havainneensa lisääntynyttä kysyntää kipinäsytytteisten moottoreiden ohjausyksiköistä.
Hän sanoi, että useat työkonevalmistajat miettivät pienempien diesel-moottoreiden korvaamista kipinäsytytteisillä moottoreilla, joissa on polttoaineena joko kaasu taikka bensiini.

Muistanko oikein, että myös uuteen Stage 5:een on tulossa siirtymäaikaa, joka sallii ennen rajapäivää tehtyjen edellisen päästötason moottoreiden käyttämisen tulevissa koneissa johonkin päivämäärään asti tulevaisuudessa?

[Diesel Power]

Komatsuforest on tehnyt suomeksi päästöasioista oman prosyyrin. Onko se puolueeton mene ja tiedä. He tietenki pyrkii perustelemaan omat ratkaisunsa parhaina. http://www.komatsuforest.fi/fi/LocalMed ... -esite.pdf

25.7.2016 Viallinen linkki korjattu, Hullu-Jussi.

[RH 6]

Tulevaisuudessa ehkä hybritekniikka hoidetaan pelkän hydrauliikan avulla niin, että alaspäin suuntautuvien puomin liikkeiden jarrutus lataa paineakkuja ja niillä avitetaan sitten seuraavaa työliikettä. Sellainen tekniikka on käytännössä mahdollista rakentaa aika pitkälle normihydraulipalikoilla, eikä maksaisi ihan niin paljon kuin sähköinen hybriditekniikka.

Suomesta tästä löytyykin hyvä esimerkki raskaissa koneissa kohta kymmenen vuoden kokemuksella.

[RH 6]

Muistanko oikein, että myös uuteen Stage 5:een on tulossa siirtymäaikaa, joka sallii ennen rajapäivää tehtyjen edellisen päästötason moottoreiden käyttämisen tulevissa koneissa johonkin päivämäärään asti tulevaisuudessa?

Mielestäni Stage 5:ssa ei tule samanlaista siirtymäaikaa, kuin oli alempien päästöluokkien kohdalla. Joillakin valmistajilla on noita aiemman päästötason moottoreita riittänyt yllättävän pitkään, mikä on voinut aiheuttaa viranomaisissa toimintaa seuraavan siirtymäkauden säännöksistä päätettäessä. Mutta lähempänä vuotta 2020 lienee varmempaa tietoa millaiset noista säännöistä lopulta tulee.

[jusape]

Niin, kun nuo pykäläthän koskee ENNEN ajankohtaa XX.XXXX valmistettuja moottoreita, ja niitä valmiita, varastossa olevia, lievemmän päästörajan aikana valmistettuja moottoreita saa käyttää tuotannossa vaikka koska, eli vaikka 3-5vuotta normien muuttumisen jälkeen.
Päästönormithan ei koske auton, työkoneen tai traktorin vuosimallia, vaan koskevat nimenomaan moottorin valmistumispäivää......

[Hullu-Jussi]

Siirtymäaikojen ja monen muunkin asian osalta Stage V näyttää todella paljon tiukemmalta, mihin oli totuttu. Perjantaina olin kuuntelemassa Agco Powerin moottorimoduulikehityspäällikön (käänsin englanninkielisen tittelin suomeksi ja tuon sain aikaiseksi) pitämää katsausta Stage V -tilanteesta. Siinä tuli ainakin minulle uutta tietoa varsinkin näistä siirtymäajoista. Kuulemani herätti paljon ajatuksia - ja huolta - tulevaisuudesta.

Yritän koota tähän tärkeimmät ja päälimmäisenä mielessä olevat ajatukset. Nämä ajatukset tulevat tähän kirjoitetuksi siinä järjestyksessä, kuin mieleen tulevat, eli mitään tärkeysjärjestystä ei ole. Tässä kirjoitettu on vain allekirjoittaneen omaa näkemystä. (Kirjoitin tuon lauseen siksi, ettei sanomaani sotkettaisi Agco Powerin tai sitä edustavien ihmisten näkemyksiin.)

Stage V on vain ja ainoastaan Euroopan (EU:n) asia, missään muualla maailmassa nämä säännöt eivät ole tai ole tulossa voimaan. Nyt siis varsinaisesti ensimmäistä kertaa USA:n ja Euroopan päästövaatimukset eriytyvät oleellisesti toisistaan. Tästä minulle syntyi kysymys, voisiko yhtenä motiivina Stage V:een olla eurooppalaisen moottoriteollisuuden suojeleminen kilpailulta. Stage V voi siis hyödyttää eurooppalaisia moottorivalmistajia. Sen kustannukset kaatuvat mielestäni enemmän konevalmistajien kuin moottorivalmistajien niskaan: moottoreista tulee kalliimpia, mutta lisähinnan maksaa konevalmistaja moottorivalmistajalle ja lopuksi asiakas konevalmistajalle.

Stage V tulee voimaan kahdessa vaiheessa: ensimmäiseksi vuorossa ovat pienet ja suuret kokoluokat 1.1.2019 ja keskikokoluokka vuosi myöhemmin 1.1.2020. Lopullisesti asetus hyväksytään EU:ssa myöhemmin tänä syksynä, mutta sen tekstisisältö on 99,9% varmuudella se, mikä nyt on tiedossa.

Siirtymäsäädöksiä on tiukennettu rankasti: pienten valmistajien siirtymähelpotukset on poistettu. Työkonevalmistajan on ostettava ja maksettava vanhan päästötason moottorit moottoritehtaalle ennen Stage V:n voimaantuloa ja ne on sen jälkeen käytettävä koneisiin määrätyssä ajassa (18 + 6 kk). On kuitenkin olemassa riski, että jonkin maan (esim Saksa) viranomaiset eivät suostu rekisteröimään Stage IV -moottorilla olevaa työkonetta Stage V -voimaantulon jälkeen.

Uutena valvontamuotona tulee käytön aikainen valvonta. Moottorivalmistaja joutuu selvittämään viranomaisille moottoreiden todelliset päästöt niiden ollessa käytössä. Tätä varten kai osaan työkoneista on laitettava päästöjen valvonnan mahdollistavat laitteet. Saattaa sitten riippua kansallisista viranomaisista, millä tavoin ja missä määrin tämä toteutetaan. Ensi kuulemalta vaikuttaa hankalalta ja huolestuttavalta.

Pakokaasun hiili- ym. partikkelit on suodatettava äärimmäisen tarkasti. Jopa lukumäärä on rajoitettu. Tämän jälkeen dieselmoottorista ei voi tulla minkäänlaista näkyvää savua missään tilanteessa. Tästä seuraa eräitä teknisiä ongelmia.

Partikkelien lukumäärän rajoitus edellyttää partikkelisuodattimen (DPF) käyttämistä. Partikkelisuodatin on kallis osa. Kaikkiaan pakokaasujenkäsittelytekniikka maksaa jo nykyisin ehkä saman verran kuin varsinainen moottori itsessään.
Nyt tämä hinta vielä nousee. Toisaalta käsittelylaitteiston joitain muita osia voidaan ehkä tulevaisuudessa tehdä aikaisempaa halvemmalla.

Partikkelisuodatin pysäyttää ja kerää kaikki hiukkaset, mitkä moottorista tulevat. Dieselpakokaasussa olevat nokihiukkaset ovat palavaa ainetta ja ne voidaan polttaa happiylijäämällä, joten ne eivät ole varsinainen ongelma. Pakokaasuissa on lisäksi mukana palamatonta tuhkaa, jota tulee mm. moottoriöljystä. Pakokaasussa on myös kaikki se pöly, mikä pääsee moottoriin imuilman mukana. Se on pääasiassa palamatonta, joten ilman suodatukseen on pakko kiinnittää enemmän huomiota.

Noen poltto tapahtuu moottorin oman regenerointitoiminnon avulla ja vaatii erityisen ylimääräisen polttoaineen ruiskutuksen useita asteita yläkuolokohdan jälkeen, jotta pakokaasujen lämpötila nousee riittävästi. Toistaiseksi ei ole riittävästi käytännön kokemusta, kuinka usein aktiivinen regenerointi tarvitsee erilaisissa työkoneissa tehdä. Agcolla esimerkiksi se on tehtävä ainakin jokaisen öljynvaihdon yhteydessä. Oletan, että tapahtuma edellyttää valtuutettua huoltoa. Service tool lienee välttämätön. Pakokaasujen lämpötilan nostaminen jälkiruiskutuksella rasittanee moottorin joitakin osia huomattavasti.

Palamattoman tuhkan voi poista hiukkassuodattimen kennolta kunnolla vain siihen tarkoitetulla laitteistolla, jolloin puhdistin täytynee purkaa kennon saamiseksi esille. Luultavasti asia hoituu käytännössä siten, että pakokaasujen käsittelypönttö irrotetaan työkoneesta ja tilalle asennetaan kunnostettu vaihto-osa (kallista?). Tämän voi tehdä ehkä 2-3 kertaa, mikä jälkeen tarvitaan uusi kenno.

Tulevaisuudessa saattaa olla edessä sellainen tilanne, että dieselmoottoria ei ole taloudellisesti kannattavaa käyttää kuin osa sen nykyisestä maksimikäyttöiästä. Tarkoitan tällä sitä, että käyttöiän loppuvaiheessa moottorin voiteluöljyn päätyminen palotilaan kasvaa, mikä lyhentää partikkelisuodattimen elinikää. Tihentynyt vaihtoväli voi tulla lopulta liian kalliiksi.

No, tässä näitä mietteitä nyt oli, kiva jos jaksoit kahlata tähän saakka. Toivon, että muutkin lausuisivat mielipiteensä tästä asiasta ja ainakin korjaisivat sanomaani, jos olen ymmärtänyt jotain väärin.