PARTNERZY PORTALU
  • partner portalu farmer.pl
  • partner portalu farmer.pl
  • partner portalu farmer.pl

Mniejszy silnik, więcej mocy

Mniejszy silnik, więcej mocy

Autor: Karol Hołownia, Wojciech Denisiuk

Dodano: 09-01-2013 13:18

Tagi:

Uzyskiwanie dużej mocy z coraz mniejszych jednostek napędowych jest dzisiaj typowym trendem także w silnikach maszyn rolniczych. "Downsizing" ma sporo zalet, o których łatwo dowiedzieć się od sprzedawców, ale na temat warto też spojrzeć z drugiej strony.



Kierunki rozwoju najnowszych silników spalinowych, w tym jednostek napędowych ciągników rolniczych, kształtują coraz ostrzejsze normy czystości spalin, rosnące ceny paliw, a także silna konkurencja, zmuszająca producentów do tańszego wytwarzania produktów. Jedną z dróg pogodzenia ww. wymogów jest koncepcja budowy silników zwana downsizingiem. Polega ona na zmniejszaniu pojemności skokowej i liczby cylindrów przy jednoczesnym utrzymaniu osiągów na tym samym poziomie.

Coraz bardziej wydajnie

Zjawisko downsizingu zostało zapoczątkowane na rynku motoryzacyjnym, teraz obserwujemy je również w najnowszych modelach ciągników rolniczych - coraz częściej silniki 4-cylindrowe są zastępowane przez jednostki 3-cylindrowe, a 6-cylindrowe - przez 4-cylindrowe.

Chociaż producenci zapewniają o korzyściach, to wielu potencjalnych klientów nie jest na taką zmianę gotowych, zwłaszcza że na ogół mają oni duże doświadczenie i wyższość jednostek o większej liczbie cylindrów wydaje się im bezdyskusyjna - uważają je za bardziej elastyczne i o wyższej kulturze pracy. Tak było, ale technika, zwłaszcza układy wtryskowe i systemy doładowania (za sprawą zmiennej geometrii turbosprężarek) zmieniły się na tyle, że obecnie silnik 4-cylindrowy może dorównać 6-cylindrowemu w elastyczności, a przy okazji będzie bardziej ekonomiczny.

Niestety, downsizing ma swoje konsekwencje, o których raczej nie dowiemy się od producentów. Silniki tego typu są bardziej obciążone więc prawdopodobnie odbije się to na ich trwałości. Dla przykładu, siły gazowe (siła rozprężanych w cylindrze gazów), które wcześniej rozkładały się na 6 cylindrów, teraz rozkłada się w czterech. Każda panewka i podpora musi przenieść więc znacznie większe obciążenie. Również w komorze spalania występują większe siły i temperatury, pojawia się m.in. problem z odprowadzeniem większej ilości ciepła z denka tłoka i okolic zaworów.

Ponadto silnik o mniejszej liczbie cylindrów uzyskuje tę samą moc maksymalną przy nieco wyższych prędkościach obrotowych, co również może mieć wpływ na jego szybsze zużycie.

Jednak dzisiaj czynnik trwałości nie wydaje się dla producentów najważniejszy.

Muszą oni sprostać przede wszystkim coraz bardziej rygorystycznym normom czystości spalin. Ograniczenie emisji szkodliwych związków w spalinach pozwala jednocześnie spełnić oczekiwania odbiorców co do niższego zużycia paliwa. Mające obowiązywać od 2014 r. nowe normy czystości spalin stanowią dla konstruktorów duże wyzwanie, którym łatwiej jest sprostać wybierając silnik o mniejszej liczbie cylindrów. Ma on liczne zalety: większą ogólną sprawność w wyniku mniejszych strat cieplnych i niższych oporów wewnętrznych (tarcia), łatwiej się uruchamia, ma większą częstotliwość drgań skrętnych układu korbowego i przede wszystkim niższy jest koszt jego produkcji. Do wad należy zaliczyć: gorsze wyrównoważenie, większą nierównomierność momentu obrotowego oraz podwyższone obciążenia cieplne, które jednak można w dużej mierze zniwelować dzięki nowoczesnym rozwiązaniom (silnik staje się jednak coraz bardziej skomplikowany i droższy w naprawach).

Normy spalin i koszty produkcji

Silnik 4-cylindrowy łatwiej spełnia normy czystości spalin, m.in. dzięki mniejszym oporom wewnętrznym, które automatycznie przekładają się nawet o 20 proc. niższe zużycie paliwa, a tym samym zredukowaną ilość szkodliwych substancji emitowanych do atmosfery.

Niższe opory wynikają m.in. z mniejszej powierzchni pracy ruchomych elementów i mają największy wpływ na zużycie paliwa przy niskich obrotach, gdyż stosunek uzyskiwanej mocy do strat na tarcie jest dość istotny.

Przy większych obciążeniach silnika tarcie nie odgrywa już takiej roli, większe znaczenie ma efektywność procesu spalania. Jest ona lepsza przy wyższych temperaturach spalania, którym jednak towarzyszy wzrost emisji tlenków azotów, co do których nowe normy są bardzo rygorystyczne. Z kolei obniżenie temperatury w komorze spalania powoduje większą emisję cząstek stałych.

Są to jednak problemy, które konstruktorzy rozwiązują, stosując układy recyrkulacji spalin, filtry cząstek stałych lub oczyszczanie spalin wodnym roztworem mocznika (AdBlue).

Łaskawe spoglądanie producentów w kierunku silników o mniejszej liczbie cylindrów wynika również z oszczędności.

Porównując silnik 4- z 6-cylindrowym widać wyraźnie, o ile mniej elementów trzeba wykonać. Oczywiście, oszczędność nie jest liniowa, gdyż na przykład wykonanie jednego tłoka do silnika 4-cylindrowego będzie droższe niż do 6-cylindrowego - wynika to m.in. z większych gabarytów i konieczności zastosowania bardziej wytrzymałych, a co za tym idzie - droższych materiałów.

Duże oszczędności można uzyskać już na samym wale korbowym, który nie tylko w przypadku jednostki 4-cylindrowej jest krótszy i lżejszy, ale też łatwiejszy w wykonaniu - wał korbowy silnika 6-cylindrowego ma wykorbienia co 120 stopni, których wykonanie wymaga dodatkowych, kłopotliwych i drogich procesów technologicznych.

Uniwersalność to ich atut

Różnice w konstrukcji silników między modelami 4- a 6-cylindrowymi, niosą ze sobą także odrębności w konstrukcji elementów ramy i innych podzespołów ciągników. Chodzi tu głównie o wzdłużny rozkład masy ciągnika, związany przede wszystkim z większym rozstawem osi i wydłużeniem całego ciągnika.

Ma to duże znaczenie podczas prac z dużymi narzędziami zawieszanymi oraz w dużym stopniu wpływa na stabilność podczas transportu. Nawet bez zawieszonego z tyłu narzędzia, wygodniej podczas szybkich przejazdów będzie się jechało "większym" ciągnikiem, w którym nierówności przenoszone przez przednią oś na kabinę są odczuwalne w mniejszym stopniu. W tym przypadku sytuację w wielu maszynach ratuje aktywna amortyzacja przedniej osi i przedni balast.

Spośród analizowanych, największych "4-cylindrowców" poszczególnych producentów, przykładem maszyny o największym rozstawie osi jest John Deere 6140M (2,76 m). Ciągnik ma też sporą, podstawową masą własną - ponad 5,5 tony. Prawie 2,7 m rozstawu osi ma Valtra N163, która dysponuje masą 5,6 tony. Podobny rozstaw osi i nie wiele mniejszą masę ma Kubota M135GX . Dodatkowo, charakterystycznym elementem Kuboty na tle konkurencji jest jednostka napędowa o dużej pojemności skokowej - 6,1 l, która uzyskuje maksymalny moment obrotowy już przy 1200 obr./min. wału korbowego silnika. Rekordzistą w masie ciągników jest Claas Arion, który bez dodatkowego balastu waży ponad 6 ton.

Im większy rozstaw osi, tym gorsza zwrotność ciągnika. Duża masa nie będzie też atutem przy pracach, na przykład zbiorze zielonek, gdzie liczy się jak najmniejsze ugniatanie gleby, ale jednocześnie do wydajnej pracy potrzeba sporo mocy do zasilenia maszyn towarzyszących, takich jak zestawy kosiarek lub prasoowijarki. W takich pracach dobrym połączeniem jest wysoka moc silnika z dużym promieniem skrętu, a więc z zasady krótszym rozstawem osi. Dobry skręt to także nieoceniony atut w pracach z ładowaczem czołowym - wszędzie tam mocne, kompaktowe ciągniki 4-cylindrowe sprawdzą się znakomicie. Przykładem maszyn z tej grupy o mniejszych rozstawach osi mogą być: Deutz-Fahr 6160.4, New Holland T6.160 i Case IH Maxxum Efficient Power. Pierwszy z nich wyposażono w silnik o mocy 156 KM i rozstawem osi wynoszącym 2,41 m. New Holland i Case IH dysponują takimi samymi parametrami - mocą znamionową 131 KM oraz rozstawem wielkości 2,38 m (przednie osie bez amortyzacji).

Niektórzy producenci oferują w tym samym zakresie mocy maszyny z silnikami zarówno 4-, jak i 6-cylindrowymi.

Przykładem może być tutaj New Holland, którego nowy model T6.160 o mocy znamionowej 131 KM z silnikiem czterocylindrowym, ma swój odpowiednik pod względem mocy w modelu sześciocylindrowym T6.165 (125 KM mocy znamionowej). Drugi wymieniony ciągnik jest cięższy od modelu 4-cylindroweg o około 200 kg. Wydawać by się mogło, że to niewiele, ale gdy dodamy jeszcze rozstaw osi większy o niemal 30 cm, różnica w rozkładzie masy jest już znacząca i jest wyraźnie zauważalna podczas sprzężenia z większymi narzędziami uprawowymi.

Czy mniejsze silniki będą trwałe?

Najmocniejsze ciągniki z jednostkami 4-cylindrowymi charakteryzują się wysokim stosunkiem mocy do masy. Można potraktować to jako atut, zwłaszcza jeśli ciągnik jest traktowany jako maszyna uniwersalna, wykorzystywana głównie w różnego rodzaju pracach polowych i transporcie. Natomiast stosunkowo niewielka masa może okazać się minusem przy wykonywaniu cięższych prac polowych z dużymi narzędziami, gdzie potrzebna jest duża siła uciągu i stabilność przy agregatowaniu z nimi. Zawsze jednak można dociążyć przód balastem lub dodatkowym narzędziem oraz zastosować obciążniki na tylnych kołach, poprawiając tym samym rozkład masy i właściwości. Dociążyć przód jest szczególnie łatwo, jeśli będzie on wyposażony w TUZ.

Podsumowując: Silniki o mniejszej liczbie cylindrów będą pojawiać się coraz częściej. Warto wybierać je zamiast większych głównie wtedy, gdy ciągnik nie jest najważniejszym "koniem pociągowym" w gospodarstwie. Jeśli jednak ciągnik ma większość czasu przede wszystkim intensywnie pracować - na przykład być przeznaczonym do wykonywania kluczowych prac polowych, warto wybrać maszynę z jednostką 6-cylindrową, która najprawdopodobniej okaże się trwalszą i przy tego rodzaju zadaniach nie bardziej paliwożerną.

Jaka będzie trwałość nowych, wysilonych jednostek - pokaże przyszłość, ale wszystko wskazuje na to, że nie będzie tu pozytywnego zaskoczenia.

Podobał się artykuł? Podziel się!

MULTIMEDIA

×

WSZYSTKIE KOMENTARZE (6)

  • EZO 2013-01-10 22:43:46
    Iveco
  • biedron 2013-01-10 00:30:50
    EZO, 140 KM z 6 cylindrów posłuży na pewno dłuuuugo. A co za silnik? Perkins czy Iveco?
  • Ja 2013-01-09 23:15:03
    Wyciąganie coraz większych mocy z tych samych pojemności nie służy żywotności sinika.Ja mam akurat problem z pękającą głowicą w silniku 16 zaworowy gdzie przy ośmiu ścianki były grubsze i nie było problemu.Nie jeden powie,że teraz nikt nie produkuje na jakość tylko na ilość.Maszyny do 2000 roku były najlepsze,później to już wyścig chin z brazylią się zaczął
  • EZO 2013-01-09 20:59:55
    Właśnie zakupiłem całkowicie mechanicznego 6-cylindrowego 141 km Traktorka , nowego Landini z myślą że mi długo posłuży.
  • biedron 2013-01-09 19:09:13
    Tutaj jest też o V6 z USA
    http://www.farmer.pl/technika-rolnicza/maszyny-rolnicze/jedyny-w-swoim-rodzaju-mf-v8,39622.html
  • rol-nick 2013-01-09 17:11:40
    Słowa uznania dla redaktorów tego artykułu. Rzetelny, rzetelny i jeszcze raz rzetelny.

    Z perełek:
    "Duże oszczędności można uzyskać już na samym wale korbowym, który nie tylko w przypadku jednostki 4-cylindrowej jest krótszy i lżejszy, ale też łatwiejszy w wykonaniu - wał korbowy silnika 6-cylindrowego ma wykorbienia co 120 stopni, których wykonanie wymaga dodatkowych, kłopotliwych i drogich procesów technologicznych."

    Tak, ale Ruscy juz w latach '60 aplikowali swoim traktorom V6. Po dziś dzień śmigają bez zarzutu a naprawa kosztuje grosze
ZOBACZ WSZYSTKIE KOMENTARZE

PISZESZ DO NAS Z ADRESU IP: 54.198.205.153
Dodając komentarz, oświadczasz, że akceptujesz regulamin serwisu

Drodzy Użytkownicy!

W związku z odwiedzaniem naszych serwisów internetowych przetwarzamy Twój adres IP, pliki cookies i podobne dane nt. aktywności lub urządzeń użytkownika. Jeżeli dane te pozwalają zidentyfikować Twoją tożsamość, wówczas będą traktowane jako dane osobowe zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady 2016/679 (RODO).

Administratora tych danych, cele i podstawy przetwarzania oraz inne informacje wymagane przez RODO znajdziesz w Polityce Prywatności pod tym linkiem.

Jeżeli korzystasz także z innych usług dostępnych za pośrednictwem naszych serwisów, przetwarzamy też Twoje dane osobowe podane przy zakładaniu konta, rejestracji na eventy, zamawianiu prenumeraty, newslettera, alertów oraz usług online (w tym Strefy Premium, raportów, rankingów lub licencji na przedruki).

Administratorów tych danych osobowych, cele i podstawy przetwarzania oraz inne informacje wymagane przez RODO znajdziesz również w Polityce Prywatności pod tym linkiem. Dane zbierane na potrzeby różnych usług mogą być przetwarzane w różnych celach, na różnych podstawach oraz przez różnych administratorów danych.

Pamiętaj, że w związku z przetwarzaniem danych osobowych przysługuje Ci szereg gwarancji i praw, a przede wszystkim prawo do sprzeciwu wobec przetwarzania Twoich danych. Prawa te będą przez nas bezwzględnie przestrzegane. Jeżeli więc nie zgadzasz się z naszą oceną niezbędności przetwarzania Twoich danych lub masz inne zastrzeżenia w tym zakresie, koniecznie zgłoś sprzeciw lub prześlij nam swoje zastrzeżenia pod adres odo@ptwp.pl.

Zarząd PTWP-ONLINE Sp. z o.o.

Zgłoś swoje propozycje zmian!


Dziękujemy za współpracę!