Dinamikusan fejlődik a tehergépjárművek motorelektronikája

A hatékonyság növelése a motor felépítésének és az égés minőségének javításával indul, és nagyban függ attól, miként működik együtt a motor a jármű többi egységével. A fejlesztések következménye, hogy miközben a motorok takarékosabbá, a vezetőfülkék csendesebbé válnak.

Johan Agebrand, a Volvo Trucks észak-amerikai marketingigazgatója elmondta, az elektronika számos hagyományos, mechanikus alkatrész helyét vette át, így kiküszöbölve az azok által keltett zajokat, illetve kompaktabbá, könnyebbé válhatnak a motorok.

Az elektronikus aktuátorok, melyek reagálnak a változó üzemi körülményekre, képesek precízen kontrollálni a befecskendezés idejét és nyomását, illetve a visszavezetett kipufogógáz és a beszívott friss levegő arányát. Az elektronika fejlődésével a mérnökök képesek finomhangolni a mechanikus alkatrészeket a nagyobb teljesítmény és kisebb méret érdekében.

Stu Russoli, a Mack Trucks termékmenedzsere elmondta, cége olyan dugattyútetőt fejlesztett ki, ami magasabb nyomásokat bír ki, és nagyobb kompresszióviszonyt tesz lehetővé, ezáltal növeli a hatékonyságot. Kenési rendszerüket a súrlódási veszteségek kiküszöbölése érdekében alacsonyabb viszkozitású olajhoz tervezték, a motor- és váltóvezérlés pedig azon dolgozik, hogy a motor minél többet üzemeljen a legtakarékosabb tartományban.

Fontosak a részletek

A modellező és szimulációs eszközök lehetővé teszik, hogy a mérnökök a legapróbb részletekkel is foglalkozzanak, amik olykor jelentős javulást eredményeznek, mint például a John Deere vezetékei esetében. Ashlee Klingaman, a cég marketing menedzsere szerint a megfelelő tervezés és integráció jelentősen növelheti a motor és elektronikája megbízhatóságát. A 13,6 literes motorjuk esetében már a tervezés legelejétől törekedtek az elektronika és a kábelkötegek integrációjára, ami így szorosabban fut a motor mellett, védve van összeszereléskor és javításkor, növeli a megbízhatóságot, és csökkenti a vibrációt.

A méretek csökkentése az egyik fő tervezési szempont – a cél több erőt kinyerni kisebb motorokból. Erre az egyik mód Peter Moorhouse, a Perkins középkategóriás motorokkal foglalkozó szaktanácsadó marketingese szerint a motorba beáramló levegőmennyiség precíz szabályzása. Cégének új, C4.4 típusú motorja is ezt teszi – dupla turbófeltöltővel és teljesen elektronikus szabályzású megkerülő szeleppel érkezik. A vásárlók anélkül válthatnak 7,1 literes motorról 4,4 literesre, hogy feláldoznák a teljesítményt, viszont a kisebb motor kevesebb vibrációt és zajt kelt.

A segédberendezések integrálása a motorba szintén egy fontos tervezési kérdés. Különböző szenzorok folyamatosan figyelnek hőmérséklet- és egyéb adatokat, hogy biztosítsák a kiegészítő rendszerek, és ezáltal az egész hajtás optimális működését.

A Daimler Trucks középkategóriás motorjairól a vállalat észak-amerikai területének marketingmenedzsere, Len Copeland beszélt. A Detroit DD5 és DD8 típusú motorok változó szelepvezérléssel érkeznek, melynek elsődleges célja, hogy a hőmérsékletadatok alapján szükség esetén korábban nyissa ki a kipufogószelepeket. Ekkor több hő érkezik a kipufogógáz-kezelő rendszerekhez, hogy azok megfelelő hőmérsékleten működjenek.

A fejlődés érdekében a mesterséges intelligenciára is nagy hangsúlyt kell fektetni. A Volvo olyan algoritmusokat készít majd, melyek valós szituációkat szimulálva vezetést segítő automatizációs segédletek fejlesztéséhez járulnak hozzá. A mesterséges intelligencia ezáltal az üzemanyag-fogyasztás további mérséklését is segíti.

Az adatátvitel kontrollálása

A motorok és váltók elektronikus összekötésével javult a hatékonyság, a fordulatszám mindig közel tud maradni az optimálishoz. Az adatáramlás köre kezd kibővülni, a járművek navigációs és biztonsági rendszereinek adatai alapján is növelhető a hatékonyság, illetve balesetek kerülhetők el.

A Perkins legfrissebb, Tier 4 szabványt teljesítő motorjai pillanatról pillanatra pontos információt tudnak nyújtani a rendelkezésre álló teljesítményről és nyomatékról. A CAN-busz rendszer mikrokontrollerei képesek egymással közvetlenül kommunikálni, illetve a motorvezérléssel is kapcsolatban vannak, így jobb kalibrációs lehetőségek állnak rendelkezésre.

Az egyre erősebb kontrollerek és a folyton fejlődő algoritmusok lehetővé teszik, hogy a tervezők finomhangolhassák a hajtáslánc és a többi rendszer kapcsolatait, ami a fogyasztás és az emisszió csökkenését eredményezi. Ezek a rendszerek menet közben többször képesek változtatásokat végrehajtani, mint a járművezetők szoktak.

Russoli szerint az olyan kombinált hajtásláncok, mint a Mack MP8HE csomagja, kifejezetten a fogyasztás mérséklése érdekében születtek. A megfelelő váltóprogramokkal és intelligens szoftverekkel megtámogatott motorok képesek reagálni a terhelésben, útviszonyokban, sebességben és nyomatékigényben bekövetkező változásokra. A különálló komponensek immár képesek szervezett egységként működve a felhasználó prioritása szerint változtatni jellemzőiket.

A navigációs rendszerek műholdas összeköttetései révén a hatékonyság tovább növelhető – a járművek például képesek maguktól lelassulni kanyarok előtt, vagy önállóan gyorsítani, ha emelkedőhöz közelítenek.

A Detroit DT12 váltóval konfigurált Detroit motorokban alapfelszereltség az Intelligens Hajtáslánc Menedzsment. A rendszer bekapcsolt tempomat mellett emelkedő előtt automatikusan gyorsít, majd felérve a szükséges mértékben elveszi a gázt. A legutóbbi fejlesztések egyre több utat ismernek, illetve képesek tanulni – megváltozott, vagy nem jelölt szintkülönbségeket észlelve igazodnak az új körülményekhez a lehető legalacsonyabb fogyasztás érdekében.

A széleskörű összeköttetések nem csak a jelenlegi rendszereket szolgálják, az integráció fontos lépés a későbbi önvezetés felé. Az olyan gyártók, mint a Volvo, biztonsági rendszereket is építenek a hajtásláncaik hálózatába. Ahogy ezek fejlődnek, a járművek úgy lesznek egyre inkább képesek az előttük, és újabban már a mögöttük haladó forgalom felismerésére.

A kipufogógázok hatékony tisztítása

A hajtásláncok fejlődésével a kipufogógáz-utánkezelő rendszerek ugyanolyan fontosak, mint a motorok vagy a váltók, és hasonló mértékben is fejlődnek a méretcsökkentés és az integráció térhódítása nyomán.

A Perkins aktuális motorjai a legfrissebb szelektív katalitikus redukciós (SCR) rendszereket használják a jobb utánkezelés érdekében, amik Moorhouse szerint tökéletes kalibrációval egy kisebb, hatékonyabb csomagot eredményez.

A John Deere-nél a 13,6 literes motorban alkalmaztak először integrált emissziószabályzó rendszert. A technológia fejlődésével nemcsak a motorok, hanem az utánkezelő rendszerek is kompaktabbá válnak, ezáltal a bennük lévő drága fémek mennyisége is csökkenhet.

A 2021-ben bemutatkozó ötödik generációs DD15-ös Detroit dízelmotor új kipufogógáz-kezelést és hőmérséklet-menedzsment rendszert kap, valamint 27 kilogrammal könnyebb lesz – két részecskeszűrő helyett egy hatékonyabb egység látja el feladatát.

A motor képes alapjáraton egyes hengerek üzemanyagellátását megszüntetni, míg másikakét fokozni, a nagyobb hővel pedig kordában tartani az el nem égett üzemanyag mennyiségét, illetve javítani az utánkezelés hatékonyságát alapjáraton. Újdonság továbbá a Thermocoasting funkció. Lényege, hogy mikor a vezető elveszi a gázt, és a jármű „vitorlázó” üzemmódban kigurul, a rendszer úgy szabályozza a motorfék mértékét, hogy a motor lendkerekére ne hasson forgatónyomaték, így az a vitorlázás benyomását kelti. A megoldás által az utánkezelő rendszerekhez folyamatosan hő jut, így olyankor is az optimális működéshez szükséges hőmérsékleti tartományban maradnak, mikor a vezető nem ad gázt — áll a SAE International cikkében.