Na wystawie Intermat we Francji Scania po raz pierwszy zaprezentowała publicznie silniki spełniające normy emisji spalin Stage IIIB i Tier 4i. Charakterystyczną cechą nowej gamy jednostek napędowych, wyposażonych w opracowane przez Scania układy sterowania i układy redukcji emisji zanieczyszczeń, jest wyjątkowe połączenie osiągów i ekonomiki eksploatacji. Prototypowe egzemplarze silników będą dostępne do zabudowy i badań homologacyjnych już w pierwszej połowie 2009 r.

Rok 2011 to ważny okres zarówno dla producentów silników, jak i ich klientów. W tym roku wejdą w życie normy emisji spalin Stage IIIB i Tier 4i, dotyczące silników do zastosowań przemysłowych. Normy te przewidują wyjątkowo niski poziom emisji tlenków azotu (NOx) – 2,0 g/kWh. Dzięki nowej platformie silnikowej, zaprezentowanej 20 kwietnia 2009 r. na wystawie Intermat, klienci Scania będą w stanie ze znacznym wyprzedzeniem spełnić nowe wymagania.

Nową platformę silnikową, opartą na cieszących się dużym uznaniem jednostkach napędowych do samochodów ciężarowych i autobusów, Scania opracowała zachowując pełną kontrolę nad wszystkimi strategicznymi etapami budowy, projektowania i badań silników: projektowaniem i produkcją kadłuba, a także projektowaniem układu sterowania, układu wtryskowego i układu odpowiadającego za emisję spalin. Zasadniczy wpływ na tę decyzję miały wymagania dotyczące osiągów i oszczędności paliwa oraz ochrony środowiska, wytrzymałości konstrukcji i wygody użytkowania.

Najważniejsze cechy nowej gamy silników:

• Układ wtryskowy Common Rail Scania XPI
• Większe pojemności skokowe, osiągnięte poprzez zmianę średnicy cylindra i skoku

tłoka
• Większe ciśnienie spalania
• Tradycyjna dla Scania architektura silnika, z indywidualnymi głowicami cylindrów,
zapewniająca łatwość obsługi serwisowej
• Układ sterowania Scania
• Turbosprężarka z zaworem upustu spalin

• Układ oczyszczania spalin Scania SCR
• Pierścienie zgarniające zapobiegające gromadzeniu się nagaru na denku tłoka

Układ wtryskowy Common Rail Scania XPI

Nowy wysokociśnieniowy układ wtryskowy typu Common Rail, Scania XPI (Extra
High-pressure Injection), został opracowany wspólnie z firmą Cummins.

• Ciśnienie wtrysku do 2400 bar
• Wysokie ciśnienie wtrysku zapewnia niski poziom emisji cząstek stałych
• Niski poziom emisji hałasu
• Duży moment obrotowy przy niskich prędkościach obrotowych
• Większa moc maksymalna

Nowy układ Common Rail pozwala na dużą swobodę w doborze kąta wyprzedzenia i czasu trwania wtrysku oraz ciśnienia wtrysku. Dwa pierwsze parametry nie zależą od pozycji wałka rozrządu zaś wysokie ciśnienia wtrysku są dostępne przez cały czas, niezależnie od prędkości obrotowej silnika. Istnieje również możliwość stosowania wtrysku wielofazowego. Patrz niżej.

Sterowanie wtryskiem paliwa odbywa się w pełni elektronicznie. Oznacza to, że do uruchamiania wtryskiwaczy nie są potrzebne krzywki na wałku rozrządu, popychacze, drążki popychaczy i dźwignie.

Zasada działania układu Scania XPI:

• Za pośrednictwem wstępnego filtra paliwa z separatorem wody oraz obwodu chłodzenia elektronicznej jednostki sterującej, niskociśnieniowa pompa zasilająca zasysa paliwo ze zbiornika i tłoczy je do filtrów dokładnego oczyszczania. Woda zawarta w paliwie spływa do odstojnika poprzez automatyczny zawór odwadniający.
• Następnie paliwo jest podawane do zaworu dozującego i dalej, do pompy wysokiego ciśnienia. Obydwie pompy, wraz z zaworem dozującym, stanowią jeden zespół, napędzany od kół mechanizmu rozrządu silnika.

• Pompa wysokiego ciśnienia tłoczy paliwo o ciśnieniu roboczym do magistrali paliwowej (zasobnika) umieszczonej wzdłuż silnika, po jego zimnej stronie.
• Zadaniem zaworu dozującego jest regulacja ciśnienia roboczego w zakresie od 500 bar na biegu jałowym do wartości maksymalnej 2400 bar. Średnie ciśnienie robocze wynosi 1800 bar.
• Zawór dozujący jest sterowany elektronicznie w oparciu o sygnały z czujnika ciśnienia w magistrali paliwowej. Mechaniczny zawór przelewowy zapobiega nadmiernemu wzrostowi ciśnienia w magistrali paliwowej poprzez skierowanie nadmiarowego paliwa z powrotem do zbiornika, za pośrednictwem magistrali powrotnej.
• Wszystkie wtryskiwacze są w sposób ciągły zasilane paliwem pod wysokim ciśnieniem, dopływającym z magistrali paliwowej. Realizację faz wtrysku paliwa umożliwia elektronicznie sterowany zawór elektromagnetyczny znajdujący się w każdym wtryskiwaczu. Wtryskiwacz pozostaje otwarty dopóty, dopóki jednostka sterująca podaje napięcie do zaworu elektromagnetycznego.

• Dawka paliwa zależy od czasu otwarcia wtryskiwacza i ciśnienia w magistrali paliwowej. Kąt wyprzedzenia wtrysku zależy od czasu przekazania impulsu z jednostki sterującej.
• Wtrysk paliwa do wnętrza komory spalania następuje za pośrednictwem końcówki wtryskiwacza.

Własny układ sterowania silnikiem
Żeby zachować kontrolę nad wszystkim, co ma związek z osiągami silnika, Scania opracowała nową generację układów sterowania silnikiem. Układy te sterują ogromną liczbą funkcji i parametrów, m.in. takich jak wtrysk paliwa, czystość spalin, stopień doładowania i temperatura silnika. Elektroniczna jednostka sterująca znajduje się po „zimnej” stronie silnika. W nowym układzie sterowania silnikiem zaimplementowano również zaawansowane funkcje diagnostyczne, których zakres będzie stopniowo poszerzany. Funkcje te pozwalają na odczyt szczegółowych danych eksploatacyjnych celem ich dalszej analizy.

Architektura silnika
Najnowsza platforma silnikowa to całkowicie nowa konstrukcja, ale oparta na tradycyjnych cechach Scania, takich jak odrębne głowice cylindrów, wałek rozrządu zabudowany u góry bloku cylindrów oraz koła zębate mechanizmu rozrządu umieszczone z tyłu silnika, a także doskonale znany odśrodkowy filtr oleju. Średnica cylindra (jednostki 9-, 13 i 16-litrowe) oraz skok tłoka (jednostka 13-litrowa) uległy niewielkim zmianom, których rezultatem jest wzrost pojemności skokowej, w porównaniu do obecnej gamy silników.

Ważnymi cechami silników do zastosowań przemysłowych są wysoka niezawodność, duży moment obrotowy przy niskich prędkościach obrotowych, małe zużycie paliwa i szybkie reakcje silnika.

Blok cylindrów i inne elementy kadłuba zostały przeprojektowane w celu zapewnienia większej wytrzymałości. W górnej części cylindra znajduje się luźno osadzony pierścień zgarniający, usuwający resztki nagaru z krawędzi denka tłoka, a tym samym ograniczający zużycie tulei cylindrowej.

Scania SCR
Przemysłowe silniki Scania zostały wyposażone w układ wtryskowy Common Rail – Scania XPI, współpracujący z układem selektywnej redukcji katalitycznej SCR (Selective Catalytic Reduction).

Działanie układu SCR polega na wtrysku wodnego roztworu mocznika do rury wydechowej i katalizatora hydrolitycznego. Pod wpływem ciepła gorących spalin, z roztworu uwalnia się amoniak, który następnie przedostaje się do katalizatora, gdzie wchodzi w reakcję chemiczną z tlenkami azotu (NOx). Rezultatem tej reakcji jest rozkład cząsteczek NOx na azot i wodę.

Układ Scania SCR jest zdolny do zredukowania stężenia NOx w spalinach do poziomów przewidzianych przez normy emisji spalin, które będą obowiązywać w dalszej przyszłości. W związku z opracowaniem nowych technik kontroli emisji spalin, wszyscy producenci zostaną zmuszeni do zmodernizowania swoich produktów. Jednak większość z nich prawdopodobnie zdecyduje się również na dostosowanie produktów do wymogów norm emisji spalin Stage IV i Tier, wchodzących w życie dopiero w 2014 r.

Celem Scania jest zaproponowanie klientom dojrzałego produktu, spełniającego wymogi przepisów przewidzianych na rok 2011. Dlatego już 2009 r. Scania zaoferuje prototypowe silniki, gotowe do zabudowy i badań homologacyjnych. Dzięki temu producenci maszyn korzystający z silników Scania zyskają przewagę, wynikającą z dobrego przygotowania na wyzwania nadchodzących lat.

Oceniając z dzisiejszej perspektywy, spełnienie norm emisji spalin planowanych na 2014 r. prawdopodobnie wymagać będzie równoczesnego zastosowania technik SCR i EGR. Od kilku lat Scania stosuje w samochodach ciężarowych i autobusach zarówno technikę SCR, jak i EGR. Jeżeli więc zabudowa silnika jest dopasowana do układu SCR, wystarczą jedynie niewielkie modyfikacje, by spełnić nowe wymogi. Technika Scania SCR jest idealna dla silników przemysłowych, ponieważ jej adaptacja do poszczególnych zastosowań i klientów nie wymaga szczególnych czynności regulacyjnych.

AdBlue / DEF
AdBlue lub DEF (Diesel Exhaust Fluid) w Stanach Zjednoczonych to handlowe nazwy wodnego roztworu mocznika. Preparat ten ma zdolność chemicznego rozkładu tlenków azotu (NOx) zawartych w spalinach. Mocznik rozcieńczony wodą jest nietoksyczny i łatwy w magazynowaniu i transporcie.

Układ SCR wymaga obecności odrębnego zbiornika do przechowywania tego roztworu. Dostępność AdBlue (DEF) na rynku jest coraz lepsza, a większość klientów z branży przemysłowej prowadzi działalność na niewielkim obszarze, korzystając z mobilnych stacji paliwowych. Technika redukcji stężenia NOx metodą SCR jest od dwudziestu lat używana w silnikach stacjonarnych i morskich zaś od kliku latach rozpowszechniła się również w sektorze motoryzacyjnym. Zużycie AdBlue (DEF) w układzie oczyszczania spalin kształtuje się na poziome 2-7 procent zużycia paliwa, zależnie od zastosowania.

Scania dostarcza wszystkie podzespoły układu SCR, od zbiornika AdBlue (DEF) do katalizatora i czujnika NOx. Elementy te są produkowane przy użyciu specjalnych materiałów, ponieważ roztwór mocznika działa korozyjnie na metale, takie jak stal węglowa i stalowe blachy ocynkowane.

Preparat AdBlue został zaklasyfikowany do klasy cieczy o najmniejszym ryzyku transportowym. AdBlue spełnia wymagania norm ISO 22241 i DIN V 70070 oraz przepisy CEFIC, gwarantujące prawidłowe działanie układu SCR. Własności roztworu mocznika:

• Temperatura zamarzania: -11°C
• Temperatura krystalizacji: ponad 100°C
• Zużycie AdBlue na poziomie 2-7% zużycia paliwa zapewnia zgodność stężenia NOx w spalinach z wymaganiami norm Stage IIIB i Tier 4i
• Roztwór mocznika działa korozyjnie na niektóre metale, takie jak stal węglowa, miedź, stopy miedzi i stalowe blachy ocynkowane.

• Brak ograniczeń dotyczących transportu kolejowego, drogowego i morskiego

Wydłużone okresy międzyobsługowe
Okresy międzyobsługowe i interwały wymiany oleju zostały wydłużone do 500 motogodzin. Unifikacja podzespołów i układów stosowanych w różnych typoszeregach silników przyczynia się do redukcji kosztów magazynowania części i maksymalizacji gotowości technicznej. Ułatwia również szkolenie personelu.