SCANIA: W daleką trasę na gazie

Gazowe ciężarówki napędzane LNG to obecnie jedyna dostępna powszechnie i akceptowalna cenowo alternatywa dla silników Diesla wykorzystywanych w transporcie dalekobieżnym. Do takiego rodzaju transportu Scania proponuje pojazdy z trzema możliwymi do zastosowania silnikami LNG.

Scania od wielu lat pracuje nad niskoemisyjnymi silnikami zasilanymi metanem. Obecnie w jej ofercie są trzy takie jednostki napędowe: dwie 9-litrowe o mocach 280 i 340 KM (maksymalnych momentach obrotowych odpowiedni 1350 i 1600 Nm w zakresie obrotów 1100-1400 obr./min) oraz 410-konny silnik o pojemności 13 litrów. To właśnie najmocniejsza jednostka trafiła pod kabinę pojazdu demonstracyjnego.

Scania R410 A4x2NA LNG to ciągnik z kabiną serii R i silnikiem o mocy 410 KM. Według fabrycznego oznaczenia kodowego litera A oznacza ciągnik siodłowy o jednej osi napędzającej (4×2) z normalną wysokością podwozia (N) i zawieszeniem na resorach piórowych z przodu i poduszkach pneumatycznych z tyłu (A). Dodatkowo zasilany skroplonym gazem ziemnym (LNG). 

Tajemnicze żeliwo, wtrysk od Boscha

To właśnie zasilanie gazem ziemnym jest tym, co nas tu najbardziej interesuje. Wbrew powszechnej opinii i wielu podobieństw, silnik gazowy Scanii nie bazuje na tym samym bloku co silnik wysokoprężny. To prawda, jednostki pierwszej generacji korzystały z konstrukcji „diesla” w której wprowadzono zmiany w obrębie głowicy i układu zasilania. Jednak nie było to najlepsze rozwiązanie, bowiem okazało się, że wystąpiły problemy wynikające z nierównomiernych naprężeń termicznych bloku silnika. Podjęto decyzję o budowie silnika gazowego od podstaw, aby nie stosować półśrodków i sprawę rozwiązać raz a dobrze, starając się oczywiście wykorzystać jak najwięcej elementów wspólnych z innymi silnikami. 

Kształt i konstrukcja obecnie sprzedawanego silnika wynika z układu termicznego opływu powietrza pojazdu poruszającego się lub stojącego na postoju. Udało się uzyskać równomierny rozkładu temperatury pracującego silnika o różnicach nie większych niż 1,5˚C.  Blok silnika wykonano ze specjalnego, nowozaprojektowanego stopu, będącego tajemnicą firmy. W porównaniu do silnika wysokoprężnego o identycznej pojemności, obniżono stopień sprężania z 23:1 do 12,6:1 i wyposażono go w zapłon iskrowy. Do pracy nad nową jednostką zaproszono Boscha, który opracował cały układ zasilania silnika.

Opiera się on na komputerowym sterowniku, wtryskiwaczach gazowych, dyszach zamontowanych w kolektorze ssącym i sondzie lambda, która kontroluje skład mieszanki paliwowo-powietrznej. Jest to zatem budowa identyczna jak w jeżdżących po naszych drogach samochodach z zamontowanymi instalacjami LPG. To charakterystyczna cecha wspólna silników LPG, CNG i LNG, które pracują wedle podobnego schematu (prócz technologii gazodiesla).

Silnik spełnia normę czystości spalin Euro 6. Z racji spalania gazu nie emituje tak bardzo szkodliwych tlenków azotu, nie było więc potrzeby montowania układu SCR. Kierowca nie musi zatem tankować płynu AdBlue. Zamiast tego w aucie znajdziemy znany także z silników benzynowych układ recyrkulacji spalin (EGR) oraz zwykły, trójdrożny katalizator. Tak uproszony układ oczyszczania spalin jest znacznie tańszy w budowie i eksploatacji. Nie trzeba również wypalać filtra DPF, bo go po prostu nie ma.

Świece co 45 tysięcy…

Z typowej dla Scanii pojemności 12,7 litra, „wyciśnięto” 410 KM  przy 1900 obr./min. Przy tej mocy, silnik generuje moment obrotowy 2000 Nm w zakresie 1100-1400 obr./min. Już na pierwszy rzut oka widać, że parametry zbliżone są do klasycznego diesla. Nawet krzywe momentu obrotowego i mocy są niemal identyczne. To zabieg celowy, bowiem Scania starała się (podobnie jak pozostali producenci) upodobnić silnik gazowy do jednostki wysokoprężnej. Jedynie w dolnym zakresie obrotów, widać niewielkie różnice na korzyść jednostki wysokoprężnej. Sprawą dyskusyjną jest to, czy są one odczuwalne przez kierowcę w trakcie normalnej eksploatacji. Jednostki wysokoprężne słyną z długich okresów międzyobsługowych, co nie dziwi, jeśli weźmie pod uwagę roczne przebiegi na poziomie 100- 130 tys km. Dla silników o zapłonie iskrowym to wyniki nieosiągalne. Ograniczeniem są świece zapłonowe. Obecnie stosowane, mają żywotność obliczaną na
45 tys km. Jest o już zasięg akceptowalny, bowiem wizyta w serwisie raz na 4 do 6 miesięcy na prostą wymianę świec nie jest wielkim utrudnieniem w pracy.

W próżniowym płaszczu

Sukces LNG polega na możliwości zmagazynowania dużej ilości gazu w relatywnie małym zbiorniku. W przeciwieństwie do CNG (sprężanie gazu zmniejsza jego objętość ok. 200 razy), technologia LNG (skroplenie gazu) pozwala zmniejszyć objętość metanu nawet 630 razy, a to w prosty sposób przekłada się na zasięg. Jak to się robi? Po schłodzeniu do ok -162 st. C, gaz ziemny zmienia stan skupienia z lotnego na płynny i w postaci cieczy jest łatwy do magazynowania. Warunkiem jest to, aby przez cały czas magazynowania i przewożenia w zbiorniku ciężarówki gaz przechowywany był w tak ekstremalnie niskiej temperaturze. Na pomoc po raz kolejny przyszła fizyka. Najlepszym izolatorem na świecie jest bowiem próżnia i to właśnie ona jest wykorzystywana w konstrukcji kriogenicznych zbiorników LNG.

Mają one dwupłaszczową konstrukcję, której wewnętrzne ściany pokryte są niepalnym materiałem izolacyjnym. Zaś w przestrzeni między płaszczami utrzymywana jest wspomniana wcześniej próżnia. Potentatem w produkcji takich zbiorników jest amerykańska firma Chart, która produkuje je w Czechach. Warto wspomnieć, że zgodnie z naszymi przepisami, zbiorniki takie znajdują się pod dozorem Transportowego Dozoru Technicznego i wymagają aby po 10 latach eksploatacji przeszły proces powtórnego dopuszczenia. W prezentowanej Scanii zamontowano dwa zbiorniki o pojemności 386 (prawy) i 451 litrów (lewy). Taka pojemność pozwala na przejechanie załadowanym zestawem grubo ponad 1000 km w transporcie dalekobieżnym. Zbiorniki (w stanie pustym) ważą odpowiednio: 235 i 256 kg.

Próżnia spełnia swoją funkcję znakomicie, bowiem dzięki niej można utrzymać niezbędną temperaturę -162˚C przez około dwa tygodnie. Po tym czasie, temperatura metanu podnosi się i metan powoli odparowuje do postaci gazowej, powodując wzrost ciśnienia wewnątrz zbiornika. To z kolei powoduje otwieranie się specjalnego zaworu ciśnieniowego i upuszczanie gazu do atmosfery poprzez stalową rurkę zamontowana za kabiną kierowcy. Ponieważ metan jest lżejszy od powietrza i unosi się do góry, nie ma możliwości aby tak niewielka, upuszczana ilość gazu i powietrza utworzyły mieszankę wybuchową – rozwiązanie jest w pełni bezpieczne.

Aby dostać się do cylindra, skroplony gaz ze musi zostać odparowany, najpierw wstępnie, w zbiorniku, potem poddawany jest dwustopniowej redukcji ciśnienia aż do wartości niewiele wyższej od ciśnienia atmosferycznego (0,67 MPa). Dopiero wtedy, poprzez wtryskiwacze gazowe i dysze montowane w kolektorach ssących (podobne do tych znanych z instalacji LPG), trafia do komory spalania.

Cicho i przyjemnie

Prowadzenie Scanii LNG jest dużą przyjemnością, bowiem oprócz znanych z silnika Diesla zalet (pomijam komfort kabiny i pracę systemów wspomagających kierowcę), 13-litrowy silnik jest wyraźnie cichszy i podczas długiej trasy wrażenie to się potęguje. Zmieniono także nieco oprogramowanie skrzyni biegów, bowiem zmiany przełożeń odbywają się przy nieco innych obrotach silnika. W normalnym trybie biegi zmieniane są przy ok. 1700 obr./min. W trybie Power zmiana następuje o 300 obrotów wyżej – przy 2000 obr./min. Co ciekawe, Scania deklaruje, że z poziomu serwisu można zmienić soft przystosowując go do warunków i obciążenia w jakich pracuje auto.

Zastosowanie silnika o zapłonie iskrowym i dużo niższym niż w dieslu stopniu sprężania, zadecydowało o jeszcze dwóch istotnych zmianach. Po pierwsze, skrzynia biegów nie jest wyposażona w tryb EcoRoll, bowiem opory silnika gazowego (benzynowego) są na tyle niskie, że po zdjęciu nogi z pedału gazu, nie ma potrzeby wprowadzania takiego trybu. Jest jednak inna, ciemna strona tej sytuacji. Nie ma mowy o tym, aby silnik wyposażyć w hamulec dekompresyjny. W zamian ciężarówki zasilane LNG wyposażone są zawsze w retardery, co załatwia sprawę.

Podstawowe parametry porównywalnych, 13-litrowych silników Scanii na ON i LNG

Lekka naczepa z Wielunia

Z testowym ciągnikiem spięto naczepę typu firanka z nowej linii Wieltonu o nazwie Strong Light Master. W wyniku „odchudzającej kuracji” masa własna naczepy spadła o ok. 500 kg. Wielton chwali się, że nowe naczepy mają masę własną nawet 5250 kg. Dokonano tego poprzez zastosowanie wysokowytrzymałościowej stali S700, powycinanie otworów w podłużnicach ramy w miejscach, które są najmniej obciążone. Niecodzienny kształt otworów zdradza, że uwzględniono siły występujące w tak wysokim dwuteowniku (górna część pracuje na ściskanie, dolna na rozciąganie).

Zmieniono także grubość podłogi i materiał z której była produkowana. Zamiast sklejki wykorzystano tworzywo sztuczne wzmacniane włóknem szklanym (GRP). Wszędzie gdzie to możliwe wykorzystano lekkie aluminium: od tylnej belki przeciwnajazdowej, poprzez boczne osłony, przednią ścianę, słupki i tylne drzwi oraz zbiorniki powietrza, aż po nogi podporowe. Ostatnim elementem układanki jest zawsze dopasowanie produktu do wymagań klienta. Obniżenie masy własnej nie wpłynęło na nośność czy użyteczność naczepy. Strong Light Master ma pełny zakres certyfikatów dostępnych jak dla standardowej naczepy Curtain Master.

Powyżej prognozy

Popularność pojazdów LNG rośnie i choć trudno mówić o powszechnym zainteresowaniu przewoźników silnikami gazowymi, to zeszłoroczne wyniki sprzedaży dają do myślenia: 624 ciężarówki na LNG z czego 124 Scanie, to obiecujący wynik, szczególnie jeśli weźmie się pod uwagę zaledwie 7 ogólnodostępnych stacji tankowania LNG w Polsce. W 2019 r. Scania prognozowała, że gazowców z gryfem na masce uda się sprzedać zaledwie 100 szt. Prognozy wskazywały bowiem 50% przyrost, rok do roku. Jak widać rzeczywistość okazała się lepsza.

Prognozy mają to do siebie, że zwykle życie weryfikuje plany. W tym przypadku, optymizm może być uzasadniony, bowiem wielu przewoźników jest mocno zainteresowanych nowym paliwem. A i nastawienie kierowców się zmienia. W ciągu najbliższej dekady po drogach UE poruszać się będzie 400 tys. ciężarówek z LNG. Czy to dużo? Tyle jeździ ich obecnie po drogach Chin, a rocznie sprzedaje się tam ponad 100 tysięcy ciężkich pojazdów LNG.

Tekst i zdjęcia
Wojciech Mackiewicz