Tekniikkaa ja tietoa

Talven huomioon ottaminen nykyaikaisen dieselmoottorin käytössä

Talvipakkaset kuormittavat työkonemoottoreita täällä pohjolassa rankemmin kuin Euroopassa. Tämä kirjoitus valottaa talven huomioon ottamista itse dieselmoottorissa ja sen nykyaikaisissa jälkikäsittelylaitteissa. Tavoitteena on sujuva työskentely myös talvella.
Tapio Vesterinen

Työkonedieselin sähkölaitteiden ja etenkin akkujen pitää talvella olla hyväkuntoisia, koska akkujen kapasiteetti joka tapauksessa alenee tuntuvasti kylmässä. Alkutalven pakkaset paljastavat usein akkujen huonon kunnon. Siksi akkukauppa aina pakkasten tullen vilkastuu.

Työkone tai ajoneuvo ei välttämättä käynnisty pakkasessa, jos akku on vajaakuntoinen. Nykyiset moottorit ovat elektronisesti ohjattuja. Lähes kaikki uudet dieselmoottorit käyttävät yhteispaineruiskutusjärjestelmää. Sen suutin ei ruiskuta lainkaan, jos jännite alenee liikaa. Cr-suuttimen ottama virtapiikki on noin 20 A, tosin hyvin lyhyt.

Jos jännite jää liian alas, ei suuttimen ohjaussolenoidi avaa ruiskutusta ohjaavaa kuulaventtiiliä lainkaan, eikä moottori voi käynnistyä. Tilanne voi olla ongelmallinen pakkaskäynnistyksessä, koska startti ottaa suuren virran. Tällöin jännite voi alentua kriittiseksi.

Sähkölaitteet ovat kehittyneet

Edellä kerrotun vuoksi pitää virtajohtojen startille olla riittävän suuria ja mahdollisimman lyhyitä. Myös akun maajohto pitää olla poikkipinta-alaltaan suuri ja lyhyt. Kaikkien johtoliittimien akulla ja virran syöttöjärjestelmässä pitää olla puhtaita, vankkoja ja hyvin kiristettyjä, että jännitehäviöt liitoksissa jäisivät mahdollisimman pieniksi.

Myös vaihteelliset startit ovat kehittyneet myönteisesti. Ne ovat pienempiä ja tehokkaampia entisiin suoravetoisiin verrattuna. Tämä johtuu siitä, että kevyemmin pyörivä sähkömoottori tarvitsee pienemmän virran, mikä alentaa myös jännitehäviötä, ja moottori käynnistyy paremmin.

Nykyiset led valot ovat hyvä kehitysaskel, koska niiden virrantarve on vain murto-osa perinteisiin lamppuihin verrattuna. Varsinkin joissain työkoneissa työvaloarsenaali on todella merkittävä, ja siksi led valojen tuoma etu on merkittävä.

Voiteluöljy

Nykyiset kehittyneet moniasteiset voiteluöljyt ovat hyviä, koska niiden viskositeetti kylmänä voi olla SAE 5 tai jopa SAE 0. Samalla kuuman pään viskositeetti voi olla SAE 40 tai SAE 50. Tällöin käynnistys helpottuu, starttimoottori ja moottori pyörii nopeammin ja virrantarve on pienempi. Toisaalta kuuman pään korkeampi viskositeetti varmistaa paksumman minimiöljykalvon voitelukohteisiin – kuluminen vähenee ja öljynpaine pysyy korkeampana.

Kannattaa seurata moottorin valmistajan suosituksia öljyvalinnoissa. Nykyisille matalapäästöisille työkonemoottoreille on hiukkassuodattimen toiminnan kannalta tärkeätä voiteluöljyjen tuhkattomuus, jotta ei tule ongelmia hiukkassuodattimen tukkeutumisesta.

Jälkikäsittelylaitteet

Nykyisissä työkonemoottoreissa on käytetty päästöjen hallintaan tehokasta jälkikäsittelyjärjestelmää jo kymmenisen vuotta. Aluksi käytössä oli vain hapettava katalysaattori (DOC eli diesel oxidation calysator) heti turbon jälkeen. Sen perään pakolinjaan sovitettiin typpioksideja pelkistävä ureajärjestelmä (SCR selective catalytic reduction) eli valikoiva katalyyttinen typpioksidin pelkistys. Uusimmissa Stage 5 tason työkonedieselmoottoreissa järjestelmään on lisätty hapettavan katalysaattorin ja ureajärjestelmän väliin myös hiukkassuodatin (DPF diesel particulate filter). Se tarvitaan lähinnä rajoittamaan hiukkasten lukumäärää. Hiukkassuodatinta ei hiukkasten kokonaismassarajoituksen vuoksi tarvita kuin niillä moottoreilla, joilla sovelletaan pakokaasujen takaisinkierrätystä.

Päästölailla on hiukkaslukumäärä normin mukaisessa testisyklissä rajattu alle 1x10 potenssiin 12/kWh kappaletta eli alle miljoona miljoonaa kappaletta hiukkasia, joiden koko on yli 23 Nm. Se on 0,000 000 023 m eli 23 miljoonasosamillimetriä. Pienempiä hiukkasia ei mitata tai ei ehkä voida mitata. Sekä hiukkasten koko että niiden lukumäärä lienee melkoinen mittaustekninen haaste.

AGCO Power aloitti vuonna 2009 SCR-ureatekniikan käytön sarjatuotannossa ensimmäisenä maailmassa traktoreissa ja puimureissa. Eurooppalaiset työkonevalmistajat siirtyivät hyödyntämään SCR-tekniikka 2011 alusta, kun tuli voimaan tulivat uudet päästörajat – Stage 3b. Vuodesta 2014 alkaen SCR-ureajärjestelmä ja Common Rail ruiskutusjärjestelmä tulivat EU:ssa ja USA:ssa vakioksi kaikissa uusissa Stage 4-, Tier 4- ja Stage 5 -päästöluokan työkonedieseleissä.

AdBlue on urean ja tislatun veden seos, jossa ureaa on 32,5 % ja vettä 67,5 %. AdBlue-liuos on väritön, hajuton ja mauton liuos. AdBlue on kauppanimi, jonka omistajia ovat mm. Euroopan autoteollisuus ja Bosch-korporaatio. Urea-vesiseoksen käyttö typpioksidin pelkistämiseen on vanha keksintö. Sitä käytettiin aikaisemmin mm. die- selgeneraattoreissa. Tieliikenteen kuorma-autojen dieseleissä sitä alettiin käyttää typpioksidin hallintaan 1995 Euroopassa ja USA:ssa 2011.

Urean eli AdBlue:n pitää täyttää joko DIN 70070 tai ISO 22241 normien vaatimukset, jotka ovat tarkkaan samansisältöiset.

Jälkikäsittelylaitteiden huoltonäkökohtia

Jälkikäsittelylaitteet ovat lähes huoltovapaita. Vain ureatankin täytöstä pitää kuljettajan huolehtia. Siitä järjestelmä varoittaa selvillä signaaleilla koelaudassa, ja lopulta myös äänimerkein. Jos hälytyksistä huolimatta AdBlueta eli ureaa ei tankata, työkonemoottori pudottaa vaiheittain kierroksia ja tehoa ja lopulta käy ainoastaan joutokäyntiä.

Ohjelmisto ei sammuta moottoria, koska se voisi olla vaarallista kylmällä pakkasella tai kuumalla kesähelteellä kuljettajan osalta, mutta työnteko ei onnistu ilman AdBlueta ureatankissa.

Ainoa selkeä huoltotoimenpide on AdBlue-pumpun yhteydessä olevan ureasuodattimen vaihto noin 1000–2000 tunnin välein tai kerran vuodessa. Suodin on melko pieni, joten urean käsittely on syytä tehdä huolellisesti hyvää puhtautta noudattaen.

AdBluella pitää olla oma puhdas tankkauskalusto. Samoin pitää olla oma puhdas dieselin tankkauskalusto. Dieselpolttonesteen sekaan ei saa mennä AdBlueta eikä AdBluen sekaan dieselpolttonestettä. Jos nesteet sekoittuvat pienessäkin määrin, voi syntyä kallis vaurio. Ureapumppu voi tuhoutua tai kalliit Common Rail -suuttimet vaurioitua. AdBlue-tankin korkki on aina sininen, joten se erottuu dieseltankin korkista selvästi. Jos AdBlueta roiskahtaa maalatulle pinnalle, se on heti syytä huuhtoa vedellä pois, koska ko. aine on aggressiivista ja saattaa vaurioittaa maalipintoja.

Hapettava katalysaattori, samoin kuin hiukkassuodatinkin, ovat keraamisia jalometalleilla päällystettyjä kennostoja. Ne ovat lähes huoltovapaita. Pitkäaikaisessa käytössä niiden pintaan saattaa muodostua epäpuhtauksia. Pitkäaikainen matalien tehojen käyttö, varsinkin talvella, voi lisätä kennojen pintojen likaantumista. Epäpuhtaudet poistuvat pinnoilta osittain, kun lämpötilaa kohotetaan moottoria kovasti kuormittamalla puolisen tuntia. Hiukkassuotimen huokosien puhdistuspoltto vaatii vielä korkeamman lämpötilan. Se voidaan tehdä käyttäen pakolinjassa erillistä polttoainesuutinta, jossa poltetaan dieselpolttonestettä hallitusti. Toinen vaihtoehto on säätää puhdistuspolttoa varten palamislämpötila sylinterissä mm. ennakkoa myöhästämällä niin korkealle, että hiilivetyhiukkaset ja noki palavat pois.

Pitkässä juoksussa hiukkassuodin pitänee irrottaa ja ”kolistella” korjaamon puhdistuslaitteella palamattomat epäpuhtaudet mm. tuhka pois. Jossain vaiheessa hiukkassuodin pitänee uusia, koska kaikkia palamattomia epäpuhtauksia on erittäin vaikea saada puhdistetuksi pois.

Talveen varautuminen

Järjestelmän AdBlue-tankki ja sen putkilinjat ovat sähköllä tai jäähdytysnesteellä lämmitetyt, koska AdBlue jäätyy yli -11o C pakkasessa. Putkilinjat ja AdBlue-pumppu tyhjennetään aina automaattisesti sammutuksen yhteydessä AdBlue-tankkiin. Näin ollen, kun kone ei käy, on ureaa vain ureatankissa. Se saa jäätyä talvella.

Kun kone käynnistetään, alkaa urean sulatus tankin imuputken alueella jäähdytysnesteellä tai sähköllä. Säännöt sallivat, että urean ruiskutus alkaa pakkasella viiveellä. Noin puolessa tunnissa systeemi on toimintakunnossa. Järjestelmä ei vaadi kuljettajalta normaalisti mitään toimenpiteitä. AdBlue voi jäätyä ureatankissa, mutta se sulaa entiselleen lämpötilan noustessa.

Puimureille saatiin erivapaus jättää kaikki sulatuslaitteet pois, koska puintia ei tehdä -11o C kylmemmässä lämpötilassa. Tämä sallii puimureille hieman yksinkertaisemman järjestelmän.

AdBluen varastoinnissa on otettava huomion jäätymislämpötila -11o C. Urean varastointilämpötila pitää olla lämpimämpi kuin -11o C. Ureaa ei suositella varastoitavaksi yli 18 kuukautta. AdBluen laatu saattaa ajan kuluessa muuttua mm. sen vesiosuuden haihtumisen vuoksi. AdBluen varastointi on hyvä aina tehdä -11–25o C lämpötilaikkunassa ja suljetussa tilassa niin, että aurinko ei paista ureasäiliöihin.

Ohjeet talvisäilytykseen

Pitkäaikaisen, talven yli säilytyksen (mm. leikkuupuimurin moottorit) onnistumiseksi suositellaan ennen säilytyksen aloittamista tehtäväksi seuraavat toimenpiteet:

• Polttonestetankki tankataan töiden päätyttyä täyteen.

• AdBlue-tankki tankataan ennen säilytystä myös täyteen.

• Sekä polttonesteen esisuodin että pääsuodin on hyvä vaihtaa uusiin syksyllä töiden päätyttyä.

• Polttonesteen vedenerotin tulee tyhjentää.

• Moottoriöljyn ja öljysuotimen vaihto on hyvä tehdä.

• Moottorin ilmasuodin on hyvä vaihtaa syksyllä töiden päätyttyä.

• Akun kansi on hyvä puhdistaa ja kuivata akun mikropurkautumisen eliminoimiseksi. Akku on myös hyvä siirtää lämpöiseen kuivaan paikkaan talveksi, jossa sen voi ladata parin kuukauden välein.

• Keväällä ennen ensikäynnistystä on syytä vaihtaa ureatankkiin uusi AdBlue-neste. AdBlue pyrkii haihtumisen vuoksi väkevöitymään pitkässä säilytyksessä.

• AdBlue-pumpun suodin pitää vaihtaa uuteen.

Kirjoittaja toimi 45 vuotta Linnavuoren moottoritehtaan tuotekehityksessä, josta viimeiset 20 vuotta tuotekehitysjohtajana. Nykyisin hän harrastaa moottoriteknologiaa oman osakeyhtiönsä Ylivakerin Diesel Oy toimesta. Laajempaa tietoa aiheesta löytyy Ylivakerin Dieselin kotisivuilta otsikolla julkaisut www.ylivakerindiesel.com

Kuvat: Mauno Ylivakeri, valmistajat

Lue myös juttu Työkoneiden polttonesteiden talviominaisuuksien vertailua - dieselin vuodenajat (KV 13/2019)!

Lue lisää