O futuro chegou: eis como fazer
Novo motor de camião pesado da Scania - tecnologia no seu auge
11 DE NOVEMBRO DE 2021
- O novo motor da Scania representa a vanguarda da tecnologia de motores de combustão interna para camiões comerciais pesados
- Scania Opticruise com duas iterações, o novo G25CM e o G33CM
- Tecnologia de pós-tratamento líder no setor subjacente a uma notável poupança de combustível
- A filosofia de baixa rotação alargada da Scania com um grupo motopropulsor integrado
- Novo sistema de exaustão com flexibilidade incorporada relativamente à posição e saídas
- Capacidades HVO para todas as saídas de potência
- Biodiesel FAME opcional para duas saídas de potência
- Tudo o que os engenheiros Scania aprenderam ao longo de décadas está associado às últimas novidades em gestão de motores, sistemas de pós-tratamento e engenharia mecânica como a CRB, mais a suave e alta tecnologia Scania Opticruise
A nova plataforma do motor da Scania fornece mais tempo de funcionamento, maior vida útil, menos manutenção e peso reduzido. É o âmago do novo trem de força que proporciona uma poupança de combustível total de até 8%. Tudo pode parecer algo contraditório, mas não é; trata-se de conhecimento e determinação sem limites. Magnus Henrikson, Engenheiro Chefe dos motores em linha da Scania, orienta-nos através dos detalhes mais refinados relativos às principais soluções técnicas. Com quatro motores diferentes e duas caixas de velocidades Opticruise diferentes à escolha, o melhor camião acabou por ficar ainda melhor.
“Desenvolver uma nova plataforma de motores desta magnitude é uma oportunidade única na vida para a maioria dos engenheiros de plataformas de motores", referiu Magnus Henrikson, Engenheiro Chefe e quem tem estado na vanguarda do processo de desenvolvimento de cinco anos. “A nossa equipa foi incumbida do desenvolvimento de uma plataforma de motores baseada na filosofia de baixa rotação da Scania, capaz de exceder todos os regulamentos futuros e lidar com sucesso com toda a potencial concorrência durante o resto da década. Na minha humilde opinião, nós alcançámos esse objetivo.”
Muitos contributos
Desenvolver uma nova plataforma de motor de combustão como esta de alto a baixo significa associar muitos dos conhecimentos existentes com novas formas de resolver as coisas. Alguns objetivos são um dado adquirido, como o baixo peso, mas durante o processo de desenvolvimento milhares de decisões menores ou maiores contribuíram para moldar o resultado final. E os engenheiros da Scania tinham uma referência difícil para começar - a plataforma DLU existente da Scania provou as suas capacidades em inúmeras operações diárias de clientes em todo o mundo e em centenas de testes bem-sucedidos nos meios de comunicação.
“Sabíamos desde o início que o duplo comando de válvulas no cabeçote (DOHC) em combinação com a tecnologia de cabeça de cilindro de quatro válvulas e SCR era apenas um requisito”, referiu Henrikson. Com a solução DOHC em vigor, conseguimos desenvolver o sistema opcional Travão de Libertação por Compressão ("Compression Release Brake") para o nível de desempenho previsto. E o controlo preciso das válvulas a partir de cames suspensas é também uma necessidade para o avançado sistema Scania Twin-SCR com dosagem dupla de ureia.”
Não houve transferência da gama anterior para a nova gama; tudo foi revisto. Tudo teve de ser adaptado na perfeição desde o início, com novos injetores e uma bomba de combustível otimizada. Além disso, o cerne de um motor, a cambota, é o peso e a resistência otimizados para eficiência e durabilidade; a nova plataforma da Scania foi concebida e produzida com a mais recente tecnologia e a vida útil técnica aumentou em 30% em comparação com a geração anterior, apesar da diminuição das necessidades de manutenção.
O volume de expulsão é de 12,74 litros e a taxa de compressão é de 23:1, o que também significa que as entradas e saídas são de especial interesse para estes motores de alto desempenho. A “respiração” é vital para tudo, desde a eficiência até à potência real. Os novos motores da Scania adaptaram cuidadosamente as entradas e saídas, garantindo um bom fluxo através do motor. O próprio turbo e a interface para o coletor foram otimizados pelas mesmas razões. O pico de pressão no interior dos cilindros no seu curso de combustão é agora de 250 bar, algo que em conjunto com os injetores refinados, assegura uma utilização muito completa e minuciosa da energia no combustível.
O Scania Twin SCR faz a diferença
Mas quando se otimiza motores de combustão interna para eficiência de combustível e elevado rendimento energético, corre-se o risco de ter desafios relacionados com as emissões de NOx; pressões e temperaturas de combustão elevadas podem levar a níveis inaceitáveis de NOx. Então como é que a Scania lida com esta contradição?
“O nosso sistema Scania Twin SCR, introduzido pela primeira vez no novo V8 em 2020, trata deste assunto de forma muito eficaz”, afirmou Henrikson. “Ao injetar uma primeira dose de AdBlue na posição acoplada ao carregador turbo, imediatamente após a aba do travão de escape, onde os gases de escape ainda estão muito quentes, aumentamos dramaticamente a eficiência total do sistema de pós-tratamento. A segunda dose é então injetada na posição habitual dentro do sistema de pós-tratamento. Mas até lá, a tarefa é mais fácil, uma vez que o nível máximo de NOx já foi reduzido. O filtro de partículas, que é posicionado entre os dois catalisadores SCR, é regenerado sem posterior injeção adicional de combustível no sistema de escape. Em suma. o sistema Scania Twin-SCR é uma forma inteligente de fazer o melhor uso possível da energia no fluxo de escape.”
O novo sistema de pós-tratamento de escape da Scania é muito compacto e pode ser montado em três posições padrão para uma maior flexibilidade para os construtores de carroçarias. Pode ser encomendado com diferentes direções de saída com menor velocidade de saída, graças a uma abertura maior, reduzindo os problemas de poeira.
De facto, é justo afirmar que o sistema Scania Twin SCR é a razão mais importante subjacente à impressionante poupança de combustível dos novos motores Scania. Mudou os limites para a profundidade com que um motor de camião moderno, limpo e sustentável pode ser autorizado a libertar a energia no combustível sem sacrificar a conformidade com os aspetos legais das emissões de NOx.
Em algumas operações, estes motores atingirão de facto um nível de eficiência térmica superior a 50%, o que é notável. O novo sistema de pós-tratamento é uma solução de caixa única muito compacta e que oferece maior flexibilidade relativamente à sua posição e direções de saída. Isto será particularmente apreciado por construtores de carroçarias que procuram espaço nas partes laterais estrutura.
“Acreditamos que o novo sistema de pós-tratamento com a solução Scania Twin SCR é de grande interesse para a nossa indústria”, afirmou Henrikson. “Traz maior eficiência para os motores de combustão interna da Scania e garante a sua conformidade - ou inclusivamente superação - com as legislações de emissões atuais e previstas em todo o mundo, num futuro previsível.”
Baixa fricção e lubrificação otimizada
Os motores modernos como o novo Scania utilizam óleos avançados e ultra-finos de longa duração e sistemas auxiliares desengatáveis destinados a reduzir perdas. Mas é igualmente importante que o modelo de base seja criado tendo em mente o menor atrito interno possível. Na nova gama de motores, os engenheiros da Scania utilizaram toda a sua experiência para reduzir as perdas passivas através da otimização dos sistemas que fazem um motor funcionar suavemente e a temperaturas favoráveis:
“Tudo é orientado para o menor atrito possível, com superfícies polidas e acessórios ajustados no interior dos motores”, referiu Henrikson. “E o sistema de arrefecimento contribui para o arrefecimento correto nos pontos adequados e na altura certa, sendo essencial tanto para o desempenho do motor como para a sua durabilidade. Ao manter a temperatura de funcionamento a níveis ideais, com base no funcionamento real, garantimos que os nossos motores funcionam exatamente como previsto, enquanto salvaguardamos o tempo de funcionamento, a robustez e o tipo de vida útil inigualável que fazem parte da oferta da Scania para os nossos clientes.”
Desempenho suave dos travões do motor
Os camiões de longo curso Scania são há muito tempo conhecidos pelo sistema opcional de travagem auxiliar retardador. No entanto, a nova gama de motores tem como opção o novo sistema de travagem auxiliar de libertação por compressão (CRB) da Scania A tecnologia CRB significa que muitas combinações de tratores não necessitarão de um retardador, desde que a topografia não seja demasiado montanhosa. Isto aplica-se a muitas das combinações que constituem o núcleo de vendas e a base de clientes da Scania na Europa.
“Serão ainda necessários retardadores em operações mais duras com pesos de tonelagem bruta mais elevados”, afirmou Henrikson. “E acredito que muitos dos nossos clientes Scania ainda desejam ter um nos seus camiões, independentemente do seu funcionamento real. O mesmo acrescenta margens de segurança adicionais, menor manutenção e maior valor residual.”
De facto, um camião com o novo motor pode ser equipado com uma combinação do tradicional travão de escape (válvula borboleta no coletor de escape), o novo sistema CRB e um retardador R4700D (desengatável), criando um sistema auxiliar de mistura de travões com capacidade excecional para as operações mais exigentes.
Rotações mais baixas à velocidade de cruzeiro
A filosofia de sucesso de baixas rotações da Scania é muito conhecida na indústria dos transportes. Um camião que pode circular a pouco mais de 900 r/min utilizará, na maioria das operações, menos combustível. Com a nova gama, a Scania está a levar isto ainda mais longe. O grupo motopropulsor é verdadeiramente considerado como uma unidade integrada em que o motor, o sistema de pós-tratamento, a caixa de velocidades e o eixo motor funcionam como uma equipa monitorizada por sistemas de gestão com capacidades de processamento únicas.
Para esse efeito, a Scania está agora a introduzir um novo eixo traseiro com opções de engrenagem rápida; o mais rápido é de 1.95:1. No entanto, o camião tentará normalmente funcionar na 12ª marcha, uma vez que essa é a velocidade direta e proporciona menores perdas de transmissão. O OD é apenas integrado quando as condições são favoráveis. Isto também significa que o camião fará provavelmente mais mudanças do que alguns motoristas estão habituados, a fim de otimizar a poupança de combustível.
“A introdução do novo Scania Opticruise no ano passado abriu novas possibilidades para nós”, referiu Henrikson. “Tem uma extensão mais ampla, com uma 12ª marcha direta e uma verdadeira engrenagem de sobremarcha no topo, significando que conseguimos reduzir um pouco mais as rotações do motor à velocidade de cruzeiro. Em combinação com as engrenagens rápidas do eixo traseiro, é possível economizar 8% de combustível”.
O novo eixo traseiro Scania R756 pode ser encomendado com oito engrenagens diferentes; a versão mais rápida dará 1.95:1. Dispor de tantas engrenagens à escolha constitui um contributo vital para diminuir as rotações dos motores em camiões de longo curso à velocidade de cruzeiro, enquanto o aumento da dispersão na caixa de velocidades Scania Opticruise garante a capacidade de arranque necessária.
O primeiro a sair da nova gama de eixos é o R756, eventualmente disponível com oito opções diferentes relativamente à engrenagem, a mais rápida, uma versão 1.95:1. Graças à grande difusão nas caixas de velocidades G25 e G33, existe igualmente uma boa capacidade de arranque com estas engrenagens rápidas. Mas os fatores operacionais (tais como o peso bruto médio da tonelagem e o quão acidentadas supostamente são as estradas) devem, naturalmente, ser considerados ao especificar o camião em conjunto com a Scania.
PTO (tomadas de potência) flexíveis para todo o tipo de aplicações
A nova gama de grupos propulsores da Scania oferecerá nove soluções de tomada de força (PTO), capazes de satisfazer todos os tipos de exigências dos clientes, independentemente da sua aplicação. Caracterizam-se pelo seu maior desempenho, pela redução das perdas por arrastamento e pela sua vasta flexibilidade quando se trata de possíveis interfaces. São lubrificadas através de uma porta na caixa de velocidades, tornando-as adequadas para operações difíceis, tais como bombas hidráulicas.
Novas caixas de velocidades Scania Opticruise; a primeira foi introduzida em 2020
No ano passado, a Scania começou a introduzir uma nova gama de caixas de velocidades automatizadas que acabarão por substituir todas as atuais soluções automatizadas do Scania Opticruise. O G33CM foi o primeiro membro da nova gama, a que se junta agora o G25CM, uma iteração destinada a operações ligeiramente mais leves. Ambos serão emparelhados com os novos motores Scania: com as suas capacidades excelentes, todas as caixas de velocidades Scania Opticruise fornecem uma parte crucial do desempenho total do novo grupo motopropulsor.
“O G25 e o G33 são ambos indispensáveis para atingirmos os resultados que alcançámos”, afirmou Henrikson. “As caixas de velocidades Scania Opticruise são os facilitadores, graças à sua dispersão, de toda a configuração com o binário do motor a baixas rotações e às engrenagens de eixo rápido.”
As caixas de velocidades manuais automatizadas com o nome Scania Opticruise foram introduzidas pela primeira vez nos anos 90. A última geração, inicialmente representada pelo G33CM, é cerca de 60 kg mais leve do que as primeiras em virtude de as caixas serem totalmente em alumínio e de menor dimensão. Outra realização fundamental foi a redução do ruído, um requisito prévio para satisfazer as exigências legais.
A nova gama de caixas de velocidades da Scania consiste agora em duas iterações: G25 e G33. Possuem compartimentos totalmente em alumínio e dimensões ligeiramente menores, resultando numa redução de peso de 60 kg comparativamente com as anteriores. Com menor fricção interna e uma distribuição mais ampla, satisfazem os requisitos dos motores de baixa rotação da Scania. Contribuem para uma maior poupança de combustível, constituindo uma parte verdadeiramente integrada da gestão global do grupo motopropulsor.
Tal como acontece com a nova gama de motores, os intervalos de troca de óleo foram muito melhorados, devido à maior precisão e à utilização de filtros de óleo maiores e de óleo de alta qualidade. A nova gama de caixas de velocidades Scania Opticruise já chegou aos clientes e aos meios de comunicação. Durante os seus primeiros meses de serviço (outono de 2020), foi utilizado um G33CM em dois grandes testes de comparação contra ferozes competidores. Em ambos os casos, passou com distinção e recebeu imenso reconhecimento pela rápida mudança de velocidades e pela sua transferência de potência praticamente sem interrupções.
Filosofia de baixa rotação/torque elevado da Scania: como funciona
Os diesels modernos da Scania como a nova gama fornecem o seu torque de pico a partir de rotações a apenas algumas centenas de r/min acima do ralenti - e a acumulação de torque é muito rápida a partir do ralenti. O torque maciço também significa que estes motores têm uma resistência extrema - continuam a fornecer o torque e a propulsão necessários sem esforço em RPM em que os motores das gerações mais antigas que há muito tempo exigiam reduções de marcha para rotações mais elevadas. Então, como é que os clientes Scania tiram benefício disto?
A resposta simples é que menos rotações também significa menos injeção de combustível (uma vez que um motor de quatro tempos necessita de uma injeção de combustível a cada quarto tempos). E quando se associa a excelente resistência dos novos motores à nova caixa de velocidades, ao novo sistema de pós-tratamento e aos novos eixos traseiros, acaba-se por ter um excelente desempenho do combustível, uma vez que todos trabalham em conjunto e são monitorizados e geridos eletronicamente em paralelo.
Isto significa que uma combinação regular > 40 toneladas de trator e reboque irá normalmente cruzar a maior parte das vezes na 12ª marcha direta, quando carregado. Fá-lo tirando partido do seguinte: 1) do binário do motor; 2) das baixas perdas de transmissão na transmissão direta; e 3) da engrenagem rápida no eixo traseiro (possibilitada pela ampla difusão total nas caixas de velocidades Scania Opticruise). E quando o camião está levemente carregado ou descarregado ou a descer ligeiramente, a filosofia de baixa rotação pode ser levada ainda mais longe ao integrar a verdadeira OD acima da 12ª marcha direta.