STX.8 IC Tier 4 Final prototyyppi moottorimoduulin sähköistys
Rantanen, Juho Anton (2016)
2016
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-02-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201601211009
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201601211009
Tiivistelmä
Ei-tieliikennekäytössä olevien dieselmoottoreiden päästörajoja on kiristetty 1990-luvun puolesta välistä lähtien. Pohjois-Amerikassa on noudatettava nykyisin Tier 4 Final ja Euroopassa Stage IV päästörajoituksia, jotka ovat kiristäneet erityisesti typen oksidien ja hiukkasten sallittua määrää moottoreiden pakokaasuissa. Tier 3 / Stage III moottoreissa vaaditut päästörajoitukset on mahdollista saavuttaa ainoastaan moottorin ohjausta kehittämällä mutta Tier 4 Interim / Stage IIB ja Tier 4 Final / Stage IV rajoitukset vaativat dieselmoottorit vaativat käytännössä pakokaasuille jälkikäsittelyä. DOC-hapetuskatalysaattorilla saadaan vähennettyä hiilimonoksidin ja hiilivetyjen määrää. DPF-hiukkassuodattimella kerätään pakokaasuista hiukkaset ja noki pois. Typen oksidien vähentämiseen voidaan käyttää pakokaasujen uudelleenkierrätystä sylintereihin tai ureajärjestelmää (SCR). Myös muita tekniikoita päästöjen vähentämiseen löytyy.
Tämä työ käsittelee Metson STX.8 mobiiliseulojen uuden moottorimoduulin prototyypin sähköistystä. Moottorimoduuliin asennettiin Tier 4 Final päästörajoitukset täyttävä Caterpillarin C3.4B dieselmoottori. Prototyypillä oli tarkoitus varmistaa, että kyseinen moottori on niin taloudellisesti kuin myös teknisesti järkevin vaihtoehto uuteen moduuliin. C3.4B dieselmoottorissa pakokaasujen jälkikäsittelyyn käytetään DOC-hapetuskatalysaattoria ja SCR-ureajärjestelmää. Molemmat tarvitsevat toimiakseen erilaisia antureita ja toimilaitteita. C3.4B moottorissa näiden laitteiden sähköistys jää OEM:n vastuulle. Tässä työssä suunniteltiin prototyyppiin tarvittava sähkökeskus ja johdinsarja.
Työssä suurimmaksi haasteeksi muodostui C3.4B dieselmoottorin vaatima 12 voltin ohjausjännite. Metson mobiililaitteissa käytetty ohjausjännite on 24 volttia, jonka myös automaatiojärjestelmä tarvitsee toimiakseen, joten näiden jännitteiden yhdistämiseen tarvittiin järkevä ratkaisu. Suunnittelun aikana päätettiin asentaa keskukseen hakkuriteholähteet, joilla saatiin 24 voltin jännite aikaiseksi. Moduulin testauksen aikana huomattiin dieselmoottoria käynnistettäessä, että jännite akuilla laskee liian alhaiseksi hakkureille eivätkä ne pysyneet käynnissä. Parhaimmaksi ratkaisuksi todettiin erottaa akut dieselmoottorin käynnistyksen ajaksi, jolloin toinen akuista syöttää yksinään hakkureita ja toinen starttimoottoria. Ratkaisu toimi ja moottorimoduuli voitiin asentaa asiakkaan ST358 mobiiliseulaan testaukseen.
Vaikka suunnittelun ja kokoonpanon aikana kohdattiin muutamia haasteita, saatiin työssä suunniteltua toimiva ratkaisu C3.4B dieselmoottorin sisältämän moottorimoduulin sähköistämiseksi. Kustannusten tarkastelu ja lopullinen päätös C3.4B moottorin jatkon suhteen jäi myöhempään ajankohtaan.
Tämä työ käsittelee Metson STX.8 mobiiliseulojen uuden moottorimoduulin prototyypin sähköistystä. Moottorimoduuliin asennettiin Tier 4 Final päästörajoitukset täyttävä Caterpillarin C3.4B dieselmoottori. Prototyypillä oli tarkoitus varmistaa, että kyseinen moottori on niin taloudellisesti kuin myös teknisesti järkevin vaihtoehto uuteen moduuliin. C3.4B dieselmoottorissa pakokaasujen jälkikäsittelyyn käytetään DOC-hapetuskatalysaattoria ja SCR-ureajärjestelmää. Molemmat tarvitsevat toimiakseen erilaisia antureita ja toimilaitteita. C3.4B moottorissa näiden laitteiden sähköistys jää OEM:n vastuulle. Tässä työssä suunniteltiin prototyyppiin tarvittava sähkökeskus ja johdinsarja.
Työssä suurimmaksi haasteeksi muodostui C3.4B dieselmoottorin vaatima 12 voltin ohjausjännite. Metson mobiililaitteissa käytetty ohjausjännite on 24 volttia, jonka myös automaatiojärjestelmä tarvitsee toimiakseen, joten näiden jännitteiden yhdistämiseen tarvittiin järkevä ratkaisu. Suunnittelun aikana päätettiin asentaa keskukseen hakkuriteholähteet, joilla saatiin 24 voltin jännite aikaiseksi. Moduulin testauksen aikana huomattiin dieselmoottoria käynnistettäessä, että jännite akuilla laskee liian alhaiseksi hakkureille eivätkä ne pysyneet käynnissä. Parhaimmaksi ratkaisuksi todettiin erottaa akut dieselmoottorin käynnistyksen ajaksi, jolloin toinen akuista syöttää yksinään hakkureita ja toinen starttimoottoria. Ratkaisu toimi ja moottorimoduuli voitiin asentaa asiakkaan ST358 mobiiliseulaan testaukseen.
Vaikka suunnittelun ja kokoonpanon aikana kohdattiin muutamia haasteita, saatiin työssä suunniteltua toimiva ratkaisu C3.4B dieselmoottorin sisältämän moottorimoduulin sähköistämiseksi. Kustannusten tarkastelu ja lopullinen päätös C3.4B moottorin jatkon suhteen jäi myöhempään ajankohtaan.