Moottorit koneita varten
Teemu Hautamäki (vasemmalla) ja Pekka Karjalainen
John Deere Forestry tekee tiivistä yhteistyötä John Deeren moottoritehtaan kanssa. Näin saadaan aikaan markkinoiden paras metsäkonemoottori.
John Deerellä on yksi selkeä etu muihin metsäkonevalmistajiin verrattuna: oma moottoritehdas. Tiivis yhteistyö antaa erinomaiset mahdollisuudet optimoida moottori nimenomaan metsäkonetta varten. Metsäkonemoottorin vaatimukset huomioidaan jo suunnitteluvaiheessa, eikä suorituskyvyn suhteen tarvitse tehdä kompromisseja.
John Deere -konserniin kuuluva JDPS (John Deere Power Systems) valmistaa moottoreita yli 700 laitevalmistajalle ympäri maailmaa maansiirto-, meri-, maatalous- ja metsäkoneisiin, kompressoreihin, generaattoreihin, kastelupumppuihin ja maakaasukäyttöisiin ajoneuvoihin. Vuodesta 1949 lähtien John Deere on suunnitellut ja valmistanut yli 5 miljoonaa dieselmoottoria. Suurimmat vaatimukset moottorin suorituskyvylle asettaa metsäkone. Kuormitusmuutokset ovat metsäkonekäytössä erittäin nopeita ja moottorin tulee toimia saumatta lukuisten muiden järjestelmien ja komponenttien, kuten ajovoimansiirron, puomin ja harvesteripään kanssa.
John Deere Forestryn ja Power Systemsin välinen yhteistyö alkaa moottorin vaatimusten määrittelyllä, esimerkiksi paras mahdollinen suorituskyky kaikilla kierroslukualueilla. ”Metsäkonemoottorit asettavat erityisen haastavia vaatimuksia. On löydettävä polttoainetaloudellisuuden kannalta parhaat ratkaisut, mutta myöskään moottorin reagoinnista ei voi tinkiä. Yhteistyömme ansiosta meillä on perusteellista tietoa metsäkoneiden toiminnasta, ja olemme kehittäneet tämän tiedon perusteella kalibrointistrategian, joka on metsäkonealalla ainutlaatuinen. Tätä strategiaa sovelletaan nykyään kaikkien John Deere -metsäkonemoottorien suunnittelussa 4,5-litraisista 9-litraisiin. Olemme myös kehittäneet kuormitusvasteen testausmenetelmiä, ja hyödynnämme tämän työn tuloksia myös muissa kalibroinneissa", kertoo JDPS:n suorituskyky- ja kalibrointitiimin Stefanie Dieringer.
Suunnittelupöydältä testaukseen
Uuden moottorin kehitystyö on useiden vuosien mittainen prosessi. Tavoitteiden asettamisen jälkeen alkaa suunnittelu ja komponenttien ja järjestelmien huolellinen ja pitkäjänteinen testaus. Esimerkiksi Stage IIIb/ Interim Tier 4 -moottoreiden kehitys aloitettiin ensimmäisillä konseptikoneilla jo vuonna 2008, kun tavoite sarjatuotannon aloituksesta oli asetettu vuodelle 2013. Moottorin prototyypit ajoitetaan uusien konemallien projektiaikataulun mukaisesti ja John Deere Forestry jatkaa testausta omalta osaltaan sekä laboratoriossa että aidoissa kenttäolosuhteissa. Vakioituja testiolosuhteita varten John Deerellä on Tampereella käytössään kaksi termo-dynaamista testitilaa, joiden lämpötila saadaan pysymään vakaana poistamalla tilasta moottorin itsensä tuottama lämpö. Testitilat mahdollistavat kattavien testien tekemisen, jotta varmistetaan, että moottorille projektin alkuvaiheessa asetetut suorituskykyvaatimukset täyttyvät. Lopullinen testaus tehdään metsässä.
Teemu Hautamäki on ollut tehtävässään moottoritestaustiimin vetäjänä viisi vuotta. Pekka Karjalainen, vanhempi suunnitteluinsinööri, vastaa suunnittelussa John Deere Forestryn moottoreille asettamien tavoitteiden välittämisestä moottoritehtaan tuotekehitykselle. ”Tieto liikkuu jatkuvasti moottoritehtaan ja metsäkoneiden tuotekehityksen välillä. Yhteistyö mahdollistaa ongelmien ja vikojen paikallistamisen hyvissä ajoin ennen tuotteen lanseerausta. JDPS:n suorituskyky- ja polttoainekulutustestit antavat hyvät lähtötiedot jo koneprojektin alkuvaiheessa. Ja tarvittaessa moottorin ohjausta hienosäädetään ja testataan yhteistyössä. Lopputuloksena on toimiva kokonaisuus, jossa kaikki järjestelmät toimivat hyvin yhteen”, Teemu Hautamäki summaa yhteistyön merkityksestä.
Yhteistyöllä saavutettu huippulaatu
John Deeren Stage IV/FT4 -moottoreiden vääntö pysyy hyvänä myös matalilla työkierroksilla, moottorin melutaso on alhainen ja suorituskykyä on saatu parannettua, samalla kun polttoaineen kulutus on mm. isoissa harvesterimalleissa laskenut jopa 10 prosenttia verrattuna Stage IIIb/IT4-tasoon.
Stage IV/ FT4-päästömääräysten täyttäminen vaati jo aikaisemmin käytössä olleiden katalysaattorin (DOC) ja hiukkassuodattimen (DPF) lisäksi SCR-katalysaattorin ja ureajärjestelmän käyttöönoton. Kaikki päästömääräysten täyttämiseen vaadittavat komponentit on saatu sijoitettua koneen rakenteiden sisälle, jolloin ne eivät estä näkyvyyttä ja haittaa työskentelyä. Katseet ovat kuitenkin jo tulevassa. Seuraava Stage V -päästötaso 130 kW-560kW moottoreille tulee voiman vuonna 2019. John Deeren asiakkaat voivat nukkua yönsä hyvin, sillä tulevatkin määräykset täyttävä tekniikka on Deeren moottoritehtaalla jo olemassa.
EPA:n ja EU:n liikkuvia työkoneita koskevat päästövaatimukset: 37–560 kW (50–750 hp)
TEKSTI & KUVA: TERO IKÄHEIMONEN, In The Forest 1/2017