odborný článok

Agritechnica je celosvetovo považovaná za najdôležitejšiu inovačnú platformu pre poľnohospodársku techniku, v neposlednom rade aj vďaka „Agritechnica Innovation Award“. Výrobcovia už pred výstavou vopred predstavili množstvo produktov a niektoré z nich prihlásili do tejto inovačnej súťaže. Nižšie uvedený článok poskytuje prehľad najdôležitejších trendov v oblasti traktorov.

Spaľovacie motory sa ďalej vyvíjajú

Vývoj traktorov bol v posledných rokoch výrazne ovplyvnený požiadavkami na dodržiavanie emisných limitov. Vstrekovanie Common Rail, štvorventilová technika, turbodúchadlá, medzichladenie a elektronické riadenie motora predstavujú technologické základné kamene dieselových motorov, ktoré spĺňajú aktuálne platný emisný stupeň Stage V, aby boli schopné splniť požiadavky na výkon, spotrebu a emisie. Pre výkonové triedy od 56 do 560 kW sú nevyhnutné aj systémy dodatočnej úpravy výfukových plynov, dieselový oxidačný katalyzátor (DOC), filter pevných častíc (DPF) a selektívna katalytická redukcia (SCR), ktoré sú niekedy doplnené o recirkuláciu výfukových plynov (EGR). Viacero výrobcov teraz schválilo svoje emisné motory Stage V na používanie HVO (Hydrotreated Vege-table Oil).

Keďže sa do popredia dostáva problém CO₂, rozširuje sa ponuka spaľovacích motorov na alternatívne palivá. Cummins bol prvým výrobcom, ktorý začiatkom roka 2022 oznámil platformu motorov pre viaceré palivá (diesel/HVO, metán a vodík) so 6-valcovým motorom „Fuel-Agnostic“. Základom je jednotný základný motor, ktorý možno kombinovať s rôznymi modulmi hlavy valcov. FPT používa podobný prístup s XC13 (6 valcov, zdvihový objem 12,9 lit-ra), ktorý bol predstavený pred rokom ako „viacpalivový jednozákladný motor“. Nový koncept Cursor-X má predstavovať aj modulárny systém s modulmi hlavy valcov pre naftu/HVO, metán, vodík a ďalšie obnoviteľné palivá.

Spoločnosť AGCO Power tiež oznámila novú platformu motorov s radom Core. Prvým zástupcom bol Core 75 so 6 valcami a zdvihovým objemom 7,5 litra, ktorý sa používa v novom rade traktorov Fendt 700 Gen7 a je možné ho prevádzkovať aj s HVO. V budúcnosti by sa aj táto platforma mala dať ďalej rozvíjať, aby sa v závislosti od vývoja trhu dali využívať aj iné alternatívne palivá. S Core 50 určeným pre novú sériu Fendt 600 Vario je ďalší model motora už v štartovacích blokoch. S maximálnym výkonom 224 k (vrátane DynamicPower) tento 4-valcový motor so zdvihovým objemom 5,0 litra po prvý raz jednoznačne prekonal hranicu 200 k v traktoroch – pri nominálnych otáčkach len 1900 min-1.

Okrem Cummins a FPT pracujú na spaľovacích motoroch H₂ aj ďalší výrobcovia necestnej pohonnej techniky vrátane Deutz, JCB a Liebherr. Tento prístup sa v súčasnosti v priemysle úžitkových vozidiel považuje za najhospodárnejšie a najpraktickejšie riešenie na dosiahnutie zníženia CO₂ v krátkodobom a strednodobom horizonte pomocou bezuhlíkového vodíka. Predpokladom toho však vždy je, že pochádza zo zelených zdrojov. Vodík – podobne ako metán – môže byť vo vozidlách prepravovaný v plynnej forme v tlakových nádobách alebo v kvapalnej forme v izolovaných nádržiach. Technológie motora pre tieto dva zdroje energie sú tiež podobné (Ottov proces alebo High Pressure Direct Injection, HPDI).

Plynový motor teraz aj v poľnohospodárstve vďaka LNG

New Holland už ťažil z dlhoročných skúseností svojej sesterskej spoločnosti Iveco/FPT a v roku 2022 bol prvým výrobcom, ktorý priniesol na trh sériový traktor s plynovým motorom s T6.180 Methane Power. Metán sa sem dopravuje v plynnej forme vo forme CNG (Compressed Natural Gas) v tlakových nádobách. Keďže hustota energie CNG na liter objemu nádrže je len asi pätina hustoty nafty, prevádzkové časy takýchto vozidiel sú vo všeobecnosti obmedzené. Pomer je oveľa lepší pri kryogénnom, kvapalnom LNG (Liquefied Natural Gas), preto sa už roky používa v diaľkovej kamiónovej doprave. Doteraz nebol LNG v traktoroch takmer využívaný, pretože zvyčajné valcové, vákuovo izolované nádrže sa ťažko integrujú do obmedzeného inštalačného priestoru traktora. Dlhšie prestoje môžu taktiež viesť k väčšiemu množstvu vyvareného plynu (straty výfukovej pary).

S T7.270 Methane Power LNG teraz New Holland predstavuje plynový ťahač s nádržami na LNG, ktorý by sa mal týmto problémom vyhnúť. Vďaka špeciálnej technológii s dvojitou stenou už vákuovo izolované nádrže na LNG nemusia mať nevyhnutne valcový tvar a možno ich teda lepšie prispôsobiť priestorovým podmienkam typickým pre traktory – podobne ako nádrže na naftu. T7.270 LNG dokáže prepraviť 200 kilogramov metánu, čo je približne sedemkrát viac v porovnaní s približne 30 kilogramami T6.180 Methane Power (na základe integrovaných nádob na CNG). New Holland rieši problém varu s plynom pomocou „kryochladiča“, ktorý udržuje metán neustále pod teplotou mínus 162 °C, a teda v tekutom stave. Energia potrebná pre elektricky poháňaný chladič je veľmi nízka a pochádza z batérie, ktorú je možné nabíjať buď prostredníctvom externého zdroja energie, alebo integrovaného generátora IC (prevádzka s vyvareným plynom). To znamená, že koncepty plynových motorov na skvapalnený zemný plyn by sa teraz mohli stať vhodnou možnosťou pohonu aj v poľnohospodárstve v kombinácii s možnosťou využívať vlastný bioplyn (bio-LNG) ako palivo v CO₂ neutrálnych cykloch.

Batériový pohon si pomaly, ale isto razí cestu do sveta

Technológia batérií sa neustále vyvíja a v posledných rokoch sa gravimetrická aj objemová hustota energie neustále zvyšuje (Wh.kg-1 a Wh.l-1). Z dnešného pohľadu však batérie vždy zostanú relatívne veľké a ťažké, a preto sú nimi vybavené vozidlá vhodné predovšetkým pre ľahké a stredne náročné aplikácie alebo pre periodicky sa opakujúce práce, kde je dostatok času na medzinabíjanie. V poľnohospodárstve sú takéto podmienky okrem iného aj pri menších traktoroch, ktoré teraz postupne prichádzajú na trh.

 Kompaktný traktor SKE 40 Electric (trvalý/špičkový pohon 40/64 kW, kapacita batérie 50 kWh) vyrába Rigitrac od tohto roku v malých sériách. Na rok 2024 sú ohlásené úzkorozchodné traktory Fendt e107 V Vario (trvalý/špičkový výkon 55/66 kW, kapacita batérie 100 kWh) a New Holland T4 Electric Power (trvalý/špičkový výkon 55/89 kW, kapacita batérie 110 kWh). Nabíjací výkon striedavým prúdom (AC) je 22 kW pre všetky tri modely a medzi 80 a 100 kW pre modely s jednosmerným prúdom (DC).

Pohony na palivové články sú stále v plienkach

 Pohony na palivové články sú tiež elektrické systémy. Elektrina však nepochádza zo zásuvky, ale vyrába sa z vodíka na vozidle. Keďže palivové články nedokážu rýchlo reagovať na zmeny zaťaženia a optimálna účinnosť je v rozsahu stredného zaťaženia, v pohonoch vozidiel sa vždy kombinujú s vyrovnávacími batériami. Vo väčšine prípadov je palivový článok hlavným prvkom a batéria je doplnkovým prvkom, ktorý pokrýva špičkové zaťaženie a môže uchovávať brzdnú energiu. Palivový článok možno použiť aj ako „predlžovač dojazdu“ na predĺženie dojazdu elektromobilov na batérie.

Aktuálne prototypy/štúdie sú k dispozícii okrem iného od spoločnosti Fendt. HELIOS (hydrogén-elektrický traktorový systém), vyvinutý ako súčasť výskumného projektu H₂Agrar, pracuje s 100 kW palivovým článkom a 25 kWh vyrovnávacou batériou. Možno ho teda priradiť k pojmu „palivové články ako hlavný pohon“. V piatich vysokotlakových nádobách namontovaných nad strechou kabíny (700 barov) je možné prepravovať celkovo 21 kg vodíka. Schopnosť prepraviť dostatok energie pre požadované prevádzkové časy/dojazd je tiež vo všeobecnosti veľkou výzvou pre vozidlá s palivovými článkami.

V súťaži DLG „AgriFuture Concept Winner 2023“ predložil Fendt aj štúdiu mobilného palivového článku, ktorý dokáže vyrábať elektrickú energiu zo zeleného metanolu a tak nepretržite dobíjať batériu Fendt e107 V Vario. Kvapalný metanol sa prepravuje v 60-litrovej palivovej nádrži a nemusí byť tlakovaný ani chladený. Palivový článok má výkon 15 kW a zo 60 litrov metanolu dokáže vyrobiť okolo 100 kWh elektrickej energie. Pri nízkom/strednom využití je možné prevádzkovú dobu akumulátorového elektrického traktora e107 V Vario zdvojnásobiť. Modul palivových článkov je pripevnený k prednému alebo zadnému napájaciemu vývodu a elektrické pripojenie sa vykonáva pomocou zástrčky AEF. Toto riešenie zodpovedá konceptu „palivový článok ako predlžovač dojazdu“.

Hybridizácia: riešenie pre stredné a väčšie traktory?

Steyr Hybrid CVT predstavuje CNH modulárny hybridný koncept pre stredné a veľké štandardné traktory. Prezentovaný prototyp vychádza zo sériového modelu základnej triede 6-valca (výkon 180 k, rázvor < 2,8 metra), ale dieselový motor tu produkuje 260 k. Z pôvodného pomeru 1:1 je prevzatá známa hydrostaticko-mechanická bezstupňová prevodovka. Úplne nový je však nosič prednej nápravy s odpruženým nezávislým zavesením kolies a dvoma integrovanými elektromotormi. Generátor je poháňaný naftovým motorom cez prevodový pomer a generovaný elektrický výkon (až 75 kW) odovzdáva elektromotoru cez výkonovú elektroniku. Elektrická energia sa tak premieňa späť na mechanickú energiu, ktorá je cez dvojstupňovú prevodovku vedená do ozubeného venca diferenciálu prednej nápravy. Predná náprava môže byť naďalej poháňaná mechanicky cez klasickú lamelovú spojku. V elektrotechnickom odvetví sú to aj SuperCaps (elektrostatické zásobníky energie, ktoré v krátkom čase absorbujú a uvoľňujú veľa energie, ale dokážu uložiť len malé množstvo energie), brzdový odpor a vysokonapäťová zásuvka AEF vpredu a zadná časť.

Tieto komponenty a sériovo-paralelná hybridná štruktúra umožňujú množstvo funkcií, ktoré sú pre traktory nové. Patrí medzi ne variabilný, aktívne riadený predstih prednej nápravy (E-Steering), funkcia elektrického posilňovača pre rýchle zrýchlenie počas prepravy (E-Boost), kompenzácia špičiek zaťaženia (plnenie E-Torque) a čisto dieselelektrický pohon, jazda pri nenáročnej práci s nízkymi otáčkami motora (režim E-CVT / E-Shuttle), ako aj brzdový retardér s trvalým výkonom 20 kW (E-Braking). Medzi ďalšie funkcie patrí variabilné rozdeľovanie krútiaceho momentu medzi nápravy (E-Torque Vectoring) a dodávka elektrického výkonu až 75 kW do prídavných zariadení (E-Implement).

Evolučný vývoj v prevodovkách

Hybridná koncepcia CNH zapadá do trendu holistických koncepcií pohonu, ktoré presahujú predchádzajúce systémy vznetového motora a prevodovky a umožňujú tak nové funkcie. Medzi predchádzajúce príklady patrí prevodovka VarioDrive/ koncept pohonu všetkých kolies od spoločnosti Fendt a prevodovka eAutoPowr od spoločnosti John Deere s elektricko-mechanickým rozdelením výkonu