Napriek tomu, že sa v minulom storočí neustále vyvíjal, aby sa stal vysoko úspornou pohonnou jednotkou, je dieselový motor teraz ohrozený ako nikdy predtým. Takže 'aká je budúcnosť dieselového motora?' bola témou otázok, ktoré položil Dr. Staffan Lundgren, hlavný technologický poradca pre hnacie ústrojenstvo v skupine Volvo.
Prečo zostala nafta tak populárnym zdrojom energie?
Difúzne spaľovanie – kde sa spaľovanie koncentruje okolo vznietenia a kyslík je rozptýlený okolo spaľovacieho priestoru – je veľmi efektívne. Má minimálne straty energie na stenách motora sálaním alebo konvekciou – oveľa nižšie ako benzínový motor. Základný naftový motor je veľmi silný a znesie aj veľmi vysoké tlaky.
Ako efektívne je to?
Došlo k veľkým zlepšeniam – skok z približne 35 % účinnosti v 80. rokoch na dnešnú 50 % účinnosť. To znamená, že polovica paliva sa teraz využíva na užitočnú mechanickú prácu. Pre porovnanie – benzínový motor má účinnosť okolo 35 %. Tieto zisky pochádzajú z vysokotlakových systémov vstrekovania paliva Common Rail, preplňovania turbodúchadlom a zavedenia výpočtového výkonu na presné riadenie spaľovania a systémov riadenia dodatočnej úpravy.
Je požiadavka zákazníkov č. 1 na zvýšenie palivovej účinnosti?
Áno, dobrá spotreba paliva je najdôležitejším prvkom, ale zákazníci požadujú aj dobrý výkon a životnosť motora. Potom musí
byť odolné a spĺňať emisné požiadavky – a tie si niekedy navzájom konkurujú.
Sú aj motory výkonnejšie?
Existuje vzostupný trend – zákazníci prepravujú väčšie náklady a to si vyžaduje väčší výkon. Najväčší výkon skupiny Volvo Group je teraz 1,000 hp. Ale v porovnaní s osobnými autami sú všetky aplikácie pre ťažké zaťaženie stále (relatívne) poddimenzované.
Dieselový motor je obviňovaný z toho, že nie je šetrný k životnému prostrediu. Dokáže vyčistiť svoj čin?
Urobiť veľmi čisté dieselové motory je možné a v tomto odvetví dosiahol väčší pokrok ako odvetvie ľahkých úžitkových vozidiel. Čiastočným dôvodom je, že efektívnosť požadovaná zákazníkmi v sektore ťažkých nákladov je oveľa vyššia.
Aké ťažké bolo zvýšiť účinnosť a zároveň znížiť emisie?
Bola to výzva zdokonaliť termodynamický proces, aby sa kompenzovala záťaž spojená s pridaním systému dodatočnej úpravy SCR. Teraz sme však späť na ceste k zvyšovaniu efektivity krok za krokom.
Ako ďaleko môžete zájsť – nulové emisie?
Záleží na tom, čo máte na mysli pod pojmom emisie. Ak poháňate motor palivom bez uhlíka a spojíte ho s efektívnym spaľovacím procesom, ktorý nevytvára sadze, potom sú možné nulové emisie. Pracovali sme na používaní metánu a DME (dimetyléter) ako čistej alternatívy k nafte. Nie je to nová myšlienka, v roku 1900 bol dieselový motor úspešne poháňaný arašidovým olejom. Problém nie je v technológii fungovania čistých palív, ale skôr v ich dostupnosti. Ak sa však podarí vyriešiť otázku dodávok obnoviteľných palív, potom je možné, aby dieselové motory fungovali 100 % bez emisií CO2.
Nemajú čisté palivá aj svoje vlastné environmentálne výzvy?
Výroba biopalív by nemala konkurovať výrobe potravín – existujú však aj iné palivá, kde to nie je problém. Elektropalivá (E-palivá) využívajú slnečnú alebo veternú energiu na „krakovanie“ vody a spájajú ju s CO2 z metánu – a tieto palivá sa vyznačujú pomerne vysokou účinnosťou – uvádzaná až 80 %. To by mohol byť zaujímavý doplnok k elektrifikácii.
Ako rôzne palivá ovplyvňujú spaľovanie?
Z hľadiska účinnosti je motoru jedno, či molekula paliva pochádza z fosílneho alebo obnoviteľného zdroja. Takže s investíciou do správneho typu obnoviteľných palív by mal byť prechod na obnoviteľné zdroje jednoduchý.
Ako teda môžeme ďalej znižovať spotrebu paliva?
Ďalším veľkým krokom k zvýšeniu účinnosti motora/zníženiu spotreby paliva je jeho spojenie s elektromobilitou. Dopyt po motoroch v budúcnosti nebude taký rôznorodý ako dnes. Je rozdiel medzi tým, ako efektívny je motor na svojom „sladkom mieste“ a tým, ako efektívny je v rámci celého reálneho prevádzkového rozsahu. Spojenie motorov s elektromotormi, ako v prípade paralelných hybridov, umožňuje motoru bežať na čo najefektívnejšej úrovni. Elektrifikácia bude nepochybne súčasťou budúceho riešenia spaľovacieho pohonu.
Môže iná technológia pomôcť znížiť účty za palivo?
Príkladmi sú technológia stop/štart a 48V elektrické systémy, ktoré napájajú príslušenstvo skôr elektricky než mechanicky. Všetky tieto môžu mať budúce využitie v náročných aplikáciách, keď sa preukáže ich robustnosť. Ale ďalším dôležitým zdrojom vyššej účinnosti je rekuperácia tepla. To nie je ľahká úloha pri motoroch s vysokým zaťažením, pretože majú relatívne studené výfuky, ale stále existuje nádej, že sa to podarí zachytiť a urobiť z neho komerčnú životaschopnosť.
Aká je maximálna účinnosť, ktorú môže motor dosiahnuť?
Naftový motor má teoretickú účinnosť systému medzi 55-60 %. Pre porovnanie, najlepšie elektrárne fungujú s účinnosťou 50-55 % a palivové články majú tiež účinnosť okolo 50 % a viac – takže dieselové motory môžu byť neuveriteľne efektívne. To spolu so skutočnosťou, že motory pracujúce s elektrifikáciou budú mať často nižšiu spotrebu energie, bude znamenať, že spotreba paliva bude v budúcnosti klesať.
Ako dlho vydrží naftový motor?
Vznetový spaľovací motor zostáva cenovo veľmi efektívnym riešením na vytváranie mechanickej energie. Legislatíva, najmä v Európe, však dosť silne tlačí na elektrifikáciu, čo môže mať priamy vplyv na životnosť spaľovacieho motora. Máme pocit, že jeho použitie bude založené na aplikácii a že bude pokračovať po značnú dobu pri používaní na veľké vzdialenosti, ako sú zaoceánske lode a nákladné autá na dlhé vzdialenosti. Ale aj tu sa pravdepodobne bude používať zmes technológií.
Je diesel súčasťou budúcnosti?
Dieselový motor – v upravenej podobe – môže byť veľmi čistý a efektívny. Dobre sa hrá aj s elektrifikáciou. Ako výrobca musíme nájsť najlepšie riešenie na základe rozhodnutí spoločnosti. Nech sú akékoľvek, musíme byť pripravení.
