Čeprav so ga v zadnjem stoletju nenehno razvijali, da bi postal pogonska enota z visoko učinkovitostjo goriva, je dizelski motor zdaj ogrožen kot še nikoli prej. Kakšna je torej prihodnost dizelskega motorja? je bila tema vprašanj dr. Staffana Lundgrena, višjega tehnološkega svetovalca za pogonske sklope pri skupini Volvo.
Zakaj je dizel ostal tako priljubljen vir energije?
Difuzijsko zgorevanje – kjer je zgorevanje koncentrirano okoli vžiga, kisik pa se razprši okoli območja zgorevanja – je zelo učinkovito. Ima minimalne izgube energije do sten motorja zaradi sevanja ali konvekcije – veliko nižje kot bencinski motor. Osnovni dizelski motor je zelo močan in prenese zelo visoke pritiske.
Kako učinkovito je?
Prišlo je do velikih izboljšav – s približno 35-odstotne učinkovitosti v osemdesetih letih prejšnjega stoletja na današnjo 50-odstotno učinkovitost. To pomeni, da se polovica goriva porabi za koristno mehansko delo. Za referenco – bencinski motor je približno 35-odstotno učinkovit. Te pridobitve izvirajo iz visokotlačnih sistemov vbrizgavanja goriva po skupnem vodu, turbo polnjenja in uvedbe računalniške moči za natančen nadzor nad sistemi za upravljanje zgorevanja in naknadne obdelave.
Ali je povečanje učinkovitosti porabe goriva številka 1?
Da, dober izkoristek goriva je najpomembnejši element, vendar kupci zahtevajo tudi dobro zmogljivost motorja in vzdržljivost. Potem je treba
biti vzdržljivi in izpolnjevati zahteve glede emisij – ti pa včasih tekmujejo med seboj.
Ali postajajo tudi motorji močnejši?
Obstaja trend navzgor – stranke premikajo večje tovore in to zahteva večjo moč. Največja proizvodnja skupine Volvo je zdaj 1,000 KM. Toda v primerjavi z osebnimi avtomobili so vse težke aplikacije še vedno (razmeroma) premajhne.
Dizelskemu motorju očitajo, da je okolju neprijazen. Ali lahko počisti svoje dejanje?
Dizelske motorje je mogoče narediti zelo čiste in v tem je industrija težkih tovorov dosegla večji napredek kot sektor lahkih tovorov. Delni razlog za to je, da je učinkovitost, ki jo zahtevajo stranke v težkem sektorju, veliko večja.
Kako težko je bilo povečati učinkovitost in hkrati zmanjšati emisije?
Izziv je bil izboljšati termodinamični proces, da bi nadomestili breme dodajanja sistema za naknadno obdelavo SCR. Toda zdaj smo spet na pravi poti, da korak za korakom povečamo učinkovitost.
Koliko dlje lahko greš – brez emisij?
Odvisno kaj misliš z emisijami. Če poganjate motor z gorivom brez ogljika in ga povežete z učinkovitim procesom zgorevanja, ki ne ustvarja saj, potem so možne ničelne emisije. Delali smo na uporabi metana in DME (dimetil etra) kot čistih alternativ dizlu. To ni nova ideja, leta 1900 je dizelski motor uspešno deloval na arašidovo olje. Težava ni v tehnologiji za delovanje čistih goriv, temveč v njihovi razpoložljivosti. Toda če je mogoče rešiti vprašanje oskrbe z obnovljivimi gorivi, potem je mogoče, da dizelski motorji delujejo 100 % brez CO2.
Ali čista goriva nimajo tudi svojih okoljskih izzivov?
Proizvodnja biogoriv ne bi smela tekmovati s proizvodnjo hrane – vendar obstajajo druga goriva, kjer to ni problem. Elektrogoriva (E-goriva) uporabljajo sončno ali vetrno energijo za 'razbijanje' vode in jo kombinirajo s CO2 iz metana – in ta goriva imajo precej visoko učinkovitost – po trditvah do 80 %. To bi lahko bilo zanimivo dopolnilo k elektrifikaciji.
Kako različna goriva vplivajo na zgorevanje?
Z vidika učinkovitosti je motorju vseeno, ali molekula goriva prihaja iz fosilnega ali obnovljivega vira. Z naložbo v pravo vrsto obnovljivih goriv bi torej moral biti prehod na obnovljive vire preprost.
Kako torej še zmanjšati porabo goriva?
Naslednji velik korak pri povečanju učinkovitosti motorja/znižanju porabe goriva je njegova kombinacija z elektromobilnostjo. Povpraševanje po motorjih v prihodnosti ne bo tako pestro, kot je danes. Obstaja razlika med tem, kako učinkovit je motor na svoji "sladki točki" in kako učinkovit v celotnem dejanskem območju delovanja. Kombinacija motorjev z električnimi motorji, kot pri vzporednih hibridih, omogoča, da motor deluje na najučinkovitejši ravni. Brez dvoma bo elektrifikacija del prihodnje rešitve pogonskega sistema z zgorevanjem.
Ali lahko druga tehnologija pomaga znižati račune za gorivo?
Primeri so tehnologija stop/start in električni sistemi 48 V, ki napajajo pomožne naprave električno, namesto mehansko. Vsi ti bodo morda v prihodnosti uporabljeni v težkih aplikacijah, ko bo dokazana njihova robustnost. Drugi pomemben vir večje učinkovitosti pa je rekuperacija toplote. To ni lahka naloga pri težkih motorjih, saj tečejo relativno hladni izpuhi, vendar še vedno obstaja upanje, da ga bomo zajeli in ga naredili komercialno uspešnega.
Kolikšen je največji izkoristek, ki ga lahko doseže motor?
Dizelski motor ima teoretično sistemsko učinkovitost med 55-60 %. Za referenco, najboljše elektrarne delujejo z 50-55% učinkovitostjo, gorivne celice pa so tudi približno 50%+ učinkovite – tako da so lahko dizelski motorji neverjetno učinkoviti. To bo poleg dejstva, da bodo imeli motorji, ki delujejo z elektrifikacijo, pogosto manjše potrebe po moči, pomenilo, da se bo poraba goriva v prihodnosti zmanjšala.
Kako dolgo lahko dizelski motor preživi?
Dizelski motor z notranjim izgorevanjem ostaja stroškovno zelo učinkovita rešitev za ustvarjanje mehanske energije. Kljub temu zakonodaja, zlasti v Evropi, precej močno spodbuja elektrifikacijo, kar lahko neposredno vpliva na dolgo življenjsko dobo motorja z notranjim izgorevanjem. Menimo, da bo njegova uporaba temeljila na aplikacijah in da se bo nadaljevala precej časa pri uporabi na dolge razdalje, kot so čezoceanske ladje in tovornjaki za dolge razdalje. Toda tudi tukaj bo verjetno uporabljena mešanica tehnologij.
Je dizel del prihodnosti?
Dizelski motor – v spremenjeni obliki – je lahko zelo čist in učinkovit. Dobro se igra tudi z elektrifikacijo. Kot proizvajalec moramo najti najboljšo rešitev na podlagi odločitev družbe. Karkoli že so, moramo biti pripravljeni.
