Въпреки непрекъснатото развитие през последния век, за да се превърне в енергиен агрегат с висока горивна ефективност, дизеловият двигател сега е под заплаха както никога досега. И така, „какво е бъдещето на дизеловия двигател?“ беше темата на въпросите, зададени на д-р Стафан Лундгрен, старши технологичен съветник за задвижване във Volvo Group.
Защо дизелът остава толкова популярен източник на енергия?
Дифузионното горене – при което горенето е концентрирано около запалването, а кислородът се разпространява около зоната на горене – е много ефективно. Той има минимални загуби на енергия към стените на двигателя чрез радиация или конвекция – много по-ниски от бензинов двигател. Основният дизелов двигател е много здрав и може да издържи на много високо налягане.
Колко е ефективен?
Има големи подобрения – скок от около 35% ефективност през 80-те години до днешните 50% ефективност. Това означава, че половината от горивото сега се използва за полезна механична работа. За справка – бензиновият двигател е с около 35% ефективност. Тези предимства идват от системите за впръскване на гориво Common Rail под високо налягане, турбокомпресора и въвеждането на изчислителна мощност за прецизен контрол на системите за управление на горенето и последващата обработка.
Повишаването на горивната ефективност номер едно ли е търсенето на клиентите?
Да, добрата горивна ефективност е най-важният елемент, но клиентите също изискват добра производителност и издръжливост на двигателя. Тогава се налага
да бъдат издръжливи и да отговарят на изискванията за емисии – а те понякога се конкурират помежду си.
Стават ли и двигателите по-мощни?
Има възходяща тенденция – клиентите преместват по-големи товари и това изисква по-голяма мощност. Най-голямата мощност на Volvo Group сега е 1,000 к.с. Но в сравнение с леките автомобили, всички тежкотоварни приложения все още са (сравнително) недостатъчно мощностни.
Дизеловият двигател е обвинен, че не е екологичен. Може ли да изчисти действието си?
Да направим дизеловите двигатели много чисти е възможно и това е нещо, в което тежкотоварната промишленост е постигнала по-голям напредък от сектора на леките товари. Част от причината за това е, че ефективността, изисквана от клиентите в тежкотоварния сектор, е много по-висока.
Колко трудно беше да се увеличи ефективността, като в същото време се намалят емисиите?
Беше предизвикателство да се усъвършенства термодинамичният процес, за да се компенсира тежестта от добавянето на SCR система за последваща обработка. Но сега сме отново на път да увеличаваме ефективността стъпка по стъпка.
Колко още можете да стигнете – нулеви емисии?
Зависи какво имаш предвид под емисии. Ако задвижвате двигателя с гориво без въглерод и го комбинирате с ефективен процес на горене, който не създава сажди, тогава са възможни нулеви емисии. Работим върху използването на метан и DME (диметилов етер) като чисти алтернативи на дизела. Това не е нова идея, през 1900 г. дизеловият двигател успешно работи с фъстъчено масло. Проблемът не е в технологията за работа на чистите горива, а по-скоро в тяхната наличност. Но ако проблемът с доставките на възобновяеми горива може да бъде решен, тогава е възможно дизеловите двигатели да работят 100% без CO2.
Нима чистите горива също нямат своите екологични предизвикателства?
Производството на биогорива не трябва да се конкурира с производството на храни – но има други горива, при които това не е проблем. Електрогоривата (E-горива) използват слънчева или вятърна енергия, за да „разбиват“ водата и да я комбинират с CO2 от метан – и тези горива се отличават с доста висока ефективност – до 80% се твърди. Това може да бъде интересно допълнение към електрификацията.
Как различните горива влияят на горенето?
От гледна точка на ефективност, двигателят не се интересува дали молекулата на горивото идва от изкопаем или възобновяем източник. Така че с инвестиция в правилния тип възобновяеми горива, преходът към възобновяеми енергийни източници трябва да бъде лесен.
И така, как да намалим допълнително разхода на гориво?
Следващата голяма стъпка в повишаване на ефективността на двигателя/намаляване на разхода на гориво е комбинацията му с електромобилност. Търсенето на двигатели в бъдеще няма да бъде толкова разнообразно, колкото е днес. Има разлика между това доколко ефикасен е един двигател в „сладкото си място“ и колко е ефективен в целия работен диапазон в реалния свят. Партньорството на двигатели с електрически двигатели, както при паралелните хибриди, позволява на двигателя да работи на най-ефективното си ниво. Без съмнение електрификацията ще бъде част от бъдещото решение за задвижване с вътрешно горене.
Може ли друга технология да помогне за намаляване на сметките за гориво?
Примери за това са технологията стоп/старт и 48V електрически системи, които захранват спомагателните устройства електрически, а не механично. Всички те могат да имат бъдещи приложения в тежки приложения, след като тяхната здравина бъде доказана. Но друг важен източник на по-голяма ефективност е възстановяването на топлината. Това не е лесна задача за тежкотоварни двигатели, тъй като те работят с относително студени изгорели газове, но все още има надежда да го уловим и да го направим търговски жизнеспособен.
Каква е максималната ефективност, която може да постигне един двигател?
Дизеловият двигател има теоретична системна ефективност между 55-60%. За справка, най-добрите електроцентрали работят с 50-55% ефективност, а горивните клетки също са около 50%+ ефективност – така че дизеловите двигатели могат да бъдат невероятно ефективни. Това, добавено към факта, че двигателите, работещи с електрификация, често ще имат по-ниско търсене на мощност, ще означава, че потреблението на гориво ще намалее в бъдеще.
Колко дълго може да оцелее дизеловият двигател?
Дизеловият двигател с вътрешно горене остава много рентабилно решение за създаване на механична енергия. Въпреки това законодателството, особено в Европа, настоява доста силно за електрификация и това може да повлияе пряко върху дълголетието на двигателя с вътрешно горене. Нашето усещане е, че използването му ще бъде базирано на приложения и че ще продължи значително време при употреба на дълги разстояния, като например океански кораби и камиони за дълги разстояния. Но дори и тук вероятно ще има комбинация от използвани технологии.
Дизелът част ли е от бъдещето?
Дизеловият двигател – в модифициран вид – може да бъде много чист и ефективен. Освен това играе добре с електрификацията. Като производител трябва да намерим най-доброто решение въз основа на решенията, които обществото взема. Каквито и да са те, трябва да сме подготвени.
