Neraugoties uz to, ka pēdējā gadsimta laikā dīzeļdzinējs ir pastāvīgi pilnveidots, lai kļūtu par ļoti ekonomisku spēka agregātu, dīzeļdzinējs tagad ir apdraudēts kā nekad agrāk. Tātad, kāda ir dīzeļdzinēja nākotne? Šī tēma bija jautājumiem, ko uzdeva Volvo grupas vecākais padomnieks spēka piedziņas tehnoloģiju jautājumos Dr. Stafans Lundgrēns.
Kāpēc dīzelis joprojām ir tik populārs enerģijas avots?
Difūzijas sadegšana – kur sadegšana koncentrējas ap aizdedzi un skābeklis tiek izkliedēts ap degšanas zonu – ir ļoti efektīva. Tam ir minimāli enerģijas zudumi uz dzinēja sienām starojuma vai konvekcijas rezultātā – daudz mazāki nekā benzīna dzinējam. Pamata dīzeļdzinējs ir ļoti spēcīgs un var izturēt ļoti augstu spiedienu.
Cik tas ir efektīvi?
Ir bijuši lieli uzlabojumi — no aptuveni 35% efektivitātes 1980. gados līdz šodienas 50% efektivitātei. Tas nozīmē, ka puse degvielas tagad tiek izmantota lietderīgā mehāniskā darbā. Uzziņai – benzīna dzinēja efektivitāte ir aptuveni 35%. Šie ieguvumi ir gūti no augstspiediena Common Rail degvielas iesmidzināšanas sistēmām, turbouzlādes un skaitļošanas jaudas ieviešanas, lai precīzi kontrolētu sadegšanas un pēcapstrādes vadības sistēmas.
Vai degvielas patēriņa efektivitātes palielināšana ir klientu pieprasījums Nr.1?
Jā, laba degvielas efektivitāte ir vissvarīgākais elements, taču klienti pieprasa arī labu dzinēja veiktspēju un izturību. Tad tas ir jādara
jābūt izturīgiem un atbilst emisiju prasībām, un tās dažkārt konkurē savā starpā.
Vai dzinēji arī kļūst jaudīgāki?
Ir vērojama augšupejoša tendence – klienti pārvieto lielākas kravas, un tas prasa lielāku jaudu. Volvo grupas lielākā jauda tagad ir 1,000 zs. Taču salīdzinājumā ar vieglajiem automobiļiem visiem lieljaudas lietojumiem joprojām ir (salīdzinoši) nepietiekama jauda.
Dīzeļdzinējam tiek pārmests, ka tas ir videi nedraudzīgs. Vai tā var iztīrīt savu darbību?
Ir iespējams padarīt dīzeļdzinējus ļoti tīrus, un tas ir kaut kas tāds, ar ko lieljaudas rūpniecība ir sasniegusi lielāku progresu nekā vieglās slodzes nozare. Daļēji iemesls tam ir tas, ka efektivitāte, ko pieprasa klienti lieljaudas sektorā, ir daudz augstāka.
Cik grūti ir bijis palielināt efektivitāti, vienlaikus samazinot emisijas?
Tas ir bijis izaicinājums pilnveidot termodinamisko procesu, lai kompensētu SCR pēcapstrādes sistēmas pievienošanas slogu. Taču tagad esam atgriezušies ceļā, lai soli pa solim palielinātu efektivitāti.
Cik daudz tālāk var iet – nulles emisijas?
Tas ir atkarīgs no tā, ko jūs domājat ar emisijām. Ja jūs darbināt dzinēju ar degvielu, kurā nav oglekļa, un savienot to ar efektīvu sadegšanas procesu, kas nerada sodrējus, tad ir iespējama nulles emisija. Mēs esam strādājuši pie metāna un DME (dimetilētera) izmantošanas kā tīras alternatīvas dīzeļdegvielai. Tā nav jauna ideja, 1900. gadā dīzeļdzinējs tika veiksmīgi darbināts ar zemesriekstu eļļu. Problēma nav saistīta ar tehnoloģijām, kā padarīt tīru degvielu darboties, bet gan ar to pieejamību. Bet, ja atjaunojamās degvielas piegādes jautājumu var atrisināt, tad dīzeļdzinējiem ir iespēja darboties 100% bez CO2.
Vai tīrai degvielai nav arī savas vides problēmas?
Biodegvielas ražošanai nevajadzētu konkurēt ar pārtikas ražošanu, taču ir arī citas degvielas, kurās tā nav problēma. Elektrodegvielas (E-degvielas) izmanto saules vai vēja enerģiju, lai “sašķeltu” ūdeni un apvienotu to ar metāna radīto CO2 — un šīm degvielām ir diezgan augsta efektivitāte — līdz pat 80 %. Tas varētu būt interesants papildinājums elektrifikācijai.
Kā dažādas degvielas ietekmē degšanu?
No efektivitātes viedokļa dzinējam ir vienalga, vai degvielas molekula nāk no fosilajiem vai atjaunojamiem avotiem. Tātad, veicot ieguldījumus pareizajā atjaunojamās degvielas veidā, pārejai uz atjaunojamiem energoresursiem vajadzētu būt vienkāršai.
Tātad, kā mēs vēl vairāk varam samazināt degvielas patēriņu?
Nākamais lielais solis dzinēja efektivitātes palielināšanā/degvielas patēriņa samazināšanā ir tā apvienošana ar elektromobilitāti. Pieprasījums pēc dzinējiem nākotnē nebūs tik daudzveidīgs kā šodien. Pastāv atšķirība starp to, cik efektīvs ir dzinējs savā “jaukajā vietā” un cik efektīvs ir visā reālajā darbības diapazonā. Dzinēju apvienošana ar elektromotoriem, tāpat kā paralēlajos hibrīdos, ļauj dzinējam darboties visefektīvākajā līmenī. Bez šaubām, elektrifikācija būs daļa no nākotnes iekšdedzes piedziņas risinājuma.
Vai citas tehnoloģijas var palīdzēt samazināt degvielas rēķinus?
Piemēri ir stop/start tehnoloģija un 48V elektriskās sistēmas, kas papildierīces darbina elektriski, nevis mehāniski. Tos visus nākotnē var izmantot lieljaudas lietojumos, tiklīdz būs pierādīta to noturība. Bet vēl viens svarīgs lielākas efektivitātes avots ir siltuma atgūšana. Lieljaudas dzinējiem tas nav viegls uzdevums, jo tiem ir salīdzinoši aukstas izplūdes gāzes, taču joprojām ir cerība to uztvert un padarīt to komerciāli dzīvotspējīgu.
Kāda ir maksimālā dzinēja efektivitāte?
Dīzeļdzinēja teorētiskā sistēmas efektivitāte ir no 55-60%. Uzziņai var minēt, ka labākās spēkstacijas darbojas ar 50-55% efektivitāti, un arī degvielas elementu efektivitāte ir aptuveni 50%+ — tāpēc dīzeļdzinēji var būt neticami efektīvi. Tas, papildus tam, ka dzinējiem, kas strādā ar elektrifikāciju, bieži vien būs mazāks jaudas pieprasījums, nozīmēs, ka degvielas patēriņš nākotnē samazināsies.
Cik ilgi dīzeļdzinējs var izdzīvot?
Dīzeļdegvielas dzinējs joprojām ir ļoti rentabls risinājums mehāniskās enerģijas radīšanai. Tomēr tiesību akti, īpaši Eiropā, diezgan spēcīgi virza uz elektrifikāciju, un tas var tieši ietekmēt iekšdedzes dzinēja ilgmūžību. Mēs jūtam, ka tā izmantošana būs balstīta uz lietojumprogrammām un ka tas turpināsies ilgu laiku lielos attālumos, piemēram, okeāna kuģos un tālsatiksmes kravas automašīnās. Bet pat šeit, iespējams, tiks izmantots dažādu tehnoloģiju sajaukums.
Vai dīzelis ir daļa no nākotnes?
Dīzeļdzinējs modificētā veidā var būt ļoti tīrs un efektīvs. Tas labi spēlē arī ar elektrifikāciju. Kā ražotājam mums ir jāatrod labākais risinājums, pamatojoties uz sabiedrības pieņemtajiem lēmumiem. Lai kādi tie būtu, mums jābūt gataviem.
