Несмотря на то, что на протяжении последнего столетия дизельный двигатель постоянно развивался, чтобы стать высокотопливной силовой установкой, сегодня он находится под угрозой, как никогда раньше. Итак, каково будущее дизельного двигателя? — таковы были вопросы, заданные доктору Стаффану Лундгрену, старшему технологическому советнику по силовым агрегатам Volvo Group.
Почему дизельное топливо остается таким популярным источником энергии?
Диффузионное горение, при котором горение концентрируется вокруг места воспламенения, а кислород распространяется вокруг зоны горения, очень эффективно. Он имеет минимальные потери энергии на стенках двигателя за счет излучения или конвекции – намного ниже, чем у бензинового двигателя. Базовый дизельный двигатель очень мощный и может выдерживать очень высокое давление.
Насколько это эффективно?
Произошли большие улучшения: эффективность выросла с примерно 35% в 1980-х годах до сегодняшней эффективности в 50%. Это означает, что половина топлива теперь тратится на полезную механическую работу. Для справки: КПД бензинового двигателя составляет около 35%. Эти достижения были достигнуты благодаря системам впрыска топлива Common Rail под высоким давлением, турбонаддуву и внедрению вычислительной мощности для точного контроля процесса сгорания и систем управления доочисткой.
Является ли повышение топливной эффективности спросом номер один среди клиентов?
Да, хорошая топливная экономичность является наиболее важным элементом, но клиентам также необходимы хорошие характеристики и долговечность двигателя. Тогда это должно
быть долговечными и соответствовать требованиям по выбросам – а они иногда конкурируют друг с другом.
Двигатели тоже становятся мощнее?
Существует положительная тенденция: клиенты перемещают большие грузы, а это требует большей мощности. Максимальная мощность Volvo Group сейчас составляет 1,000 л.с. Но по сравнению с легковыми автомобилями все тяжелые машины по-прежнему (относительно) недостаточно мощны.
Дизельный двигатель обвиняют в неэкологичности. Может ли он исправить свои действия?
Сделать дизельные двигатели очень чистыми возможно, и в этом индустрия тяжелой техники добилась большего прогресса, чем сектор легкой промышленности. Частично это связано с тем, что эффективность, требуемая клиентами в секторе тяжелой техники, намного выше.
Насколько сложно было повысить эффективность и в то же время снизить выбросы?
Было непросто усовершенствовать термодинамический процесс, чтобы компенсировать бремя, связанное с добавлением системы последующей обработки SCR. Но теперь мы вернулись на путь повышения эффективности шаг за шагом.
Как далеко вы можете пойти – нулевые выбросы?
Это зависит от того, что вы подразумеваете под выбросами. Если вы запустите двигатель на топливе, не содержащем углерода, и соедините его с эффективным процессом сгорания, не образующим сажи, то нулевые выбросы станут возможными. Мы работаем над использованием метана и ДМЭ (диметилового эфира) в качестве экологически чистых альтернатив дизельному топливу. Это не новая идея: в 1900 году дизельный двигатель успешно работал на арахисовом масле. Проблема не в технологии получения чистого топлива, а в его доступности. Но если проблема поставок возобновляемого топлива будет решена, тогда дизельные двигатели смогут работать на 100% без выбросов CO2.
Разве чистое топливо не имеет своих собственных экологических проблем?
Производство биотоплива не должно конкурировать с производством продуктов питания, но есть и другие виды топлива, для которых это не является проблемой. Электротопливо (E-топливо) использует солнечную или ветровую энергию для «взлома» воды и объединения ее с CO2 из метана – и эти виды топлива обладают довольно высокой эффективностью – заявлено до 80%. Это могло бы стать интересным дополнением к электрификации.
Как различные виды топлива влияют на сгорание?
С точки зрения эффективности двигателю все равно, получена ли молекула топлива из ископаемого или возобновляемого источника. Таким образом, при наличии инвестиций в правильный тип возобновляемого топлива переход к возобновляемым источникам энергии должен быть простым.
Как же еще снизить расход топлива?
Следующим большим шагом в повышении эффективности двигателя/снижении расхода топлива является его сочетание с электромобильностью. Спрос на двигатели в будущем не будет таким разнообразным, как сегодня. Существует разница между эффективностью двигателя в «оптимальной точке» и эффективностью во всем реальном рабочем диапазоне. Сотрудничество двигателей с электродвигателями, как и в параллельных гибридах, позволяет двигателю работать на максимально эффективном уровне. Без сомнения, электрификация станет частью будущего решения по трансмиссии внутреннего сгорания.
Могут ли другие технологии помочь снизить счета за топливо?
Примерами являются технология «стоп/старт» и электрические системы на 48 В, которые питают вспомогательные устройства электрическим, а не механическим способом. Все они могут найти в будущем применение в тяжелых условиях эксплуатации, как только будет доказана их надежность. Но еще одним важным источником повышения эффективности является рекуперация тепла. Это непростая задача для двигателей большой мощности, поскольку они имеют относительно холодные выхлопы, но надежда уловить их и сделать коммерчески жизнеспособными все еще есть.
Какого максимального КПД может достичь двигатель?
Дизельный двигатель имеет теоретический КПД системы в пределах 55-60%. Для справки: лучшие электростанции работают с КПД 50-55%, а эффективность топливных элементов также составляет около 50%+, поэтому дизельные двигатели могут быть невероятно эффективными. Это, в сочетании с тем фактом, что двигатели, работающие с электрификацией, часто будут иметь более низкую потребность в мощности, будет означать, что потребление топлива в будущем снизится.
Как долго сможет прослужить дизельный двигатель?
Дизельный двигатель внутреннего сгорания остается очень экономичным решением для производства механической энергии. Тем не менее, законодательство, особенно в Европе, довольно сильно продвигает электрификацию, и это может напрямую повлиять на долговечность двигателя внутреннего сгорания. Мы считаем, что его использование будет основано на приложениях и что оно будет продолжаться в течение значительного времени при использовании на больших расстояниях, например, на океанских судах и дальнемагистральных грузовиках. Но даже здесь, вероятно, будет использоваться сочетание технологий.
Является ли дизель частью будущего?
Дизельный двигатель в модифицированной форме может быть очень чистым и эффективным. Он также хорошо сочетается с электрификацией. Как производителю, нам необходимо найти лучшее решение, основанное на решениях, принимаемых обществом. Какими бы они ни были, нам нужно быть готовыми.
