Polityka prywatności - poznaj szczegóły » [ X ]
PODZIEL SIĘ



OCEŃ
4.6

Paląca sprawa

Chociaż liczba samochodów z napędem hybrydowym rośnie, silnik spalinowy pożyje jeszcze długo. Jeśli się zmieni.

2008-01-15
Problem spalania Czyste spalanie dzięki homogenicznemu zapłonowi samoczynnemu.

Nad tym jak wyeliminować słabości wynikające z samej istoty działania silników benzynowych i silników Diesla pracują całe sztaby inżynierów. Główny specjalista do spraw rozwoju w Mercedesie, Leopold Mikulic, jasno wytycza cel: "Silnik benzynowy musi być tak wydajny jak diesel, a diesel tak czysty, jak silnik benzynowy". I mimo że każdy z tych dwóch rodzajów napędu wymaga innych rozwiązań technicznych, badania w obydwu przypadkach koncentrują się na procesie spalania, przygotowaniu mieszanki, oprogramowaniu sterującym silnikiem, a także na ulepszaniu samych paliw.

To, że tak wydajny diesel w porównaniu ze swoim benzynowym bratem został w tyle pod względem emisji szkodliwych substancji - wynika z samej istoty jego działania. Paliwo wstrzyknięte do sprężonego powietrza zapala się wprawdzie samoczynnie, ale tym mniej się go całkowicie spala, im większe są kropelki paliwa. Niespalone paliwo jest wydalane jako typowe dla diesla cząstki stałe. Jeśliby chcieć zredukować ich ilość, trzeba by radykalnie zmniejszyć wielkość kropelek wtryskiwanego oleju napędowego. Ideałem byłoby, gdyby każda molekuła paliwa znalazła partnera, z którym mogłaby wejść w reakcję. Ale to tylko teoria.

W praktyce uzyskuje się dzisiaj - dzięki zwiększaniu ciśnienia wtrysku (2000 barów w najnowszej generacji commonraila produkcji Boscha) oraz dzięki coraz mniejszym otworom na końcówce wtryskiwacza - kropelki o wielkości mniejszej niż 10 μm. A otworki mają mieć rozmiar poniżej 80 μm - to o wiele mniej niż wynosi średnica ludzkiego włosa. Oprócz rozwiązania problemu wielkości cząstek paliwa zwiększone ciśnienie powoduje wzrost mocy silnika. Inżynierowie z GMPowertrain Europe twierdzą, że bez kłopotu można dzisiaj z litra pojemności silnika uzyskać 100 KM mocy i 200 Nm momentu obrotowego.

Wysoka wydajność silników wysokoprężnych ma też i złą stronę - emisję tlenków azotu (NOx). Powstają one głównie w środowisku ubogiej mieszanki, tam gdzie po spaleniu pozostają estry o temperaturze ponad 1800 °C. Żeby się ich pozbyć, konieczne są albo drogie i skomplikowane oczyszczanie spalin (patrz Blutec), albo - jeśli chcemy uniemożliwić już samo powstanie tlenków azotu - zmiany w procesie spalania. W idealnym przypadku proces ten powinien upodobnić się do takiego, jak w silnikach benzynowych, czyli powinien przebiegać w ściśle określonym rytmie i wykorzystywać mieszankę homogeniczną. Magiczna formuła brzmi w tym przypadku: zapłon sprężonej mieszanki homogenicznej (HCCI). Zaprząta ona głowy inżynierów i zawiera w sobie pozorną sprzeczność. Bo diesel z zasady pracuje z nadmiarem powietrza, czyli na ubogą mieszankę.

Dzięki homogenicznemu spalaniu, w dieslu można by za jednym zamachem rozwiązać dwa problemy - wytrącanie się cząstek stałych i emisję tlenków azotu. Właśnie na tym polega wyzwanie na najbliższą przyszłość dla inżynierów pracujących nad rozwojem układów wtryskowych i nad procesem spalania. Chodzi o to, by tworzenie mieszanki i spalanie nie były ze sobą związane. To oznacza konieczność stosowania wcześniejszego wtrysku i jeszcze większego rozpraszania cząsteczek paliwa, które umożliwiłoby jednoczesne rozpoczęcie spalania w całej komorze spalania. Równocześnie, mieszankę homogeniczną trzeba - celowo doprowadzając spaliny - pozbawić otaczającego powietrza i w ten sposób usunąć przyczynę powstawania tlenków azotu. Jest to rozwiązanie, nad którym pracują inżynierowie silników na całym świecie, a którego seryjne wprowadzenie GM zapowiedziało już na rok 2009.

Jednak już dzisiaj wiadomo, że z powodu zmiennych parametrów wtrysku ciśnieniowego praca na mieszance homogenicznej będzie na razie możliwa tylko przy średnim obciążeniu silnika. Rozciągnięcie tego obszaru przeciętnego obciążenia jest wielkim wyzwaniem dla konstruktorów.

Od czasu wprowadzenia bezpośredniego wtrysku paliwa, również silnik benzynowy wiele nauczył się od wysokoprężnego. Dzięki strumieniowemu wtryskowi drugiej generacji, benzynowce wprawdzie zbliżyły się pod względem oszczędności w zużyciu paliwa do silników Diesla, ale wymagało to dodatkowych nakładów właśnie w dziedzinie wtrysku (zawory piezoelektryczne wtryskujące paliwo pod ciśnieniem 200 barów) i w zakresie usuwania spalin (katalizator redukujący tlenki azotu).

Na kwestię połączenia zalet obydwu rodzajów silników - "czystego", homogenicznego spalania w jednostkach benzynowych i wydajniejszego samoczynnego zapłonu w przypadku diesli - VW reaguje opracowując silnik CCS. Zasada jego działania umożliwia jednak przeprowadzenie homogenicznego samozapłonu tylko w wybranych zakresach pracy silnika i wymaga wykorzystania zmodyfikowanego paliwa o zmniejszonej liczbie cetanowej.

O krok dalej wydaje się być Mercedes. Opracowany przez firmę silnik "DiesOtto" wykorzystuje obydwa rodzaje spalania i zadowala się zwyczajną benzyną. Jego opracowanie wymagało jednak ogromnego technicznego wysiłku, jak stopniowe doładowanie, zmienne sprężanie i zmienne sterownie zaworami - zarówno dla konwencjonalnego spalania, jak i dla samoczynnego zapłonu. Ten ostatni musi być zresztą kontrolowany czujnikami ciśnienia w komorze spalania i regulowany za pomocą czasu trwania wtrysku i ilości wtryskiwanego paliwa.

Szef działu badań, Herbert Kohler, oczekuje po silniku "DiesOtto" "wzorowej oszczędności w zużyciu paliwa, która będzie porównywalna z tą, znaną z diesli", i to przy takim poziomie emisji szkodliwych substancji, który można zneutralizować wykorzystując zwykły trójdrożny katalizator. Wytwarzając moc 238 KM i 400 Nm z 1,8 l pojemności prototypowy "DiesOtto" może się ponadto pochwalić imponującą mocą. Jeśli więc w ciągu najbliższych dziesięciu lat miałby on pojawić się w seryjnej produkcji, o przyszłość silników spalinowych nie trzeba się martwić.

Tekst: Klaus-Ulrich Blumenstock

Komentarze

 
 

Wypełnij to pole:

  • avatar
    zgłoś
    Chociaż liczba samochodów z napędem hybrydowym rośnie, silnik spalinowy pożyje jeszcze długo. Jeśli się zmieni.
    auto motor i sport, 2008-01-15 14:59:23
ZOBACZ RÓWNIEŻ Zamknij