Aktualnie najbardziej oporne na przeskok “ze spalin na elektryczność” nie są nawet samochody osobowe, gdzie akumulator można schować w podłodze, a przeciętny kierowca pokonuje przewidywalne dystanse. Prawdziwe wyzwanie zaczyna się tam, gdzie sprzęt ma pracować godzinami, w kurzu, błocie, na budowie, w rolnictwie albo poza utwardzonymi drogami. Właśnie tam elektryfikacja przestaje być odpowiedzią na wszystko, a diesel nadal spisuje się tam wzorowo, a to przez gęstości energii paliwa, czasu tankowania, przewidywalności i powszechną infrastrukturę. Stąd dążenie naukowców do rozwiązania jego największych problemów.
Najciekawszy diesel przyszłości wcale nie musi być wielki
Southwest Research Institute, czyli amerykańskie SwRI, nie pokazało przecież monstrualnego silnika do koparki wielkości domu ani napędu dla ciężkiego sprzętu górniczego. W centrum testów znalazł się dostępny na rynku czterocylindrowy diesel o mocy 55 kW, czyli około 75 KM i ten akurat poziom mocy jest szczególnie ciekawy.
Czytaj też: Wyjątkowy motocykl spalinowy dostał największą zmianę od dekady
W regulacjach CARB Tier 5, przygotowywanych dla nowych pozadrogowych silników wysokoprężnych w Kalifornii, moc jednostki określa dopuszczalny poziom emisji. Najmniejsze maszyny poniżej 19 kW, czyli około 26 KM, mają być naturalnym kandydatem do elektryfikacji. Większe, powyżej 56 kW, czyli około 76 KM, mogą przejąć bardziej rozbudowane systemy oczyszczania spalin znane z transportu drogowego. Najtrudniejszy zostaje środek, a więc silniki między 19 a 56 kW.
Właśnie dlatego testowany diesel o mocy 55 kW jest tak wymowny. Znajduje się tuż pod progiem, przy którym branża może łatwiej sięgnąć po droższe i bardziej rozbudowane rozwiązania. Mamy więc nie przypadkową jednostkę, lecz napęd z kategorii, w której producenci maszyn mogą wpaść w najgorszy możliwy układ – zbyt duży silnik, żeby prosto zastąpić go układem elektrycznym i zbyt mały, żeby bezboleśnie przerzucić na niego kosztowną technologię z cięższych pojazdów.
Tego typu konflikty rozpisywałem szerzej przy powrocie diesli u Stellantisa, dieslowskiej hybrydzie Chery KP31 czy nawet przy pomysłach pokroju spalinowej Mazdy pochłaniającej dwutlenek węgla. Za każdym razem wraca w tych tematach dokłanie ten sam motyw – przyszłość napędu nie układa się w prostą linię od benzyny i diesla do akumulatora.
SwRI nie wymyśliło silnika diesla od nowa. Zrobiło coś trudniejszego
Najłatwiej sprzedać światu “nowy silnik”, “nowe paliwo” albo “przełomowy napęd”. Znacznie mniej efektownie wygląda zaś poprawianie istniejącej technologii przez kalibrację, chłodzenie i sterowanie przepływem spalin. Sęk w tym, że właśnie takie zmiany często bywają najbliżej wdrożenia.
Czytaj też: Jeździłem nowym BYD DOLPHIN G DM-i. Chińczycy zrobili małe auto, które może podgryźć pół Europy
SwRI wykorzystało recyrkulację spalin EGR, aby ograniczyć emisję NOx. Zasada jest dobrze znana – część spalin trafia z powrotem do układu dolotowego, obniżając temperaturę spalania i zmniejszając warunki sprzyjające tworzeniu tlenków azotu. Problem polega na tym, że EGR nie jest magicznym suwakiem, który można przesunąć w prawo bez konsekwencji. Wyższy udział spalin w dolocie wpływa na spalanie, temperaturę, ilość sadzy, reakcję silnika i obciążenie osprzętu.
Dlatego badacze nie ograniczyli się do prostego “dodajmy więcej EGR”. Zmienili sterowanie zaworem wastegate turbosprężarki (element kontrolujący dawkowanie ilości spalin przepływających przez układ), aby podnieść doładowanie, a do tego zastosowali chłodnicę EGR o większej wydajności. Innymi słowy, silnik musiał dostać warunki, w których większa ilość recyrkulowanych spalin nie zabije jego użyteczności. Doszły do tego również strategie kalibracyjne kontrolujące cząstki stałe.
Czytaj też: Samochód spalinowy, który nie truje środowiska. Mazda sprawdziła pozornie absurdalny pomysł
Efekt tych prac jest obiecujący. W testach RMC, czyli ramped modal cycle, system SwRI osiągnął emisję NOx niższą o 22 procent względem celu Tier 5, a NMHC niższą o 56 procent względem tego samego punktu odniesienia. W NRTC, czyli non-road transient cycle, redukcja względem celu Tier 5 wyniosła 28 procent dla NOx i 50 procent dla NMHC. Jednostka spełniła tym samym cele Tier 5 w obu cyklach certyfikacyjnych, a przy tym zachowała swoje osiągi.
Wciąż niestety pozostają pytania o koszt seryjnej produkcji, trwałość układu przy długiej eksploatacji, odporność na zaniedbania serwisowe, zachowanie w różnych profilach obciążenia i opłacalność względem innych rozwiązań. Bez odpowiedzi na te pytania nie wiemy, co stanie się z tym osiągnięciem naukowców w przyszłości.
Źródła: Southwest Research Institute
