Dīzeļmotors – nepārspējama efektivitāte zemākam izmešu līmenim 1

Jau šoruden Eiropā prasības attiecībā uz pieļaujamo izmešu daudzumu tiks paaugstinātas. Pieprasījums pēc videi draudzīgām tehnoloģijām arvien palielinās, taču ne vienmēr atbilde ir jāmeklē tikai elektrisko vai hibrīdtehnoloģiju risinājumos. Neraugoties uz to, ka dīzeļmotors ir pazīstams jau vairāk nekā simts gadu, tā potenciāls vēl ne tuvu nav izsmelts.

Maz ticams, ka Rūdolfs Dīzelis (Rudolf Diesel) 1892. gada februārī, iesniegdams Ķeizariskajā patentu birojā Berlīnē savu patenta pieteikumu, izprata tā vēsturisko nozīmi. Tā nosaukums bija visai necils – “Neue, rationelle Wärmekraftmaschine” (Jauns, efektīvs siltuma dzinējs), tomēr izrādījās, ka izgudrojumu bija daudz nozīmīgāks. Patentā Nr. 67207 raksturots tāds dzinējs, kas bija daudzkārt efektīvāks par 19. gadsimta beigās izmantotajiem tvaika vai iekšdedzes dzinējiem.

Mūsdienās tieši dīzeļmotori ir viena no interesantākajām un daudzsološajām tehnoloģijām, meklējot jaunus dzinēju darbības risinājumus efektīvākai resursu izmantošanai un ekoloģisko standartu paaugstināšanai. Dīzeļmotora panākumu pamatā ir Rūdolfa Dīzeļa sākotnējā ideja – dzinējs ar maksimālu “termodinamisko efektivitāti”, kas tiek panākta tad, kad pēc iespējas lielāka daļa degvielas enerģijas tiek izmantota transportlīdzekļa virzībai uz priekšu, nevis vienkārši „izkūp gaisā”. Dīzeļmotoru no citiem atšķirtas tas, ka gan gaiss, gan degviela tiek saspiesta zem ļoti augsta spiediena. Kad cilindrā esošās degvielas kompresijas pakāpe ir tik augsta, ka tā sakarst, notiek eksplozija un tiek radīta enerģija, kas virzulim liek kustēties.

Pirmais funkcionējošais dīzeļmotors tika izgatavots 1897. gadā, un tā efektivitātes rādītājs bija 26%, kas krietni pārsniedza tā laika tvaika dzinēja efektivitāti – 12%. Mūsdienu kravas automobiļos tiek izmantoti dīzeļmotori, kuru efektivitātes rādītājs ir apmēram 46%, kas ir nozīmīgs uzlabojums, lai neteiktu vairāk.

Kas tad tieši ir noticis šo desmitgažu laikā?

“Dīzeļmotoru attīstību var iedalīt trīs posmos. Pirmais posms bija strauja degvielas iesmidzināšanas sistēmu attīstība 20. gadsimta pašā sākumā. 20. gadsimta četrdesmitajos gados sistēmas spiediens bija palielinājies no 300 bāriem līdz vairāk nekā 700 bāriem, kas padarīja sadegšanas procesu ātrāku un efektīvāku,” stāsta Maksimilians Prāgers (Maximilian Prager), Minhenes Tehniskās universitātes iekšdedzes motoru speciālists.

Otrais posms bija jaunu gaisa kompresoru attīstība, kas kļuva par izaicinājumu, jo 19. gadsimta beigās tie bija gan liela izmēra, gan smagi. Ieviešot mehānisko kompresoru un pēc tam turbokompresoru, gaisa spiedienu varēja paaugstināt no 2 bāriem līdz vairāk nekā 4 bāriem, kas palielināja motora efektivitāti vēl vairāk. To 1956. gada pirmo reizi izmantoja “Volvo Trucks”, uzstādot to savā TD100 kravas automobilī.

“Pēdējais būtiskākais solis tika sperts 90. gadu sākumā, ieviešot elektroniski vadāmas kopējās degvielas maģistrāles. Šī sistēma veido ko līdzīgu spiediena rezervei, kas ļauj iesmidzināt degvielu vairākas reizes motora darbības cikla laikā. Tas  paaugstina motora jaudu un samazina izmešu daudzumu,” skaidro Maksimilians Prāgers.

Visi šie uzlabojumi nozīmē, ka dīzeļmotors var aizvien būt starp līderiem, salīdzinot ar pārējiem motoru veidiem. Piemēram, vienkāršs benzīnmotors mūsdienās spēj sasniegt apmēram 40% efektivitāti, kas degvielas patēriņa ziņā nozīmē daudz zemāku kopējo efektivitāti.

“Dīzeļmotors patērē apmēram 20% mazāk degvielas nekā benzīnmotors. Pirmkārt, no viena litra dīzeļdegvielas var iegūt par desmit procentiem vairāk enerģijas nekā no viena litra benzīna, un, otrkārt, dīzeļmotors darbojas par apmēram desmit procentiem efektīvāk nekā benzīnmotors,” stāsta Maksimilians Prāgers.

Pateicoties tā augstajai energoefektivitātei, dīzeļmotors ir nepārspējams arī kaitīgo izmešu līmeņa jomā. Tomēr ilgu laiku dīzeļmotors tika uzskatīts par videi “nedraudzīgu”, jo tas radīja lielu daudzumu redzamu nesadegušā oglekļa dūmu mākoņus. Taču līdz ar modernu cieto daļiņu filtru izstrādi izmešu līmenis ir samazināts līdz minimumam. Savukārt jaunā SCR (Selective Catalytic Reduction – selektīvā katalītiskā neitralizācija) tehnoloģija būtiski samazina slāpekļa oksīdu izmešu apjomu.



“Volvo Trucks” ražotie dīzeļmotori ir uzskatāms piemērs – 20 gadu laikā ir 100 reizes samazināts klimatam kaitīgo un gaisu piesārņojošo izmešu apjoms. Paralēli tam – 35 gadu laikā – jauda ir palielinājusies par 100%. Pasaulē jaudīgākajā kravas automobilī – Volvo FH16 – ar tā 700 Zs motoru sekmīgi pilnīgi jaunā veidā ir apvienots jaudas pieaugums un rūpes par apkārtējo vidi. Automobilī tiek izmantota SCR tehnoloģija, kas līdzdarbojoties ar tādiem jauniem tehnoloģiju risinājumi kā jauns eļļas termostats, uzlabota motora izplūdes gāzu papildbremze, jaunas konstrukcijas virzuļi un jauna veida motoreļļa ļauj sasniegt vēl nebijušu jaudas līmeni, saglabājot pieņemamu degvielas patēriņu.

“Uzlabojot motora izplūdes gāzu papildbremzi, kas ar elektroniskas vadības palīdzību samazina riteņu bremžu slodzi, mums ir izdevies samazināt kustīgo detaļu skaitu. Tas nodrošina labāku izturību, mazāku svaru un uzlabotu vadāmību,” stāsta Henriks Asks (Henrik Ask), “Volvo Trucks” inženieris un jaunā D16 motora projekta vadītājs.

Arī pārējie “Volvo Trucks” jaunākās paaudzes motori ir padarīti ekonomiskāki un ekoloģiskāki, pateicoties sadegšanas procesa optimizācijai un izplūdes gāzu filtrācijai. Piemēram, vispopulārākajam 13 litru motoram apvienojumā ar automātisko “Volvo I-Shift” transmisiju degvielas patēriņš un oglekļa dioksīda izmešu līmenis ir pazemināts uzreiz par trim procentiem.

Jaunās paaudzes motori atbilst Eiropas Savienības “Euro 5” izplūdes gāzu tīrības normām, kas stāsies spēkā šā gada oktobrī. Līdztekus citām izmaiņām šīs normas nosaka samazināt slāpekļa oksīdu izmešu līmeni par apmēram 40%, salīdzinot ar iepriekšējo “Euro 4” standartu.

Taču, ja tā ir vēsture, kas ir sakāms par dīzeļmotoru nākotni?

“Nākamie 10–15 gadi motoru izstrādātājiem būs izaicinājumu pilni, jo tiks noteiktas aizvien stingrākas izplūdes gāzu normas. Taču es ticu, ka “Volvo Trucks” stratēģija – pievēršanās degvielas sadegšanas efektivitātes un izplūdes gāzu pēcapstrādes uzlabošanai – ir pareizais ceļš. Mēģināt veidot efektīvu sadegšanas procesu ar zemu izmešu līmeni būs pārāk dārgi,” saka Maksimilians Prāgers.

Vienlaikus viņš uzskata, ka pašreiz istrādes stadijā esošajās jaunajās dīzeļa tehnoloģijās slēpjas milzīgs potenciāls. Biodegvielu izmantošana var samazināt izmešu līmeni vēl vairāk. Savukārt hibrīda dīzeļmotori ar centrālo degvielas iesmidzināšanu, kas ir īpaši pielāgoti lielu attālumu veikšanai, var gan veicināt darbības efektivitāti, gan samazināt ražošanas izmaksas turpmāk.

“Dīzeļmotoriem ir milzīgs potenciāls jo īpaši liela tilpuma motoriem, kam jāstrādā smagos apstākļos un ilgi. Dīzeļmotora augstā efektivitāte padara to absolūti neaizstājamu nākotnes motoru izstrādes procesā,” saka Maksimilians Prāgers.

Autors: Tobiass Hammars (Tobias Hammar)