Sugalvojo kaip išgelbėti dyzelinį variklį. Po tokios transformacijos tradiciniams lieka tik raudonuoti iš gėdos ()
Kaip išgelbėti dyzelinį variklį nebrangiomis priemonėmis ir išvengti brangių modernizacijų ar net skaudžių sprendimų – tokių kaip jo „išmetimas į istorijos šiukšlyną“ dėl per didelės taršos? Mokslininkai ką tik pateikė atsakymą.
© Schwoaze (Free Pixabay license) | https://pixabay.com/photos/highway-road-trucks-vehicles-3392100/
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Jau daugelį metų sunkusis transportas primena vairuotoją, įspraustą tarp sienos ir bedugnės. Vienoje pusėje – griežtėjantys klimato reikalavimai ir konkretūs terminai emisijoms mažinti, kitoje – vežėjų realybė, kur svarbus kiekvienas nuvažiuotas kilometras, o ne ambicingi pažadai. Elektros pavara vilioja nulinės taršos vizija, bet jos nuotolis, svoris ir ilgas įkrovimas vis dar sunkiai dera su realiais transporto įmonių grafikais. Kuro elementai technologiškai įspūdingi, tačiau gąsdina savo kaina ir sudėtingumu.
Šiame kontekste vis dažniau keliamas klausimas: ar tikrai esame pasmerkti rinktis tarp brangaus ir sudėtingo elektrifikavimo bei dar brangesnių kuro elementų? Atsakymų ieškoma ne tik sunkvežimių gamintojų laboratorijose, bet ir tyrimų institutuose, kurie gali sau leisti mažiau akivaizdžius eksperimentus. Vienas įdomiausių atsakymų atskrieja iš Teksaso, kur Southwest Research Institute (SwRI) inžinieriai padarė tai, kas dar visai neseniai atrodė tik smalsumo vertas bandymas, o ne reali dyzelinio variklio alternatyva.
Dyzelinis variklis be lašo naftos: jie sukūrė vandeniliu varomą sunkvežimį, kuris lenkia klasikinius variklius
|
Siūlomo sprendimo techniniai rodikliai kalba patys už save. Atliekant bandymus, sunkusis vidaus degimo variklis, naudojantis tik gryną vandenilį, ne tik veikė sklandžiai, bet ir pasiekė apie 2386 Nm sukimo momentą – reikšmingai daugiau nei pradinis 2026 Nm. Dar įspūdingiau atrodo ir maksimali galia, padidėjusi nuo 370 iki 440 arklio galių. Tokie parametrai leidžia SwRI vandenilio varikliui tiesiogiai konkuruoti su tradiciniais dyzeliniais varikliais, montuojamais įprastuose sunkvežimiuose. Ir tai – dar ne viskas.
Tikruoju pasiekimu tapo 44 procentų terminis naudingumo koeficientas – iki šiol neregėtas rodiklis kibirkštinio uždegimo varikliuose. Palyginimui, įprasti benzininiai varikliai pasiekia 25–30 proc., o dyzeliniai – 40–45 proc. Taigi vandenilio variklis ne tik prilygsta geriausioms konstrukcijoms, bet ir praktiškai neskleidžia nei CO₂, nei kietųjų dalelių.
Kaip specialistai išsprendė pagrindines vandenilinio vidaus degimo variklio problemas?
Vandeniliu maitinami vidaus degimo varikliai ilgai susidurdavo su dviem esminiais iššūkiais: linkimu į savaiminį užsidegimą dėl žemos vandenilio savaiminio užsidegimo temperatūros ir azoto oksidų susidarymu dėl itin karšto degimo. SwRI komanda šiuos iššūkius įveikė pasitelkdama mechaniškai varomą turbokompresorių, sujungtą su alkūniniu velenu per kintamą pavarą. Tai leidžia ypač tiksliai reguliuoti įkrovimo slėgį pagal variklio poreikius – ypač staigiai greitėjant, kai įprastos turbinos tiesiog nespėja.
Svarbiausia užduotimi tapo optimalus oro srautas, kuris tiesiogiai lemia savaiminio užsidegimo prevenciją ir NOx kiekio mažinimą. Per liesas mišinys didina temperatūrą ir NOx susidarymą, o per riebus gali sukelti priešlaikinį uždegimą. Mechaninė turbinos pavara suteikia kontrolę, kurios neįmanoma pasiekti tradicinėse sistemose, todėl naujasis variklis elgiasi kitaip nei klasikinis turbodyzelinis, kuriam reikia „įsibėgėti“, kol duos visą slėgį. Kintama pavara paverčia kompresorių tiksliu įrankiu, o ne vien galios didinimo priemone.
Tai ypač svarbu 8 klasės sunkvežimiuose, kuriuose bet koks staigus apkrovos padidėjimas – įkalnė ar lenkimas su pilnu kroviniu – sukuria ekstremalias darbo sąlygas. Dyzelino elgesys puikiai žinomas, o vandenilis gerokai jautresnis: netinkamas mišinys, neteisingas įkrovimo slėgis ar per aukšta temperatūra gali akimirksniu paversti pažangų prototipą brangiu eksperimentu, niekada neišriedėsiančiu į kelią.
Todėl didžiausia SwRI projekto vertė – ne vien įspūdingi skaičiai, o įrodymas, kad vandenilį galima suvaldyti esamoje variklio architektūroje. Gamintojams tai reiškia galimybę naudoti esamus variklių blokus, gamybos linijas ir įrangą. Vežėjams – pažįstamą technologiją, kurios priežiūra nereikalauja visiškai naujų įgūdžių. Be to, vandeniliniai vidaus degimo varikliai daug geriau dera su dabartiniais logistikos modeliais nei bateriniai elektromobiliai – žinoma, jei bus sukurta atitinkama infrastruktūra.
Nuo prototipo iki komercijos: iššūkiai vis dar laukia
SwRI vandenilio vidaus degimo variklio projektas pradėtas 2022 metais modifikuojant benzininę jėgainę. Po dvejų metų komanda sėkmingai pademonstravo veikiančią technologiją, o dabar variklis su patobulinta turbina jau paruoštas komercijai. Demonstracinis 8 klasės sunkvežimis (virš 15 tonų bendrosios masės) sukurtas H2-ICE konsorciume ir yra akivaizdus įrodymas, kad vandeniliniai vidaus degimo varikliai gali tapti realia alternatyva tolimųjų reisų transportui.
Tačiau net ir įspūdingiausias prototipas nepakeis rinkos, jei aplink jį neatsiras darnus ekosistemos pagrindas. Vandenilio variklis išsprendžia dalį problemų, bet tuo pat metu atskleidžia naujas: iš kur gauti pigų ir kuo žalesnį vandenilį, kaip jį tiekti pagrindiniais transporto koridoriais ir kaip užtikrinti stabilias kuro kainas vežėjams ilgalaikėje perspektyvoje. Be šių atsakymų net efektyviausia jėgainė liks tik įdomybe inžinieriams ir konferencijų pristatymų tema.
