Oszczędniejsze silniki z myślą o czystszej przyszłości
Europejscy producenci z sektora motoryzacyjnego muszą wdrożyć nowe, mające długotrwały wpływ na otoczenie technologie, które pozwolą ograniczyć emisję gazów cieplarnianych do 2030 roku. Obecnie hybrydowe układy napędowe są prekursorem technologii, która może ograniczyć te emisje przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności silnika. Celem finansowanego ze środków UE projektu EAGLE była poprawa efektywności energetycznej pojazdów silnikowych w Europie poprzez stworzenie wysokowydajnego silnika benzynowego dostosowanego do przyszłych zelektryfikowanych układów napędowych. Naukowcy postawili sobie za cel stworzenie silnika o efektywności przekraczającej 45 %, co stanowi poprawę w stosunku do obecnych silników spalinowych na poziomie 40 %.
Projektowanie lepszego silnika
Naukowcy zaczęli od opracowania projektu hybrydowego układu napędowego i przypadków użycia, które najlepiej imitowałyby rzeczywiste warunki jazdy. Następnie zespół opracował szereg nowych technologii, których celem było stworzenie układu napędowego o wysokiej efektywności energetycznej i niskim poziomie emisji zanieczyszczeń. „Zdecydowano, że silnik będzie spalać bardzo ubogą mieszankę, czyli taką, w której występuje spory nadmiar powietrza względem paliwa, co wymagałoby wsparcia zaawansowanych technologii”, mówi koordynator projektu, Jean-Marc Zaccardi. Zespół stworzył wielocylindrowy silnik demonstracyjny, który wyposażony jest w zelektryfikowany, dwustopniowy układ turbosprężarki, aby zoptymalizować synergię pomiędzy silnikiem spalinowym a hybrydowym układem napędowym. Pracujący w ramach projektu badacze zaprojektowali układ zapłonowy z komorą wstępną, który wspomaga spalanie ekstremalnie ubogiej mieszanki. Opracowali również protokół kontroli spalania o obiegu zamkniętym, aby regulować ilość wodoru podawanego do komory oraz ilość benzyny wtryskiwanej do komory wstępnej, ponieważ kontrola stabilności spalania ma kluczowe znaczenie. Następnie zespół zaprojektował katalizator magazynujący tlenek azotu (NOx), który przekształca szkodliwe gazy NOx w nieszkodliwy gaz – dwutlenek azotu (N2). Naukowcy przeanalizowali różne materiały i konfiguracje, a następnie przetestowali je na silniku demonstracyjnym – na etapie oczyszczania spalin, który ma kluczowe znaczenie w kontekście redukcji emisji NOx. „Przy użyciu wielocylindrowego silnika demonstracyjnego wykazano, że kalibracja ścieżki powietrza ma kluczowe znaczenie dla maksymalizacji efektywności i minimalizacji emisji zanieczyszczeń w silnikach spalających ubogą mieszankę”, potwierdził Zaccardi. Zespół projektu EAGLE przewiduje, że takie rozwiązania w połączeniu z e-paliwami przyczynią się do osiągnięcia mobilności neutralnej dla klimatu. „Ponieważ znaczna część energii z paliwa zwykle ulatuje w postaci ciepła, aby zmniejszyć transfer ciepła wewnątrz komory spalania i na wylocie z silnika, ocenie poddano również innowacyjne technologie izolacyjne”, stwierdza Zaccardi. Naukowcy opracowali wytrzymałą, natryskiwaną powłokę termiczną, która poprawia sprawność cieplną bez wpływu na inne parametry spalania.
Przygotowania do realizacji planów handlowych
Projekt EAGLE wykazał, że zastosowanie wodoru jako dodatkowego paliwa zwiększa wydajność silnika i obniża emisję zanieczyszczeń. Jego zespół udowodnił również, że w silnikach spalinowych pojazdów możliwe jest wykorzystanie spalania wodoru. Naukowcy będą kontynuować prace nad optymalizacją układu zapłonowego z komorą wstępną dla silników spalinowych we wszystkich warunkach użytkowania, jak również nad dalszą optymalizacją silników wodorowych. Po określeniu podstawowej koncepcji silnika zespół projektu EAGLE kontynuuje jego optymalizację pod kątem zastosowania go w przyszłych pojazdach hybrydowych w rzeczywistych warunkach jazdy.
Słowa kluczowe
EAGLE, silnik spalinowy, wodór, hybrydowy układ napędowy, paliwo, uboga mieszanka, katalizator magazynujący NOx
