Prace nad gazodieslem w Szwajcarii

Wynik ten osiągnięto dzięki zastosowaniu jednoczesnego zasilania olejem napędowym i gazem ziemnym (gazodiesel). Zainteresowanie paliwem gazowym nie było przypadkowe, ponieważ wydobycie gazu ziemnego ze złóż łupkowych w Stanach Zjednoczonych, które uniezależniło tamtejszą gospodarkę od importu tego paliwa może wpłynąć (po uruchomieniu eksportu) na ceny metanu na całym świecie.

Naukowcy z Instytutu Systemów Dynamicznych i Kontroli opracowali jednostkę napędową o zapłonie samoczynnym zasilaną gazem ziemnym (podawanym do układu dolotowego), który stanowi nawet do 98% całkowitej dawki paliwa. Pozostała ilość to olej napędowy, który wtryskiwany w końcu suwu sprężania ulega samozapłonowi, inicjując proces spalania obu paliw.

fot. ETH ZurichSilnik VW 2.0 TDI zasilany jednocześnie olejem napędowym i gazem ziemnym na stanowisku badawczym

Szwajcarzy przekonstruowali konwencjonalny silnik Diesla z samochodu Volkswagen Golf (2.0 TDI) do takiego sposobu zasilania. Silnik o stopniu sprężania 16,5 osiągnął sprawność 39,6%.

Według naukowców z Zurychu taki sposób zasilania silnika (gazodiesel), polegający na jednoczesnym dostarczaniu do komór spalania oleju napędowego i paliwa gazowego stosowany jest głównie w silnikach stacjonarnym pracujących w stałych warunkach obciążenia i ze stałą prędkością obrotową. Zastosowanie takiej koncepcji zasilania w silniku trakcyjnym (stosowanym w pojeździe), w którym obciążenie i prędkość obrotowa silnika stale się zmieniają jest dużo bardziej skomplikowane.

Tobias Ott i Christopher Onder z zespołu prof. Lino Guzzelli opracował system elektronicznej kontroli spalania do tego silnika. Sercem systemu są 4 czujniki ciśnienia mierzące jego wartość w cylindrach silnika. Pochodzące z nich dane obrabiane przy zastosowaniu złożonych algorytmów umożliwiają precyzyjne wyznaczenie momentu wtrysku i czasu jego trwania tak, aby silnik pracował z największą sprawnością.

Naukowcy przebadali także hybrydowy, równoległy układ napędowy, który w jeszcze większym stopniu zmniejsza zużycie energii i emisję spalin. Silnik można jednak z powodzeniem stosować w samochodzie samodzielnie.

Naukowcy badając silnik na specjalnie zaprojektowanym stanowisku wykazali zmniejszenie emisji spalin przez zasilaną w ten sposób jednostkę napędową, choć do rozwiązania są jeszcze niektóre problemy techniczne.

W tej chwili koncentrujemy się szczególnie na temperaturze katalizatora, która musi wynosić co najmniej 300°C dla jego prawidłowego działania. Nasz silnik spalinowy przetwarza energię cieplną w energię mechaniczną z taką sprawnością, że spaliny nie są wystarczająco gorące, aby wytworzyć ilość ciepła, niezbędną do jego ogrzania, szczególnie po uruchomieniu.

Tobias Ott – doktorant z zespołu prof. Lino Guzzelli

Inny członek zespołu pracującego nad tym rozwiązaniem, Christopher Onder jest przekonany, że silnik zasilany jednocześnie olejem napędowym i gazem ziemnym może być produkowany seryjnie już za 5 lat. Warunkiem jest znalezienie odpowiedniego partnera przemysłowego, który podejmie się wykonania prototypu takiego silnika.

Naukowcy mają świadomość, że sukces rozwiązania zależy od kosztów jego produkcji. W przypadku gazodiesla opartego na istniejącej technologii, którą można szybko wdrożyć są one stosunkowo niskie, a tego typu silnik może stanowić technologiczny pomost na 10 do 20 lat przed wdrożeniem jeszcze bardziej wydajnych rozwiązań. Negocjacje z producentami samochodów są już prowadzone, a jak pokazuje przykład firm: Clean Air Power i Westport rozwiązania tego typu mogą być z powodzeniem komercjalizowane.

Projekt jest wspierany przez Centrum Kompetencji Energii i Mobilności (Competence Center Energy and Mobility – CCEM ) i szwajcarski Federalny Urząd Energetyki (Swiss Federal Office of Energy).