Мировые энергетические рынки меняются. Новые методы добычи открывают доступ к месторождениям нефти и природного газа, которые до сих пор были недоступны. США, например, сегодня в состоянии покрыть до 83% своих общих потребностей в энергии; Правительство даже планирует увеличить экспорт природного газа в будущем.
И на горизонте появляются новые разработки: природный газ также может стать важным топливом для транспортных средств на дорогах Америки благодаря работе швейцарских исследователей из Института динамических систем и управления в ETH Zurich. Они разработали гибридную трансмиссию, работающую на природном газе и дизельном топливе, которая выделяет вдвое меньше CO2 без снижения производительности.Впрыск дизельного топлива вместо свечи зажиганияИсследователи ETH переработали обычный дизельный двигатель VW Golf, чтобы он работал на 90% природном газе.
Вместо свечи зажигания, которая является стандартной для двигателей, работающих на природном газе, двигатель зажигается с помощью небольшого количества дизельного топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр. При этом исследователи смогли добиться высокоэффективного сгорания с максимальной эффективностью 39,6%.Дизельные двигатели, работающие на природном газе, уже существуют и используются в промышленности, где энергия вырабатывается и используется в одном месте — например, для работы большого оборудования. «В автомобиле частота вращения двигателя и нагрузка постоянно меняются, что означает, что система двигателя намного сложнее», — объясняет Тобиас Отт, докторант исследовательской группы профессора Лино Гуззелла.Инновационная электронная система управления горением
Отт разработал инновационный электронный контроль горения вместе со старшим научным сотрудником Кристофером Ондером в рамках своей диссертации. Датчик, который измеряет давление в цилиндрах, играет ключевую роль: используя сложные алгоритмы управления, исследователи смогли постоянно корректировать количество и синхронизацию дизельного топлива, что позволило системе двигателя работать с максимальной эффективностью. Исследователи также связали инновационный дизельный двигатель, работающий на природном газе, с небольшим электродвигателем, чтобы еще больше снизить потребление.
Однако его также можно было бы установить в транспортном средстве без электрической гибридизации, что было бы критически важно для промышленного производства в больших количествах.Массовое производство — возможность через пять летИсследователи продемонстрировали сокращение выбросов с помощью экспериментов на специально разработанном испытательном стенде и недавно опубликовали результаты в специализированном журнале Energies. Эта проверка концепции также включает решение окончательных технических проблем. «В настоящее время мы уделяем особое внимание температуре в каталитическом нейтрализаторе», — говорит Отт.
Чтобы преобразователь заработал, он должен иметь температуру не менее 300 градусов. «Наш двигатель внутреннего сгорания преобразует тепловую энергию в механическую с такой эффективностью, что выхлопные газы недостаточно теплые, чтобы выделять достаточно тепла, особенно после запуска», — добавляет Отт. Исследователи хотят решить проблему за счет модифицированного управления двигателем во время прогрева.Кристофер Ондер убежден, что газодизельный двигатель может быть произведен в серийное производство через пять лет. «Необходимым условием является то, что мы найдем промышленного партнера, который сможет взять на себя разработку прототипа», — объясняет он. Исследователи считают, что успех их двигателя в решающей степени зависит от затрат на его производство.
Они подчеркивают, что их решение может быть не дешевым, но сравнительно рентабельным. А поскольку их концепция основана на уже существующей технологии, ее можно быстро реализовать, и она является идеальной технологией перехода на следующие 10–20 лет. Исследователи уже ведут переговоры с производителем автомобилей.
Проект был поддержан Центром компетенции в области энергетики и мобильности (CCEM) и Федеральным управлением энергетики Швейцарии.