Bencinski motor z višjim izkoristkom Bencinski motor z višjim izkoristkom
Primerjava med bencinskim in dizelskim motorjem v praksi je pogosto enostranska, saj se primerja le poraba goriva in še to v litrih na 100... Bencinski motor z višjim izkoristkom
Predstavitev vozila z D-EGR motorjem.

Predstavitev vozila z D-EGR motorjem.

Primerjava med bencinskim in dizelskim motorjem v praksi je pogosto enostranska, saj se primerja le poraba goriva in še to v litrih na 100 kilometrov, saj bi na primer samo sprememba enot iz litrov v kilograme popravila oziroma spremenila sliko. Prav nasprotno je pri primerjavi teoretičnih procesov, še posebej če pri vrednotenju izhajamo iz enakih začetnih pogojev. V tem primeru je toplotni izkoristek Ottovega procesa višji kot pri Dieslovem.

Vzrok za razliko med teorijo in prakso je najbolj preprosto povedano v različnih prostorninskih razmerjih, ki je pri dizlih višje, različni pa so tudi pogoji zgorevanja. Če bi želeli v praksi doseči teoretično prednost bencinskega motorja, bi morali rešiti problem nepravilnega zgorevanja – klenkanja pri visokih prostorninskih razmerjih. To pa bi bilo mogoče doseči, če bi v valju zagotovili idealno homogeno zmes, podobno kot v jedru, kjer se sproži samovžig v prostoru, ali s primernim oblikovanjem zgorevalnega prostora ter nastavitvami, ki bi preprečevale klenkanje in pospeševale hitrost zgorevanja.

Popolno pripravo homogene zmesi v zgorevalnem prostoru bi verjetno lahko dosegli s pomočjo vodenega gibanja delovnega medija in goriva, razpršenega na čim manjše kapljice (para). Teoretično lahko dosežemo najmanjše kapljice ali paro s pomočjo superkritičnega vbrizgavanja, to je pri pogojih, pri katerih tekoče gorivo pri vbrizgavanju neposredno prehaja v paro pri tlaku goriva okoli 600 barov in temperaturi okoli 450 stopinj Celzija. Največji problem pri tem je kako zagotoviti zanesljiv trenutek vžiga zmesi in to po celotnem območju delovanja motorja. Prednosti homogenega zgorevanja bi bili večja hitrost čela plamena, ki omogoča segrevanje zmesi pri nespremenjeni prostornini, ter majhna temperatura zgorevanja, pri kateri se tvori malo dušikovih oksidov, največja moč motorja pa ne bi bila omejena. Trenutno je take pogoje mogoče doseči le v manjšem delu delovnega območja motorja.

Klenkanje se lahko omeji z določeno količino zgorelih plinov, ki se vodijo nazaj v valj (EGR), z vbrizgavanjem različnih goriv, s postopki, ki pospešujejo ali zavirajo zgorevanje, z načini vbrizgavanja, z različnimi koncentracijami zmesi … Taki ukrepi omogočajo pri visokih prostorninskih razmerjih pripravo zmesi, pri kateri do klenkanja ne pride ali pa pride le v omejenem obsegu in to po celotnem območju delovanja motorja. Čeprav to ni idealno, se je mogoče tudi na tak način približati teoretičnim prednostim Ottovega procesa in s tem zagotoviti, da je tudi v praksi bencinski motor primerljiv z dizelskim v porabi goriva in izkoristku. Slabša stran take rešitve je manjša največja moč motorja kljub temu, da je potek navora bolj enakomeren v širokem območju med najmanjšo in največjo vrtilno hitrostjo.

Osnovna predstavitev delovanja motorja D-EGR.

Osnovna predstavitev delovanja motorja D-EGR.

Raziskave na bencinskih motorjih, ki bodo primerljivi z dizelskimi, se pospešeno izvajajo deloma pri izdelovalcih motorjev, deloma na inštitutih univerz, kar je posebej intenzivno v Ameriki. Iz kratke zgodovine razvoja bencinskega motorja z visokim izkoristkom se je izkazalo, da je kar nekaj lepih obljub utonilo v pozabo in končno je po trenutnih ocenah le Mazda s svojim SkyActivom edina, ki lahko pokaže začetne rezultate v praksi. Sedaj je korak naprej naredila skupina PSA, ki je prikazala cilj in sicer kako deluje bencinski motor v vozilu, ki lahko tekmuje z dizelskim v porabi goriva in izkoristku, kar kažejo tudi podatki. Na osnovi sodelovanja pri predkonkurenčnem projektu z inštitutom SwRi so v PSA izdelali D-EGR motor, ga vgradili v vozilo in hkrati tudi predstavili njegove lastnosti. Predvsem so zanimivi podatki o porabi goriva, saj je ta za 10 do 15 odstotkov manjša po celotnem delovnem območju delovanja motorja glede na izhodiščno stanje. Zanimiva je vrednost specifične porabe goriva, ki je 212 gramov na kilovatno uro, s katero se lahko primerjajo neodvisno različni motorji med seboj in je enaka ali celo manjša kot jo dosegajo dizelski motorji podobne velikosti. Na enaki ravni z dizelskim motorjem je tudi podatek o izkoristku motorja, ki dosega 42 odstotkov.

Štirivaljni D-EGR motor, predstavljen v vozilu, je navidezno razdeljen na tri ‘delovne’ valje, kjer zgoreva stehiometrična zmes, in na četrtega, v katerem zgoreva bogata zmes. Četrti valj predstavlja ‘generator zgorelih plinov’ kot dodaten izvor, ki omogoča vzdrževati visok delež zaostalih plinov v ostalih valjih tudi pri največji moči motorja. Hkrati poteka v četrtem valju reformacija goriva ali preprosto razpad v ogljikov monoksid (CO) in vodik (H2), ki sta dejansko vmesna produkta pri zgorevanju. Ker ima motor sorazmerno visoko prostorninsko razmerje (14:1), poteka proces zaradi preprečevanja klenkanja z velikim dodatkom zgorelih plinov – približno 25 odstotkov. Zgoreli plini v zmesi onemogočajo samovžige, prav tako so temperature zgorevanja nižje, posledično je manjša količina dušikovih oksidov in manjša hitrost zgorevanja. Ker se želi ohraniti dovod toplote (zgorevanje) pri čim manjši spremembi prostornine (V = konst.), se mora hitrost zgorevanja pospešiti, kar se doseže s produkti reformacije goriva, še posebej z vodikom (H2). Hkrati je treba upoštevati še prispevek visokoenergijskega vžigalnega sistema (DCO – Dual Coil Offset), ki omogoča nastaviti primeren trenutek vžiga zmesi. Na ta način so dosegli delovanje bencinskega motorja, ki po vsem delovnem področju dosega ali presega primerjalne vrednosti dizelskega motorja v osebnih vozilih.

Težnja po približevanju k večjemu izkoristku potenciala Ottovega motorja je torej očitna in tudi na komercialnem področju. Omenjeni motor skupine PSA je že operativen prototip konlnega izdelka, za katerega bi po dosedanjih podatkih lahko ocenili, da lahko v serijsko proizvodnjo pride leta 2018.

Aci Bizjan

Pogled pod motorni pokrov; motor – D-EGR.

Pogled pod motorni pokrov; motor – D-EGR.

Foto: SwRi