Dieselové motory ešte nemusia skončiť. Vedci ukázali riešenie, ktoré im môže predĺžiť život aj pri prísnych emisných limitoch

Dieselové motory čelia v posledných rokoch čoraz väčšiemu tlaku. Prísnejšie emisné normy nútia výrobcov hľadať nové riešenia a mnohí odborníci predpokladajú, že menšie pracovné stroje časom prejdú na elektrický pohon. Nie všetky segmenty však majú jednoduchú cestu k elektrifikácii a práve tam sa stále počíta s modernými naftovými motormi.

Americký výskumný inštitút Southwest Research Institute (SwRI) teraz predstavil riešenie, ktoré môže predĺžiť život dieselových agregátov v stavebných strojoch, poľnohospodárskej technike či ďalších terénnych vozidlách. Výskumníci totiž úspešne otestovali upravený motor, ktorý splnil pripravované emisné limity Tier 5 navrhnuté kalifornským regulačným úradom CARB. Celý projekt nevyžadoval radikálnu prestavbu motora ani zásadný zásah do jeho výkonových parametrov. Podobný tlak poznáme aj v Európe, kde pracovné stroje mimo bežných ciest spadajú pod prísnu emisnú normu Stage V, hoci je tam niekoľko odlišností.

CARB patrí medzi najprísnejších regulátorov na svete

Kalifornský úrad CARB patrí dlhodobo medzi najprísnejších regulátorov emisií na svete. Nové pravidlá Tier 5 cielia najmä na výrazné zníženie oxidov dusíka (NOx) a pevných častíc (PM), teda látok, ktoré prispievajú k znečisteniu ovzdušia a zdravotným problémom.

Problém spočíva v tom, že veľké motory si dokážu pomôcť technológiami známymi z nákladných áut či autobusov. Na druhej strane však stoja menšie agregáty, ktoré poháňajú množstvo pracovných strojov. Pre tie zatiaľ neexistovala jednoduchá a cenovo dostupná cesta k splneniu budúcich limitov.

„Priemysel v súčasnosti nemá nákladovo efektívne riešenie na splnenie normy Tier 5. Náš projekt mal pomôcť takúto cestu nájsť,“ vysvetlil vedúci inžinier Alex Michlberger.

Výskumníci nesiahli po revolúcii

Tím zo SwRI sa zameral na komerčne dostupný štvorvalcový dieselový motor s výkonom 55 kilowattov. Práve táto kategória patrí medzi najproblematickejšie z pohľadu budúcich emisných požiadaviek. Namiesto vývoja úplne nového agregátu výskumníci upravili existujúci motor. Základ riešenia tvoril systém recirkulácie výfukových plynov, známy pod skratkou EGR. Táto technológia vracia časť spalín späť do spaľovacieho priestoru, čím znižuje tvorbu oxidov dusíka.

Súvisí s tým

Vedci našli „prepínač“, ktorý predĺžil život troch úplne odlišných organizmov o viac než 25 %

Samotné zvýšenie podielu recirkulovaných plynov však nestačilo. Tím preto upravil riadenie turbodúchadla a namontoval výkonnejší chladič EGR systému. Následne doladil riadiaci softvér motora tak, aby všetky komponenty spolupracovali čo najefektívnejšie.

Výsledkom sa stal motor, ktorý splnil nové emisné požiadavky bez citeľného negatívneho vplyvu na výkon.

Výsledky prekonali cieľové hodnoty

Výskumníci podrobili motor sérii certifikačných testov. Tie simulovali rôzne prevádzkové podmienky vrátane prudkých zmien zaťaženia, aké sú pre pracovné stroje typické. Namerané výsledky dopadli lepšie, než vyžadovali samotné limity Tier 5. Pri jednom z testovacích cyklov klesli emisie oxidov dusíka o 22 percent pod požadovanú hranicu. Emisie nespálených uhľovodíkov sa dostali dokonca o 56 percent nižšie.

Druhý certifikačný test priniesol podobný výsledok. Oxidy dusíka dosiahli hodnoty o 28 percent nižšie než limit a emisie uhľovodíkov o polovicu zaostali za maximálne povolenou hranicou.

„Dosiahli sme výrazné zníženie emisií pomocou inovatívnej kalibrácie motora a minimálnych hardvérových úprav,“ uviedol Michlberger.

Dôležitú úlohu zohral aj automatizovaný testovací systém. Ten dokázal počas krátkeho času zhromaždiť údaje zo stoviek rôznych prevádzkových bodov. Výskumníci následne vytvorili detailnú mapu správania motora a identifikovali optimálne nastavenia pre jednotlivé režimy prevádzky. Vďaka tomu našli kombináciu, ktorá znížila emisie bez toho, aby motor prišiel o svoje úžitkové vlastnosti.

Práve softvérové ladenie sa v posledných rokoch stalo jedným z najdôležitejších nástrojov moderných motorárov. Výkon, spotrebu aj emisie dnes často ovplyvní správne nastavenie riadiacej jednotky viac než samotná mechanická konštrukcia agregátu.

Dieselové motory ešte nepovedali svoje posledné slovo

Výsledky projektu naznačili, že dieselové motory v pracovných strojoch ešte nemusia patriť do minulosti. Elektrifikácia síce napreduje, no mnohé stavebné, poľnohospodárske a priemyselné stroje stále potrebujú vysoký výkon, dlhú prevádzku a rýchle dopĺňanie energie.

Práve preto výrobcovia hľadajú spôsoby, ako klasické spaľovacie motory prispôsobiť čoraz prísnejším ekologickým požiadavkám. Výskum SwRI ukázal, že aj relatívne jednoduché úpravy dokážu priniesť výrazné zníženie emisií bez nákladného vývoja úplne novej technológie.

To, či sa podobné riešenia presadia vo veľkom meradle, bude závisieť od budúcich regulačných rozhodnutí aj od tempa nástupu elektrických pracovných strojov. Najnovšie testy však naznačili, že priestor na ďalšie vylepšovanie dieselových motorov ešte úplne nezmizol.