Klimato apsaugos sistemos automobiliuose: kas planuojama?

Anksčiau viskas buvo paprasta – transporto priemonei važiuojant buvo galima iš karto ją išgirsti. Tačiau laikai keičiasi ir vis daugiau automobilių važiuoja beveik be garso. Vis dėlto, net ir juose dažnai yra naudojamas vidaus degimo variklis, vadinamasis „Range Extender“, t. y. nuvažiuojamo atstumo ilgintuvas. Taigi, kokia yra varymo sistemų ateities plėtros kryptis ir kaip vidaus degimo variklį galima padaryti dar efektyvesniu ir palankesniu aplinkai? Pirmiausia, reikia sukurti tinkamą pagrindą. Tačiau iš ko susideda išmetamosios dujos ir kokios yra jų leistinos ribos?

Standartas – kenksmingosios medžiagos

Vis griežtesni klimato apsaugos reikalavimai ir kylančios degalų kainos yra svarbiausiais veiksniais, lemiančiais naujų išmetamųjų dujų emisijos mažinimo technologijų plėtrą. Taisyklė paprasta – kuo mažesnis automobilio „apetitas“, tuo mažiau teršalų išmetama. Tuo tarpu išmetamųjų dujų sudėties analizė yra daug sudėtingesne užduotimi. Išmetamosios dujos – šalutinis produktas, susidarantis degant oro ir degalų mišiniui variklio viduje. Kenksmingų medžiagų kiekis gali būti sumažinamas naudojant įvairias valymo sistemas. Iš išmetimo sistemos į aplinką patenka anglies monoksidas (CO), azoto oksidai (N_x), angliavandeniliai (HC), azotas (N₂), anglies dioksidas/HC (CO₂) ir kietosios dalelės (PM), kurių didžiausi leistini kiekiai yra nurodyti žinomuose Europos standartuose, Vokietijoje sudarančiuose kelių mokesčio apskaičiavimo pagrindą.

ARTIMIAUSIA ATEITIS – TIKSLINĖS CO₂ VERTĖS

Kuo didesnės degalų sąnaudos, tuo daugiau anglies dioksido (CO₂) yra išmetamosiose dujose. Tiesa, CO₂ savaime nekenkia sveikatai, todėl nebuvo įtrauktas į kenksmingų medžiagų standartus, tačiau tai yra pagrindine klimato kaitos priežastimi. Norint sustabdyti pasaulinį atšilimą, reikia mažinti CO₂ emisijas. Siekiant šio tikslo, daugelio šalių, tarp kurių yra JAV, Kinija, Japonija ir Europos Sąjunga, transporto sektoriuose įstatymais buvo nustatytos ribinės vertės, kurios ateinančiais metais griežtės pagal patvirtintą tvarkaraštį. Be to, Europos Sąjunga yra šios srities lydere – ji įsipareigojo iki 2020 metų sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijas ne mažiau kaip 20 % (palyginti su 1990 m.), o tai reiškia, kad iki 2020 m. naujų transporto priemonių parkas turi vidutiniškai išmesti į atmosferą tik 95 g CO₂/km.

Diskusijos – NEDC

Degalų sąnaudų ir išmetamųjų teršalų įvertinimui yra taikoma standartizuota naujojo Europos vairavimo ciklo matavimo procedūra NEDC (angl. „New European Driving Cycle“). Ant patikros stendo pastatyta transporto priemone yra atliekamos tiksliai apibrėžto scenarijaus važiavimo simuliacijos, atkartojančios važiavimą mieste ir užmiestyje tiksliai apibrėžtomis sąlygomis. Tačiau šis metodas yra vis dažniau kritikuojamas dėl skirtumų tarp nominalių degalų sąnaudų pagal NEDC ir faktinių degalų sąnaudų. Nepriklausomų automobilių klubų studijų išvados verčia abejoti tokių matavimų tikslumu, kadangi taikomi metodai neatitinka faktinių važiavimo sąlygų. Siekiant užtikrinti, kad taikomi bandymų metodai patikimai atspindės faktines sąlygas, šiuo metu yra atliekama alternatyvių degalų sąnaudų ir kenksmingų medžiagų emisijų matavimo būdų patvirtinimo procedūra.

Kviečiame prie lentos – automobilių pramonė

Reikalaujamas degalų sąnaudų bei kenksmingų medžiagų emisijos sumažinimas automobilių pramonėje gali būti pasiektas tik vykdant nuobodžius tyrimų ir plėtros darbus. MAHLE, budama ilgamečiu automobilių gamintojų partneriu ir techninių naujovių pradininku, jaučiasi atsakinga už tinkamų sprendimų siūlymą ir jau seniai skiria daug dėmesio su tuo susijusiems tyrimų darbams. Teigiamus rezultatus patvirtina toliau nurodyti produktai. Siekiant užtikrinti didžiausią taupymo potencialą, gamintojai diegia pažangias technologijas variklio viduje ir jo aplinkoje.

Darbai variklio viduje:

Degimo kameros optimizavimas – nauja elementų geometrija (pavyzdžiui, naudojant MAHLE sukurtus atitinkamos formos stūmoklio paviršiaus įdubimus, užtikrinančius degalų ir oro mišinio optimizavimą).

• „Downsizing“ ar „Rightsizing“?
• Įpurškimo slėgio padidinimas.
• Įsiurbimo kanalų valdymas – pavyzdžiui, naudojant „MAHLE Torqueboost CamInCam“® paskirstymo veleną.
• Įpurškimo parametrų optimizavimas.
• Daugelio vožtuvų technologija, pavyzdžiui, naudojant naujausios kartos lengvus MAHLE vožtuvus.
• Pripūtimo slėgio reguliavimas: vietoje įprastinio valdymo yra įmanomas naudojant elektroninius MAHLE įrenginius.

Pastaraisiais metais variklių vidinės dalys buvo stipriai patobulintos – tai aiškiai matyti, pavyzdžiui, kibirkštinio uždegimo variklių degalų įpurškimo sistemose, kuriose nuo įpurškimo į įsiurbimo kolektorių buvo pereita prie tiesioginio įpurškimo aukštu slėgiu.

Darbai už variklio ribų (išmetamųjų dujų valymo sistema):

• Oksidacijos katalizatoriai, NOx kaupimo katalizatoriai ir selektyvinio katalitinio redukavimo katalizatoriai SCR.
• Išorinė žemo arba aukšto slėgio išmetamųjų dujų recirkuliacijos sistema.
• Kietųjų dalelių filtras.
• Katalizatorių komplektai.
• Išmetamųjų dujų katalizatoriai.
• Sistemingas pažangių išjungimo sistemų integravimas. 

Ateitis jau čia: naujosios varymo sistemos

Elektrinės sistemos ne visada yra visiškai elektrinės – dauguma šiuo metu rinkoje siūlomų lengvųjų automobilių su elektros varikliu yra hibridinės transporto priemonės, kaip tai apibrėžia Jungtinės Tautos. Juose įrengti ne mažiau kaip du energijos keitikliai ir dvi transporto priemonėje integruotos energijos kaupimo sistemos, užtikrinančios varymą. Energija dažniausiai saugoma naudojant akumuliatorių, skystų arba dujinių degalų baką arba kinetinės energijos akumuliatorių. Dažniausiai naudojami energijos keitikliai yra elektros varikliai, kibirkštinio uždegimo varikliai ir dyzeliniai varikliai. Vis daugiau gamintojų siūlo transporto priemones be jokios mechaninės jungties tarp variklio ir varomųjų ratų – varymo funkciją vykdo elektros varikliai, kurie yra maitinami iš akumuliatorių. Norint užtikrinti didesnį nuvažiuotą atstumą yra montuojamas papildomas vidaus degimo variklis, kuris užtikrina akumuliatorių įkrovimą jų energijos atsargoms artėjant prie pabaigos. Tai koncepcija, kurią patvirtinimo tikslais MAHLE įdiegė automobilyje „Audi“ A1. Didelį taupymo potencialą, viena vertus, užtikrina mažas darbinis naudojamo variklio tūris (angl. downsizing). Kita vertus, galima užtikrinti optimalų sudeginamų degalų suvartojimą, kadangi variklis veikia išskirtinai akumuliatorių įkrovimui ir momentiniam pavaros sistemos galios padidinimui (angl. boost), jis gali dirbti optimaliame diapazone, nepriklausomai nuo akceleratoriaus pedalo padėties ar važiavimo greičio.

Ekspertai vis dar nesutaria, kuri iš naujų koncepcijų arba išmetamųjų dujų valymo sistemų geriausiai įsitvirtins rinkoje. Vis dėlto, neabejojama, kad artimiausioje ateityje bus visiškai atsisakyta vidaus degimo variklių. Nepriklausomai nuo transporto priemonių ateities, MAHLE visada užtikrins savo novatorišką indėlį taikant naujas technologijas varikliuose arba filtruose, kontroliuojant temperatūrą. Šioje srityje, bendradarbiaudama su „Behr“, MAHLE jau dabar gali geriau išnaudoti čia slypintį inovacijų potencialą.

Sėkmingas MAHLE koncepcinio automobilio „Audi“ A1 projektas. Elektros varikliai užtikrina varymą, o vidaus degimo variklis krauna akumuliatorius, tokiu būdu pailgindamas nuvažiuojamą atstumą.