Έρευνα: Πώς θα γίνουν ενεργειακά αποδοτικότεροι οι ICE;
1/1/2021
Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης (ICE) αξιοποιούν μόλις το 12-30% της ενέργειας του καυσίμου. Πώς μπορούν να γίνουν πιο ενεργειακά αποδοτικοί, προσεγγίζοντας έως και το 50%; Οι επιστήμονες απαντούν.
Θα χρειαστούν αρκετά χρόνια μέχρι τα αυτοκίνητα στην Ευρώπη (τουλάχιστον) και τον υπόλοιπο κόσμο να μηνεκπέμπουν καθόλου CO2 την ατμόσφαιρα. Μέχρι το 2030 έχει τεθεί ως στόχος η μείωση κατά 40% των συγκεκριμένων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Προκειμένου να υλοποιηθεί το συγκεκριμένο πλάνο κυρίως θα πρέπει να αυξηθεί η αγορά-κυκλοφορία των αμιγώς ηλεκτρικών και των plug-in hybrid μοντέλων.
Την ίδια στιγμή, ωστόσο, πρέπει και τα οχήματα που έχουν κινητήρες εσωτερικής καύσης να είναι πιο αποδοτικά ενεργειακά. Προς την κατεύθυνση αυτή κινήθηκε το ερευνητικό project ICE2025, πρωτοβουλίας της Ερευνητικής Ένωσης για Κινητήρες Καύσης (FVV, Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen / Research Association for Combustion Engines). Σε αυτό το project επιστήμονες στο Άαχεν, το Μπράουνσβιχγκ, το Ντάρμσταντ και τη Στουτγκάρδη διερεύνησαν από κοινού το βαθμό στον οποίο μπορεί να αυξηθεί η απόδοση των κινητήρων βενζίνης με την εφαρμογή διαφόρων τεχνολογικών συνδυασμών.
Η διαδικασία που ακολουθήθηκε και οι περιορισμοί
Σε όλους τους κινητήρες που εξετάστηκαν στην διάρκεια των δοκιμών ως κοινό στοιχείο ήταν η πρόσθετη ισχύς ενός ηλεκτρικού μοτέρ, ιδίως κατά την κυκλοφορία σε αστικό περιβάλλον. «Σε κάθε περίπτωση θέλαμε να υπάρχει στην μπαταρία ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας τόσο στην αρχή όσο και στο τέλος των διαδρομών μας», εξηγεί ο καθηγητής Dr.-Ing. Christian Beidl, Επικεφαλής του Ινστιτούτου Κινητήρων Εσωτερικής Καύσης και Οχημάτων στο TU Darmstadt
Το project διήρκησε περίπου 2,5 χρόνια μέχρι να δώσει τελικά συμπεράσματα. Οι επιστήμονες που συμμετείχαν έθεσαν από κοινού ποιες τεχνικές αλλαγές στον κινητήρα θα μπορούσαν να αποφέρουν σημαντική αύξηση της απόδοσης. Αποφασίστηκε να τεθούν δύο περιορισμοί. Πρώτον, απαιτούνται ώριμες τεχνολογίες οι οποίες είναι ρεαλιστικό σενάριο να εφαρμοστούν στην γραμμή παραγωγής ως το 2030. Δεύτερον, δεν πρέπει να εξεταστούν μεμονωμένα οι τεχνολογίες, αλλά μόνο ο συνδυασμός τους. Μεταξύ άλλων, αξιολογήθηκαν αποτελέσματα σχετικά με την ανακυκλοφορία καυσαερίων, την ανάφλεξη πριν τον θάλαμο καύσης και την έγχυση νερού.
Οι επιπτώσεις στην κατανάλωση καυσίμου σε πρώτο βαθμό προέκυψαν μέσω υπολογισμών και στην συνέχεια επιβεβαιώθηκαν μέσω διαφόρων δοκιμών στους κινητήρες. Κατόπιν, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τα αποτελέσματα για να προσδιορίσουν την κατανάλωση σε διάφορα υβριδικά οχήματα, εστιάζοντας όχι στις επίσημες μετρήσεις που συνοδεύουν κάθε αυτοκίνητο, αλλά με κριτήριο πραγματικά αποτελέσματα στους δρόμους. Ακολουθήθηκε συγκεκριμένο προφίλ οδήγησης, το RDE test (Real Driving Emission) το οποίο και λαμβάνει υπόψιν συγκεκριμένες παραμέτρους (μέση ταχύτητα, εξωτερική θερμοκρασία, στάθμη θάλασσας, τουλάχιστον 16 χλμ. απόσταση οδήγησης), πριν δώσει τιμές.
Η αποδοτικότητα αυξήθηκε πάνω από το 40%
Το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό. Περισσότερο από το 40% της ενέργειας του καυσίμου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνθήκες πραγματικής οδικής κυκλοφορίας, εάν οι διαθέσιμες τεχνολογίες για τον κινητήρα καύσης συνεργάζονται στον βέλτιστο βαθμό. Για παράδειγμα, σε ένα όχημα μεσαίου μεγέθους με υβριδική κίνηση, ο ανεπτυγμένος κινητήρας υψηλής απόδοσης μπορούσε να χρησιμοποιήσει το 42% της ενέργειας που περιέχεται στο καύσιμο. «Καταφέραμε να συνδυάσουμε τις τεχνολογίες με τέτοιο τρόπο ώστε η κατανάλωση υπό συνθήκες RDE να είναι χαμηλότερη από τις τιμές που καθορίζονται στον κύκλο δοκιμών WLTP», τονίζει ο καθηγητής Dr. - Ινγκ. Stefan Pischinger, Επικεφαλής του τμήματος με αντικείμενο Κινητήρες Εσωτερικής Καύσης στο Πανεπιστήμιο RWTH Aachen.
Για να αντιληφθεί κανείς την επιτυχία του εγχειρήματος, ένας απλός βενζινοκινητήρας χρησιμοποιεί περίπου μόνο το 12-30% της ενέργειας του καυσίμου, ανάλογα φυσικά και με το περιβάλλον στο οποίο βρισκόμαστε. Παράδειγμα, σε αστικό ιστό υπάρχει αξιοποίηση 12-20% ποσοστού ενέργειας με το υπόλοιπο να χάνεται ή να χρησιμοποιείται για άλλους σκοπούς (λόγου χάρη το air-condition).
Στο φινάλε, οι ερευνητές εξέτασαν επίσης την προοπτική που έχουν οι «lean-burn engines», δηλαδή οι κινητήρες που κάνουν καύση καυσίμου με περίσσεια αέρα. Διαπίστωσαν ότι τα επίπεδα απόδοσής του μπορούν να αυξηθούν κατά 2-3 ποσοστιαίες μονάδες. «Αυτό συνεπάγεται ότι αξιοποίηση της ενέργειας του καυσίμου 50% είναι εφικτός στόχος» επισημαίνει ο καθηγητής Dr.-Ing. Michael Bargende, Επικεφαλής του τμήματος οχημάτων οχημάτων στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας Οχημάτων του Πανεπιστημίου της Στουτγκάρδης.
Ο ρόλος των e-fuels
Το συνολικό ποσοστό απόδοσης θα μπορούσε να αυξηθεί έως και 46% μέσω της χρήσης e-fuels. Αλλωστε, τα αποτελέσματα του ερευνητικού έργου είναι σχετικά με τη συζήτηση σχετικά με τα οφέλη των συνθετικών καυσίμων, υπογραμμίζει ο Bargende. «Υπολογίζεται μέγιστη απόδοση 25% για τον κινητήρα εσωτερικής καύσης σε πολλές αναλύσεις. Η έρευνα δείχνει τώρα ότι περισσότερο από το 40 τοις εκατό μπορεί να επιτευχθεί στην πραγματική κυκλοφορία εάν ο κινητήρας, το κιβώτιο ταχυτήτων και τα υβριδικά εξαρτήματα έχουν σχεδιαστεί με κατάλληλο τρόπο στο κινητήριο σύνολο », εξηγεί ο επιστήμονας.
«Η λειτουργία με συνθετικά καύσιμα καθιστά τους υβριδικούς κινητήρες όχι μόνο ουδέτερους από άνθρακα, αλλά δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου διαφορά στη συνολική απόδοση σε σύγκριση με άλλες εναλλακτικές λύσεις κίνησης εάν τα συνθετικά καύσιμα παράγονται σε τοποθεσίες με σημαντικά περισσότερες ώρες ηλιοφάνειας ή ανέμου από ό, τι μπορεί να επιτευχθεί στη Γερμανία» καταλήγει.
Σε κάθε περίπτωηση, FVV σχεδιάζει ήδη το επόμενο έργο της. Το «ICE2030» που βρίσκεται στα σκαριά έχει να κάνει με τη χρήση υδρογόνου για την αύξηση των ποσοστών απόδοσης, μία ακόμη εναλλακτική και φιλική προς το περιβάλλον πρόταση.
.jpg)
.jpg){kind=logo}
.jpg)
.jpg)
.jpg)
Short Videos