Novinka slibuje zvýšit účinnost dieselu. O pětinu... Je to tekutý dusík!

I přes neutuchající zbrojení proti vznětovým motorům automobilky stejně jako strojírenské firmy, vyvíjející a vyrábějící automobilové příslušenství, stále podrobují vznětový motor dalšímu vývoji. I z toho lze usuzovat, že agregát pracující na principu vznícení směsi vysokou teplotou vzniklou jejím stlačením ve válci se do „věčných lovišť“ v nejbližších letech určitě nechystá. Navzdory různým prohlášením často samozvaných odpůrců těchto motorů.

Ano, elektromobilita postupuje a je téměř jisté, že jednou bude převažujícím pohonem osobních a asi i lehkých užitkových automobilů. Doba plošného rozšíření těchto pohonů ale určitě není v horizontu řekněme deseti let.

O celou pětinu!

Budoucnost má dle firmy Ricardo vznětovému motoru zajistit výrazné zvýšení jeho termodynamické účinnosti. Ta je u současných velmi dobře řešených vznětových motorů přibližně čtyřicetiprocentní. Firma Ricardo ovšem slibuje s využitím technologie CryoPower její zvýšení až na 60 procent! Tedy o celou pětinu více. Jakým způsobem toho chtějí dosáhnout? Údajně využijí tekutý dusík v kombinaci s velmi propracovanou termodynamikou celého agregátu, k čemuž má motoru pomoci právě tekutý dusík, jenž ovšem nebude palivem tohoto motoru. Dále se počítá s využitím již známých termodynamických cyklů. Kromě Dieselova to bude také Millerův cyklus, jenž pracuje se zkráceným kompresním zdvihem vůči expanznímu, přičemž rozdíl mezi nimi je „doháněn“ dodatečným stlačením vzduchu (kompresorem, turbodmychadlem) a dále s nápadem Johna Ericssona.

Takzvaný Ericcsonův–Braytonův cyklus počítá s ideálním tepelným oběhem, kde přívod i odvod tepla je realizován při konstantním tlaku. Cyklus je však za běžných podmínek vhodný spíše než pro pístový motor pro spalovací turbínu.

Jak oddělit cykly

V rámci technologie CryoPower počítá firma Ricardo s oddělením pracovních cyklů. V jednom válci by se tak měl odehrávat pouze sací a kompresní zdvih, ve druhém expanzní a výfukový. Současně by se při tom využívalo Millerova cyklu, neboť píst nasávající směs by měl kratší zdvih, než druhý píst pro kompresní zdvih.

Technologie, která zajistí dieselu budoucnost: Bosch slibuje drastické snížení NOx

K čemu ale ten tekutý dusík? Technologie CryoPower počítá s jeho řízeným vstřikováním do válce při kompresním zdvihu, čímž by se mohlo dosáhnout stejné teploty ve válci na začátku i na konci kompresního zdvihu. Současně se tím sníží práce klikového hřídele, potřebná ke zkapalnění dusíku.

Stlačený vzduch ve válci se tedy dusíkem ochladí a současně je dopravován do válce, v němž se odehrává expanzní/výfukový cyklus. Při tom se ale ohřeje tím, že přijme teplo ze spalin. V principu se jedná o výše zmíněný Ericcsonův-Braytonův cyklus. Ohříváním plynu dochází k jeho rozpínání a tím i růstu tlaku. V této formě se dostane do válce určeného pro expanzi/výfuk, kde se k ohřátému vzduchu přidá palivo a celá směs je zapálena.

Vzniklé výfukové plyny jdou do tepelného výměníku. V něm odevzdají část tepla, které se později využije pro výše zmíněné ohřátí před tím ochlazeného vzduchu při kompresním zdvihu. Turbodmychadlo stlačuje nasávaný vzduch přes chladič, než se dostane do válce pro sání, respektive kompresi.

Celý tento na pohled složitý proces má za cíl výrazně snížit takzvané odpadní teplo, které stojí za úbytkem účinnosti spalovacího motoru. Celý systém pracuje s nižší teplotou a tlakem ve válci než u konvenčních vznětových motorů. Jak známo, teplota spalování či přesněji její výše přímo souvisí s tvorbou oxidů dusíku.

Kdy a zda vůbec se popsaného motoru dočkáme, firma Ricardo neuvádí. Otazníky totiž stále visí nad výrobou tekutého dusíku. Ten se dnes získává ze vzduchu, v němž činí jeho podíl 78,09 procent. Požadavek na jeho množství ale není v současné době zase tak velký. Pokud by se začal používat v roli „ochlazovače“ stlačeného vzduchu v popsaném motoru, musela by se jeho produkce výrazně zvýšit.