Trots att den hela tiden utvecklats under det senaste århundradet för att bli en mycket bränslesnål kraftenhet är dieselmotorn nu hotad som aldrig förr. Så "vad är framtiden för dieselmotorn?" var temat för frågor som ställdes till Dr. Staffan Lundgren, Senior Technology Advisor för Powertrain på Volvokoncernen.
Varför har diesel förblivit en så populär kraftkälla?
Diffusionsförbränning – där förbränningen är koncentrerad kring antändningen och syre sprids runt förbränningsområdet – är mycket effektivt. Den har minimala energiförluster till motorns väggar genom strålning eller konvektion – mycket lägre än en bensinmotor. Den grundläggande dieselmotorn är mycket stark och tål mycket höga tryck.
Hur effektivt är det?
Det har skett stora förbättringar – från omkring 35 % effektivitet på 1980-talet till dagens 50 % effektivitet. Det betyder att hälften av bränslet nu går till nyttigt mekaniskt arbete. Som referens – en bensinmotor är cirka 35 % effektiv. Dessa vinster har kommit från common rail-bränsleinsprutningssystem med högt tryck, turboladdning och införandet av datorkraft för att exakt styra förbränningen och efterbehandlingssystemen.
Är ökad bränsleeffektivitet kundernas första efterfrågan?
Ja, bra bränsleeffektivitet är det viktigaste, men kunderna kräver också bra motorprestanda och hållbarhet. Då måste det
vara hållbara och uppfylla utsläppskrav – och dessa konkurrerar ibland med varandra.
Blir motorerna också kraftfullare?
Det finns en uppåtgående trend – kunderna flyttar större laster och det kräver större kraft. Volvokoncernens största produktion är nu 1,000 hk. Men jämfört med personbilar är alla tunga applikationer fortfarande (relativt) underdrivna.
Dieselmotorn anklagas för att vara miljöovänlig. Kan den städa upp sin handling?
Att göra dieselmotorer mycket rena är möjligt och det är något som den tunga industrin har gjort större framsteg på än den lätta sektorn. En del av anledningen till detta är att effektiviteten som efterfrågas av kunder inom den tunga sektorn är mycket högre.
Hur svårt har det varit att öka effektiviteten och samtidigt sänka utsläppen?
Det har varit en utmaning att förfina den termodynamiska processen för att kompensera för bördan av att ha lagt till SCR-efterbehandlingssystemet. Men nu är vi tillbaka på rätt spår för att öka effektiviteten steg för steg.
Hur mycket längre kan du gå – noll utsläpp?
Det beror på vad du menar med utsläpp. Om du driver motorn med bränsle utan kol och kopplar det till en effektiv förbränningsprocess som inte skapar sot, är nollutsläpp möjligt. Vi har arbetat med att använda metan och DME (dimetyleter) som rena alternativ till diesel. Detta är ingen ny idé, år 1900 kördes dieselmotorn framgångsrikt på jordnötsolja. Problemet ligger inte i tekniken för att få de rena bränslena att fungera, utan snarare deras tillgänglighet. Men om utbudsproblemet med förnybara bränslen kan lösas, är det möjligt för dieselmotorer att köra 100 % CO2-fria.
Har inte rena bränslen också sina egna miljöutmaningar?
Biobränsleproduktion ska inte konkurrera med livsmedelsproduktion – men det finns andra bränslen där detta inte är ett problem. Elektrobränslen (E-bränslen) använder sol- eller vindkraft för att "knäcka" vatten och kombinera det med CO2 från metan – och dessa bränslen har ganska hög verkningsgrad – upp till 80 % hävdade. Detta kan vara ett intressant komplement till elektrifiering.
Hur påverkar olika bränslen förbränningen?
Ur effektivitetssynpunkt bryr sig motorn inte om bränslemolekylen kommer från en fossil eller en förnybar källa. Så med investeringar i rätt typ av förnybara bränslen borde övergången till förnybart vara enkel.
Så hur sänker vi bränsleförbrukningen ytterligare?
Nästa stora steg för att öka motoreffektiviteten/sänka bränsleförbrukningen är dess kombination med elektromobilitet. Efterfrågan på motorer i framtiden kommer inte att vara så varierande som idag. Det finns en skillnad mellan hur effektiv en motor är på sin "sweet spot" och hur effektiv över hela verkliga driftsområdet. Att samarbeta med motorer med elmotorer, som i parallellhybrider, gör att motorn går på sin mest effektiva nivå. Utan tvekan kommer elektrifiering att vara en del av den framtida lösningen för förbränningsdrivlinor.
Kan annan teknik hjälpa till att sänka bränslekostnaderna?
Exempel är stopp/start-teknik och 48V elsystem som driver tillbehör elektriskt snarare än mekaniskt. Dessa kan alla ha framtida användningsområden i tunga applikationer, när deras robusthet har bevisats. Men en annan viktig källa till ökad effektivitet är värmeåtervinning. Detta är inte en lätt uppgift på tunga motorer, eftersom de kör relativt kalla avgaser, men det finns fortfarande hopp om att fånga det och göra det kommersiellt gångbart.
Vilken är den maximala verkningsgraden en motor kan uppnå?
Dieselmotorn har en teoretisk systemverkningsgrad på mellan 55-60%. Som referens, de bästa kraftverken arbetar med 50-55 % effektivitet, och bränsleceller är också runt 50 %+ effektiva – så dieselmotorer kan vara otroligt effektiva. Detta, utöver det faktum att motorer som arbetar med elektrifiering ofta kommer att ha ett lägre effektbehov, kommer att innebära att bränsleförbrukningen kommer att minska i framtiden.
Hur länge kan dieselmotorn överleva?
Dieselförbränningsmotorn är fortfarande en mycket kostnadseffektiv lösning för att skapa mekanisk energi. Som sagt, lagstiftning, särskilt i Europa, driver mot elektrifiering ganska starkt, och det kan direkt påverka förbränningsmotorns livslängd. Vår känsla är att användningen kommer att vara applikationsbaserad och att den kommer att fortsätta under lång tid vid långdistansanvändning, såsom oceangående fartyg och långdistanslastbilar. Men även här kommer det förmodligen att finnas en blandning av tekniker som används.
Är diesel en del av framtiden?
Dieselmotorn – i modifierad form – kan vara mycket ren och effektiv. Det spelar också bra med elektrifiering. Som tillverkare måste vi hitta den bästa lösningen, baserat på de beslut som samhället fattar. Vad de än är måste vi vara förberedda.
