Чистый дизель – это оксюморон?

Выхлопы дизельного двигателя содержат загрязняющие вещества, такие как оксиды азота и частицы сажи. Хотя правительства с конца 1990-х годов поощряли их внедрение, полагая, что они более экологичны, чем бензиновые эквиваленты, с тех пор утверждалось, что дизельные автомобили производят более чем в четыре раза больше загрязнения.

Для автомобильного сектора решением стало введение правил, препятствующих использованию дизельных транспортных средств, одновременно ускоряя внедрение электромобилей. Однако с коммерческим транспортом все не так просто. Несмотря на всю плохую рекламу дизельного топлива, созданную в последние годы, просто нет ничего, что могло бы сравниться с этим топливом по его энергетической плотности, надежности и долговечности.

Электрификация меньших и более легких транспортных средств — это одно. Однако для автобусов и транспортных средств дальнего следования дизельное топливо намного лучше создает крутящий момент, необходимый для поддержания их движения. Это не исключает жизнеспособности электрических, гибридных или водородных грузовиков и автобусов. Однако вес этих транспортных средств порождает другой набор требований, которые затрудняют разработку альтернатив двигателю внутреннего сгорания.

В то время как некоторые стремятся решить проблемы разработки электрических или водородных транспортных средств, другие сосредоточены на том, чтобы сделать дизельное топливо более чистым. Могут потребоваться многие годы и огромные инвестиции в инфраструктуру, прежде чем мы увидим значительное количество дальнемагистральных грузовиков, работающих на электрических батареях или водородных топливных элементах. Если дизельное топливо сохранится, по крайней мере, на краткосрочную перспективу, то все, что может сократить его выбросы, будет иметь большое значение для планеты.

Вопрос о том, может ли дизельное топливо быть по-настоящему «чистым», остается открытым, но в относительном выражении улучшения есть. Сочетание инженерных прорывов и государственного регулирования позволило сделать современное дизельное топливо значительно чище по сравнению со своими предшественниками. Ключевые технологические разработки включают достижения в области технологий впрыска топлива и систем очистки выхлопных газов. По данным производителя DAF, выбросы оксидов азота у современного грузовика с двигателем Евро-6 на 95 процентов ниже, чем у аналогичных грузовиков 25–30 лет назад.

Постоянной инженерной дилеммой является компромисс между уменьшением количества сажи и оксидов азота. Дизельный двигатель обеспечивает более высокую топливную экономичность, чем его бензиновый аналог, но он выделяет токсичные выбросы оксидов азота. Чтобы смягчить это, газообразные продукты сгорания с низким содержанием кислорода из предыдущего цикла двигателя направляются обратно в воздухозаборник. Это снижает температуру и концентрацию кислорода в топливно-воздушных смесях, тем самым уменьшая количество оксидов азота.

Недостаток этой стратегии разбавления заключается в том, что при таких более низких температурах не все топливо расходуется. То, что осталось, создает больше частиц частично сгоревшего углерода или сажи. Инженерам необходимо найти способ максимально полного сжигания дизельного топлива, сохраняя при этом достаточно низкие температуры, чтобы избежать избытка оксидов азота.

Чарльз Мюллер, специалист по горению из Национальной лаборатории Сандия, сказал, что нашел решение. Черпая вдохновение из горелки Бунзена, он предлагает оборудовать форсунки дизельного топлива крошечными аналогами дымохода горелки Бунзена. Эти небольшие металлические трубки будут установлены на небольшом расстоянии от отверстия сопла форсунки и будут совмещены с потоком топлива. Подобно горелке Бунзена, когда она горит синим цветом, это обеспечит более полное смешивание топлива и воздуха и лучшее горение, но при более низких температурах, необходимых для разбавления оксидов азота.

Запатентованная технология Мюллера называется канальным впрыском топлива. Уже существует интерес со стороны промышленности, научных исследований и испытаний, которые пока выглядят очень обнадеживающими.

Мюллер сказал, что большие двигатели на кораблях и локомотивах будут хорошими кандидатами для использования преимуществ DFI. Для таких больших двигателей перевод на электрический является непомерно дорогостоящим. DFI также может быть модернизирован. Эта возможность делает эту технологию технологией, которая может принести огромные преимущества в ряде приложений. Поскольку нет необходимости разрабатывать новые двигатели, чтобы воспользоваться преимуществами открытия Мюллера, модернизация может изменить правила игры в автомобильной отрасли.