-
Silniki na wodór
Ta ostatnia wada jest szczególnie niekorzystna, biorąc pod uwagę zmieniający się klimat naszej planety na skutek tzw. „efektu cieplarnianego”, którego przyczyną jest emisja produktów spalania do atmosfery. Wobec tego paliwo, którego użycie nie wiązało by się z emisją szkodliwych substancji, powinno być składnikiem ziemskiej atmosfery. Jest nim niewątpliwie woda. Znane są próby na prototypach samochodów osobowych napędzanych wodorem, takie badania prowadzi między innymi firma Mercedes – Benz. Przy tworzeniu silnika napędzanego wodorem należy wziąć pod uwagę że jest to paliwo bardzo wybuchowe, a to czy mieszanka w cylindrze silnika zapali się w dużej mierze nie zależy od udziału wodoru, lecz od odpowiedniej jakości mieszanki. Do zapłonu potrzeba jest wyraźnie mniej energii jak w silnikach zasilanych tradycyjnym paliwem, ale istnieje też druga strona medalu, gorący wydech lub gorące spaliny mogą być przyczyną przedwczesnego lub zbyt późnego zapłonu, co w konsekwencji prowadzi do obniżenia mocy oraz obciążenia cieplnego elementów silnika. Zjawisko to może narastać przy dużym obciążeniu np. przy przyspieszaniu. W prototypach do walki z tym niekorzystnym zjawiskiem stosowano chłodzenie przez natryskiwanie chłodnej wody. Zdolność do spalania stukowego jest w większym stopniu niż przy silnikach zasilanych benzyną uzależniona od składu mieszanki. Z powodu większej gęstości wodór wypiera przy tworzeniu mieszanki więcej powietrza jak ropo-pochodne paliwa. Konsekwencją jest uwzględnienie przy ustalaniu stosunku stechiometrycznego mieszanki około 30% strat przy napełnieniu.
Jako idealne rozwiązanie przy tego typu paliwach, wydaje się być wtrysk bezpośredni paliwa i wewnętrzne tworzenie mieszanki. Dotychczas w pojazdach prototypowych stosowano zewnętrzne tworzenie mieszanki. To znaczy: wodór wraz z powietrzem, którego ilość regulowana jest przez zawór sterujący trafiał do kolektora ssącego gdzie podobnie jak w silnikach benzynowych powstaje mieszanka , która jest zasysana przy otwartych zaworach podczas suwu ssania. Do korzyści tego rozwiązania należy zaliczyć prostotę, do wad straty mocy i momentu obrotowego. Wracając do wewnętrznego tworzenia mieszanki, ponieważ wodór posiada ograniczoną wartość kaloryczną, aby uzyskać odpowiednią moc należy wtrysnąć do cylindra większą ilość paliwa. W tym celu należy schłodzić wodór do temperatury – 253° C co stanowi, że rozwiązanie takie jest wielce kosztowne a przy tym na ciężką próbę wystawione są elementy układu zasilania, które muszą być niezawodne w takiej ekstremalnej temperaturze, poddawane dodatkowo wysokiemu ciśnieniu (np. pompa paliwa) i kawitacji mocno schłodzonego wodoru. Pojawia się również problem izolowania zbiornika podczas tankowania.
Zalety ze spalania wodoru wydają się oczywiste jest to paliwo bardzo tanie i przyjazne dla środowiska. Wydaje się więc idealnym. Niestety do atmosfery mogą wydostawać się również szkodliwe dla środowiska tlenki azotu. Aby wyeliminować szkodliwe tlenki należy doprowadzać do spalania mieszankę ubogą o współczynniku nadmiaru powietrza wynoszącym od 2,5 do 4 wtedy emisja szkodliwych związków spada prawie do zera.
Oprócz problemów konstrukcyjnych rozwiązanie takie jest drogie, ponieważ oprócz wymienionych wcześniej powodów, wydatkowane jest dużo energii do chłodzenia paliwa.
-
Mazda SKYACTIV X
Kilkanaście miesięcy temu firma Infiniti zaprezentowała pierwszy seryjny silnik pracujący jako wersja z zapłonem samoczynnym lub iskrowym. Zrealizowano to wskutek zmiany stopnia sprężania. Dokładnie cały silnik opisywaliśmy i prezentowaliśmy w tekście PRZEŁOM W SILNIKACH SPALINOWYCH – CZYTAJ. Firma MAZDA zrealizowała podobną koncepcję, ale… nie ma skomplikowanego systemu zmiany stopnia sprężania.
SKYACTIV-X jest silnikiem nowej generacji cechującym się techniką SCCI (zapłon samoczynny sprężonej mieszanki sterowany świecą) metody tej nie stosowano nigdy wcześniej. Stanowi ona drugi krok w dążeniu Mazdy do opracowania silnika benzynowego o idealnym procesie spalania i jest technologią opracowaną wyłącznie przez Mazdę. Silnik zasilany jest benzyną, a pracuje bardzo podobnie do diesla. Komora spalania wypełniona jest bardzo ubogą mieszanką paliwowo-powietrzną, która spala się dopiero gdy w komorze wytworzy się dodatkowe ciśnienie -zbliżone do działania dodatkowego tłoka. Ciśnienie to powstaje na skutek zapłonu małej ilości bogatej mieszanki, która gromadzi się wokół klasycznej świecy zapłonowej. Zjawisko to nazywają Fireball – czyli kula ognia. Według obliczeń około 80% czasu jazdy Skyactiv-X korzysta z zapłonu samoczynnego. Konwencjonalne spalanie ma miejsce jedynie przy zimnym silniku, lub przy wysokich obrotach.
Zalety silnika SKYACTIV-X
Radykalna poprawa osiągów i czasu reakcji silnika –
Przy pojemności skokowej 2 litrów silnik SKYACTIV-X generuje moment obrotowy wyższy o co najmniej 10% niż obecny silnik SKYACTIV-G. W pewnych zakresach prędkości obrotowych moment obrotowy jest wyższy nawet o 30% (dane z sierpnia 2017, w trakcie prac rozwojowych). Co więcej, jako że przepustnica jest przez większość czasu otwarta, system ten odznacza się lepszą pierwszą reakcją na dodanie gazu – cechą silników dieslowskich, które nie posiadają przepustnicy. Z drugiej strony, silnik SKYACTIV-X rozpędza się do wysokich prędkości obrotowych równie łatwo i gładko jak typowe silniki benzynowe.
Radykalne obniżenie zużycia paliwa –
W samochodzie z silnikiem o pojemności skokowej 2 litrów system SKYACTIV-X pozwala uzyskać redukcję zużycia paliwa o 20% w porównaniu do silnika SKYACTIV-G. Jest to bardzo znaczna poprawa. Ponadto, podczas jazdy na obszarach, na których samochód przeważnie porusza się powoli, zużycie paliwa może się obniżyć nawet do 30%, dzięki wykorzystaniu spalania bardzo ubogiej mieszanki. W porównaniu do silnika MZR z roku 2008 poziom zużycia paliwa spada radykalnie, o 35- 40%. Pod względem oszczędności paliwa silnik SKYACTIV-X jest w stanie dorównać lub nawet przewyższyć parametry silnika SKYACTIV-D czyli najnowszej dieslowskiej jednostki napędowej Mazdy.
Ponieważ korzyści w tej dziedzinie są szczególnie duże przy małych obciążeniach dynamicznych, silnik ten podważa rozpowszechnione przekonanie o tym, że jednostka o dużej pojemności skokowej musi się cechować sporym zużyciem paliwa.
Zastosowanie techniki SKYACTIV-X pozwoliło radykalnie powiększyć zakres, w jakim silnik jest w stanie zapewnić doskonałą oszczędność paliwa. System cechuje się zużyciem paliwa niższym niż kiedykolwiek w wielu różnych sytuacjach drogowych, m.in. podczas jazdy miejskiej, jazdy na długich trasach drogami ekspresowymi .
Będący wyłącznym osiągnięciem Mazdy system SKYACTIV-X jest nowym typem silnika spalinowego, który łączy zalety silników benzynowego i dieslowskiego, uzyskując doskonałe wyniki w zakresie przyjazności dla środowiska, a równocześnie bezkompromisowe parametry mocy i przyśpieszeń.
