Mặc dù đã được phát triển không ngừng trong thế kỷ qua để trở thành một đơn vị năng lượng tiết kiệm nhiên liệu cao, nhưng động cơ diesel hiện đang bị đe dọa hơn bao giờ hết. Vậy 'tương lai của động cơ diesel là gì?' là chủ đề của các câu hỏi được đặt ra bởi Tiến sĩ Staffan Lundgren, Cố vấn Công nghệ Cấp cao về Hệ thống Truyền động tại Tập đoàn Volvo.
Tại sao động cơ diesel vẫn là nguồn năng lượng phổ biến như vậy?
Đốt khuếch tán – trong đó quá trình đốt cháy tập trung xung quanh ngọn lửa và oxy được khuếch tán xung quanh khu vực đốt – rất hiệu quả. Nó có mức tổn thất năng lượng tối thiểu cho thành động cơ thông qua bức xạ hoặc đối lưu – thấp hơn nhiều so với động cơ xăng. Động cơ diesel cơ bản rất mạnh mẽ và có thể chịu được áp suất rất cao.
Nó hiệu quả như thế nào?
Đã có những cải tiến lớn – tăng từ hiệu suất khoảng 35% trong những năm 1980 lên hiệu suất 50% ngày nay. Điều đó có nghĩa là một nửa số nhiên liệu hiện đang được đưa vào hoạt động cơ khí hữu ích. Để tham khảo – động cơ xăng có hiệu suất khoảng 35%. Những lợi ích này có được nhờ hệ thống phun nhiên liệu đường ray thông thường áp suất cao, tăng áp và áp dụng sức mạnh tính toán để kiểm soát chính xác quá trình đốt cháy và hệ thống quản lý sau xử lý.
Tiết kiệm nhiên liệu có phải là nhu cầu số 1 của khách hàng?
Đúng vậy, khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt là yếu tố quan trọng nhất, nhưng khách hàng cũng yêu cầu hiệu suất và độ bền động cơ tốt. Thế thì phải
bền và đáp ứng các yêu cầu về khí thải – và những yêu cầu này đôi khi cạnh tranh với nhau.
Có phải động cơ cũng trở nên mạnh mẽ hơn?
Có một xu hướng ngược lại – khách hàng đang di chuyển tải trọng lớn hơn và điều đó đòi hỏi công suất lớn hơn. Công suất lớn nhất của Tập đoàn Volvo hiện nay là 1,{1}} mã lực. Nhưng so với xe du lịch, tất cả các ứng dụng hạng nặng vẫn còn (tương đối) yếu.
Động cơ diesel bị cáo buộc là không thân thiện với môi trường. Nó có thể làm sạch hành động của nó không?
Làm cho động cơ diesel rất sạch là điều có thể thực hiện được và đó là điều mà ngành công nghiệp nặng đã đạt được tiến bộ lớn hơn so với ngành công nghiệp nhẹ. Một phần lý do cho điều này là hiệu quả mà khách hàng yêu cầu trong lĩnh vực công nghiệp nặng cao hơn nhiều.
Việc tăng hiệu quả đồng thời giảm lượng khí thải khó đến mức nào?
Việc tinh chỉnh quy trình nhiệt động lực học để bù đắp gánh nặng của việc bổ sung hệ thống xử lý sau SCR là một thách thức. Nhưng bây giờ chúng tôi đã trở lại đúng hướng để từng bước nâng cao hiệu quả.
Bạn có thể đi xa hơn bao nhiêu - không phát thải?
Nó phụ thuộc vào ý bạn khi nói đến khí thải. Nếu bạn đẩy động cơ bằng nhiên liệu không có carbon và kết hợp nó với quy trình đốt cháy hiệu quả không tạo ra bồ hóng thì khả năng phát thải là bằng không. Chúng tôi đang nghiên cứu sử dụng khí mê-tan và DME (dimethyl ete) làm chất thay thế sạch cho dầu diesel. Đây không phải là ý tưởng mới, vào năm 1900 động cơ diesel đã chạy thành công bằng dầu lạc. Vấn đề không nằm ở công nghệ tạo ra nhiên liệu sạch mà là ở sự sẵn có của chúng. Nhưng nếu vấn đề cung cấp nhiên liệu tái tạo có thể được giải quyết thì động cơ diesel có thể chạy 100% không phát thải CO2.
Không phải nhiên liệu sạch cũng có những thách thức về môi trường sao?
Sản xuất nhiên liệu sinh học không nên cạnh tranh với sản xuất lương thực - nhưng có những loại nhiên liệu khác không phải là vấn đề. Nhiên liệu điện (Nhiên liệu điện tử) sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió để 'làm nứt' nước và kết hợp nó với CO2 từ khí mê-tan - và những loại nhiên liệu này có hiệu suất khá cao - được công bố lên tới 80%. Đây có thể là một sự bổ sung thú vị cho điện khí hóa.
Các loại nhiên liệu khác nhau ảnh hưởng đến quá trình đốt cháy như thế nào?
Từ quan điểm hiệu quả, động cơ không quan tâm liệu phân tử nhiên liệu đến từ nguồn hóa thạch hay nguồn tái tạo. Vì vậy, với việc đầu tư vào đúng loại nhiên liệu tái tạo, việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo sẽ trở nên đơn giản.
Vậy làm thế nào để chúng ta giảm mức tiêu thụ nhiên liệu hơn nữa?
Bước tiến lớn tiếp theo trong việc tăng hiệu suất động cơ/giảm mức tiêu thụ nhiên liệu là sự kết hợp với khả năng di chuyển bằng điện. Nhu cầu về động cơ trong tương lai sẽ không đa dạng như hiện nay. Có sự khác biệt giữa mức độ hiệu quả của một động cơ ở 'điểm tốt' và mức độ hiệu quả trên toàn bộ phạm vi hoạt động của thế giới thực. Động cơ hợp tác với động cơ điện, như ở xe hybrid song song, cho phép động cơ chạy ở mức hiệu quả nhất. Không còn nghi ngờ gì nữa, điện khí hóa sẽ là một phần của giải pháp truyền động đốt trong tương lai.
Công nghệ khác có thể giúp giảm hóa đơn nhiên liệu?
Ví dụ như công nghệ dừng/khởi động và hệ thống điện 48V cung cấp năng lượng cho các thiết bị phụ trợ bằng điện chứ không phải bằng cơ học. Tất cả những thứ này đều có thể được sử dụng trong tương lai trong các ứng dụng hạng nặng, một khi độ bền của chúng đã được chứng minh. Nhưng một nguồn quan trọng khác mang lại hiệu quả cao hơn là thu hồi nhiệt. Đây không phải là một nhiệm vụ dễ dàng đối với động cơ hạng nặng vì chúng chạy khí thải tương đối lạnh, nhưng vẫn có hy vọng nắm bắt được nó và biến nó thành khả thi về mặt thương mại.
Hiệu suất cực đại mà động cơ có thể đạt được là bao nhiêu?
Động cơ diesel có hiệu suất hệ thống lý thuyết là từ 55-60%. Để tham khảo, các nhà máy điện tốt nhất hoạt động với hiệu suất 50-55% và pin nhiên liệu cũng có hiệu suất trên 50% – vì vậy động cơ diesel có thể đạt hiệu suất đáng kinh ngạc. Điều này, cộng với thực tế là các động cơ sử dụng điện khí hóa thường sẽ có nhu cầu năng lượng thấp hơn, đồng nghĩa với việc việc sử dụng nhiên liệu sẽ giảm trong tương lai.
Động cơ diesel có thể tồn tại được bao lâu?
Động cơ đốt diesel vẫn là một giải pháp rất tiết kiệm chi phí để tạo ra năng lượng cơ học. Điều đó nói lên rằng, luật pháp, đặc biệt là ở Châu Âu, đang thúc đẩy điện khí hóa khá mạnh mẽ và điều đó có thể ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của động cơ đốt trong. Cảm giác của chúng tôi là việc sử dụng nó sẽ dựa trên ứng dụng và nó sẽ tiếp tục trong một thời gian đáng kể khi sử dụng ở khoảng cách xa, chẳng hạn như tàu viễn dương và xe tải đường dài. Nhưng ngay cả ở đây cũng có thể sẽ có sự kết hợp của các công nghệ được sử dụng.
Diesel có phải là một phần của tương lai?
Động cơ diesel – ở dạng đã được sửa đổi – có thể rất sạch và hiệu quả. Nó cũng hoạt động tốt với điện khí hóa. Với tư cách là nhà sản xuất, chúng tôi cần tìm ra giải pháp tốt nhất, dựa trên các quyết định mà xã hội đưa ra. Dù chúng là gì đi nữa, chúng ta cần phải chuẩn bị.
