Direct4Gas - bezpośredni wtrysk gazu ziemnego według Boscha

Wtrysk bezpośredni jest rozwiązaniem, które znamy przede wszystkim z silników o zapłonie samoczynnym, ostatnio także jest stosowany dość powszechnie w benzynowych jednostkach napędowych. Korzyści jakie niesie za sobą zastosowanie wtrysku bezpośredniego skłaniają inżynierów do aplikacji tego sposobu zasilania także w gazowych silnikach o zapłonie iskrowym. Dzięki zastosowaniu bezpośredniego wtrysku gazu mogą one stać się jeszcze bardziej ekonomiczne i przyjazne dla środowiska. Oprócz tego silniki gazowe zasilane w ten sposób będą dysponować dużo wyższymi wartościami momentu obrotowego (według Boscha nawet o 60%).

Dotychczas nie ma jednak opracowanej i sprawdzonej technologii bezpośredniego wtrysku gazu do komór spalania. W projekcie Direct4Gas naukowcy chcą opracować układ bezpośredniego wtrysku do silników jednopaliwowych, zasilanych wyłącznie gazem ziemnym.

Nawet teraz, bez technologii bezpośredniego wtrysku, gaz ziemny stosowany jako paliwo silnikowe charakteryzuje się wieloma zaletami.

Przede wszystkim jest to paliwo stosunkowo tanie i charakteryzujące się niską emisją szkodliwych składników spalin. W związku z tym w wielu krajach pojazdy gazowe są obciążone mniejszymi opłatami administracyjnymi.

fot. BoschGłówne zalety bezpośredniego wtrysku gazu ziemnego Direct4Gas firmy Bosch

Jednak to w pełni alternatywne (nie ropopochodne) paliwo ma znacznie większy potencjał. Jego głównym składnikiem (w ponad 90%) jest metan - najprostszy węglowodór, którego spalanie w silniku jest stosunkowo łatwe i wiąże się z dużo mniejszą emisją dwutlenku węgla.

W silnikach odpowiednio dostosowanych do spalania metanu zmniejszenie emisji CO₂ może wynieść nawet 33% w porównaniu do silników zasilanych benzyną, co dobrze wróży takim jednostkom napędowym w kontekście przyszłościowych wymagań emisyjnych.

Do roku 2020 nowo rejestrowane w UE pojazdy nie będą mogły emitować więcej niż 95 gramów CO₂ na kilometr (średnio). Do 2025 roku limit ten może zostać jeszcze bardziej zaostrzony. Pojazdy zasilane gazem ziemnym mogą zatem wspomóc producentów pojazdów w spełnieniu tych rygorystycznych wymagań, tym bardziej, że silniki gazowe charakteryzują się także praktycznie zerową emisją cząstek stałych, a te zostały oficjalnie uznane przez Światową Organizację Zdrowia za najbardziej rakotwórczy składnik spalin.

Dzisiejsze samochody zasilane CNG są zazwyczaj dwupaliwowe. Ich silniki są zasilane przez bezpośredni wtrysk benzyny, a do pracy na gzie służy dodatkowy system wtrysku, który dawkuje gaz do poszczególnych kanałów kolektora dolotowego.

W projekcie Direct4Gas naukowcy i inżynierowie będą projektować wtryskiwacz umożliwiający bezpośredni wtrysk gazu, który spełnia znacznie wyższe standardy niż dotychczas stosowane różnorodne zawory wtryskowe. Będzie on musiał być szczególnie odporny na wysokie temperatury i ciśnienia panujące w komorach spalania oraz bardzo precyzyjnie odmierzać dawki gazu.

Modyfikacje samego silnika muszą być ograniczone do minimum by można było wykorzystywać części silnikowe benzynowych jednostek napędowych. Zespół projektowy ma dostarczyć eksperymentalne silniki gazowe z nowo opracowanymi wtryskiwaczami i przetestować je w warunkach laboratoryjnych i drogowych.

W konsorcjum powołanym w celu realizacji projektu Direct4Gas wiodącą jest firma Robert Bosch GmbH. Pozostali partnerzy to m.in. Daimler AG oraz Research Institute of Automotive Engineering and Vehicle Engines ze Stuttgartu (FKFS) i Umicore AG & Co.