Ekologia według Mahle - downsizing i CNG

Ostatnio przeprowadzone przez Mahle badania wskazują, że stosowanie gazu ziemnego w niewielkich, wysilonych silnikach budowanych według zasad downsizingu ma olbrzymi potencjał w zakresie ograniczania emisji dwutlenku węgla do atmosfery.

fot. MahleVolkswagen Golf Plus, na którym testowano, zasilany CNG, silnik opracowany przez Mahle

Przedstawione przez Mahle rozwiązanie zaowocowało ograniczeniem emisji CO₂ o 31% w stosunku do obecnie stosowanych silników benzynowych, co pokazuje, że nadal warto rozwijać tłokowe silniki spalinowe.

Dotychczas uzyskanie takiego ograniczenia emisji było możliwe jedynie w silnikach dostosowanych do gazowego zasilania jednopaliwowego, poprzez odpowiednie dostosowanie do tego paliwa poszczególnych komponentów silnika.

Silniki oferowanych od wielu lat na rynku samochodów zasilanych CNG były pierwotnie zaprojektowane do pracy na benzynie, co pozwalało na ograniczenie emisji CO₂ nawet o 24%.

Firma Mahle zbadała potencjał dalszego zmniejszenia emisji CO₂ stosując downsizing i paliwo gazowe przechowywane w pojeździe w postaci sprężonej (CNG). Wykorzystano 3-cylindrowy, turbodoładowany silnik o zapłonie iskrowym z bezpośrednim wtryskiem benzyny o pojemności skokowej 1,2 litra, który otrzymał zasilanie 2-paliwowe (benzynowo-gazowe).

Silnik był testowany i badany na hamowni. Celem pierwszego etapu badań było wykazanie granic możliwości ograniczania emisji wersji 2-paliwowej. Uzyskane wyniki stanowią podstawę do przejścia do drugiego etapu, w którym konstrukcja silnika zostanie dostosowana do zasilania jednopaliwowego, poprzez zastosowanie niezbędnych zmian w poszczególnych podzespołach silnika, dostosujących je do większych obciążeń mechanicznych wynikających z większych ciśnień i cieplnych, które wynikają z wyższych temperatur.

fot. MahleZasilany metanem silnik 1,2 l testowany przez Mahle pod kątem emisji dwutlenku węgla

W silniku jednopaliwowym, Mahle planuje wykorzystać następujące technologie:

• tłoki Evotec łączące wysoką wytrzymałość i niską masę. Rowek pierwszego pierścienia tłokowego ma specjalną wkładkę i kanał chłodzący, co znacznie poprawia warunki pracy pierwszego, najbardziej obciążonego cieplnie i mechanicznie, pierścienia uszczelniającego, a tym samym znacznie zwiększa jego trwałość,
• pierścienie tłokowe zoptymalizowane pod kątem zmniejszenia strat tarcia i zużycia oraz 3-częściowy pierścień olejowy,
• korbowody ze specjalną wciskaną w główkę tuleją mającą na celu sprostanie wyższym ciśnieniom,

• drążone zawory dolotowe i wylotowe wypełnione sodem, odporne na wyższe obciążenie cieplne i mające wzmocnione grzybki,
• sworznie tłokowe z bardzo twardą i zapewniającą niski współczynnik tarcia powłoką DLC (Diamond Like Carbon),
• łożyska korbowe z powłoką polimerową,
• łożyska główne bimetaliczne z powłoką aluminiową.

Badania Mahle pokazały, że możliwe jest zoptymalizowanie silnika do wyższych ciśnień maksymalnych i temperatur, a także osiągnięcie pojemnościowego wskaźnika mocy na poziomie 110 kW/l i maksymalnego momentu obrotowego 270 Nm (powyżej 1600 obr./min) przy jednopaliwowym zasilaniu CNG.

Napędzany taką jednostką napędową rodzinny van o masie własnej 1700 kg może osiągnąć emisję CO₂ na poziomie 106 g/km, co oznacza prawie 31% mniejszą wartość w porównaniu z silnikiem benzynowym zapewniającym podobne osiągi.