Rudolf Diesel v 80. letech 19. století řekl: „Přijde automobilový motor, a pak budu považovat své životní dílo za dokončené.“ Zjevně věděl, jak velký význam jeho vynález má. Ale ať už bychom měli o Dieselově životním díle soudit cokoli, samotný vznětový motor zdaleka nebyl dokončen. Za prvé, jeho první motory měly účinnost jen asi 26 %. Ale to už je hodně, hodně dávno.
Potenciální účinnost vznětového motoru je horkým tématem i v roce 2015, tedy o více než sto let později. Je tomu tak proto, že americká Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) a Úřad pro bezpečnost silničního provozu (NHTSA) posuzují potenciální přísnost nových předpisů pro účinnost vznětových motorů v rámci návrhu „fáze 2“ pro těžká nákladní vozidla. Federální agentury mají pravomoc regulovat motory těžkých nákladních vozidel tak, aby bylo dosaženo maximálního možného zlepšení, a přijmout normy vynucující dodržování technologií, přičemž náležitě zohledňují náklady na dosažení souladu, dobu zavádění technologií a další aspekty.
Moderní vznětové motory se vznětovým zapalováním dominují v odvětví komerční nákladní dopravy díky účinným motorům, které na základě certifikovaných motorů z let 2013-2014 přeměňují přibližně 43-44 % energie paliva na práci motoru. Aby motory tahačů splňovaly stávající předpisy o účinnosti a emisích oxidu uhličitého, je pravděpodobné, že od roku 2010 do roku 2017 sníží spotřebu paliva a emise CO2 o 6 %, tedy zhruba o 1 % ročně. Otázkou okamžiku je, o kolik budou dieselové motory účinnější v další fázi předpisů, tedy od roku 2017 do období 2024-2027.
V červnovém návrhu EPA/NHTSA by dieselové motory měly od roku 2017 do roku 2027 snížit spotřebu paliva a emise CO2 na jednotku práce o 4,2 %. Konečné normy by pravděpodobně zůstaly v platnosti další tři roky, takže normy by platily až do roku 2029 nebo 2030. To by znamenalo, že emise CO2 z motorů by se do roku 2030 snižovaly v průměru o 0,3 % až 0,4 % ročně. Jak to vypadá ve srovnání s jinými čísly?
- Největší výrobce traktorových motorů, společnost Cummins, uvádí, že motory mohou dosáhnout snížení spotřeby paliva o 9-15 % oproti roku 2017, a to v časovém horizontu 2020-2030.
- Analýza motorů, na které se podíleli výzkumníci z West Virginia University (WVU), naznačuje, že vznětové motory tahačů a návěsů mohou v časovém horizontu 2020 a dále dosáhnout zlepšení o více než 10 % oproti výchozímu roku 2017.
- Práce Southwest Research Institute pro NHTSA naznačuje, že u vznětových motorů tahačů může dojít ke snížení spotřeby paliva o 4-7 % – a až o 8-10 % s rekuperací odpadního tepla – oproti výchozímu stavu v roce 2019 v časovém rámci fáze 2.
- Týmy vedené společnostmi Cummins, Daimler, Navistar a Volvo prokázaly zlepšení motorů o 12-17 % oproti výchozímu stavu v roce 2010. Tyto týmy programu U.S. DOE SuperTruck díky tomu dosahují přibližně 50-51% tepelné účinnosti při brzdění ve špičce.
- Následný cíl programů SuperTruck by měl jít ještě dále, a to dosáhnout tepelné účinnosti při brzdění ve špičce 55 %.
Nelze si nepoložit otázku, co by si asi pomyslel Rudolf Diesel, kdyby věděl, že nejnovější inovace v oblasti vznětových motorů by mohly zdvojnásobit účinnost jeho prvních dieselových konstrukcí?
Níže uvedený obrázek znázorňuje stávající normy na období 2014-2018, navrhované normy na období 2017-2027 a technologický potenciál vyplývající z většího nasazení technologií na základě výše zmíněné studie WVU v gramech CO2 na hodinu brzdné síly. Technologický potenciál na obrázku naznačuje, že traktorové motory by mohly dosáhnout až 7% zlepšení díky technologiím zvyšujícím účinnost při proniknutí balíčku motorů „2020+“ podle studie WVU (tj. díky zlepšením plynoucím ze snížení tření, parazitů, přeplňování turbodmychadlem, následného zpracování výfukových plynů, optimalizace spalování a pokročilého řízení). Tento potenciál z těchto přírůstkových technologií je přibližně dvojnásobný oproti potenciálu, který agentury zahrnuly do navrhovaného předpisu pro rok 2027.
V analýze na obrázku navíc uvažujeme o zvýšené penetraci pokročilých technologií motorů. Při větším rozšíření inkrementálních technologií pro rok 2020+ a 15% rozšíření systému organického Rankinova cyklu pro rekuperaci odpadního tepla (WHR) (jak předpokládají agentury) je možné dosáhnout v roce 2027 zlepšení emisí CO2 v celém vozovém parku až o 10 %. Při větším rozšíření technologií WHR a U.S. DOE SuperTruck je technologický potenciál ještě vyšší. Výsledky ukazují, že v časovém horizontu do roku 2025 je technicky možné dosáhnout podstatně nižších emisí CO2, než jsou navrhované úrovně norem EPA-NHTSA. Konečný potenciál technologií pro celý vozový park by mohl v časovém horizontu 2030 přiměřeně dosáhnout účinnosti demonstrací US DOE SuperTruck z let 2014-2016.
Regulační normy fáze 1 (2014-2017) a navrhované fáze 2 (2018-2030) USA, technologický potenciál, technologický potenciál se zvýšeným využitím odpadního tepla (WHR) a U.S.A.US DOE SuperTruck demonstrace.
Očekávané rozhodnutí USA o normách pro motory by mohlo být jediným skutečným opatřením k podstatnému zlepšení účinnosti dieselových motorů na příštích 10-15 let. Z tohoto důvodu lze předložit pádný argument, že by měly tlačit na technologickou obálku tak silně, jak je to jen možné na základě nových technologií účinnosti. A toto rozhodnutí má širší důsledky pro globální inovace, protože stejné společnosti prodávají všude stejné motory. Indie rovněž zvažuje normy účinnosti motorů pro své těžké nákladní motory. Stejné vysoce účinné motory by mohly pohánět nákladní automobily s dieselovými motory v Číně, Evropě, Mexiku a dalších zemích, pokud tyto regiony budou následovat příklad podobných, stále přísnějších předpisů.