Rudolf Diesel spunea în anii 1880: „Motorul de automobil va veni și atunci voi considera că munca mea de o viață este completă”. În mod clar, el știa cât de importantă era invenția sa. Dar, indiferent de judecata care ar trebui făcută cu privire la munca de o viață a lui Diesel, motorul diesel în sine era departe de a fi complet. În primul rând, primele sale motoare aveau o eficiență de numai 26%. Dar asta a fost cu mult, mult timp în urmă.
Eficiența potențială a motorului diesel este un subiect fierbinte în 2015, peste un secol mai târziu. Acest lucru se datorează faptului că EPA și NHTSA din SUA evaluează rigoarea potențială a noilor reglementări privind eficiența motoarelor diesel ca parte a propunerii „Faza 2” privind vehiculele grele. Agențiile federale au autoritatea de a reglementa motoarele vehiculelor grele pentru a obține o îmbunătățire maximă fezabilă și de a adopta standarde de forțare tehnologică, luând în considerare în mod corespunzător costul de conformare, timpul necesar pentru realizarea tehnologiei și alte considerente.
Motoarele diesel moderne cu aprindere prin compresie domină industria camioanelor comerciale cu motoare eficiente care convertesc aproximativ 43%-44% din energia combustibilului în activitatea motorului, pe baza motoarelor certificate pentru 2013-2014. Pentru a respecta reglementările existente privind eficiența și emisiile de dioxid de carbon, motoarele de tractoare își vor reduce probabil consumul de combustibil și emisiile de CO2 cu 6% din 2010 până în 2017, sau aproximativ 1% pe an. Întrebarea momentului este cât de mult vor deveni mai eficiente motoarele diesel în următoarea fază a reglementărilor, din 2017 până în intervalul 2024-2027.
În propunerea EPA/NHTSA din iunie, motoarele diesel și-ar reduce consumul de combustibil și emisiile de CO2 pe unitate de lucru cu 4,2% din 2017 până în 2027. Standardele finale ar rămâne probabil în vigoare pentru încă trei ani, astfel încât standardele s-ar aplica până în 2029 sau 2030. Acest lucru ar însemna că emisiile de CO2 ale motoarelor ar fi reduse în medie cu 0,3% până la 0,4% pe an până în 2030. Cum se compară aceste cifre cu alte cifre existente?
- Producătorul de motoare pentru tractoare cu cel mai mare volum de producție, Cummins, indică faptul că motoarele pot obține o reducere a consumului de combustibil de 9%-15% față de 2017, în intervalul de timp 2020-2030.
- O analiză a motoarelor realizată împreună cu cercetătorii de la Universitatea West Virginia (WVU) indică faptul că motoarele diesel pentru tractoare cu remorci pot fi îmbunătățite cu peste 10 % față de un nivel de referință din 2017, în intervalul de timp 2020 și ulterior.
- Lucrările efectuate de Southwest Research Institute pentru NHTSA indică faptul că motoarele diesel pentru tractoare pot înregistra o reducere a consumului de combustibil de 4%-7% – și de până la 8%-10% cu recuperarea căldurii reziduale – față de un nivel de referință din 2019, în intervalul de timp al fazei 2.
- Echipele conduse de Cummins, Daimler, Navistar și Volvo au demonstrat îmbunătățiri ale motoarelor de 12%-17% față de un nivel de referință din 2010. Ca urmare, aceste echipe SuperTruck ale DOE din SUA ating o eficiență termică la frânare de aproximativ 50%-51% în condiții de vârf.
- Obiectivul următor al programelor SuperTruck ar merge mai departe, cu o eficiență termică la frânare de 55% în condiții de vârf.
Nu putem să nu ne întrebăm ce ar fi crezut Rudolf Diesel, să știe că cele mai recente inovații diesel ar putea fi capabile să dubleze eficiența primelor sale proiecte diesel?
Figura de mai jos ilustrează standardele existente pentru 2014-2018, standardele propuse pentru 2017-2027 și potențialul tehnologic rezultat din implementarea sporită a tehnologiei pe baza studiului WVU menționat mai sus, în grame de CO2 pe oră-capacitate de frânare. Potențialul tehnologic din figură sugerează că motoarele de tractoare ar putea obține o îmbunătățire de până la 7 % din tehnologia de creștere a eficienței cu pătrunderea pachetului de motoare „2020+” din studiile WVU (și anume, din îmbunătățirile aduse de reducerea frecării, paraziții, turbocompresie, posttratare, optimizarea combustiei și controale avansate). Acest potențial provenit din aceste tehnologii incrementale este aproximativ dublu față de ceea ce au inclus agențiile în norma propusă pentru 2027.
În plus, luăm în considerare penetrarea sporită a tehnologiilor avansate ale motoarelor în analiza din figură. Cu o penetrare mai mare a tehnologiilor incrementale pentru 2020+ și o penetrare de 15 % a sistemului de recuperare a căldurii reziduale (WHR) cu ciclu Rankine organic (așa cum presupun agențiile), este fezabilă o îmbunătățire a emisiilor de CO2 la nivelul întregului parc auto de până la 10 % în 2027. Cu o penetrare mai mare a tehnologiilor WHR și a tehnologiilor SuperTruck ale DOE din SUA, potențialul tehnologic este și mai mare. Rezultatele indică faptul că, din punct de vedere tehnic, este posibil să se obțină emisii de CO2 substanțial mai mici decât nivelurile standard propuse de EPA-NHTSA în perioada 2025. Potențialul tehnologic final la nivelul întregului parc auto ar putea atinge, în mod rezonabil, eficiența demonstrațiilor SuperTruck din 2014-2016 ale DOE din SUA în perioada 2030.
Standardele de reglementare din SUA faza 1 (2014-2017) și faza 2 propusă (2018-2030), potențialul tehnologic, potențialul tehnologic cu o mai mare recuperare a căldurii reziduale (WHR) și U.U. S. DOE SuperTruck demonstrations.
Decizia pendinte a SUA privind standardele pentru motoare ar putea fi singura acțiune reală de îmbunătățire substanțială a eficienței motoarelor diesel pentru următorii 10-15 ani. Din acest motiv, se poate susține cu tărie că ar trebui să împingă limitele tehnologiei cât mai mult posibil pe baza tehnologiilor emergente de eficiență. Iar decizia are implicații mai ample pentru inovarea globală, deoarece aceleași companii vând aceleași motoare peste tot. India are în vedere, de asemenea, standarde de eficiență a motoarelor pentru motoarele sale grele. Aceleași motoare de înaltă eficiență ar putea propulsa camioanele alimentate cu motorină din China, Europa, Mexic și din alte părți, dacă aceste regiuni vor urma exemplul unor reglementări similare și din ce în ce mai stricte.