Удосконалення технологій може тримати звичайні двигуни в роботі протягом десятиліть.
Двигуни внутрішнього згоряння не зникнуть повністю найближчим часом, якщо взагалі взагалі. Певні транспортні завдання або робочі умови просто не підходять для батарей або електричних силових двигунів, що працюють на водню. Півтора століття досліджень і розробок значно підвищили ефективність двигунів внутрішнього згоряння, і в інженерів є безліч додаткових хитрощів, які обіцяють отримати ще більше роботи з молекули палива, виробляючи ще менше шкідливих викидів. Ось лише деякі з них, на які ми звертаємо увагу, перераховані в порядку складності та вартості реалізації.
Проста можливість спроектувати двигун для роботи зі стисненням 15:1 або вище значно покращує його термодинамічну ефективність і щільність потужності, що дозволяє подальше зменшення розмірів двигуна. Для цього потрібне паливо з вищим октановим числом, а дослідницьке октанове число (RON) 98 представляє солодке місце, вище якого виробництво/переробка палива споживає більше енергії, зменшуючи енергію від свердловини до колес/вигоду CO2.
Розумна дезактивація циліндра
Двигуни розраховані на найгірший сценарій, як-от прискорення на чверть милі або буксирування важких причепів до греблі Девіса. Дезактивація циліндрів підвищує ефективність під час менш екстремальних ситуацій водіння, змушуючи кілька циліндрів інтенсивно працювати на Davis Dam, тоді як інші нічого не роблять.
Dynamic Fuel Management може відключити будь-який або всі циліндри в 5,3- та 6,2-літрових V-8 GM, щоб підвищити економію палива EPA майже на 12 відсотків. Tula Technologies і Eaton тепер пропонують подібні системи для дизельних двигунів на далекі відстані , де менша віддача паливної ефективності (1,5-4,0 відсотка) приносить величезні дивіденди NOx завдяки підтримці температури вихлопних газів, необхідної для підтримки горіння каталізаторів.
Інноваційні повітродувки
Потужність двигуна обмежена кількістю повітря, яке він може проковтнути, тому нагнітачі з колінчастим валом і турбонагнітачі з вихлопними газами були розроблені більше століття тому. Електричні нагнітачі, які використовують відновлену енергію двигунів Volvo Drive E і Mercedes M256 , серед інших; додавання двигуна/генератора до турбокомпресора усуває відставання від потужності та дозволяє збирати енергію під час круїзу. Два цікаві рифи на нагнітачі з кривошипним двигуномце відцентрова повітродувка Torotrak V-Charge, в якій використовується вариатор для швидкого відповідності швидкості попиту, і вентилятор типу Lysholm від Hansen Engine Corp, який має вікно, яке відкривається або закривається відповідно до вимог тиску повітря, мінімізуючи втрати для забезпечення ефективності турбонаддува. з наддувою чуйністю.
Модні системи запалювання
Оскільки для горіння палива потрібен час, звичайні свічки запалювання горять, коли поршень уже рухається вгору, що робить початкове згоряння контрпродуктивним. Схеми одночасного запалювання більшої кількості суміші обіцяють швидше згоряння, що дозволяє йому в основному відбуватися на нижньому ходу. Ford розробив лазери ближнього інфрачервоного випромінювання для запалювання кількох точок у камері згоряння, але вартість та надійність залишаються проблематичними. Замінна свічка запалювання Transient Plasma впорскує шари низькотемпературної плазми, яка обіцяє швидко і прохолодно запалювати надбідні суміші для збільшення економії палива на 10-15 відсотків і різкого зниження NOx. Навіть нова передкамерна система подвійного згоряння від Maserati кваліфікується як прискорювач запалювання.
Змінний коефіцієнт стиснення
Ця концепція «випікайте та з’їжте» обіцяє високу компресію для економної їзди з легким дроселем і низьку компресію, коли турбонаддув увімкнено. Складова шатуна Nissan Rube-Goldberg змінює такт двигуна, нескінченно змінюючи компресію між 8:1 і 14:1. Ми були приголомшені продуктивністю та економією палива VC-Turbo Nissan / Infiniti, і нам цікаво, чи може ексцентричний шатун FEV бути простішим і працювати краще. Тиск масла, що подається через колінчастий вал, обертає ексцентричний підшипник на кінці поршня, змінюючи хід у більш вузькому діапазоні, скажімо, від 8:1 до 12:1, що обіцяє зниження витрати палива на 5%.
Запалення від стиснення однорідного заряду
Економічність дизеля з викидами бензину! Це дихотомічна обіцянка HCCI, яка прагне спонтанно запалити бідну суміш бензину шляхом стиснення. GM , Mercedes і Hyundai мали багатообіцяючі програми HCCI, але тільки Mazda запустила HCCI у виробництво. Різновид. SkyactivX деякий час використовує свічку запалювання і все ще вважається надто дорогим для продажу в Північній Америці. Nautilus Engineering запропонувала концепцію HCCI, яка передбачає невеликий поршень на верхній частині головного поршня, який входить у свій власний маленький циліндр з більш високою компресією у верхній частині ходу, щоб ініціювати запалювання від стиснення. Однак ми не знаємо про жодні контракти з OEM, які має компанія.
Системи рекуперації енергії відходів
Двигуни внутрішнього згоряння виробляють багато тепла і вібрації; чому б не використовувати його для виробництва енергії пари або термоелектричної чи п’єзоелектричної енергії? Запропонована BMW система Turbosteamer та багато інших були залишені з причин вартості та ваги. Твердотільні термоелектричні генератори обіцяють перетворювати тепло, як правило, від компонентів вихлопних газів, безпосередньо в електрику. (Здійснення виробництва очікує покращення ефективності необхідних матеріалів із сьогоднішнього приблизно 5-відсоткового рівня.) І дослідники з Університету Дьюка пропонують використовувати п’єзоелектричні кристали , подібні до тих, які розширюються під дією напруги, щоб активувати прямі паливні форсунки для вироблення енергії під час вібрації.
Повністю нова концепція двигуна
Будь-який радикально новий дизайн двигуна стикається з величезною промисловою інерцією. Тим не менш, кілька «кращих мишоловок», схоже, тримаються. Achates Power нещодавно отримав від армії грант у розмірі 5 мільйонів доларів на продовження розробки свого трициліндрового двоциліндрового двотактного двигуна з шістьма протилежними поршнями з двома колінчастим валом (показано вище). У 4,9-літровому прототипі з наддувом і турбонаддувом, що виробляє 275 к.с. і 811 фунт-фут, його ефективність, як повідомляється, перевершувала 6,7-літровий турбодизель Power Stroke у Ford F-Series на 20 відсотків.
Скудері і Прімавіс запропонували двигуни з розділеним циклом, які виконують цикли впуску/стиснення та згоряння/випуску в окремих циліндрах, кожен з яких призначений для виконання різних завдань. Це дозволяє знизити температуру. Scuderi зіткнувся з юридичними проблемами зі своїми інвесторами, Primavis уявляв свій крихітний двотактний двигун насамперед як розширювач запасу, і останнім часом жоден з них не зробив особливих новин, хоча їхня наука здається здоровою. Концепція LiquidPiston X-1 являє собою роторний двигун Ванкеля «навиворіт» з ротором у формі корпусу Ванкеля, який хитається через нечітко трикутний корпус з трьома камерами згоряння.
Встановлення сальників на нерухомий корпус полегшує їх змащування. Він все ще активно розвивається як розширювач діапазону. А потім відбуваються більші стрибки в дизайні, наприкладКонцепція ротаційної турбіни внутрішнього згоряння Astron Aerospace , яка поєднує роботу з розділеним циклом, HCCI, наддовгий цикл розширення та інші чудові ідеї. Він також все ще знаходиться в активній розробці, генеруючи вражаючі заяви про потужність, крутний момент та ефективність.
Зелене паливо обіцяє нейтральне згоряння вуглецю вже зараз
Біопаливо: використання зеленої енергії для виробництва палива з рослин, які витягли CO2 з атмосфери, теоретично не додає нового CO2 до нашої «теплиці». Але робота на чистому етанолі, виготовленому з кукурудзи, зазвичай не враховується, тому що земля, на якій вирощували цю кукурудзу, зазвичай перетворювала ту саму кількість CO2, незалежно від того, стала вона паливом або кукурудзяним сиропом з високим вмістом фруктози, тому не можна заявити про чисте зменшення вуглецю.
Біопаливо, виготовлене з целюлозних кормів, таких як стебла кукурудзи, трава міскантуса або нові культури, висаджені там, де нічого не було або не могло бути вирощено/збирано раніше , враховуються численні процеси перетворення целюлозних матеріалів або навіть сміття в етанол, метанол або бутанол . . Є також декількаідентифіковані процеси перетворення водоростей в біодизельне паливо . На жаль, всі вони занадто дорогі, щоб конкурувати з дешевим бензином.
Пряме уловлювання вуглецю: було запропоновано кілька схем вилучення CO2 з повітря та гідрогенізації його для утворення вуглеводневого палива. Prometheus Fuels планує виробляти бензин із CO2, а співпраця Audi/Sunfire має намір виробляти дизельне паливо з «блакитної нафти», створеної за допомогою використання зеленої електроенергії для поєднання вуглецю з CO2 з воднем з води. Carbon Engineering у Британській Колумбії, Канада , планує розпочати виробництво в комерційних масштабах до 2022 року. І ReactWell LLC сподівається поєднати процес Національної лабораторії Ок-Рідж для перетворення CO2 безпосередньо в етанол із власним процесом перетворення його в біосиру нафту, яка підлягає переробці. різні вуглеводневі види палива.