Bez obzira ne hibridne i električne pogone, koji se sve više najavljuju, Bliska automobilska budućnost ipak će se rješavati u području dizelskih motora. Iako litra dizelskog goriva ima 15 posto veću ogrjevnu vrijednost od litre benzina i pogoduje osjetnom smanjenju potrošnje, dizelska priča dobiva sve tamnije tonove. Takvi motori nemaju problema s otrovnim ugljikovim monoksidom (CO) i ugljikovodicima (HC), ali su im rak-rana dušikovi oksidi (NOx) i čestice čađe. Oksida se rješavamo oksidacijskim denox katalizatorima, a čestica čađe naknadnim izgaranjem i pročistačima. Time se znatno komplicira konstrukcija motora i povećava cijena. Bit ove priče je što uz pravilno izgaranje ne bismo trebali imati problema s dušikovim oksidima i čađom. Za pravilno i potpuno izgaranje grama dizelskog goriva potrebno je 14,5 grama zraka. Zbog koncepcije izgaranja (gorivo se ne pali svjećicom, nego samo, ubrizgavanjem u vrući zrak), dizelski motori u prosjeku koriste trećinu više zraka od benzinskog motora. To je potrebno kako bi svaka kapljica goriva, koja je samostalni izvor zapaljenja, imala dovoljno kisika za izgaranje.

Laserom izrađene brizgaljke s više od sto rupica promjera stotinke milimetra omogućit će homogeno izgaranje dizelskog goriva, bez stvaranja čađe i dušikovih oksida te dodatno smanjenje potrošnje

Glavni problemi dizelskih motora su:
ČESTICE ČAĐE - su nakupine atomarnog ugljika. Nastaju jer svaka čestica goriva (ugljikovodika) ne uspijeva pronaći slobodnu molekulu kisika, usprkos viška zraka u smjesi. Što je raspršenje finije, malene kapljice goriva lakše dolaze u kontakt s kisikom i pravilno izgaraju. Važna je i čistoća goriva, posebice što manji sadržaj sumpora, koji je inhibitor (poticatelj) stvaranja čestica ugljika. Čađa ukazuju na nepotpuno izgaranje, a uklanja se naknadnim izgaranjem i specijalnim pročistačima.
DUŠIKOVI OKSIDI (NOx) nastaju na mjestima povišenog sadržaja kisika i temperatura viših od 1800°C. Dakle, na mjestima nesavršenog izgaranja. Sprječavaju se povratom ispušnih plinova u cilindre (recirkulacijom) - do 50 posto, ponekad i više. Ostatak se uklanja denox katalizatorima.
Rješavanje jednog problema u pravilu pogoršava drugi. Više zraka znači manje čađe, ali više dušikovih oksida, i obrnuto. Još je veći problem nehomogenost smjese goriva i zraka. Bez obzira što količina zraka može biti prosječno dvostruko veća od potrebne, na pojedinim mjestima zraka može nedostajati. Na lokalitetima masne (bogate) smjese stvaraju se čestica čađe.

Rješenje nudi koncept homogenog dizelskog izgaranja HCCI (Homogenuous Charge Compression Ignition), jer omogućava da se u svakom dijelu komore za izgaranje ostvare potpuno jednaki uvjeti za izgaranje

• idealno bi bilo imati beskonačno mnogo rupica na svakoj brizgaljki. Sadašnje imaju do devet rupica, a eksperimentira se s novim brizgaljkama sa 40 rupica.
• povećanjem broja rupica potrebno je smanjiti njihov promjer. Tehnologija erodiranja omogućava bušenje rupica promjera 100 mikrometara (desetinke milimetra). Krajnja granica te tehnologije je 80 mikrometara. Daljnji su pomaci mogući korištenjem laserske tehnologije, koja može bušiti rupice promjera samo stotinku milimetra.
• povećanjem broja rupica i smanjenjem njihovog promjera tlakovi ubrizgavanja kod sustava common-rail povećat će se na 3000 bara (današnji limit 1600 bara). Ubrizgavanje po sustavu pumpa-brizgaljka omogućava još više tlakove, ali zbog znatno lošije mogućnosti podešavanja ubrizgavanja vjerojatno se neće koristiti.

Nova će dizelska tehnologija osigurati ne samo drastično smanjenje emisije štetnih plinova, nego i povećanje učinkovitosti motora. To znači više snage uz istu potrošnju goriva, odnosno nižu potrošnju uz istu snagu

Bosch, u suradnji s institutima za motore iz Aachena i Graza paralelno eksperimentira s tehnologijom prijevremenog ubrizgavanja male količine goriva. No, to je vrlo sklizak teren. Povećava se homogenost goriva u cilindru, ali istodobno raste rizik nekontroliranog detonantnog izgaranja. Ulog je velik, mogući dobici još veći. Jasno je da će time bitno poskupjeti izrada dizelskih motora. Ipak, ne toliko koliko bi se očekivalo, jer ovom tehnologijom mogu postati nepotrebni skupocjeni denox katalizatori i filtri čađe. To će zahtijevati i drastično povećanje čistoće dizelskih goriva, jer će i najmanje nečistoće začepiti laserom izbušene rupice. Neće biti dobro ako kvaliteta goriva na našim crpkama bude kaskala za ovom tehnologijom.

Koncepcija HCCI najpogodnija je za ugradnju u veće motore, koji se ugrađuju u skupe automobile, jer se time lakše mogu 'iznivelirati' troškovi

dr. Željko Marušić

Još fotografija…