燃料効率の高いパワーユニットを目指して過去 1 世紀にわたって継続的に開発されてきたにもかかわらず、ディーゼル エンジンは現在、かつてないほどの脅威にさらされています。では、「ディーゼルエンジンの将来はどうなるのか？」は、ボルボ グループのパワートレイン担当シニア テクノロジー アドバイザーであるスタファン ラングレン博士の質問のテーマでした。
なぜディーゼルはこれほど人気のある動力源であり続けているのでしょうか?
拡散燃焼（燃焼が点火付近に集中し、酸素が燃焼領域の周囲に拡散する）は非常に効率的です。放射や対流によるエンジンの壁へのエネルギー損失が最小限に抑えられ、ガソリン エンジンよりも大幅に低くなります。基本的なディーゼル エンジンは非常に強力で、非常に高い圧力に耐えることができます。
どれくらい効率的ですか?
大きな改善があり、1980 年代の約 35% の効率から、今日の 50% の効率にまで飛躍しました。これは、燃料の半分が有用な機械的作業に投入されていることを意味します。参考までに、ガソリン エンジンの効率は約 35% です。これらの利点は、高圧コモンレール燃料噴射システム、ターボ過給、燃焼と後処理管理システムを正確に制御するためのコンピューティング能力の導入によってもたらされました。
燃費向上がお客様の一番の要望でしょうか？
確かに燃費の良さは最も重要な要素ですが、顧客は優れたエンジン性能と耐久性も求めています。それならしなければなりません
耐久性があり、排出ガス要件を満たしていること、そしてこれらは時には互いに競合します。
エンジンもより強力になっているのでしょうか？
上向きの傾向があり、顧客はより大きな荷物を移動しており、それにはより大きな電力が必要になります。ボルボ グループの最大出力は現在 1,000 馬力です。しかし、乗用車と比較すると、すべてのヘビーデューティー用途は依然として（比較的）パワー不足です。
ディーゼルエンジンは環境に優しくないと非難されている。その行為をクリーンアップできるでしょうか？
ディーゼル エンジンを非常にクリーンにすることは可能であり、これは軽量産業よりも大型産業の方が大きく進歩していることです。その理由の 1 つは、ヘビーデューティー部門の顧客が求める効率がはるかに高いためです。
効率を向上させながら同時に排出量を削減するのはどれほど難しいことでしょうか?
SCR 後処理システムを追加した場合の負担を補うために熱力学プロセスを改良することは課題でした。しかし今では、段階的に効率を向上させる軌道に戻りました。
ゼロエミッションという目標をどこまで達成できるでしょうか?
それは排出量が何を意味するかによって異なります。炭素を含まない燃料でエンジンを駆動し、煤を出さない効率的な燃焼プロセスと組み合わせると、ゼロエミッションが可能になります。当社は、ディーゼルのクリーンな代替燃料としてメタンとDME（ジメチルエーテル）の使用に取り組んできました。これは新しいアイデアではなく、1900 年にピーナッツ油でディーゼル エンジンを動かすことに成功しました。問題はクリーン燃料を機能させる技術にあるのではなく、むしろその入手可能性にある。しかし、再生可能燃料の供給問題を解決できれば、ディーゼルエンジンを100%CO2フリーで稼働させることが可能になります。
クリーンな燃料にも環境上の課題があるのではないでしょうか?
バイオ燃料の生産は食料生産と競合すべきではありませんが、これが問題にならない燃料は他にもあります。電気燃料 (E 燃料) は、太陽光発電または風力発電を使用して水を「分解」し、メタンからの CO2 と結合します。これらの燃料は、最大 80% という非常に高い効率を特徴としています。これは電動化を補完する興味深いものとなる可能性があります。
燃料の違いは燃焼にどのような影響を与えるのでしょうか?
効率の観点から見ると、エンジンは燃料分子が化石由来か再生可能資源由来かを気にしません。したがって、適切な種類の再生可能燃料に投資すれば、再生可能エネルギーへの移行は簡単になるはずです。
では、燃料消費量をさらに下げるにはどうすればよいでしょうか?
エンジン効率の向上と燃料消費量の削減における次の大きなステップは、エレクトロモビリティとの組み合わせです。将来のエンジンに対する需要は、今日ほど多様ではなくなるでしょう。エンジンの「スイートスポット」での効率と、実際の動作範囲全体での効率との間には違いがあります。パラレルハイブリッドのようにエンジンと電気モーターを組み合わせることで、エンジンを最も効率的なレベルで稼働させることができます。間違いなく、電動化は将来の燃焼駆動系ソリューションの一部を形成することになります。
他のテクノロジーで燃料費を削減できるでしょうか?
例としては、ストップ/スタート技術や、補助機器に機械的ではなく電気的に電力を供給する 48V 電気システムなどがあります。これらはすべて、堅牢性が証明されれば、将来的にはヘビーデューティ用途で使用される可能性があります。しかし、効率を高めるもう 1 つの重要な源は熱回収です。大型エンジンでは比較的低温の排気を使用するため、これは簡単な作業ではありませんが、これを捕捉して商業的に実行可能にする期待はまだあります。
エンジンが達成できる最大効率はどれくらいですか?
ディーゼル エンジンの理論上のシステム効率は 55-60% です。参考までに、最高の発電所は 50-55% の効率で稼働しており、燃料電池も約 50% 以上の効率であるため、ディーゼル エンジンは信じられないほど効率的です。これに、電動化に伴って動作するエンジンの出力需要が低下することが多いという事実に加え、将来的には燃料使用量が減少することを意味します。
ディーゼルエンジンはどのくらい耐久できるのでしょうか？
ディーゼル燃焼エンジンは、依然として機械エネルギーを生成するための非常にコスト効率の高いソリューションです。とはいえ、特にヨーロッパでは法律が電動化に向けて非常に強力に推進しており、それが内燃機関の寿命に直接影響を与える可能性があります。外航船舶や長距離トラックなどの長距離用途ではアプリケーションベースでの利用がかなり長く続くのではないかと考えています。しかし、ここでもおそらくさまざまなテクノロジーが混在して使用されているでしょう。
ディーゼルは未来の一部ですか?
改良された形式のディーゼル エンジンは、非常にクリーンで効率的です。電動化との相性も抜群です。メーカーとして、私たちは社会が下す決定に基づいて、最適なソリューションを見つける必要があります。それが何であれ、私たちは備えが必要です。
