Okrem elektrických a vodíkových pohonov zohrávajú plynové motory dôležitú úlohu aj vo Švajčiarskom kompetenčnom centre pre výskum energie v mobilite („SCCER Mobility“), ktoré riadi ETH Zürich. Je to tak preto, lebo vozidlá poháňané biometánom alebo syntetickým metánom („e-plyn“) majú veľmi nízke emisie CO2. Syntetický metán sa vyrába aj z nadmerného množstva obnoviteľnej elektriny a CO2. Spracovaný biometán a syntetický metán je možné miešať podľa želania a až s 130 oktánmi majú výrazne vyššiu odolnosť proti klepaniu ako benzín, a preto sú veľmi vhodné ako palivá pre spaľovacie motory.
Pri vysokom zaťažení, napríklad na diaľnici, sú vozidlá na plyn už efektívnejšie ako vozidlá na benzín. Kvôli vysokej odolnosti metánu voči klepaniu sa však účinnosť mohla ešte výrazne zvýšiť; pretože dnešné plynové motory v osobných automobiloch sú zvyčajne len mierne upravené benzínové motory, teda koncepty, ktoré ešte neboli optimalizované na prevádzku iba s metánom. Na určenie tohto nevyužitého potenciálu bol v roku 2015 zahájený projekt EÚ „GasOn“, ktorého sa zúčastnili aj výskumní pracovníci z ETH Zürich a Empa v rámci pracovného balíka vedeného spoločnosťou Volkswagen Group Research.
Motor optimalizovaný na plyn
Pre plynový motor so zdvihovým objemom dva litre bol implementovaný vysoko efektívny spaľovací proces: Chudobná zmes plynu sa zapáli pomocou predkomôrky (v tvare náprstku) s prietokovo upokojeným prúdom. Tkzv. Predkomorový spaľovací proces.
Pohľad na rez predkomorového spaľovacieho procesu, pri ktorom je možné znížiť spotrebu plynového motora až o 20%.
V ETH laboratóriu pre aerotermochémiu a spaľovacie systémy sa základné testy uskutočňovali na opticky prístupných testovacích vozidlách. Používali sa na skúmanie správania sa vznietenia v predsieni a toku horúcich prúdov do hlavnej spaľovacej komory. Pomocou týchto údajov sa ďalej vyvíjali numerické nástroje, aby bolo možné pomocou počítačových simulácií podrobne vypočítať procesy.
Tieto výsledky umožnili spoločnosti Volkswagen Group Research optimalizovať dizajn predkomory a hlavnej spaľovacej komory. V Empa sa potom namontoval vhodne vybavený motor a uskutočnili sa štúdie spaľovacieho procesu. Použil sa systém riadenia motora vyvinutý Inštitútom pre dynamické systémy a riadiace technológie na ETH Zürich, ktorý na jednej strane koordinuje komplexný celkový systém a na druhej strane umožňuje efektívne prispôsobenie sa novým poznatkom.
Chudobná zmes plynu sa zapáli pomocou predkomôrky (v tvare náprstku)
Výsledok: záznam o efektívnosti motorov osobných automobilov
V porovnaní so súčasným stavom techniky sa spotreba nového plynového motora, s predkomorovým spaľovacím procesom, znižuje až o 20% (prepočítané na štandardnú spotrebu WLTP pre vozidlá strednej triedy). Špičková účinnosť bola viac ako 45%, pričom v širokom prevádzkovom rozsahu motora sa dosiahla účinnosť viac ako 40%. Takéto hodnoty v súčasnosti dosahujú iba podstatne väčšie motory, ako sú motory používané v úžitkových vozidlách, v stacionárnych alebo námorných aplikáciách; toto je nový rekord v motoroch osobných automobilov.
Pre porovnanie: benzínové motory majú zvyčajne účinnosť 35 až 40% pri najlepších podmienkach. Následné spracovanie výfukových plynov takého motora ešte nebolo v rámci projektu „GasOn“ spracované; Z dôvodu chudobného spaľovacieho procesu tu stále existuje potreba výskumu. Celkovo sa preukázalo, že plynové motory majú potenciál dosahovať úrovne účinnosti podobné naftovým motorom, ktoré sú ale objemovo výrazne väčšie. Okrem toho sa dajú veľmi ľahko prevádzkovať s akýmkoľvek podielom obnoviteľného biogénneho alebo syntetického metánu, čím sa dosahujú veľmi nízke emisie CO2. Zainteresovaní výrobcovia vozidiel teraz objasňujú, ako je možné výsledky projektu «GasOn» preniesť do sériových vozidiel.
Zdroj: https://www.cng-mobility.ch/beitrag/rekord-wirkungsgrad-bei-gasmotoren/
