Logo společnosti Volvo

Trucks

Inside Volvo – Gas
Technický produkt

Na plný plyn vpřed

2017-10-19
Napsal: Nic Townsend Fotografie: Arne Edström a DDR GBG
Nový plynem poháněný motor představoval pro konstruktéry společnosti Volvo Trucks výzvu. Stáli před úkolem vyvinout nové hnací ústrojí, které dokáže okamžitě snížit emise CO2, nabídne zákazníkům stejný výkon jako naftový pohon a bude provozuschopným řešením pro budoucnost. Dospět ke konečné podobě řešení znamenalo od základu přepracovat koncepci vznětového motoru.
Volvo FH LNG projíždí krajinou.
Modely Volvo FH LNG a Volvo FM LNG jsou první těžká nákladní vozidla na trhu, která jsou poháněna plynem a současně dokážou nabídnout dostatek výkonu pro potřeby těžké regionální i dálkové přepravy.

Kvůli stále diskutovanějšímu tématu globálního oteplování se zvyšuje tlak na upuštění od fosilních paliv. Magistráty mnoha světových měst se chystají zakázat vjezd vozidlům se vznětovým motorem, a v některých případech tak chtějí učinit dokonce v horizontu několika málo let.

Otázka zní: Jaké alternativní palivo používat? Které palivo dokáže snížit emise CO2, poskytnout požadovaný výkon a přitom bude obchodně životaschopnou možností pro průměrné přepravní společnosti? Společnost Volvo Trucks je přesvědčena, že je to – alespoň z části – plyn.

Modely Volvo FH LNG a Volvo FM LNG jsou první těžká nákladní vozidla na trhu, která jsou poháněna plynem a současně dokážou nabídnout dostatek výkonu pro potřeby těžké regionální i dálkové přepravy. Oba modely jsou k dispozici s motorem o výkonu 420 a 460 koňských sil a nabízejí identický výkon i jízdní vlastnosti jako jejich naftou poháněné verze. Na jedno natankování zvládnou ujet až 1 000 km. 

Liší se vlastně jen používaným palivem. Spalují totiž zkapalněný zemní plyn (LNG), který významně snižuje úroveň emisí CO2. Při pohonu na zemní plyn – který pro většinu přepravců v nejbližším období představuje reálnější alternativu – jsou emise CO2 v porovnání s naftou nižší o 20 %. U vozidla používaného k přepravě těžkých nákladů, které ročně najede 120 000 km, to znamená snížení emisí CO2 o 18–20 tun za rok. Největší potenciál ke snižování emisí má však pohon na bioplyn – v takovém případě se emise CO2 v rámci spotřeby paliva ve vozidle (tank-to-wheel) sníží o 100 procent. V porovnání s naftovými motory Volvo Trucks zůstává spotřeba paliva stejná, a je dokonce o 15 až 25 procent nižší než u konvenčních plynových motorů. 

„LNG přináší výhody jak z obchodního hlediska, tak z hlediska životního prostředí, a proto je slibnou alternativou nafty,“ říká Lars Mårtensson, který u společnosti Volvo Trucks působí jako ředitel oddělení pro životní prostředí a inovace. „Zásob zemního plynu jsou na světě velké spousty a infrastruktura potřebná pro LNG se stále rozšiřuje.“

LNG rozhodně není novým palivem. Volvo Trucks však byla první společnost, která jej využila k dodání takto vysokého výkonu pro těžká nákladní vozidla. Místo Ottova cyklu, což je u plynových motorů nejběžnější princip, totiž upřednostnila pohon prostřednictvím vznětového cyklu. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že u motorů s Ottovým cyklem se směs zapaluje jiskrou, což s sebou přináší omezení výkonu, točivého momentu i spolehlivosti. Motory jsou také náchylnější ke klepání. U vznětových motorů s přímým vstřikováním se směs zapaluje zahřátím při kompresi. Takové motory pak dosahují vyššího výkonu i točivého momentu. 

„Povedlo se nám vypořádat se s jevem, že plyn se jen pouhou kompresí nezapálí – spalování plynu je vždy zapotřebí něčím zahájit. Plyn v motoru se tedy zapálí od kompresí vznícené vstříknuté dávky nafty,“ vysvětluje Anneli Soppi, hlavní projektová manažerka divize Volvo Group Trucks Technology. „Díky tomu ale stojíme před dalším těžkým úkolem: jak do válců vstřikovat dva druhy paliva. Konstrukce se dvěma vstřikovači je totiž velice náročná.“

LNG přináší výhody jak z obchodního hlediska, tak z hlediska životního prostředí, a proto představuje slibnou alternativu nafty.

Řešení jsme nalezli ve dvou soustředně umístěných jehlách, které zajistí přímý vstřik nafty i plynu. U této unikátní technologie se před plynem vstříkne do válce malé množství nafty, které se kompresí zapálí. 

„Nafta se zde v zásadě stává kapalnou zapalovací svíčkou,“ objasňuje Anneli Soppi. „Motor funguje především na plyn – v porovnání s provozem běžného vznětového motoru zde plyn nahrazuje naftu z více než 90 procent. Výhody vznětového motoru, včetně identického výkonu a točivého momentu, však zůstávají zachovány.“




Znamená to tedy, že zemní plyn se stane budoucností přepravy? Oblíbeným názorem je, že tato role připadne elektřině. Zatímco u osobních vozidel to může být opravdu tak, vývoj technologií elektrické mobility ještě zdaleka není ve stádiu, kdy by bylo možné v těžké dálkové přepravě využívat elektřinu jako obchodně životaschopnou alternativu pohonu. 

„Vítěznými alternativami se stanou paliva s vysokou energetickou účinností a malým dopadem na klima,“ říká Lars Mårtensson, ředitel oddělení pro životní prostředí a inovace společnosti Volvo Trucks. „Vyvíjeno bude velké množství alternativních paliv, včetně elektřiny. Pro různé účely využití pak budou k dispozici různá paliva. Než ale lidstvo přejde k jinému palivu, bude nafta pohánět vozidla ještě mnoho let. Co se však týká těžké regionální a dálkové přepravy, má v současnosti LNG zdaleka nejlepší předpoklady k tomu, aby mohlo naftu rychle nahradit v celosvětovém měřítku.“ 

Z dlouhodobého hlediska (vzhledem k možnosti náhrady zemního plynu bioplynem) nabízí LNG potenciál, díky kterému bude možné snížit emise ještě více. „Jakýkoli budoucí přechod k biopalivu proběhne postupně. Nejvhodnějšími biopalivy se proto stanou ta, která bude možné během tohoto přechodného období používat společně s jejich fosilní verzí,“ dodává Lars Mårtensson. „Jedná se například o zemní plyn, který mohou bez potíží využívat i vozidla s pohonem na bioplyn. Jak se bude výroba i distribuce bioplynu zlepšovat a poklesnou náklady, zvýší se odpovídajícím způsobem i možnosti provozovat bioplynem poháněná vozidla. Zkrátka bude možné významně snížit emise CO2 pouhou změnou paliva.“




V současnosti je největším omezením pro využívání LNG (v podobě zemního plynu i bioplynu) nedostatečně rozvinutá infrastruktura pro distribuci a doplňování paliva. S tím, jak se bude změna klimatu stávat stále důležitějším tématem, začnou ale vlády jednotlivých států podporovat růst infrastruktury LNG investicemi. Dodavatelé plynu tak už dnes mohou v dodávkách pro odvětví přepravy spatřovat obrovské obchodní možnosti. 

„Jsme přesvědčeni, že zemní plyn nabízí ten největší potenciál, a to jak ohledně okamžitého snižování emisí CO2, tak ohledně schopnosti poskytnout dlouhodobé řešení na dalších nejméně 20–30 let,“ říká Lars Mårtensson. „Rozvinout nedostatečnou infrastrukturu bude těžký úkol, ale nebudeme na něj sami. Například Evropská unie o tomto problému ví, takže už vyhradila prostředky na dotace a připravila vhodné programy. A výrobu LNG urychlí i vývoj podobných vozidel, jakými jsou modely Volvo FH LNG a Volvo FM LNG. Potenciál je zde tedy opravdu obrovský. 

Doposud bylo nejtěžším úkolem vyřešit to, že plyn se jen pouhou kompresí nezapálí – spalování plynu je vždy nutné něčím spustit.

Dlouhodobé hledisko hrálo roli i při vývoji modelů Volvo FH LNG a Volvo FM LNG, do něhož se zapojili konstruktéři společnosti Volvo Trucks z poboček po celém světě. „Společnost Volvo Trucks je v oblasti vznětových motorů jako doma – jejich vývoji a vylepšování se totiž věnuje už více než 70 let. Nové hnací ústrojí na LNG je však průlomem v ještě neprozkoumané oblasti, takže vývoj nevyhnutelně trvá déle. Musíme totiž nastřádat interní znalosti i odborné zkušenosti,“ vysvětluje Mats Franzén, který u společnosti Volvo Trucks pracuje jako produktový manažer pro motory.

U tohoto projektu, který počítá s využitím vysokotlakého plynu, patřilo mezi unikátní výzvy například nepropustné utěsnění celého systému. Prověřováním naprosté nepropustnosti veškerých těsnění jsme strávili bezpočet hodin, takže dlouhodobá odolnost těsnění byla otestována opravdu důkladně. 

Nová vozidla jsme podrobili identickým zkouškám a stejnému ověřování, které společnost Volvo Trucks používá u všech svých motorů a vozidel – a to včetně nárazových zkoušek, zkoušek odolnosti a terénních zkoušek v horkém i chladném podnebí i ve velké nadmořské výšce.

„Vývoj byl značně obsáhlou záležitostí. Vzešla z něj ale vozidla, pro která bude charakteristická velmi vysoká výkonnost,“ říká Mats Franzén. „Za volantem ani nepoznáte, jestli řídíte vozidlo s naftovým, nebo plynovým pohonem. Vozidla šetří palivo, produkují méně emisí CO2 a mají odolnost naftových vozidel!“ 

Volvo FH LNG a Volvo FM LNG

Modely: K dispozici jako tahače (4×2, 6×2, 6×4) a podvozky k dostavbě (4×2, 6×2, 6×4) s celkovou hmotností vozidla až 64 tun.
Motor: Volvo G13C Euro 6 s výkonem 420 k / 2 100 Nm nebo 460 k / 2 300 Nm.
Převodovka: Volvo I-Shift.
Palivové nádrže: K dispozici s kapacitou 115 kg (275 l), 155 kg (375 l) nebo 205 kg (495 l), dojezdová vzdálenost na LNG až 1 000 km, plus menší nádrž pro naftu.
Dočišťování výfukových plynů: SCR a filtr pevných částic.

Prodej modelů Volvo FH LNG a Volvo FM LNG bude na evropském trhu zahájen v první polovině roku 2018.