AKS Active

Przyszłość przemysłu samochodowego

INFORMACJA PRASOWA

Jaka będzie przyszłość przemysłu samochodowego, który w roku 2017 wyprodukował w skali światowej ponad 97 milionów wysoko rozwiniętych pojazdów samochodowych?

Z drugiej strony nie jest on w stanie poradzić sobie z istotnymi problemami. Spektakularne przykłady: – szef działu rozwoju legendarnego koncernu stwierdził, że prawie nic nie da się zrobić, producenci pod ciężarem trudności technicznych sfałszowali dane, a świetny analityk, autor wielu publikacji z zakresu techniki, nie prowadzi już badań i zajął się pisaniem powieści o rozgrywkach koncernów lub o Dieslu i Draculi.

Czy zatem czas przełomowych zmian struktury silnika cieplnego, których miarą jest skokowe zmniejszanie jednostkowego zużycia paliwa, minął z końcem XIX wieku?

A nam zostało coraz mniejszymi krokami przy dramatycznie coraz większych nakładach tylko mozolne ulepszanie idei Stirlinga, Otto lub Diesla? Czy przemieszczanie ciepła, o które pytał jeszcze w 1856 r. Redtenbacher, jednak nie stało się obszarem kreatywnych poszukiwań?

Może jednak nie.

W wysokowyczynowym silniku Audi 2.5-liter five-cylinder turbo 2.5- liter TFSI, który od wielu lat corocznie zwycięża w klasie pojemności 2 – 2,5 litrów w konkursie „International Engine of the Year Awards”, można byłoby jeszcze zmniejszyć minimalne jednostkowe zużycie paliwa np. z 225 g/kWh na 170 g/kWh, a sprawność użytkową zwiększyć z 37% na 53%, i to po odliczeniu strat przy pozyskiwaniu ciepła i strat na własne mechaniczne opory silnika przy jego mocy nominalnej, czyli w najtrudniejszym punkcie pracy. Wystarczy nanieść na denkach tłoków, na głowicy lub zintegrować z gładzią cylindrów dwie oddzielone termicznie od konstrukcji silnika warstwy i ograniczyć chłodzenie. Pierwsza warstwa znajdująca się przy GMP (w pasie o szerokości do 1,22 cm, powierzchni 58 cm2, grubości 0,07 mm) ma być wykonana ze stopu wolframu. Druga warstwa umieszczona przy DMP (w pasie o szerokości 1,22 cm, grubości 0,09 mm) ma być wykonana ze stopu aluminium.
Podobne naniesienie takich warstw w popularnym silniku BMW 2.0-liter twin-turbo four-cylinder diesel, również laureacie konkursu, może zmniejszyć minimalne jednostkowe zużycie paliwa z 205 g/kWh na 141 g/kWh i zwiększyć sprawność użytkową z 41,22% na 61 %. A przy przeważnie stosowanych mocach częściowych, sprawności będą jeszcze większe, gdyż przemieszczane w silnikach porcje energii są mniejsze, a czasy na ich przemieszczanie są dłuższe. Są to przykłady rachunku porcji energii do tez prac badawczych pod tytułem „Thermal activation of the combustion chamber of a reciprocating internal combustion engine”, zaprezentowanych przez prof. Zbigniewa J. Srokę, kierownika Katedry Pojazdów Politechniki Wrocławskiej i Zbigniewa Sadlaka – IBS Monachium na 11-th International Conference on Computational Heat, Mass and Momentum Transfer (ICCHMT2018 – Kraków, 21-24 maj), zaakceptowanych do publikacji przez Komitet Naukowy Konferencji.

Jak jest to możliwe?

Jak jest to możliwe, jeżeli teoretyczna sprawność idealnego silnika wynikająca z drugiej zasady termodynamiki, przy temperaturze początkowej np. 2400 K i końcowej 1000 K, wynosi 58% ? Otóż Autorzy proponują rozwinięcie zbadanej opracowaną metodą struktury termicznej komory spalania z biernej na aktywną, w której poprzez cykliczne pobieranie przez naniesione warstwy z zawartości komory spalania i oddawanie do niej porcji ciepła (zjawisko dobrze znane np. w ciepłownictwie lub przy wiecznych zmarzlinach), do sprawności przemiany termodynamicznej dodają sprawność buforowania ciepła wewnątrz komory spalania. Przez karnotyzację przemiany termodynamicznej ciepłem nadmiarowym z wybuchowego spalania mieszanki (warstwą bufora przy GMP), a następnie cykliczną regenerację porcji anergii z gazów spalinowych (warstwą bufora przy DMP) uzyskuje się w aktywnej komorze spalania rewolucyjną poprawę wykorzystania paliwa.
Układy termodynamiczne komór tłokowych silników cieplnych, w oparciu o szkic Carnota: a) – szkic Carnota (1824), b) – silnik o spalaniu zewnętrznym np. Newcomena (1712) lub Stirlinga (1816), c) – silnik o spalaniu wewnętrznym BKS np. Reithmanna (1873) i Otto (1876), d) – izolowana termicznie bierna komora spalania BKS, np. badana przez Woschniego(1986), e) –propozycja autorów – AKS. A –źródło ciepła B –źródło zimna, otoczenie, C – chłodnica. 1 – bufor ciepła nadmiarowego chroniący paliwo przed termolizą, 2 – bufor regeneracji porcji anergii, która się nie zużywa i jest niezbędna do uzyskania przemiany termodynamicznej, 3 –odbiorniki egzergii.

Nowoczesny wynalazek

W stosunku do kosztownych inwestycji w intensywne rozwijanie obciążonych wciąż wieloma problemami napędów elektrycznych proponowane aktywne komory spalania mogą być nową alternatywą obniżania do wymagań EU szkodliwych emisji flot produkowanych pojazdów, z wykorzystaniem aktualnych osiągnięć i istniejącego potencjału przemysłu. Termiczne uaktywnienie silników może obniżyć przeciętne zużycie paliwa dla floty pojazdów o np. ok. 2 dcm3 na 100 km, czyli obniżenia emisji np. CO2 o ponad 40 g/km. Jest zatem szansą na obniżenie sprzeczności między wymaganiami obniżania emisji a naciskiem rynku. Na rynku niemieckim, wg danych Kraftfahrtbundesamtu (04.04.2018), z powodu zmniejszenia zakupów pojazdów z napędem dieslowskim i wzrostem zakupów coraz bogaciej wyposażanych dużych pojazdów i SUV-ów, poziom emisji CO2 w stosunku do poprzedniego roku zwiększył się o 0,8%, do 128,7 g/km. Wg danych EAA w całej UE w 2017 nastąpił podobny wzrost, o 0,4 g/km do 118,5 g/km. A producentom grożą dotkliwe kary, jeśli do 2021 roku nie obniżą emisji floty poniżej 95 g/km. Komisarz UE Elżbieta Bieńkowska już przygląda się projektowi aktywnych komór spalania jako argumentowi w dyskusji o możliwości ograniczania emisji, zatem politycy czy koncerny nie będą mogły ignorować potencjału projektu.
Rozwiązania aktywnej komory spalania silnika tłokowego i sposób przemieszczania w niej ciepła są chronione międzynarodowym zgłoszeniem patentowym PCT/PL2017/000011. Po udanym wdrożeniu, rozpowszechnienie projektu ponad prawa patentowe np. w trybie licencji przymusowych wydaje się nieuniknione. Zatem kto uzyska licencję wyłączną lub co najmniej wyłączność negocjacyjną z właścicielem projektu – będzie dyktować warunki finansowe innym i uzyska od sublicencjobiorców znaczące profity bez inwestowania w zwiększanie produkcji. Czy będzie to któryś ze światowych koncernów lub ich konsorcjum, np. Toyoty z Mazdą, która planuje w trzeciej wersji Skyactiv za parę lat rozwiązać problem ciepła nadmiarowego i zwiększyć sprawność z 40% do 56% – konkurencyjną do napędu elektrycznego, czy gracz chiński lub wyspecjalizowane biuro handlu licencjami – przyszłość pokaże. Jedno jest pewne – kto później lub mniej zdecydowanie włączy się do gry, zapłaci dużo więcej.

Narodowe zgłoszenia patentowe

Oferowane do inwestowania za udział w
dochodach z licencji:
– w Polsce – Urząd Patentowy RP – Zgłoszenie Nr P.416242, decyzja o przyznaniu patentu, Zgłoszenie Nr P.419959 – patent dodatkowy.
– w Indiach – Indian Patent Application Number: 201817035695, opublikowany,
– w Korei Płd. – Korean Intellectual Property Office, Patent Application No. 10-2018-7027894,
– w Niemczech – DPMA Aktenzeichen DE 11 2017 000 942.1

Publikacje naukowe

– materiały z 11-th International Conference on Computational Heat, Mass and Momentum Transfer ICCHMT 2018 – Kraków, maj 2018).

– Journal of Thermal Science 27(5), 449-455 DOI 10.1007/s11630-018- 1039-7, pod tytułem “Thermal Activation of the Combustion Chamber of a Reciprocating Internal Combustion Engine”, po wyróżniającej rekomendacji Komitetu Naukowego ICCHMT. Zarówno Komitet Naukowy ICCHMT jak i Redakcja Journal of Thermal Science dopuszczają do publikacji wyłącznie materiały bezwzględnie nowatorskie (i oczywiście niesprzeczne z aktualną wiedzą), czyli dwa niezależne międzynarodowe zespoły naukowców uznały, że nie tylko wg stanu techniki, ale nawet wg stanu wiedzy naukowej rozwiązania AKS nie są znane. Zatem zaprezentowane inżynierskie wyliczenia obniżenia zużycia paliwa są wiarygodne i niesprzeczne z nauką, a uzyskanie patentów jest prawie pewne.

Rynek samochodów

a) 15.04.2019 rządy krajów UE zatwierdziły przepisy stanowiące, że nowe samochody w UE w 2021 nie powinny emitować więcej niż 95 gramów dwutlenku węgla na kilometr wg średniej floty.

b) aktualnie średnia emisji flot nowych samochodów w EU to 118,5 g/km, w Niemczech 128,7 g/km – za przekroczenia producentom grożą kary od pojedynczego nowego pojazdu i za każdy gram CO2 powyżej normy w wysokości 95 €: – stąd np. w Niemczech za 33,7g x 95 €/g = 3 201 € od pojazdu.

c) od 2025 r. wg Parlamentu UE norma ma być dalej obniżona do 81 g/km, a od 2030 r. poniżej 60 g/km.

d) jednocześnie, po raz pierwszy UE wprowadziła wiążące przepisy dotyczące ochrony klimatu dla samochodów ciężarowych i autobusów, wymagające zmniejszenia emisji CO2 o 15% do 2025, oraz o 30% do 2030 r. Wg ekspertów, 40-tonowa elektryczna ciężarówka dla pokonania trasy 1000 km, potrzebowałaby 10-tonowej baterii, stanowiącej jedną czwartą dopuszczalnej masy ładunku.

e) wg Federalnego Urzędu Statystycznego niemieccy producenci i dostawcy samochodów wyprodukowali w drugiej połowie 2018 r. 7,1% mniej niż w pierwszej połowie. Jedną z przyczyn spadku produkcji w ubiegłym roku jest przejście na nowy test emisji spalin WLTP i kłopoty z certyfikacją.

f) przykład Norwegii, która nie ma sieci autostrad, energię elektryczną uzyskuje z hydroelektrowni, ma dobrą sytuację gospodarczą nie opartą na przemyśle samochodowym, inspiruje populistycznych polityków innych państw do nierealnych wymagań i obietnic.

g) napędy elektryczne wymagają kosztownych inwestycji i są wciąż obciążone wieloma problemami jak zasięg pojazdu, infrastruktura i
użytkowe parametry akumulatorów, dostępność surowców. Także grożą drastyczną redukcją miejsc pracy.

h) wg analizy z 10.01.2019, Umweltbundesamtu – niemieckiej Federalnej Agencji Ochrony Środowiska, obecnie dopuszczany do ruchu elektryczny samochód w ogólnym bilansie od produkcji, poprzez eksploatację do utylizacji powoduje mniej emisji CO2 o 16 – 27% niż porównywalny pojazd spalinowy. Uwzględniając zwykły rozwój techniki pojazdów i źródeł prądu, ta różnica w 2025 r. wyniesie 32 – 40%. Zatem pojazdy spalinowe z dodaną rewolucyjną AKS mogą ekologicznie dorównać, a nawet przewyższyć pojazdy elektryczne – z pewnością w krajach w których energia elektryczna nie jest tak „czysta” jak w Niemczech.

i) jeszcze w grudniu koncerny samochodowe skrytykowały nowe wytyczne UE jako nadmierne i nierealistyczne, bo nie wiadomo czy w ogóle wg stanu techniki i wiedzy można je spełnić. Jeśli miałoby to nastąpić poprzez dodatkowe produkowanie zero emisyjnych samochodów elektrycznych, to wg obliczeń Verband der Automobilindustrie VDA, ich liczba musiałaby stanowić ok.40% całej floty producenta. Zatem np. w Niemczech, przy 5,6 milionach produkowanych rocznie pojazdów, wymagałoby to produkcji ponad 2,2 miliona elektryków rocznie.

j) w ubiegłych latach niektórzy producenci pod ciężarem trudności technicznych fałszowali dane, co jest obecnie przedmiotem postępowań karnych i odszkodowawczych. Obecnie koncerny przygotowują się do wymuszenia złagodzenia norm, w czym ma pomóc angażowanie się w produkcję samochodów elektrycznych.

Nieoczekiwanym rozwiązaniem nasilającego się sporu może być polski wynalazek AKS

Aktywna Komora Spalania AKS to polski wynalazek termicznego uaktywnienia produkowanych silników spalinowych poprzez naniesienie w komorach spalania aktywnych warstw, co może obniżyć zużycie paliwa przez pojazdy z np. 6 dcm3 do poniżej 4 dcm3 na 100 km, a emisję np. CO2 o ponad 45 g/km.

AKTUALIZACJA 2020.09.01

Następne publikacje naukowe:

– 41st International Vienna Motor Symposium
https://wiener-motorensymposium.at/
/PROGRAMME /POSTER PRESENTATIONS, pod tytułem
„Einhaltung der CO2-Emissionsnormen als Herausforderung für eine
thermische Aktivierung der Verbrennungskammern in
Verbrennungsmotoren”
„CO₂ Emission Standards as a Challenge for the Thermal Activation of
Combustion Chambers in Internal Combustion Engines”

Od organizatorów:
– 41st International Vienna Motor Symposium
https://wiener-motorensymposium.at/
/PROGRAMME /POSTER PRESENTATIONS, under the title
„CO₂ Emission Standards as a Challenge for the Thermal Activation of Combustion
Chambers in Internal Combustion Engines”

From the Organizing Committee:
The Austrian Society of Automotive Engineers (ÖVK) is pleased to offer a „virtual participation” in
the 41st International Vienna Motor Symposium despite the cancellation of the event due to the
Covid19 pandemic. In addition to the complete printed congress documents, all lectures and further
information are also available to all virtual participants to download online.

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

Zgłoszenie Nr P.419959 – patent dodatkowy, decyzja o przyznaniu patentu.

22.01.2020

Spotkanie grupy roboczej AKS z zespołem badawczym specjalizującym się w technologii nanoszenia warstw. Nawiązanie współpracy przy modyfikacji silnika badawczego. Przewodnictwo naukowe: Kierownik Katedry / Head of Department prof. dr hab. inż. Andrzej Ambroziak Katedra Materiałoznawstwa, Wytrzymałości i Spawalnictwa Department of Materials Science, Strength of Materials and Welding Katedra Obróbki Plastycznej, Spawalnictwa i Metrologii

Politechnika Wrocławska Wydział Mechaniczny Wrocław University of Science and Technology Faculty of Mechanical Engineering

25.02.2020

Spotkanie grupy roboczej AKS z kierownictwem i zespołem badawczym Instytutu Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Bielsko-Biała POLSKA. Uzgodnienie modyfikacji i badań produkowanego w Bielsku Białej wysokoprężnego silnika FCA (FIAT) 1,3 SDE 70/75 H.