С момента изобретения дизельного двигателя внутреннего сгорания 127 лет назад инженеры и ученые стремились повысить его тепловой КПД. Ведущий китайский производитель двигателей Weichai Power представил первый в мире двигатель с рекордным тепловым КПД 53,09%. Это результат более чем 500 дней непрерывных исследований и разработок, направленных на оптимизацию четырех ключевых систем: подачи топлива, забора воздуха, сгорания и снижения трения. Разработка может повысить экономичность дизельного двигателя примерно на 14%.

Фирма продемонстрировала свою новую технологию на Всемирном конгрессе по двигателям внутреннего сгорания 2024 года в Тяньцзине, Китай. Это достижение было подтверждено двумя учреждениями: организацией по тестированию и сертификации TÜV SÜD и Китайским центром автомобильных технологий и исследований.

Процент энергии сгорания дизельного топлива, преобразуемой в полезную работу двигателя без использования механизма рекуперации тепла, называется базовым тепловым КПД двигателя. Чем выше базовый тепловой КПД, тем экономичнее работает двигатель. Значимая веха в этой области была достигнута компанией Weichai Power 16 сентября 2020 года, когда они представили дизельный двигатель, установивший новый рекорд тепловой эффективности в 50,23%. Затем, 8 января 2022 года, компания добилась большего прогресса, подняв тепловой КПД двигателя до 51,09%. А 20 ноября того же года Weichai Power достигла показателя тепловой эффективности 52,28%, превзойдя свои предыдущие рекорды.

Для сравнения, стандартные дизельные двигатели на рынке обычно достигают среднего термического КПД в 46%.

Повышение термического КПД в базовых двигателях до 52,28% может привести к существенному сокращению расхода топлива и выбросов CO₂ на 12%.

Опираясь на предыдущие достижения, исследовательская группа Weichai Power вложила более 500 дней напряженной работы в оптимизацию четырех ключевых систем двигателя: подачи топлива, забора воздуха, сгорания и снижения трения. Команда эффективно внедрила технологии сгорания с высоким расширением, наддува смешанного потока, высокоэффективного впрыска топлива и снижения трения с низким сопротивлением.

Ученые добились успеха благодаря постепенным усовершенствованиям, достигнутым небольшими шагами по 0,1% за раз. В результате двигателю удалось преодолеть барьер теплового КПД в 53%. Исследователи сравнивают это достижение с тем, как человек пробежал бы 100-метровую дистанцию менее чем за девять секунд.

В ходе этой фазы исследований и разработок группа получила 176 патентов на изобретения и 68 патентов на полезные модели.

Повышение уровня теплового КПД с 45–46% до 53% может повысить экономичность дизельного двигателя примерно на 14%. Эта цифра основана на текущих оценках владения дизельными двигателями в Китае. Нововведение приведет к ежегодной экономии топлива около 31 млн тонн и снижению выбросов углекислого газа на 97 млн тонн.

Например, тяжелый трактор с годовым пробегом 250 000 км благодаря этой технологии может сэкономить около 12 000 галлонов дизельного топлива. В результате годовая экономия владельца составит почти $13 529, учитывая рыночную цену дизельного топлива в $1,08 за литр. По мнению команды, этот технический прорыв принесет пользу не только транспорту, но и другим отраслям — строительная техника, сельскохозяйственное оборудование, суда и энергетическое оборудование.