211service.com
Genopfinde benzinmotoren
Et nyt motorkoncept udviklet af forskere ved University of Wisconsin-Madison kunne reducere brændstofforbruget med omkring 30 procent i biler og med næsten 20 procent i tunge lastbiler. I gasdrevne biler ville det nye design kun tilføje lidt til prisen på motoren. I tunge lastbiler ville det reducere omkostningerne væsentligt ved at eliminere behovet for dyre efterbehandlingssystemer for at reducere emissionerne.
Test motor: Forskere ved University of Wisconsin-Madison brugte denne Caterpillar tunge dieselmotor til at teste et nyt højeffektivt forbrændingskoncept.
Konceptet, som er blevet demonstreret i testmotorer, går ud på, at man netop blander to forskellige brændstoffer i forbrændingskammeret, hvilket giver større kontrol over både timingen og varigheden af forbrændingen. Det kunne være en måde at opfylde brændstoføkonomiske regler uden de dyrere elektriske motorer og batterier, der findes i hybridkøretøjer (selvom for endnu større effektivitet kunne det nye design indarbejdes i et hybridkøretøj). Det nye motorkoncept er muliggjort af præcis elektronisk brændstofindsprøjtning og fremskridt inden for computersimuleringer. Vi opdagede denne proces ved hjælp af avanceret computermodellering, som gjorde det muligt for os at identificere opskriften på optimal blanding af brændstofferne, siger Rolf Reitz , professor i maskinteknik ved UW-Madison.
Designet har to versioner, en til at erstatte tunge dieselmotorer og en anden, der skal afsløres til efteråret, der vil erstatte konventionelle benzinmotorer. Begge bruger den samme forbrændingsproces, der gør dieselmotorer betydeligt mere effektive end benzinmotorer - komprimerer brændstof og luft, indtil det når tryk og temperaturer, der får det til at antænde, i stedet for at bruge en gnist til at antænde brændstoffet. Det nye design forbedrer motorens effektivitet ud over dieselmotorernes ved at reducere mængden af energi, der spildes som varme og ved at forbedre kontrollen over forbrændingstidspunktet. Det reducerer også i høj grad emissionerne forbundet med dieselmotorer, især vigtigt nu, hvor nye emissionsbestemmelser kræver, at bilproducenter anvender dyre efterbehandlingssystemer.
I den version, der er designet til at erstatte tunge dieselmotorer, sprøjtes benzin fra en brændstoftank ind i indsugningsåbningen nær forbrændingskammeret, hvor den blandes med luft, før den bevæger sig ind i kammeret (dette er den konventionelle form for brændstofindsprøjtning i benzinbiler ). Derefter sprøjtes dieselbrændstof fra en anden tank direkte ind i kammeret ved hjælp af en lavtryksbrændstofinjektor. Da denne blanding komprimeres, antændes dieselen først, kort efterfulgt af benzinen, som er mere modstandsdygtig over for forbrænding. Styring af forholdet mellem de to brændstoffer bestemmer både tidspunktet for forbrændingen og hvor længe det varer. Designet kræver præcis kontrol over brændstofindsprøjtningen, da forholdet og fordelingen af de to brændstoffer i kammeret skal ændres afhængigt af belastningen på motoren. Med lette belastninger er blandingen omkring 50-50, mens tungere belastninger måske har brug for så lidt som 5 procent diesel. Den resulterende motor er omkring 55 procent effektiv sammenlignet med 40 til 45 procent effektiv for konventionelle tunge dieselmotorer. Emissionerne er lave nok til at eliminere behovet for efterbehandlingssystemer til udstødningssystemer, der i en tung lastbil kan koste lige så meget som selve motoren.
I den version, der er designet til at erstatte konventionelle benzinmotorer, erstattes dieselbrændstoffet med benzin, der er blandet med et additiv for at gøre det mere reaktivt, hvilket forbedrer brændstoffets antændelse. I stedet for at have to brændstoftanke behøver bilen kun én benzintank og et lille reservoir på størrelse med en flaske til vinduesvask til at holde tilsætningsstoffet. Almindelig gas injiceres af portinjektoren, og gas blandet med additivet sprøjtes direkte ind i kammeret. Resultatet er en motor, der er 45 procent effektiv sammenlignet med omkring 30 procent effektiv for konventionelle benzinmotorer.
I begge systemer reducerer tilgangen motorens tryk og temperatur, hvilket reducerer dannelsen af smogdannende og andre farlige forurenende stoffer. De lavere temperaturer reducerer også mængden af energi, der går tabt til varme, hvilket gør den tilgængelig til at drive stemplet. Vi forlænger forbrændingshændelsen over en kontrolleret periode for at få en skånsom varmeafgivelse, der ikke fører til voldsom trykstigning og høje temperaturer i forbrændingskammeret, siger Reitz.
Robert Dibble , professor i maskinteknik ved University of California i Berkeley, siger, at det nye design er en smart idé. Han siger, at to-brændstofdesignet kan være svært at få bilproducenter og forbrugere til at adoptere, men han bemærker, at de nuværende dieselefterbehandlingssystemer allerede kræver, at chauffører tilføjer en separat udstødningsbehandlingsvæske, når de tanker brændstof, så denne barriere kan være lavere nu. Den version af det nye design, der bruger et benzinadditiv, ville kun kræve genopfyldning af additivet ved hvert olieskift, siger Reitz, hvilket reducerer ulejligheden.
Dibble siger, at en anden forsker tager en lignende tilgang til at forbedre motorens effektivitet, men hans tilgang bruger kun ét brændstof. Bengt Johansson , leder af afdelingen for forbrændingsmotorer ved Lunds Universitet i Sverige, har vist høj effektivitet og lave emissioner ved at kontrollere timingen og varigheden af forbrændingen med flere brændstofindsprøjtninger. Men i modsætning til UW-Madison-metoden, som bruger brændstoffer med forskellige forbrændingsegenskaber, styrer Johanssons tilgang forbrændingen ved at skabe områder i forbrændingskammeret med varierende koncentrationer af brændstof og luft. En potentiel ulempe er, at den på grund af de høje kompressionsniveauer, der anvendes, kræver en dyrere motor end dem, der bruges i konventionelle gasdrevne biler.