211service.com
Ny dieselmotor udsender renere dampe
En ny motor designet i Tyskland reducerer forurenende stoffer i dieseludstødningsemissionerne til knapt målbare niveauer. Motoren er afhængig af ekstremt høje brændstofindsprøjtnings- og forbrændingstryk for at forbrænde brændstof mere fuldstændigt - hvilket dramatisk reducerer både sod- og nitrogenoxidemissioner.
Rens maskine: Forskere ved det tekniske universitet-München har brugt denne testmotor til at demonstrere den samtidige reduktion af nitrogenoxider og sod uden en katalysator.
Dieselmotorer bruger brændstof mere effektivt end benzinmotorer og udleder mindre kuldioxid, men afvejningen er, at de normalt er mere forurenende. De højere forbrændingstemperaturer, der kræves for at forbrænde diesel, fører til øget nitrogenoxid-emission. Og fordi diesel er tung og mindre flygtig end benzin, forbrændes ikke alt brændstoffet under forbrændingen, hvilket resulterer i dannelsen af sodpartikler. De værste gerningsmænd er busser og tunge lastbiler.
Ingeniører ved Tekniske Universitet-München (TUM) designet den nye motor i et tre-årigt projekt kaldet Laveste emission lastbil dieselmotor (NEMo), som oversættes til den laveste emissionsdiesel lastbilmotor. Georg Wachtmeister, formand for forbrændingsmotorer i universitetets afdeling for maskinteknik, ledede indsatsen. Ved hjælp af en encylindret forskningsmotor fandt Wachtmeisters team en balance mellem recirkulation af udstødningsgas, turboboosttryk og brændstofindsprøjtningsdysekonfiguration, der gjorde det muligt for dem at minimere både sod- og nitrogenoxiddannelse.
Moderne dieselmotorer mindsker dannelsen af nitrogenoxid ved at køle en del af deres udstødning ned og recirkulere den tilbage i forbrændingskammeret (sammen med den friske luft, der bruges til at forbrænde brændstoffet). I denne blanding modererer kuldioxid og vand fra udstødningsgasserne forbrændingsprocessen og holder temperaturen i skak. Som følge heraf dannes der færre kvælstofoxider – men sodproduktionen stiger, da andelen af ilt i luft-udstødningsblandingen er lavere, og brændstoffet forbrænder mindre fuldstændigt.
TUM-forskerne designede deres testmotor, så turboladeren komprimerer luft-udstødningsblandingen til 10 bar - cirka 10 gange det atmosfæriske tryk ved havoverfladen - før den indføres i forbrændingskammeret. Derimod kan masseproduktionsmotorer komprimere blandingen til maksimalt omkring 3,5 bar. Når den er komprimeret på denne måde, indeholder luft-udstødningsblandingen i den nye motor nok ilt til, at dieselbrændstoffet kan brænde mere fuldstændigt. Det maksimale lufttryk inde i forbrændingskammeret er 300 bar, det dobbelte af det, der bruges i de fleste produktionsmotorer.
For at opveje den øgede sodproduktion forårsaget af ændring af udstødningsgasrecirkulationshastigheden modificerede NEMo-teamet brændstofindsprøjtningsdysen, så den forstøver dieselbrændstof ved et tryk på over 3.000 bar, hvilket genererer en brændstoftåge af mikroskopiske partikler, der brænder meget hurtigt og praktisk talt sodfri. De mest avancerede produktionsmotorer bruger i dag et indsprøjtningstryk på omkring 1.800 bar.
Med den modificerede udstødningsgasrecirkulation, boosttryk og dysekonfiguration opfylder TUM-motoren næsten europæiske emissionsstandarder, der er planlagt til at træde i kraft i 2014. Disse standarder foreskriver, at en dieselmotor med tunge lastbiler kun kan udsende fem milligram sodpartikler og 80 milligram nitrogenoxider per kilometer. Wachtmeister siger, at TUM-testmotoren opfyldte nitrogenoxidgrænserne uden problemer og er meget tæt på sodgrænserne.
George Anitescu, en forsker ved Syracuse University, er skeptisk over for projektets praktiske funktion. Forskningen kan til en vis grad løse afvejningen mellem partikler og nitrogenoxiddannelse, der er forbundet med dieselforbrænding, siger han. Men han mener, at den energi, der skal til for at opnå de høje tryk, der bruges, vil mindske motorens effektivitet. En anden bekymring, siger han, er at finde materialer - især overkommelige - der kan modstå det ekstreme pres.
For øjeblikket er det ikke praktisk at gøre dette design til en produktionsmotor, indrømmer Wachtmeister. TUM Internal Combustion Engines Workshop skulle specialfremstille 95 af komponenterne til testmotoren. Men ved at bruge disse specielle komponenter var holdet i stand til at anvende ændringerne på en produktionslastbilmotor.
Wachtmeister forventer, at det vil tage mellem fem og 10 år at komme med løsninger, der vil tillade produktionen af motorer, der er pålidelige nok til at køre hundredtusindvis af kilometer uden fejl. Turboladeren og brændstofindsprøjtningssystemet vil være særligt udfordrende at tilpasse til enten tunge lastbiler eller bilmotorer.
I mellemtiden, siger han, kunne designet nemt implementeres i dag i visse industrimotorer såsom dieselgeneratorer, den mest almindelige type, der bruges i standby- og nødstrømssystemer. Og, siger Wachtmeister, bilvirksomheder i både Tyskland og Japan har udtrykt interesse for teknologien.