211service.com
Superkritisk brændstofindsprøjtning
Forskere i New York har demonstreret et superkritisk dieselbrændstofindsprøjtningssystem, der kan reducere motoremissioner med 80 procent og øge den samlede effektivitet med 10 procent.
Bliver superkritisk: Dette laboratorieudstyr bliver brugt til at studere superkritisk dieselbrændstof.
Dieselmotorer har en tendens til at være mere effektive end benzin, men afvejningen er, at de normalt er mere forurenende. Fordi diesel er tung, viskose og mindre flygtig end benzin, forbrændes ikke alt brændstoffet under forbrændingen, hvilket resulterer i, at kulstofforbindelser frigives som skadelig partikelsod. De højere forbrændingstemperaturer, der kræves for at forbrænde diesel, fører også til øgede emissioner af nitrogenoxider.
En væske bliver superkritisk, når dens temperatur og tryk overstiger et kritisk grænsepunkt, hvilket får den til at påtage sig nye egenskaber mellem en væskes og en gass. George Anitescu, en forskningsmedarbejder ved Institut for Biomedicinsk og Kemiteknik ved Syracuse University i staten New York, som udviklede det nye motordesign, siger, at superkritisk diesel kan forbrændes mere effektivt og rent.
Ved at hæve diesel til en superkritisk tilstand, før den sprøjtes ind i en motors forbrændingskammer, bliver viskositeten mindre af et problem, siger Anitescu. Derudover betyder den høje molekylære diffusion af superkritiske væsker, at brændstoffet og luften blandes næsten øjeblikkeligt. Så i stedet for at forsøge at brænde relativt store dråber brændstof omgivet af luft, blander det fordampede brændstof sig mere jævnt med luft, hvilket får det til at brænde hurtigere, rent og fuldstændigt. I en vis forstand er det som en mellemting mellem diesel og benzin, men med fordelene ved begge dele, siger Anitescu, der præsenterede sit arbejde i sidste uge kl. Retninger i motoreffektivitet og emissionsforskning , en konference afholdt i Dearborn, MI.
Tidligere er en anden relateret tilgang, kaldet homogen ladningskompressionstænding, blevet brugt til at forbedre ydeevnen af diesel. Dette involverer forblanding af diesel og luft, før det indsprøjtes som en damp i et forbrændingskammer under højt tryk. Men mens denne blanding brænder mere effektivt, gør den også forbrændingen sværere at kontrollere, hvilket kan føre til, at motoren banker: stødbølger i motorens cylindre forårsaget af lommer med uforbrændt brændstof og luft. I modsætning hertil producerer superkritisk dieselindsprøjtning meget små damplignende dråber, men med brændstoftætheder svarende til en væske, siger Anitescu.
Andreas Birgel , en forsker fra Internal Combustion Engines and Fuel Systems Research Group ved University College London, Storbritannien, siger, at der er stor interesse for at producere diesel, der lettere fordamper, for eksempel ved at bruge majs- eller rapsolie til at fremstille biodiesel, som har en relativt lav viskositet. En anden tilgang er at behandle konventionel diesel med tilsætningsstoffer, siger han.
For at dieselen kan nå en superkritisk tilstand, skal Anitescus brændstofsystem først opvarme den til omkring 450 grader Celsius ved et tryk på omkring 60.000.000 Pascal. At opnå trykket er ikke et problem, siger Anitescu, men at øge temperaturen er mere krævende.
Fordi brændstofsystemer normalt fungerer ved temperaturer under 80 grader Celsius, brugte Anitescu og hans kolleger varmen fra motorens udstødning til at hæve brændstoffets temperatur. Dette forårsager yderligere komplikationer. Man skal forhindre, at den kokser, siger han. Forkoksning opstår, når kulbrinter i brændstoffet reagerer og danner klæbrige aflejringer, der kan føre til fejl i brændstofsystemet. Fænomenet kan undgås ved at fortynde brændstoffet med et additiv, såsom kuldioxid eller vand. I Syracuse-motoren indføres en lille mængde udstødningsgas for at fungere som et antikoksningsmiddel, en teknik kendt som recirkulation af udstødningsgas.
Systemet er kun blevet testet i en laboratorieopsætning, men en prototype kan være klar til test ved udgangen af året, siger Anitescu. Brændstofsystemet er designet til at bruge konventionelle brændstofinjektorer, selvom disse er designet til at fungere med almindelige væsker. Anitescu siger, at det kan være muligt at forbedre ydeevnen ved at skifte til en flydende tilstand lige under superkritisk. Dette kan tillade fordampning, samtidig med at injektorerne får bedre ydeevne. Vi har mange muligheder her, siger han.
På samme konference Transonisk forbrænding , et firma baseret i Camarillo, Californien, præsenterede detaljer om en alternativ måde at bruge superkritiske brændstoffer på, der involverer en ny brændstofinjektor og redesign af hele motorens ventilsystem og forbrændingskammer.
Men med begge tilgange er det ikke uden omkostninger at gå superkritisk, siger Birgel. Du har stadig brug for viskositeten, fordi de fleste dieselbrændstofsystemer afhænger af brændstoffet til smøring, siger han.
Dette er et problem, som endnu ikke er blevet behandlet, indrømmer Anitescu. Han siger, at det kan være muligt at indføre smøremidler, men det ville kun være nødvendigt i sidste fase af brændstofsystemet, hvor væsken er allervarmest. For subkritiske brændstoffer er det måske ikke et problem, siger han.