211service.com
Återuppfinna bensinmotorn
Ett nytt motorkoncept utvecklat av forskare vid University of Wisconsin-Madison kan minska bränsleförbrukningen med cirka 30 procent i bilar och med nästan 20 procent i tunga lastbilar. I bensindrivna bilar skulle den nya designen tillföra lite till kostnaden för motorn. I tunga lastbilar skulle det minska kostnaderna avsevärt genom att eliminera behovet av dyra efterbehandlingssystem för att minska utsläppen.
Testmotor: Forskare vid University of Wisconsin-Madison använde denna Caterpillar tunga dieselmotor för att testa ett nytt högeffektivt förbränningskoncept.
Konceptet, som har demonstrerats i testmotorer, går ut på att just blanda två olika bränslen i förbränningskammaren, vilket ger större kontroll över både tidpunkten och varaktigheten av förbränningen. Det skulle kunna ge ett sätt att möta bränsleekonomiska regler utan de dyrare elmotorerna och batterierna som finns i hybridfordon (även om den nya designen för ännu högre effektivitet skulle kunna integreras i ett hybridfordon). Det nya motorkonceptet möjliggörs av exakt elektronisk bränsleinsprutning och framsteg inom datorsimuleringar. Vi upptäckte denna process med hjälp av avancerad datormodellering, som gjorde det möjligt för oss att identifiera receptet för optimal blandning av bränslena, säger Rolf Reitz , professor i maskinteknik vid UW-Madison.
Designen har två versioner, en för att ersätta tunga dieselmotorer och en annan, som ska presenteras i höst, som skulle ersätta konventionella bensinmotorer. Båda använder samma förbränningsprocess som gör dieselmotorer betydligt effektivare än bensinmotorer - komprimerar bränsle och luft tills det når tryck och temperaturer som får det att antändas, snarare än att använda en gnista för att antända bränslet. Den nya designen förbättrar motoreffektiviteten utöver den för dieselmotorer genom att minska mängden energi som går till spillo som värme och genom att förbättra kontrollen över förbränningstiden. Det minskar också avsevärt utsläppen förknippade med dieselmotorer, särskilt viktigt nu när nya utsläppsregler kräver att biltillverkare använder dyra efterbehandlingssystem.
I versionen utformad för att ersätta tunga dieselmotorer sprutas bensin från en bränsletank in i inloppsporten nära förbränningskammaren, där den blandas med luft innan den flyttas in i kammaren (detta är den konventionella formen av bränsleinsprutning i bensinfordon ). Sedan sprutas dieselbränsle från en annan tank direkt in i kammaren med hjälp av en lågtrycksinjektor. När denna blandning komprimeras, antänds dieseln först, kort därefter följt av bensinen, som är mer motståndskraftig mot förbränning. Att kontrollera förhållandet mellan de två bränslena avgör både tidpunkten för förbränningen och hur länge den varar. Konstruktionen kräver exakt kontroll över bränsleinsprutningen, eftersom förhållandet och fördelningen av de två bränslena i kammaren behöver ändras beroende på belastningen på motorn. Med lätta laster är blandningen cirka 50-50, medan tyngre laster kan behöva så lite som 5 procent diesel. Den resulterande motorn är cirka 55 procent effektiv, jämfört med 40 till 45 procent effektiv för konventionella tunga dieselmotorer. Utsläppen är tillräckligt låga för att eliminera behovet av efterbehandlingssystem för avgassystem som i en tung lastbil kan kosta lika mycket som själva motorn.
I versionen designad för att ersätta konventionella bensinmotorer ersätts dieselbränslet med bensin som är blandat med en tillsats för att göra det mer reaktivt, vilket förbättrar antändningen av bränslet. Istället för att ha två bränsletankar behöver bilen bara en bensintank och en liten behållare lika stor som en flaska för fönstertvättvätska för att hålla tillsatsen. Vanlig gas injiceras av portinjektorn och gas blandad med tillsatsen injiceras direkt i kammaren. Resultatet är en motor som är 45 procent effektiv, jämfört med cirka 30 procent effektiv för konventionella bensinmotorer.
I båda systemen minskar tillvägagångssättet motortrycket och temperaturen, vilket minskar bildningen av smogbildande och andra farliga föroreningar. De lägre temperaturerna minskar också mängden energi som går förlorad till värme, vilket gör den tillgänglig för att driva kolven. Vi förlänger förbränningshändelsen över en kontrollerad tidsperiod för att få en skonsam värmeavgivning som inte leder till våldsam tryckstegring och höga temperaturer i förbränningskammaren, säger Reitz.
Robert Dibble , professor i maskinteknik vid University of California i Berkeley, säger att den nya designen är en smart idé. Han säger att designen med två bränslen kan vara svår att få biltillverkare och konsumenter att ta till sig, men han noterar att nuvarande dieselefterbehandlingssystem redan kräver att förarna lägger till en separat avgasbehandlingsvätska vid tankning, så denna barriär kan vara lägre nu. Den version av den nya designen som använder en bensintillsats skulle bara kräva påfyllning av tillsatsen varje oljebyte, säger Reitz, vilket minskar besväret.
Dibble säger att en annan forskare tar ett liknande tillvägagångssätt för att förbättra motoreffektiviteten, men hans tillvägagångssätt använder bara ett bränsle. Bengt Johansson , chef för avdelningen för förbränningsmotorer vid Lunds universitet i Sverige, har visat hög verkningsgrad och låga utsläpp genom att kontrollera tidpunkten och varaktigheten av förbränningen med flera bränsleinsprutningar. Men till skillnad från UW-Madison-metoden, som använder bränslen med olika förbränningsegenskaper, styr Johanssons tillvägagångssätt förbränningen genom att skapa regioner i förbränningskammaren med varierande koncentrationer av bränsle och luft. En potentiell nackdel är att den, på grund av de höga kompressionsnivåerna som används, kräver en dyrare motor än de som används i konventionella gasdrivna bilar.