211service.com
Superkritisk bränsleinsprutning
Forskare i New York har visat ett superkritiskt dieselbränsleinsprutningssystem som kan minska motorutsläppen med 80 procent och öka den totala effektiviteten med 10 procent.
Blir superkritisk: Denna laboratorieutrustning används för att studera superkritiskt dieselbränsle.
Dieselmotorer tenderar att vara effektivare än bensin, men avvägningen är att de vanligtvis är mer förorenande. Eftersom diesel är tung, viskos och mindre flyktig än bensin, förbränns inte allt bränsle under förbränning, vilket resulterar i att kolföreningar frigörs som skadligt partikelsot. De högre förbränningstemperaturerna som krävs för att bränna diesel leder också till ökade kväveoxidutsläpp.
En vätska blir superkritisk när dess temperatur och tryck överskrider en kritisk gränspunkt, vilket får den att anta nya egenskaper mellan en vätskas och en gass. George Anitescu, en forskningsassistent vid Institutionen för biomedicin och kemiteknik vid Syracuse University i delstaten New York, som utvecklade den nya motordesignen, säger att superkritisk diesel kan förbrännas mer effektivt och rent.
Genom att höja dieseln till ett superkritiskt tillstånd innan den sprutas in i en motors förbränningskammare, blir viskositeten ett mindre problem, säger Anitescu. Dessutom innebär den höga molekylära diffusionen av superkritiska vätskor att bränslet och luften blandas nästan omedelbart. Så istället för att försöka bränna relativt stora bränsledroppar omgivna av luft, blandas det förångade bränslet jämnare med luft, vilket gör att det brinner snabbare, rent och fullständigt. På sätt och vis är det som en mellanting mellan diesel och bensin, men med fördelarna av båda, säger Anitescu, som presenterade sitt arbete förra veckan kl. Instruktioner för motoreffektivitet och emissionsforskning , en konferens som hölls i Dearborn, MI.
Tidigare har ett annat relaterat tillvägagångssätt, kallat homogen laddningskompressionständning, använts för att förbättra prestandan hos diesel. Detta innebär att diesel och luft förblandas innan det sprutas in som en ånga i en förbränningskammare under högt tryck. Men även om denna blandning brinner mer effektivt, gör den också förbränningen svårare att kontrollera, vilket kan leda till att motorn knackar: stötvågor i motorns cylindrar orsakade av fickor med oförbränt bränsle och luft. Däremot ger superkritisk dieselinsprutning mycket små ångliknande droppar, men med bränsledensiteter som motsvarar en vätska, säger Anitescu.
Andreas Birgel , en forskare vid Internal Combustion Engines and Fuel Systems Research Group vid University College London, Storbritannien, säger att det finns ett stort intresse för att producera diesel som förångas lättare, till exempel genom att använda majs- eller rapsolja för att tillverka biodiesel, som har en relativt låg viskositet. Ett annat tillvägagångssätt är att behandla konventionell diesel med tillsatser, säger han.
För att dieseln ska nå ett superkritiskt tillstånd måste Anitescus bränslesystem först värma upp den till cirka 450 grader Celsius vid ett tryck på cirka 60 000 000 Pascal. Att uppnå trycket är inget problem, säger Anitescu, men att höja temperaturen är mer krävande.
Eftersom bränslesystem vanligtvis fungerar vid temperaturer under 80 grader Celsius, använde Anitescu och hans kollegor värmen från motorns avgaser för att höja bränslets temperatur. Detta orsakar ytterligare komplikationer. Man måste förhindra att det kokar, säger han. Koksning uppstår när kolväten i bränslet reagerar och ger klibbiga avlagringar som kan leda till bränslesystemfel. Fenomenet kan undvikas genom att späda bränslet med en tillsats, såsom koldioxid eller vatten. I Syracuse-motorn införs en liten mängd avgaser för att fungera som ett antikoksningsmedel, en teknik som kallas avgasåterföring.
Systemet har bara testats i en laboratorieuppsättning, men en prototyp kan vara klar för testning i slutet av året, säger Anitescu. Bränslesystemet är designat för att använda konventionella bränsleinsprutare, även om dessa är designade för att fungera med vanliga vätskor. Anitescu säger att det kan vara möjligt att förbättra prestandan genom att byta till ett flytande tillstånd strax under superkritiskt. Detta kan tillåta förångning att uppstå samtidigt som man får bättre prestanda ur injektorerna. Vi har många alternativ här, säger han.
Vid samma konferens, Transonisk förbränning , ett företag baserat i Camarillo, CA, presenterade detaljer om ett alternativt sätt att använda superkritiska bränslen som involverar en ny bränsleinjektor och omdesign av motorns hela ventilsystem och förbränningskammare.
Men med båda tillvägagångssätten kostar det inte att gå superkritiskt, säger Birgel. Du behöver fortfarande viskositeten eftersom de flesta dieselbränslesystem är beroende av bränslet för smörjning, säger han.
Detta är en fråga som ännu inte har åtgärdats, medger Anitescu. Han säger att det kan vara möjligt att införa smörjmedel, men detta skulle bara vara nödvändigt i slutskedet av bränslesystemet, där vätskan är som varmast. För subkritiska bränslen är det kanske inte ett problem, säger han.