211service.com
De benzinemotor opnieuw uitvinden
Een nieuw motorconcept, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison, zou het brandstofverbruik in auto's met ongeveer 30 procent kunnen verminderen en in zware vrachtwagens met bijna 20 procent. In auto's op gas zou het nieuwe ontwerp weinig toevoegen aan de kosten van de motor. In zware vrachtwagens zou het de kosten aanzienlijk verlagen door de noodzaak voor dure nabehandelingssystemen om emissies te verminderen te elimineren.
Testmotor: Onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison gebruikten deze Caterpillar heavy-duty dieselmotor om een nieuw hoogrenderend verbrandingsconcept te testen.
Het concept, dat in testmotoren is gedemonstreerd, omvat het nauwkeurig mengen van twee verschillende brandstoffen in de verbrandingskamer, wat meer controle geeft over zowel de timing als de duur van de verbranding. Het zou een manier kunnen zijn om te voldoen aan de voorschriften voor brandstofbesparing zonder de duurdere elektromotoren en batterijen die in hybride voertuigen worden aangetroffen (hoewel voor nog meer efficiëntie het nieuwe ontwerp zou kunnen worden opgenomen in een hybride voertuig). Het nieuwe motorconcept wordt mogelijk gemaakt door nauwkeurige elektronische brandstofinjectie en vooruitgang in computersimulaties. We ontdekten dit proces met behulp van geavanceerde computermodellering, waardoor we het recept voor een optimale menging van de brandstoffen konden identificeren, zegt Rolf Reitz , een professor in werktuigbouwkunde aan UW-Madison.
Het ontwerp heeft twee versies, een voor het vervangen van zware dieselmotoren en een andere, die dit najaar wordt onthuld, die conventionele benzinemotoren zou vervangen. Beide gebruiken hetzelfde verbrandingsproces dat dieselmotoren aanzienlijk efficiënter maakt dan benzinemotoren: ze comprimeren brandstof en lucht totdat het een druk en temperatuur bereikt waardoor het ontbrandt, in plaats van een vonk te gebruiken om de brandstof te ontsteken. Het nieuwe ontwerp verbetert het motorrendement boven dat van dieselmotoren door de hoeveelheid energie die als warmte wordt verspild te verminderen en door de controle over de timing van de verbranding te verbeteren. Het vermindert ook de uitstoot van dieselmotoren aanzienlijk, vooral belangrijk nu nieuwe emissievoorschriften autofabrikanten verplichten dure nabehandelingssystemen te gebruiken.
In de versie die is ontworpen om zware dieselmotoren te vervangen, wordt benzine uit één brandstoftank geïnjecteerd in de inlaatpoort nabij de verbrandingskamer, waar het zich vermengt met lucht voordat het de kamer binnengaat (dit is de conventionele vorm van brandstofinjectie in benzinevoertuigen ). Vervolgens wordt dieselbrandstof uit een andere tank rechtstreeks in de kamer geïnjecteerd met behulp van een lagedrukbrandstofinjector. Doordat dit mengsel wordt gecomprimeerd, ontsteekt eerst de diesel, kort daarna de benzine, die beter bestand is tegen verbranding. Het regelen van de verhouding van de twee brandstoffen bepaalt zowel de timing van de verbranding als hoe lang deze duurt. Het ontwerp vereist nauwkeurige controle over de brandstofinjectie, aangezien de verhouding en verdeling van de twee brandstoffen in de kamer moet veranderen afhankelijk van de belasting van de motor. Bij lichte ladingen is de mix ongeveer 50-50, terwijl zwaardere ladingen misschien maar 5 procent diesel nodig hebben. De resulterende motor is ongeveer 55 procent efficiënt, vergeleken met 40 tot 45 procent efficiënt voor conventionele zware dieselmotoren. De emissies zijn laag genoeg om de noodzaak van nabehandelingssystemen voor uitlaatsystemen te elimineren die in een zware vrachtwagen net zoveel kunnen kosten als de motor zelf.
In de versie die is ontworpen om conventionele benzinemotoren te vervangen, wordt de dieselbrandstof vervangen door benzine die is gemengd met een additief om het reactiever te maken, waardoor de ontsteking van de brandstof wordt verbeterd. In plaats van twee brandstoftanks heeft de auto slechts één benzinetank en een klein reservoir ter grootte van een fles ruitenwasmiddel nodig om het additief vast te houden. Gewoon gas wordt geïnjecteerd door de poortinjector en gas gemengd met het additief wordt rechtstreeks in de kamer geïnjecteerd. Het resultaat is een motor die 45 procent efficiënt is, vergeleken met ongeveer 30 procent efficiënt voor conventionele benzinemotoren.
In beide systemen verlaagt de benadering de motordruk en -temperatuur, wat de vorming van smogvormende en andere gevaarlijke verontreinigende stoffen vermindert. De lagere temperaturen verminderen ook de hoeveelheid energie die verloren gaat aan warmte, waardoor deze beschikbaar is om de zuiger aan te drijven. We verlengen de verbrandingsgebeurtenis over een gecontroleerde periode om een zachte warmteafgifte te krijgen die niet leidt tot gewelddadige drukstijging en hoge temperaturen in de verbrandingskamer, zegt Reitz.
Robert Dibble , een professor in werktuigbouwkunde aan de University of California in Berkeley, zegt dat het nieuwe ontwerp een slim idee is. Hij zegt dat het twee-brandstofontwerp moeilijk kan zijn om autofabrikanten en consumenten over te halen, maar hij merkt op dat de huidige dieselnabehandelingssystemen bestuurders al verplichten om een afzonderlijke uitlaatgasbehandelingsvloeistof toe te voegen tijdens het tanken, dus deze drempel kan nu lager zijn. Bij de versie van het nieuwe ontwerp die een benzineadditief gebruikt, hoeft het additief alleen bij elke olieverversing te worden bijgevuld, zegt Reitz, waardoor het ongemak wordt verminderd.
Dibble zegt dat een andere onderzoeker een vergelijkbare aanpak hanteert om de motorefficiëntie te verbeteren, maar zijn aanpak gebruikt slechts één brandstof. Bengt Johansson , hoofd van de afdeling verbrandingsmotoren aan de Universiteit van Lund in Zweden, heeft hoge efficiënties en lage emissies laten zien door de timing en duur van de verbranding te regelen met meervoudige brandstofinjecties. Maar in tegenstelling tot de UW-Madison-methode, die brandstoffen met verschillende verbrandingseigenschappen gebruikt, regelt de benadering van Johansson de verbranding door gebieden in de verbrandingskamer te creëren met verschillende concentraties brandstof en lucht. Een potentieel nadeel is dat er vanwege de hoge compressieniveaus een duurdere motor nodig is dan die in conventionele auto's op gas.