211service.com
Superkritische brandstofinjectie
Onderzoekers in New York hebben een superkritisch injectiesysteem voor dieselbrandstof aangetoond dat de uitstoot van motoren met 80 procent kan verminderen en de algehele efficiëntie met 10 procent kan verhogen.
Superkritisch gaan: Deze laboratoriumapparatuur wordt gebruikt om superkritische dieselbrandstof te bestuderen.
Dieselmotoren zijn doorgaans efficiënter dan benzine, maar de wisselwerking is dat ze meestal meer vervuilend zijn. Omdat diesel zwaar, viscose en minder vluchtig is dan benzine, wordt niet alle brandstof verbrand tijdens de verbranding, waardoor koolstofverbindingen als schadelijk fijnstof vrijkomen. De hogere verbrandingstemperaturen die nodig zijn om diesel te verbranden, leiden ook tot een verhoogde uitstoot van stikstofoxiden.
Een vloeistof wordt superkritisch wanneer de temperatuur en druk een kritisch grenspunt overschrijden, waardoor het nieuwe eigenschappen krijgt tussen die van een vloeistof en een gas. George Anitescu, een onderzoeksmedewerker bij de Afdeling Biomedische en Chemische Technologie aan de Syracuse University in de staat New York, die het nieuwe motorontwerp ontwikkelde, zegt dat superkritische diesel efficiënter en schoner kan worden verbrand.
Door diesel tot een superkritische staat te brengen voordat het in de verbrandingskamer van een motor wordt geïnjecteerd, wordt viscositeit minder een probleem, zegt Anitescu. Bovendien zorgt de hoge moleculaire diffusie van superkritische vloeistoffen ervoor dat de brandstof en lucht bijna ogenblikkelijk met elkaar vermengen. Dus in plaats van te proberen relatief grote druppeltjes brandstof, omringd door lucht, te verbranden, vermengt de verdampte brandstof zich gelijkmatiger met lucht, waardoor het sneller, schoner en vollediger verbrandt. In zekere zin is het als een tussenproduct tussen diesel en benzine, maar met de voordelen van beide, zegt Anitescu, die zijn werk vorige week presenteerde op Aanwijzingen voor onderzoek naar motorefficiëntie en emissies , een conferentie gehouden in Dearborn, MI.
In het verleden is een andere verwante benadering, de zogenaamde homogene ladingscompressieontsteking, gebruikt om de prestaties van diesel te verbeteren. Dit houdt in dat diesel en lucht worden voorgemengd voordat het als damp onder hoge druk in een verbrandingskamer wordt geïnjecteerd. Maar hoewel dit mengsel efficiënter verbrandt, maakt het de verbranding ook moeilijker te beheersen, wat kan leiden tot het kloppen van de motor: schokgolven in de cilinders van de motor veroorzaakt door zakken onverbrande brandstof en lucht. Daarentegen produceert superkritische dieselinjectie zeer kleine dampachtige druppeltjes, maar met een brandstofdichtheid die gelijk is aan die van een vloeistof, zegt Anitescu.
Andreas Birgel , een onderzoeker bij de Internal Combustion Engines and Fuel Systems Research Group aan het University College London, VK, zegt dat er veel interesse is in het produceren van diesel die gemakkelijker verdampt, bijvoorbeeld door maïs of koolzaadolie te gebruiken om biodiesel te maken, die een relatief lage viscositeit. Een andere benadering is om conventionele diesel te behandelen met additieven, zegt hij.
Om de diesel in een superkritische toestand te brengen, moet het brandstofsysteem van Anitescu deze eerst opwarmen tot ongeveer 450 graden Celsius bij een druk van ongeveer 60.000.000 Pascal. Het bereiken van de druk is geen probleem, zegt Anitescu, maar het verhogen van de temperatuur is veeleisender.
Omdat brandstofsystemen meestal werken bij temperaturen onder de 80 graden Celsius, gebruikten Anitescu en zijn collega's de hitte van de uitlaat van de motor om de temperatuur van de brandstof te verhogen. Dit veroorzaakt verdere complicaties. Je moet voorkomen dat het verkookt, zegt hij. Cokesvorming treedt op wanneer koolwaterstoffen in de brandstof reageren, waardoor kleverige afzettingen ontstaan die kunnen leiden tot storingen in het brandstofsysteem. Het fenomeen kan worden vermeden door de brandstof te verdunnen met een additief, zoals kooldioxide of water. In de Syracuse-motor wordt een kleine hoeveelheid uitlaatgas ingebracht om als anticokesmiddel te werken, een techniek die bekend staat als uitlaatgasrecirculatie.
Het systeem is alleen getest in een laboratoriumopstelling, maar tegen het einde van het jaar zou een prototype klaar kunnen zijn om getest te worden, zegt Anitescu. Het brandstofsysteem is ontworpen om conventionele brandstofinjectoren te gebruiken, ook al zijn deze ontworpen om met gewone vloeistoffen te werken. Anitescu zegt dat het mogelijk is om de prestaties te verbeteren door over te schakelen naar een vloeibare toestand net onder superkritisch. Hierdoor kan verdamping optreden terwijl de injectoren beter presteren. We hebben hier veel opties, zegt hij.
Op dezelfde conferentie, Transonische verbranding , een bedrijf gevestigd in Camarillo, CA, presenteerde details over een alternatieve manier om superkritische brandstoffen te gebruiken, waarbij een nieuwe brandstofinjector nodig is en het volledige klepsysteem en de verbrandingskamer van de motor opnieuw worden ontworpen.
Maar bij beide benaderingen is superkritisch gaan niet zonder kosten, zegt Birgel. Je hebt nog steeds de viscositeit nodig omdat de meeste dieselbrandstofsystemen afhankelijk zijn van de brandstof voor smering, zegt hij.
Dit is een kwestie die nog moet worden aangepakt, geeft Anitescu toe. Hij zegt dat het misschien mogelijk is om smeermiddelen in te voeren, maar dat is alleen nodig in de laatste fase van het brandstofsysteem, waar de vloeistof op zijn heetst is. Voor subkritische brandstoffen is het misschien geen probleem, zegt hij.