Eksperter bygger pulserende luftrigger til at teste 3-D-printede dele til motorer med lavt kulstofindhold

Forskere designet en unik facilitet til at teste 3-D-printede motordele, at hjælpe med at reducere CO2-emissioner på verdensplan. Den nye Transient Air System Rig (TASR) blev designet og bygget af Dr. Aaron Costall og hans team fra Imperial College Londons Department of Mechanical Engineering.

Forskerne håber, at det vil hjælpe producenter af store terrængående og godsvogne med at reducere mængden af ​​kuldioxid (CO2), de producerer.

Riggen bruger frisk luft i stedet for varm udstødningsgas, så de 3-D-printede plastikdele vil ikke smelte under de normalt varme forhold, der findes i normale motortestfaciliteter.

Det betyder også, at producenterne kun kan 3D-printe de dele af motoren, der skal testes, i stedet for at bygge en hel motor.

TASR vil blive brugt til at designe og teste motorkomponenter til nye tunge off-road- og godskøretøjer med lav emission, og forskerne mener, at det vil være med til at reducere CO2-udledningen både i Storbritannien og på verdensplan.

Caroline Brogan talte med Dr. Costall for at diskutere det nye system.

Hvilket problem prøver du at løse?

Transport producerer en fjerdedel af verdens CO2-udledning, men er også den sektor, der er sværest at dekarbonisere.

Mellem 1990 og 2010, tunge køretøjer bidrog til en stigning på 36 procent i CO2 i EU. Dette skyldes i høj grad den stigende efterspørgsel efter vejgods, samt manglende fremskridt med hensyn til at forbedre motorens brændstofeffektivitet:CO2-emissioner er direkte forbundet med mængden af ​​brændt brændstof.

Hvorfor er denne rig et skridt i den rigtige retning for tunge fragtkøretøjer?

For at reducere CO2-udledningen, vi skal forbedre motorens effektivitet. Det kan vi gøre ved at finjustere motorens 'åndedrætsapparat', og samtidig genvinde så meget energi fra de varme udstødningsgasser som muligt.

De dele af motoren, der styrer disse processer, er samlet kendt som luftsystemet, og en kritisk komponent i de fleste moderne luftsystemer er turboladeren. Vores forskning undersøger måder at forbedre luftsystemet og turboladerens ydeevne for hurtigt at øge luftindtaget, samtidig med at energien genvindes fra udstødningsgassen.

Det gør vi ved at prøve at forstå, hvordan udstødningsgasserne strømmer gennem luftsystemet og ind i turboladeren, mens du forsøger at drage fordel af trykpulseringer, og dybest set gøre det så let som muligt for motoren at 'ånde'. Derved, vi reducerer mængden af ​​krævet brændstof og mængden af ​​CO2, der udledes.

Hvordan fungerer riggen?

Motorer er komplekse. Processerne involverer en blanding af luft og brændstof, ved konstant skiftende tryk og temperaturer. I luftsystemet, strømmen af ​​udstødningsgas pulserer faktisk på grund af ventilbevægelse. Alt dette gør det meget vanskeligt præcist at forudsige, hvordan motorer opfører sig.

Nu har vi TASR, som lader os måle motorens ydeevne under kontrollerede, men motorrealistiske forhold, til næsten alle størrelser og typer forbrændingsmotorer.

Ved at efterligne motorens pulsflow, vi fjerner behovet for afbrænding af brændstof – hvilket giver os mulighed for at studere væskedynamikken uden de forvirrende virkninger af varmeoverførsel på grund af varme udstødningsgasser. Der er intet andet forsøgsanlæg i verden som det!

TASR blev bygget ved hjælp af Lotus' Active Valve Train-system som en del af det højtydende motorluftsystemprojekt, som er et samarbejde mellem Imperial, Caterpillar Inc., og Honeywell Transportation Systems.

Det er bestilt som en del af Energy Technologies Institute (ETI)'s Heavy Duty Vehicle Efficiency Program.

Hvad er det næste for feltet?

Mange udfordringer med bilemissioner kan løses gennem elektrificering, så længe elektriciteten er produceret fra energikilder med lavere klimapåvirkning, såsom naturgas og, i stigende grad, vedvarende ressourcer som sol og vind.

Dette er den nuværende tilgang i personbilsektoren, men overgangen til elbiler vil ikke ske fra den ene dag til den anden:Der vil ske en gradvis overgang over mange år, i hvilket tidsrum den nuværende teknologi, forbrændingsmotoren, fortsætter med at udlede CO2.

Desuden, det er meget svært at elektrificere, eller endda hybridisere, mange tunge køretøjer – kravene til energilagring ville være enorme – og derfor er energitætte flydende kulbrintebrændstoffer fortsat fremherskende. Dette er endnu mere et problem for terrængående maskiner, som dem, der bruges i byggeri og minedrift, hvor arbejdsstedet kan være yderst fjernt fra en levedygtig elkilde.

Alt dette betyder, at industrien og den akademiske verden fortsat skal arbejde sammen for at forbedre motorens effektivitet, da selv den mindste stigning vil reducere mængden af ​​CO2, der vil blive udledt til vores atmosfære.