Dieselinnovation har en ydmyg begyndelse

En motorinnovation, der først blev udtænkt og testet af Sandia National Laboratories, har tiltrukket sig store virksomheders opmærksomhed på grund af dets potentiale til omkostningseffektivt at reducere emissioner af sod og nitrogenoxider, tilskynde til brug af vedvarende brændstoffer, og vedligeholde eller forbedre motorens ydeevne.

Kanaliseret brændstofindsprøjtning, udviklet af Charles Mueller ved Sandias Combustion Research Facility, er i stand til at finjustere brændstof-luftblandingen i en motor til det punkt, at den eliminerer mellem 50 procent-100 procent af soden afhængigt af motorens øjeblikkelige hastighed og effektniveau.

Mueller sagde, at motorfabrikanterne "begynder at vise begejstring" om kanaliseret brændstofindsprøjtning. Det fungerer ikke kun godt med konventionelt dieselbrændstof, det er konceptuelt enkelt og kan konstrueres af billige materialer.

"Kanalbrændstofindsprøjtning kan også tænkes eftermonteret på eksisterende motorer, "Sagde Mueller." Dette er især vigtigt for store motorer, som dem i skibe eller lokomotiver, hvor motorerne kan koste en million dollars eller mere, og fuld elektrificering er omkostningsforbudende. En eftermontering kan være relativt billig og kunne give betydelige emissionsfordele med det samme. "

Ideen til kanaliseret brændstofindsprøjtning kom fra Bunsen -brænder

Kanalbrændstofindsprøjtning blev først udtænkt af Mueller fra - af alle ting - en Bunsen -brænder, som kan findes i næsten alle gymnasievidenskabelige klasseværelser i nationen.

"Hvis du skruer røret af på en Bunsen -brænder, og du tænder gasstrålen, du får en høj, sodet orange flamme, "Sagde Mueller." Sluk for gassen, skru røret på igen og tænd brænderen igen. Nu får du en dejlig, kort blå flamme lige for enden af ​​røret. Flammen er blå, fordi der ikke er sod. "

Mueller mente, at konceptet kunne tilpasses til forbrændingsmotorer, så han og hans team - praktikant Christopher Nilsen, postdoktor udnævnt Drummond Biles og teknolog Nathan Harry-begyndte forsøg, der nu har resulteret i en samling af fire til seks små rør-eller kanaler-der ledte brændstofblandingen fra injektoren til tændingspunkterne.

Mueller siger, at injektorer i en traditionel dieselmotor skaber lokale antændelsesblandinger, der indeholder to til 10 gange mere brændstof, end der er nødvendigt for fuldstændig forbrænding.

"Når du har så meget overskydende brændstof ved høj temperatur, du har tendens til at producere meget sod, "sagde han." Installation af kanalerne gør det muligt for os at opnå dieselforbrænding, der danner lidt eller ingen sod, fordi de lokale antændelsesblandinger indeholder mindre overskydende brændstof. "

Begrænsning af dannelsen af ​​et universelt motorforurenende stof

Generationer af motordesign har undladt at tage sod ud af emissionerne, fordi der var en fysisk grænse for kemien ved forbrænding af brændstof.

"Sod er kun næst efter kuldioxid som et kemikalie, der tvinger klimaændringer, og det er giftigt, så dens emissioner bør minimeres, "Forklarede Mueller." Tidligere har der har altid været dette problem kaldet sod-NOx-afvejningen. Det vil sige:når du gør noget for at sænke sod, emissioner af nitrogenoxider - eller NOx - stiger, og omvendt."

Kvælstofoxider er også atmosfæriske forurenende stoffer, og afvejningen betød, at lastbilen, bil- og udstyrsfabrikanter kunne ikke overholde gældende lovgivningsmæssige grænser uden at tilføje udstødningsgasefterbehandlingssystemer. Disse systemer er analoge med katalysatorer på gnisttændingsmotorer, dog betydeligt større og dyrere. Men fjern en af ​​disse forurenende stoffer næsten helt - som ducted fuel -injektion gør med sod - og Mueller sagde, at du har ændret spillet.

"Nu hvor vi har fået sod af vejen, der er ikke mere sod-NOx-bytte, "sagde han." Så, vi kan tilføje fortynding - tage noget af motorens udstødning og føre det tilbage til indsugningen - for at slippe af med NOx, uden at sodemissioner bliver et problem. Det er som en to-til-en-aftale om reduktion af forurenende stoffer. "

Mueller sagde, at i motoreksperimenter, hans team har observeret samtidigt, størrelsesordener reduktioner i sod- og nitrogenoxider.

"Dette giver os en vej til meget lavere emissioner for dieselmotorer, at løse et mangeårigt problem for denne yderst effektive teknologi, " han sagde.

Reducering af lastbilomkostninger med kanaliseret brændstofindsprøjtning, vedvarende brændstoffer

Nær elimination af sod- og nitrogenoxider kan også åbne markedet for vedvarende brændstoffer.

"Kanalbrændstofindsprøjtning fungerer godt med konventionelt dieselbrændstof, men det fungerer endnu bedre med iltet brændstof, som har et eller flere oxygenatomer bundet til nogle eller alle deres molekyler. Mange vedvarende, bæredygtige brændstoffer iltes, "Sagde Mueller.

"Brug af iltet brændstof med kanaliseret brændstofindsprøjtning sænker emissionerne, måske nok til at muliggøre et billigere motorsystem, fordi mindre udstødningsefterbehandling ville være påkrævet, "sagde han." På en moderne lastbil på motorvejen, efterbehandling beløber sig til omkring $ 12, 000 i start- og driftsomkostninger i løbet af køretøjets levetid. At reducere selv en brøkdel af disse omkostninger er en stor ting, i betragtning af det store antal af disse køretøjer og deres betydning for økonomien. "

Teknologi lover køretøj, alternative brændstofmarkedsmuligheder

Paul Miles, leder af motorforskningsprogrammet, sagde, at den potentielle virkning af kanaliseret brændstofindsprøjtning ikke kan overvurderes.

"Afbrydelse af afvejningen mellem sod og nitrogenoxider er et forskningsområde med højeste prioritet for udviklingen af ​​dieselmotorer, "Sagde Miles." Dette er et eksempel på nøglerollen for statsstøttet forskning - at identificere og demonstrere potentialet i innovativ, højrisikoteknologier til at omforme landskabet til en industri, vores transportinfrastruktur og vores samfund, og derefter arbejde sammen med kommercielle partnere for at få teknologien på markedet. "

Ford og en producent af terrængående udstyr underskrev for nylig en samarbejdsaftale om forskning og udvikling med Sandia for at hjælpe med at fremme teknologien.

Mueller er begejstret for at samarbejde med branchepartnere for at flytte dette gennembrud fra laboratoriet til produktionsmotorer.

"Kanalbrændstofindsprøjtning viser løfte om at give os klart bedre motorer til fremtiden, "sagde han." Det bør bevare alle de ønskelige egenskaber ved en konventionel dieselmotor, men også reducere emissionerne markant, hvilket sænker omkostningerne ved motorsystemet, fordi du ikke skal bruge så meget efterbehandling. Og, det fungerer endnu bedre med nuværende og nye vedvarende brændstoffer. "