Ny PPPL-opfindelse kunne forbedre effektiviteten af ​​bil- og lastbilmotorer og samtidig reducere forurenende stoffer

Når det kommer til bil- og lastbilmotorer, ikke meget har ændret sig siden Nikolaus Otto opfandt den moderne forbrændingsmotor i 1876. Men forbrændingsmotoren kunne, i det mindste teoretisk, være med til en stor forandring.

Forskere ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har modtaget patent fra US Patent and Trademark Office for et nyt design, der kunne øge effektiviteten og reducere giftige emissioner fra benzindrevne forbrændingsmotorer, der driver millioner af biler og lastbiler rundt om i verden. Det teoretiske design opstiller metoder til hurtigt at dreje gassen inde i forbrændingscylindre, som motorer bruger til at drive køretøjer.

Giftige nitrogenoxider

"Idéen er at få nettoeffekt ud af motorer, der arbejder ved lavere temperatur end ellers antaget muligt og derved reducere udledningen af ​​giftige nitrogenoxider, " sagde PPPL-fysiker Nat Fisch, Princeton professor i astrofysiske videnskaber, medudvikler af den patenterede metode. Hovedudvikler er fysiker Vasily Geyko, der arbejdede på projektet som kandidatstuderende i Princeton-programmet i Plasmafysik ved PPPL, som Fisch instruerer.

patentet, som Fisch og Geyko oprindeligt ansøgte om i 2014, voksede ud af forskning, fysikerne udførte på hurtig spinning og komprimering af plasma - det varme, ladet suppe af elektroner og atomkerner - i stedet for benzin. Under studiet, støttet af DOE's National Nuclear Security Administration (NNSA) og U.S. Defense Threat Reduction Agency, forskerne opdagede, at hurtigt roterende en neutral gas kunne skabe forhold, der gavner benzinmotorer.

Større varmekapacitet

Imidlertid, Geyko og Fisch opdagede, at varmekapaciteten af ​​en ideel roterende gas, dens evne til at absorbere energi under opvarmning, er større end for en stationær. Forskerne indså derefter, at en gas, der roterer med nogenlunde lydens hastighed, når det bruges i en termodynamisk cyklus, kunne tillade motorer at arbejde ved lavere temperatur mere effektivt end konventionelle forbrændingsmotorer.

Som Geyko påpeger, "anvendes til Otto eller Diesel cyklusser, "som driver benzin- eller dieselmotorer, varmekapacitetseffekten øger den termodynamiske virkningsgrad for faste maksimale og minimale driftstemperaturer. I øvrigt, den relative effektivitetsforøgelse er større, når de maksimale driftstemperaturer bliver mindre. Dette gør opfindelsen særlig fordelagtig til brug i motorer med meget lav temperatur."

Den roterende gas ændrer også standardforbrændingsmotorens design. "Opfindelsen omfatter en otte-takts motor, snarere end en firetaktsmotor, for at dreje gassen på de rigtige punkter i cyklussen, " sagde Fisch. "Det komplicerer selvfølgelig motoren. Og en konventionel motor vil være mere effektiv ved konventionelle temperaturer.

Højere effektivitet

"Men ved meget lave temperaturer, hvor konventionelle motorer fungerer med meget dårlig effektivitet, udledningen af ​​giftige nitrogenoxider fra afbrænding af benzin vil være væsentligt mindre. Ved de temperaturer kan vores opfindelse med fordel praktiseres, med højere effektivitet og brændstoføkonomi, med tilsvarende folkesundhedsmæssige fordele fra forbedret luftkvalitet gennem reduktion af nitrogenoxid-emissionen."

For nu, de patenterede resultater forbliver teoretiske. Men, for eksempel, hvis Kongressen lovgiver en landsdækkende reduktion af nitrogenoxid, de teoretiske muligheder kan blive meget værd at videreudvikle, sagde Fisch. "I princippet, " tilføjede Geyko, "selv en moderat reduktion af tilladte forbrændingstemperaturer, til omkring sige 1, 300-1, 800 grader Celsius fra omkring 2, 500 grader Celsius, ville være nok til at opnå en relativ effektivitetsfordel for en roterende gasbaseret motor på 5-10 procent sammenlignet med en konventionel Otto-motor."