Wtrysk paliwa w stanie nadkrytycznym

Naukowcy z Nowego Jorku zademonstrowali układ wtrysku paliwa w stanie nadkrytycznym, który może zmniejszyć emisje silnika o 80 procent i zwiększyć ogólną wydajność o 10 procent.

Przejście na stan nadkrytyczny: Ten sprzęt laboratoryjny jest używany do badania nadkrytycznego oleju napędowego.

Silniki Diesla są zwykle bardziej wydajne niż benzyna, ale kompromis polega na tym, że zwykle powodują większe zanieczyszczenie. Ponieważ olej napędowy jest ciężki, wiskozowy i mniej lotny niż benzyna, nie całe paliwo jest spalane podczas spalania, co powoduje uwalnianie związków węgla w postaci szkodliwej sadzy. Wyższe temperatury spalania wymagane do spalania oleju napędowego prowadzą również do zwiększonej emisji tlenków azotu.

Płyn staje się nadkrytyczny, gdy jego temperatura i ciśnienie przekraczają krytyczny punkt graniczny, co powoduje, że nabiera nowych właściwości między właściwościami cieczy i gazu. George Anitescu, pracownik naukowy w Katedra Inżynierii Biomedycznej i Chemicznej na Uniwersytecie Syracuse w stanie Nowy Jork, który opracował nowy projekt silnika, twierdzi, że nadkrytyczny olej napędowy można spalać wydajniej i czyściej.

Podnosząc olej napędowy do stanu nadkrytycznego przed wtryśnięciem go do komory spalania silnika, lepkość staje się mniejszym problemem, mówi Anitescu. Ponadto wysokocząsteczkowa dyfuzja płynów nadkrytycznych oznacza, że ​​paliwo i powietrze mieszają się ze sobą niemal natychmiast. Zamiast więc próbować spalić stosunkowo duże kropelki paliwa otoczone powietrzem, odparowane paliwo miesza się bardziej równomiernie z powietrzem, dzięki czemu spala się szybciej, czyściej i całkowicie. W pewnym sensie jest to coś pośredniego między olejem napędowym a benzyną, ale z korzyściami z obu, mówi Anitescu, który zaprezentował swoją pracę w zeszłym tygodniu na Kierunki badań sprawności silników i emisji , konferencja, która odbyła się w Dearborn, MI.

W przeszłości do poprawy osiągów oleju napędowego stosowano inne podobne podejście, zwane zapłonem samoczynnym z jednorodnym ładunkiem. Obejmuje to wstępne zmieszanie oleju napędowego i powietrza przed wtryśnięciem go jako pary do komory spalania pod wysokim ciśnieniem. Ale chociaż ta mieszanka spala się wydajniej, utrudnia również kontrolę spalania, co może prowadzić do stukania silnika: fal uderzeniowych w cylindrach silnika spowodowanych przez kieszenie niespalonego paliwa i powietrza. W przeciwieństwie do tego, wtrysk oleju napędowego w stanie nadkrytycznym wytwarza bardzo małe kropelki przypominające parę, ale o gęstości paliwa równej gęstości cieczy, mówi Anitescu.

Andreas Birgel , naukowiec z Internal Combustion Engines and Fuel Systems Research Group na University College London w Wielkiej Brytanii, mówi, że istnieje duże zainteresowanie produkcją oleju napędowego, który łatwiej odparowuje, na przykład poprzez użycie oleju kukurydzianego lub rzepakowego do produkcji biodiesla, który ma stosunkowo niska lepkość. Innym podejściem jest traktowanie konwencjonalnego oleju napędowego dodatkami, mówi.

Aby olej napędowy osiągnął stan nadkrytyczny, układ paliwowy Anitescu musi najpierw podgrzać go do około 450 stopni Celsjusza pod ciśnieniem około 60 000 000 Pascal. Osiągnięcie ciśnienia nie stanowi problemu, mówi Anitescu, ale podwyższenie temperatury jest bardziej wymagające.

Ponieważ układy paliwowe zwykle działają w temperaturach poniżej 80 stopni Celsjusza, Anitescu i jego koledzy wykorzystali ciepło ze spalin silnika do podniesienia temperatury paliwa. Powoduje to dalsze komplikacje. Musisz zapobiec koksowaniu, mówi. Koksowanie występuje, gdy węglowodory zawarte w paliwie reagują, tworząc lepkie osady, które mogą prowadzić do awarii układu paliwowego. Zjawiska można uniknąć rozcieńczając paliwo dodatkiem, takim jak dwutlenek węgla lub woda. W silniku Syracuse wprowadza się niewielką ilość spalin, aby działały jako środek zapobiegający koksowaniu, technika znana jako recyrkulacja spalin.

System został przetestowany tylko w warunkach laboratoryjnych, ale prototyp może być gotowy do testów pod koniec roku, mówi Anitescu. Układ paliwowy jest zaprojektowany do używania konwencjonalnych wtryskiwaczy paliwa, mimo że są one zaprojektowane do pracy ze zwykłymi płynami. Anitescu mówi, że możliwe jest poprawienie wydajności poprzez przejście do stanu płynnego tuż poniżej nadkrytycznego. Może to umożliwić waporyzację przy jednoczesnym uzyskaniu lepszej wydajności z wtryskiwaczy. Mamy tu wiele opcji, mówi.

Na tej samej konferencji Spalanie transoniczne , firma z siedzibą w Camarillo w Kalifornii, przedstawiła szczegóły alternatywnego sposobu wykorzystania paliw w stanie nadkrytycznym, który obejmuje nowy wtryskiwacz paliwa oraz przeprojektowanie całego układu zaworowego silnika i komory spalania.

Ale przy każdym podejściu przejście na stan nadkrytyczny nie jest bez kosztów, mówi Birgel. Nadal potrzebujesz lepkości, ponieważ większość układów paliwowych do silników wysokoprężnych jest smarowana od paliwa, mówi.

To kwestia, która nie została jeszcze rozwiązana, przyznaje Anitescu. Mówi, że możliwe byłoby wprowadzenie smarów, ale byłoby to konieczne tylko w końcowej fazie układu paliwowego, kiedy płyn jest najbardziej gorący. W przypadku paliw podkrytycznych może to nie stanowić problemu, mówi.

ukryć