211service.com
Wynalezienie silnika benzynowego na nowo
Nowa koncepcja silnika opracowana przez naukowców z Uniwersytetu Wisconsin-Madison może obniżyć zużycie paliwa o około 30 procent w samochodach i prawie 20 procent w ciężkich samochodach ciężarowych. W samochodach napędzanych gazem nowy projekt niewiele zwiększyłby koszt silnika. W ciężkich samochodach ciężarowych znacznie obniżyłoby to koszty, eliminując potrzebę stosowania drogich systemów oczyszczania spalin w celu zmniejszenia emisji.
Silnik testowy: Naukowcy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison wykorzystali ten wytrzymały silnik wysokoprężny Caterpillar do przetestowania nowej koncepcji spalania o wysokiej wydajności.
Koncepcja, która została zademonstrowana w silnikach testowych, polega na precyzyjnym mieszaniu dwóch różnych paliw w komorze spalania, co daje większą kontrolę zarówno nad czasem, jak i czasem trwania spalania. Mogłoby to zapewnić sposób na spełnienie przepisów dotyczących oszczędności paliwa bez droższych silników elektrycznych i akumulatorów stosowanych w pojazdach hybrydowych (chociaż dla jeszcze większej wydajności nowy projekt można by zastosować w pojeździe hybrydowym). Nowa koncepcja silnika jest możliwa dzięki precyzyjnemu elektronicznemu wtryskowi paliwa i postępom w symulacjach komputerowych. Odkryliśmy ten proces za pomocą zaawansowanego modelowania komputerowego, które pozwoliło nam zidentyfikować recepturę optymalnego mieszania paliw”, mówi Rolf Reitz , profesor inżynierii mechanicznej na UW-Madison.
Projekt ma dwie wersje, jedną przeznaczoną do wymiany wysokoobciążonych silników wysokoprężnych, a drugą, która zostanie zaprezentowana jesienią tego roku, która zastąpi konwencjonalne silniki benzynowe. Oba wykorzystują ten sam proces spalania, który sprawia, że silniki wysokoprężne są znacznie bardziej wydajne niż silniki benzynowe – sprężają paliwo i powietrze do momentu osiągnięcia ciśnienia i temperatury, które powodują zapłon, zamiast używania iskry do zapłonu paliwa. Nowa konstrukcja poprawia sprawność silnika w porównaniu z silnikami wysokoprężnymi, zmniejszając ilość energii traconej w postaci ciepła oraz poprawiając kontrolę nad czasem spalania. To również znacznie zmniejsza emisje związane z silnikami wysokoprężnymi, co jest szczególnie ważne teraz, gdy nowe przepisy dotyczące emisji wymagają od producentów samochodów stosowania drogich systemów oczyszczania spalin.
W wersji przeznaczonej do zastąpienia wysokoobciążonych silników wysokoprężnych, benzyna z jednego zbiornika jest wtryskiwana do otworu wlotowego w pobliżu komory spalania, gdzie miesza się z powietrzem przed przeniesieniem do komory (jest to konwencjonalna forma wtrysku paliwa w pojazdach benzynowych ). Następnie olej napędowy z innego zbiornika jest wtryskiwany bezpośrednio do komory za pomocą niskociśnieniowego wtryskiwacza paliwa. Gdy ta mieszanka jest sprężana, najpierw zapala się olej napędowy, a po chwili benzyna, która jest bardziej odporna na spalanie. Kontrolowanie proporcji dwóch paliw określa zarówno czas spalania, jak i czas jego trwania. Konstrukcja wymaga precyzyjnej kontroli wtrysku paliwa, ponieważ proporcje i rozkład obu paliw w komorze muszą się zmieniać w zależności od obciążenia silnika. Przy lekkich ładunkach mieszanka wynosi około 50-50, podczas gdy cięższe ładunki mogą wymagać zaledwie 5% oleju napędowego. Wynikowy silnik jest wydajny w około 55 procent, w porównaniu do 40 do 45 procent w przypadku konwencjonalnych wysokoobciążonych silników wysokoprężnych. Emisje są wystarczająco niskie, aby wyeliminować potrzebę stosowania układów oczyszczania spalin, które w ciężkich pojazdach ciężarowych mogą kosztować tyle samo, co sam silnik.
W wersji przeznaczonej do zastąpienia konwencjonalnych silników benzynowych, olej napędowy jest zastępowany benzyną, która jest zmieszana z dodatkiem, aby był bardziej reaktywny, poprawiając zapłon paliwa. Zamiast dwóch zbiorników paliwa, samochód potrzebuje tylko jednego zbiornika na benzynę i małego zbiornika wielkości butelki po płynie do mycia szyb do przechowywania dodatku. Gaz zwykły jest wtryskiwany przez wtryskiwacz portowy, a gaz zmieszany z dodatkiem jest wtryskiwany bezpośrednio do komory. Rezultatem jest silnik o sprawności 45 procent w porównaniu do około 30 procent w przypadku konwencjonalnych silników benzynowych.
W obu systemach podejście obniża ciśnienie i temperaturę silnika, co ogranicza powstawanie smogu i innych niebezpiecznych zanieczyszczeń. Niższe temperatury zmniejszają również ilość energii traconej na ciepło, dzięki czemu może ona napędzać tłok. Przedłużamy proces spalania w kontrolowanym okresie czasu, aby uzyskać delikatne wydzielanie ciepła, które nie prowadzi do gwałtownego wzrostu ciśnienia i wysokich temperatur w komorze spalania, mówi Reitz.
Robert Dibble , profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, mówi, że nowy projekt to sprytny pomysł. Mówi, że dwupaliwowa konstrukcja może być trudna do przyjęcia przez producentów samochodów i konsumentów, ale zauważa, że obecne systemy oczyszczania spalin już wymagają od kierowców dodawania oddzielnego płynu do oczyszczania spalin podczas tankowania, więc ta bariera może być teraz niższa. Wersja nowego projektu, w której zastosowano dodatek do benzyny, wymagałaby jedynie uzupełniania dodatku przy każdej wymianie oleju, mówi Reitz, co zmniejsza niedogodności.
Dibble mówi, że inny badacz stosuje podobne podejście do poprawy wydajności silnika, ale jego podejście wykorzystuje tylko jedno paliwo. Bengt Johansson , kierownik wydziału silników spalinowych na Uniwersytecie w Lund w Szwecji, wykazał wysoką wydajność i niski poziom emisji poprzez kontrolowanie czasu i czasu trwania spalania za pomocą wielokrotnych wtrysków paliwa. Ale w przeciwieństwie do metody UW-Madison, która wykorzystuje paliwa o różnych właściwościach spalania, podejście Johanssona kontroluje spalanie poprzez tworzenie obszarów w komorze spalania o różnych stężeniach paliwa i powietrza. Jedną potencjalną wadą jest to, że z powodu stosowanych wysokich poziomów sprężania wymaga droższego silnika niż te stosowane w konwencjonalnych samochodach napędzanych gazem.