211service.com
Znovuobjevení benzínového motoru
Nový koncept motoru vyvinutý výzkumníky z University of Wisconsin-Madison by mohl snížit spotřebu paliva o zhruba 30 procent u osobních automobilů a téměř o 20 procent u těžkých nákladních vozidel. V automobilech poháněných plynem by nový design jen málo zvýšil cenu motoru. U těžkých nákladních vozidel by to podstatně snížilo náklady odstraněním potřeby drahých systémů následného zpracování pro snížení emisí.
Test motoru: Výzkumníci z University of Wisconsin-Madison použili tento těžký vznětový motor Caterpillar k testování nového konceptu vysoce účinného spalování.
Koncept, který byl demonstrován na testovacích motorech, zahrnuje přesné smíchání dvou různých paliv ve spalovací komoře, což poskytuje větší kontrolu nad časováním i délkou spalování. Mohlo by to poskytnout způsob, jak splnit předpisy o spotřebě paliva bez dražších elektromotorů a baterií, které se nacházejí v hybridních vozidlech (ačkoli pro ještě vyšší účinnost by nový design mohl být začleněn do hybridního vozidla). Nová koncepce motoru je umožněna přesným elektronickým vstřikováním paliva a pokroky v počítačových simulacích. Tento proces jsme objevili pomocí pokročilého počítačového modelování, které nám umožnilo identifikovat recept na optimální míchání paliv, říká Rolf Reitz , profesor strojního inženýrství na UW-Madison.
Návrh má dvě verze, jednu pro náhradu těžkých vznětových motorů a druhou, která má být představena letos na podzim a která by nahradila konvenční benzínové motory. Oba využívají stejný spalovací proces, díky kterému jsou vznětové motory výrazně účinnější než benzinové motory – stlačují palivo a vzduch, dokud nedosáhnou tlaků a teplot, které způsobí jejich vznícení, namísto použití jiskry k zapálení paliva. Nová konstrukce zlepšuje účinnost motoru nad účinnost dieselových motorů tím, že snižuje množství energie plýtvané teplem a zlepšuje kontrolu nad načasováním spalování. Také výrazně snižuje emise spojené s dieselovými motory, což je zvláště důležité nyní, když nové emisní předpisy vyžadují, aby výrobci automobilů používali drahé systémy následného zpracování.
U verze určené k náhradě těžkých vznětových motorů je benzín z jedné palivové nádrže vstřikován do sacího otvoru poblíž spalovací komory, kde se mísí se vzduchem, než se přesune do komory (toto je konvenční forma vstřikování paliva u benzínových vozidel ). Poté je motorová nafta z jiné nádrže vstřikována přímo do komory pomocí nízkotlakého vstřikovače paliva. Při stlačování této směsi se nejprve vznítí nafta a krátce na to i benzín, který je odolnější vůči hoření. Řízení poměru obou paliv určuje jak načasování spalování, tak i dobu jeho trvání. Konstrukce vyžaduje přesnou kontrolu nad vstřikováním paliva, protože poměr a rozložení obou paliv v komoře se musí měnit v závislosti na zatížení motoru. S lehkým zatížením je směs asi 50-50, zatímco těžší zatížení může potřebovat pouhých 5 procent nafty. Výsledný motor má účinnost asi 55 procent ve srovnání se 40 až 45 procenty účinnosti konvenčních vznětových motorů pro těžký provoz. Emise jsou dostatečně nízké na to, aby eliminovaly potřebu systémů následného zpracování výfukových plynů, které v těžkých nákladních vozidlech mohou stát tolik jako samotný motor.
Ve verzi určené k náhradě konvenčních benzínových motorů je motorová nafta nahrazena benzínem, který je smíchán s aditivem, aby byl reaktivnější, čímž se zlepšuje zapalování paliva. Místo dvou palivových nádrží potřebuje vůz pouze jednu nádrž na benzín a malou nádržku velikosti láhve s kapalinou na mytí oken, do které se aditivum vejde. Běžný plyn je vstřikován vstupním injektorem a plyn smíchaný s přísadou je vstřikován přímo do komory. Výsledkem je motor, který má 45% účinnost ve srovnání s přibližně 30% účinností u běžných benzínových motorů.
V obou systémech přístup snižuje tlak a teplotu motoru, což snižuje tvorbu smogu a dalších nebezpečných škodlivin. Nižší teploty také snižují množství energie, která se ztrácí teplem, takže je k dispozici pro pohon pístu. Prodlužujeme proces spalování na kontrolované časové období, abychom dosáhli jemného uvolňování tepla, které nevede k prudkému nárůstu tlaku a vysokým teplotám ve spalovací komoře, říká Reitz.
Robert Dibble , profesor strojního inženýrství na Kalifornské univerzitě v Berkeley, říká, že nový design je chytrý nápad. Říká, že dvoupalivový design by mohl být pro výrobce automobilů a spotřebitele obtížné, aby jej přijali, ale poznamenává, že současné systémy následného zpracování nafty již vyžadují, aby řidiči při tankování přidali samostatnou kapalinu pro úpravu výfukových plynů, takže tato bariéra může být nyní nižší. Verze nového designu, která používá aditivum do benzinu, by vyžadovala pouze doplňování aditiva při každé výměně oleje, říká Reitz, což snižuje nepříjemnosti.
Dibble říká, že jiný výzkumník zaujímá podobný přístup ke zlepšení účinnosti motoru, ale jeho přístup používá pouze jedno palivo. Bengt Johansson , vedoucí divize spalovacích motorů na Lund University ve Švédsku, prokázal vysokou účinnost a nízké emise řízením časování a trvání spalování pomocí více vstřiků paliva. Ale na rozdíl od metody UW-Madison, která používá paliva s různými vlastnostmi spalování, Johanssonův přístup řídí spalování vytvářením oblastí ve spalovací komoře s různými koncentracemi paliva a vzduchu. Jednou z potenciálních nevýhod je, že kvůli vysokým úrovním komprese vyžaduje dražší motor než ty, které se používají v běžných automobilech na plyn.