Login
Register
startmenuen

Superkritisk brændstofindsprøjtning og forbrænding

Gennem hele historien om den interne forbrændingsmotor, har ingeniørerne boostet cylinder komprimering at udvinde mere mekanisk energi fra en given brændstof-luft-afgift. Den ekstra pres øger blanding og fordampning af de injicerede dråber, før du brænder. Nyligt arbejde af Mike Cheiky, en fysiker og seriel opfinder / iværksætter, fokuserer på at øge ikke blot brændstofblandingen s pres, men også dens temperatur.

Cheiky mål, i virkeligheden, er at generere en lidet kendt, mellemliggende tilstand af stof-en såkaldt superkritisk (SC) væske-som han og hans medarbejdere på Camarillo, Californien-baserede Transonic Combustion tror kunne markant øge brændstof effektiviteten af ​​næste generations kraftværker og samtidig reducere deres udstødning.

Transsoniske egenudviklede TSCI brændstof-indsprøjtningssystemer ikke producerer dråber brændstof som konventionelle levering brændstof enheder gør, ifølge Mike Rocke, Vice President for Marketing og Business Development. Den superkritisk tilstand injiceres i en cylinder med et TSCI-system brændstof betyder, at brændstoffet blander hurtigt med indsugningsluften som giver bedre kontrol af placering og timingen af ​​forbrændingsprocessen.

De nye SC indsprøjtningssystemer, som Rocke kalder "næsten drop-in" enheder, omfatter "en GDI-type," common-rail-system, der inkorporerer en metal-oxid-katalysator, der bryder brændstof molekyler ned til simplere kulbrintekæder, og en præcision, højhastighedsforbindelse (piezoelektriske) injektor, hvis resistens-opvarmet pin placerer brændstof i en superkritisk tilstand, som det kommer ind i cylinderen.

Opmuntrende testresultater

Company ingeniører har fordoblet numre brændstofeffektivitet i dynamometer test af gasmotorer er udstyret med selskabets prototype SC brændstof-indsprøjtningssystemer, sagde Rocke. En modificeret benzinmotor installeret i en 3200-lb (1451-kg) test køretøj, for eksempel, er at få 98 mpg (41,6 km / l), når du kører ved en konstant 50 mph (80 km / t) i laboratoriet.

Den nye teknologi, derudover er at opnå betydelige reduktioner i motor-out emissioner. Nogle test motorer sigende generere kun 55-58 g / km CO2, et tal, der er mindre end halvdelen af ​​flåden gennemsnitlige værdi fastsat af Den Europæiske Union for 2012. To bilproducenter er i øjeblikket evaluere Transonic testmotorer, med en tredje forhandler lignende forsøg.

Cheiky grundlagde adskillige biobrændstof og batteri nystartede såsom zink Matrix Power før oprettelse Transonic i 2006 for at imødegå ineffektivitet i standard intern forbrænding (IC) motor cykler. Efter den vellykkede sikkerhedsundersøgelse af hans radikale SC brændstof-indsprøjtning koncept på Cal Tech, lykkedes det ham at opnå finansiering fra Venrock (Rockefeller familien), Canyon Partners, og Silicon Valley teknologi guru Vinod Khosla.

Den 48-medarbejder firma er ved at færdiggøre en udvikling motor for en test flåde af fra 10 til 100 biler, mens du prøver at finde en partner, med hvem til at fremstille og markedsføre TSCI systemer i 2014.

"En superkritisk væske er dybest set en fjerde tilstand af stof, der er en del måde mellem en gas og væske," siger Michael Frick, Vice President for Engineering. Et stof går superkritisk, når det opvarmes over en vis termodynamisk kritisk punkt, så det nægter at flydende uanset hvor meget tryk påføres.

"Folk kan huske fra kemi klasse, at der er en tredobbelt punkt på [temperaturen vs. tryk] fasediagram af vand, for eksempel, hvor der findes vand på samme tid som is, vand og damp, men få ved, at der er en anden kritisk punkt på og omkring hvilken en væske vil udstille gas-lignende og flydende-lignende egenskaber, "forklarede han.

Tændingsindstilling er nøglen

SC væsker har unikke egenskaber. Til en start, at massefylden er midtvejs mellem dem af en væske og gas, omkring halvdelen til 60% af den væske. På den anden side, de har også de molekylære diffusionshastigheder af en gas, og så kan opløse stoffer, der normalt er svært at placere i opløsning.

Derudover en SC væske har en meget lav overfladespænding. Dette muliggør hurtigere blanding, og den udviser katalytisk aktivitet, der to til tre størrelsesordener hurtigere end den rent flydende form af stoffet.

Cheiky formuleret sine koncepter efter en grundlæggende analyse af IC motor, som han følte sig "tilbudt en masse lavthængende frugt til forbedringer," Frick rapporteret.

"Han gjorde spring af tro, at hvis du fjerner den tid det tager at fordampe brændstof og tabt med kontakten med cylindervæggene varme, kan du forbedre base af en motor langt ud over, hvad der normalt ville være muligt at opnå med for eksempel en diesel kører ud af cyklus, "Frick noteret.

The TSCI systemet, forklarede han bruger superkritisk brændstof at placere de fleste af forbrændingen i den varme eddy af gas, der danner i centrum af en standard dieselmotor cylinderkammer. Cheiky regnede med, at ved at ændre forsinkelsen tænding, således at brændstoffet antændes i dette område, kan flammen holdes væk fra kontakt med vægge, der tager varmen ud af motoren.

Det blev også besluttet at begrænse forbrændingen til inden for de første 20 til 30 grader forbi top-dødpunkt, at gøre fuld brug af den mekaniske energi skabt ved at brænde samtidig reducere tabte til udstødningen varme.

Anvendelse af SC brændstoffer også "negerer de forskellige fordampning satser eventuelle brændstoffer, der måtte blive brændt", som gør processen brændstof neutral, siger Frick. Og så længe SC forhold opretholdes, er lidt tid til at fordampe brændslet uanset brændstoffet.

"Og fordi benzin har en betydeligt længere forsinkelse antændelse end diesel, for eksempel for at køre gas og til styring af forsinkelsen, vi gerne bruge en katalysator til at reducere brændstof oktantal," sagde han.

13: 1 sweet spot

For at minimere friktionstab har de Transonic ingeniører løbende reduceret kompression af deres testmotorer til mellem 20: 1 og 16: 1, med mulighed for 13: 1 til benzinmotorer.

"Der kan være en vis fordel at gå lidt højere, men vi forsøger at holde brændstofsystemet inden for det område, som OEM'er forstår," Frick indgået. "The forbrændingsprocessen er allerede vidtgående nok."

yderligere