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?柴油發動機將變天:美國桑迪亞國家實驗室研究通過管道噴射系統來徹底改變柴油發動機的排放

2019-11-18 14:41 性質:原創 作者:Pengli 來源:中國叉車網-中叉網
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(圖片來自Sandia)(桑迪亞國家實驗室的研究人員:從左至右分別是內森·哈里(Nathan Harry),克里斯托弗·尼爾森(Christopher Nilsen),德拉蒙德·比勒斯(Dr...

(圖片來自Sandia)

(桑迪亞國家實驗室的研究人員:從左至右分別是內森·哈里(Nathan Harry),克里斯托弗·尼爾森(Christopher Nilsen),德拉蒙德·比勒斯(Drummond Biles)和查爾斯·穆勒(Charles Mueller)共同展示了管道燃料噴射模塊的原型)

中國叉車網(www.ebduz.tw)新聞中心援引外媒的消息說,位于加利福尼亞州利弗莫爾市的美國桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)之研究人員,首次測試其創新的發動機技術,來減低成本并減少煙塵和氮氧化物的排放,該技術顯示,可以使用可再生燃料以及維持或改進的潛力而備受大型企業的關注。

Charles Mueller和他們的合作伙伴在桑迪亞國家實驗室開發的管道式燃油噴射系統,該系統能夠根據發動機的瞬時轉速和功率水平對發動機中的燃料空氣混合物進行微調,以消除50%~100%的煙灰。

Mueller說,發動機制造商對管道燃料噴射“開始表現出興奮”。它不僅可與常規柴油一起很好地工作,而且在概念上很簡單,并且可以用低成本的材料制成。可以想象,已經過時的燃油噴射也可以改裝到現有發動機上。這對于大型發動機尤其重要,例如輪船或機車中的大型發動機,這些發動機的價格可能高達一百萬美元或更多,并且完全電氣化的成本很高。改造可能相對便宜,并且可以立即提供可觀的排放效益。

Mueller的管道噴油系統的靈感來自本生燈,這在美國幾乎所有高中科學教室都可以找到。

Mueller說:“如果擰松本生燈上的燈管并點燃燃氣噴嘴,則會得到煙熏的橙色煙塵。關閉燃氣,重新擰緊管子,然后重新點燃燃燒器。現在,您可以在試管末端得到一個不錯的短藍色火焰。火焰是藍色的,因為沒有煙灰。”

Mueller認為這個概念可能適用于內燃機,因此他和他的團隊開始進行實驗,現在已經組裝了4到6個小管子或管道—將燃油混合物從噴油器引到點火點。傳統柴油發動機中的噴油嘴會產生局部著火混合物,其所含燃料比完全燃燒所需的燃料多2至10倍。當高溫下有過量燃料時,往往會產生大量煙灰。安裝管道可以使我們實現幾乎不形成煙灰的柴油燃燒,這是因為本地點火混合物所含的過量燃料更少。這樣,可以限制通用發動機污染物的形成。然而,在去過近100年中,發動機的設計未能將煙塵從排放中消除,那是因為燃料在燃燒化學過程中存在物理限制。

Mueller解釋說,煙灰是僅次于二氧化碳,是第二種化學物質,它是導致氣候變化的化學物質,并且有毒,因此應將其排放量降至最低。在過去,一直是這個問題稱為灰粒氮氧化物。那就是:當你做些降低煙灰的事情時,氮氧化物或NOx的排放會增加,反之亦然。氮氧化物也是大氣污染物,意味著卡車,汽車和設備制造商如果不增加廢氣后處理系統,將無法達到當前的法定限制。這些系統類似于火花點火發動機上的催化轉化器,盡管它更大而且更昂貴。但是,幾乎完全清除其中一種污染物就好了-就像通過管道噴射燃料處理煙灰一樣-穆勒說,您已經改變了游戲規則。現在,我們已經有了煙灰輸出的方式,有沒有更多的煤煙及氮氧化物排放控制,因此,我們可以增加稀釋度-吸收一些發動機排氣并將其路由回進氣口-以消除氮氧化物,而不會產生煙塵排放。

在發動機實驗中,他的團隊觀察到了煙塵和氮氧化物的同時數量級減少。這為降低柴油發動機的排放量提供了一條途徑,解決了這一高效技術長期存在的問題。通過管道噴射燃料使用含氧燃料可以降低排放,足以使發動機系統的成本降低,因為需要更少的排氣后處理。而在現代的公路卡車上,尾氣排放的后處理在車輛的整個使用壽命期間的初始和運營成本約為12,000美元。如果采用新系統,考慮到這些車輛的數量眾多,以及它們對經濟的重要性,減少這些成本,意義重大。

桑迪亞國家實驗室發動機研究計劃經理保羅·邁爾斯(Paul Miles)表示,導管式燃油噴射的潛在影響不可低估。他認為,管道噴射系統打破煙塵和氮氧化物之間的折衷是柴油發動機開發中最優先考慮的研究領域。這是政府支持的研究中最關鍵的一個例證-識別并展示創新的高風險技術的潛力,以重塑行業,運輸業,基礎設施和社會的格局,然后與商業伙伴一起共同努力,將技術推向市場。

據悉,福特和一家越野設備制造商最近與桑迪亞國家實驗室簽署了一項合作研發協議,以幫助推動該技術的發展。

Mueller很高興與行業合作伙伴合作,將這一突破性的創新從實驗室轉移到生產引擎。他認為管道噴射系統有望為社會帶來未來明顯的優質發動機,既保留常規柴油發動機的所有理想特性,同時還可以顯著的排放降低,從而降低了發動機系統的成本,因為您無需使用過多的后處理設備。而且,它可以與當前和新興的可再生燃料一起使用,為打開可再生燃料的市場帶來了無限的商機。

這項研究是由美國能源部能源,美國效率和可再生能源辦公室通過美國車輛技術和生物能源技術辦公室共同贊助的燃料和發動機協同優化計劃的一部分。

關于:美國桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)

桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)是由桑迪亞(Sandia LLC)的國家技術和工程解決方案公司(National Technology and Engineering Solutions)運營的多任務實驗室,該公司是霍尼韋爾國際公司(Honeywell International Inc.)的全資子公司,隸屬于美國能源部的國家核安全局。桑迪亞實驗室(Sandia Labs)在核威懾,全球安全,國防,能源技術和經濟競爭力方面負有主要研發責任,其主要設施位于新墨西哥州的阿爾伯克基和加利福尼亞的利佛摩。

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