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Iniezione di carburante supercritico
I ricercatori di New York hanno dimostrato un sistema di iniezione del carburante diesel supercritico in grado di ridurre le emissioni del motore dell'80% e aumentare l'efficienza complessiva del 10%.
Diventando supercritico: Questa attrezzatura di laboratorio viene utilizzata per studiare il carburante diesel supercritico.
I motori diesel tendono ad essere più efficienti della benzina, ma il compromesso è che di solito sono più inquinanti. Poiché il diesel è pesante, viscoso e meno volatile della benzina, non tutto il carburante viene bruciato durante la combustione, con conseguente rilascio di composti di carbonio sotto forma di fuliggine particolata dannosa. Le temperature di combustione più elevate necessarie per bruciare il diesel comportano anche un aumento delle emissioni di ossidi di azoto.
Un fluido diventa supercritico quando la sua temperatura e pressione superano un punto limite critico, facendogli assumere nuove proprietà tra quelle di un liquido e di un gas. George Anitescu, ricercatore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica e Chimica alla Syracuse University nello stato di New York, che ha sviluppato il nuovo design del motore, afferma che il diesel supercritico può essere bruciato in modo più efficiente e pulito.
Portando il diesel a uno stato supercritico prima di iniettarlo nella camera di combustione di un motore, la viscosità diventa meno problematica, afferma Anitescu. Inoltre, l'elevata diffusione molecolare dei fluidi supercritici significa che il carburante e l'aria si mescolano quasi istantaneamente. Quindi, invece di cercare di bruciare goccioline di carburante relativamente grandi circondate dall'aria, il carburante vaporizzato si mescola in modo più uniforme con l'aria, il che lo fa bruciare più rapidamente, in modo pulito e completo. In un certo senso, è come un intermedio tra diesel e benzina, ma con i vantaggi di entrambi, afferma Anitescu, che ha presentato il suo lavoro la scorsa settimana a Indicazioni nella ricerca sull'efficienza del motore e sulle emissioni , una conferenza tenutasi a Dearborn, MI.
In passato, un altro approccio correlato, chiamato accensione per compressione a carica omogenea, è stato utilizzato per migliorare le prestazioni del diesel. Ciò comporta la premiscelazione di gasolio e aria prima di iniettarli come vapore in una camera di combustione ad alta pressione. Ma mentre questa miscela brucia in modo più efficiente, rende anche la combustione più difficile da controllare, il che può portare al battito del motore: onde d'urto all'interno dei cilindri del motore causate da sacche di carburante incombusto e aria. Al contrario, l'iniezione diesel supercritica produce goccioline molto piccole simili a vapore, ma con densità di carburante equivalenti a un liquido, afferma Anitescu.
Andreas Birgel , un ricercatore dell'Internal Combustion Engines and Fuel Systems Research Group presso l'University College di Londra, Regno Unito, afferma che c'è molto interesse nella produzione di diesel che si vaporizzi più facilmente, ad esempio utilizzando olio di mais o di colza per produrre biodiesel, che ha un viscosità relativamente bassa. Un altro approccio consiste nel trattare il diesel convenzionale con additivi, afferma.
Affinché il diesel raggiunga uno stato supercritico, il sistema di alimentazione di Anitescu deve prima riscaldarlo a circa 450 gradi Celsius a una pressione di circa 60.000.000 Pascal. Raggiungere la pressione non è un problema, dice Anitescu, ma aumentare la temperatura è più impegnativo.
Poiché i sistemi di alimentazione di solito funzionano a temperature inferiori a 80 gradi Celsius, Anitescu e i suoi colleghi hanno utilizzato il calore dello scarico del motore per aumentare la temperatura del carburante. Ciò causa ulteriori complicazioni. Devi impedire che cozzi, dice. Il coking si verifica quando gli idrocarburi nel carburante reagiscono, producendo depositi appiccicosi che possono portare a guasti del sistema di alimentazione. Il fenomeno può essere evitato diluendo il carburante con un additivo, come anidride carbonica o acqua. Nel motore di Siracusa viene introdotta una piccola quantità di gas di scarico per agire come agente anticoking, una tecnica nota come ricircolo dei gas di scarico.
Il sistema è stato testato solo in una configurazione di laboratorio, ma un prototipo potrebbe essere pronto per il test entro la fine dell'anno, afferma Anitescu. Il sistema di alimentazione è progettato per utilizzare iniettori di carburante convenzionali, anche se questi sono progettati per funzionare con fluidi normali. Anitescu afferma che potrebbe essere possibile migliorare le prestazioni passando a uno stato fluido appena al di sotto del supercritico. Ciò può consentire la vaporizzazione mentre si ottengono prestazioni migliori dagli iniettori. Abbiamo molte opzioni qui, dice.
Nella stessa conferenza, Combustione Transonica , un'azienda con sede a Camarillo, in California, ha presentato i dettagli di un modo alternativo di utilizzare combustibili supercritici che prevede un nuovo iniettore di carburante e la riprogettazione dell'intero sistema di valvole e della camera di combustione del motore.
Ma con entrambi gli approcci, diventare supercritici non è senza un costo, afferma Birgel. Hai ancora bisogno della viscosità perché la maggior parte dei sistemi di alimentazione diesel dipende dal carburante per la lubrificazione, dice.
Questo è un problema che deve ancora essere affrontato, ammette Anitescu. Dice che potrebbe essere possibile introdurre lubrificanti, ma ciò sarebbe necessario solo nella fase finale del sistema di alimentazione, dove il fluido è più caldo. Per i combustibili subcritici, potrebbe non essere un problema, dice.