Una innovación de motor concebida y probada por primera vez por Sandia National Laboratories ha atraído la atención de las grandes empresas debido a su potencial para reducir de manera rentable las emisiones de hollín y óxidos de nitrógeno. fomentar el uso de combustibles renovables, y mantener o mejorar el rendimiento del motor.

Inyección de combustible por conductos, desarrollado por Charles Mueller en Sandia's Combustion Research Facility, es capaz de ajustar la mezcla de aire y combustible en un motor hasta el punto de eliminar entre el 50 y el 100 por ciento del hollín, según la velocidad instantánea del motor y el nivel de potencia.

Mueller dijo que los fabricantes de motores están "comenzando a mostrar entusiasmo" por la inyección de combustible por conductos. No solo funciona bien con combustible diesel convencional, es conceptualmente simple y puede construirse con materiales de bajo costo.

"La inyección de combustible por conductos también se puede adaptar a los motores existentes, ", Dijo Mueller." Esto es especialmente importante para los motores grandes, como los de barcos o locomotoras, donde los motores pueden costar un millón de dólares o más, y la electrificación total tiene un costo prohibitivo. Una modernización podría ser relativamente económica y podría proporcionar beneficios de emisiones sustanciales de inmediato ".

La idea para la inyección de combustible por conductos provino del mechero Bunsen

La inyección de combustible por conductos fue concebida por primera vez por Mueller a partir de, de todas las cosas, un mechero Bunsen, que se puede encontrar en casi todas las aulas de ciencias de las escuelas secundarias del país.

"Si desenroscas el tubo de un mechero Bunsen y enciendes el chorro de gas, te haces alto llama naranja hollín, "Dijo Mueller." Apague el gas, Vuelva a enroscar el tubo y vuelva a encender el quemador. Ahora obtienes un buen llama azul corta justo al final del tubo. La llama es azul porque no hay hollín ".

Mueller pensó que el concepto podría adaptarse a los motores de combustión, así que él y su equipo, el becario Christopher Nilsen, Drummond Biles, designado postdoctoral, y el tecnólogo Nathan Harry, comenzaron experimentos que ahora han dado como resultado un ensamblaje de cuatro a seis tubos pequeños, o conductos, que dirigen la mezcla de combustible desde el inyector hasta los puntos de encendido.

Mueller dice que los inyectores en un motor diesel tradicional crean mezclas de ignición local que contienen de dos a diez veces más combustible del necesario para una combustión completa.

"Cuando tienes tanto combustible en exceso a alta temperatura, tiendes a producir mucho hollín, ", dijo." La instalación de los conductos nos permite lograr una combustión de diesel que forma poco o nada de hollín, porque las mezclas de ignición locales contienen menos combustible en exceso ".

Limitar la formación de un contaminante de motor universal

Generaciones de diseños de motores no han logrado eliminar el hollín de las emisiones porque existía un límite físico para la química de la combustión del combustible.

"El hollín ocupa el segundo lugar después del dióxido de carbono como sustancia química que impulsa el cambio climático, y es tóxico por lo que sus emisiones deben minimizarse, "Mueller explicó." En el pasado, Siempre ha existido este problema llamado compensación hollín-NOx. Es decir:cuando haces algo para reducir el hollín, las emisiones de óxidos de nitrógeno, o NOx, aumentan, y viceversa."

Los óxidos de nitrógeno también son contaminantes atmosféricos, y la compensación significaba que ese camión, Los fabricantes de automóviles y equipos no podrían cumplir con los límites legislados actuales sin agregar sistemas de postratamiento de gases de escape. Estos sistemas son análogos a los convertidores catalíticos de los motores de encendido por chispa, aunque significativamente más grande y más caro. Pero elimine uno de esos contaminantes casi por completo, como lo hace la inyección de combustible por conductos con el hollín, y Mueller dijo que ha cambiado el juego.

"Ahora que hemos eliminado el hollín, no hay más compensación hollín-NOx, ", dijo." Entonces, podemos agregar dilución, tomando parte del escape del motor y dirigiéndolo de regreso a la admisión, para eliminar el NOx sin que las emisiones de hollín se conviertan en un problema. Es como un acuerdo de dos por uno para reducir los contaminantes ".

Mueller dijo que en experimentos con motores, su equipo ha observado simultáneamente, reducciones de órdenes de magnitud en el hollín y los óxidos de nitrógeno.

"Esto nos da un camino hacia emisiones mucho más bajas para los motores diésel, resolviendo un problema de larga data para esta tecnología altamente eficiente, " él dijo.

Reducir los costos de transporte con inyección de combustible por conductos, combustibles renovables

La casi eliminación del hollín y los óxidos de nitrógeno también puede abrir el mercado a los combustibles renovables.

"La inyección de combustible por conductos funciona muy bien con el combustible diésel convencional, pero funciona aún mejor con combustibles oxigenados, que tienen uno o más átomos de oxígeno enlazados en algunas o todas sus moléculas. Muchas renovables, los combustibles sostenibles se oxigenan, "Dijo Mueller.

"El uso de combustibles oxigenados con inyección de combustible por conductos reduce las emisiones, tal vez lo suficiente para permitir un sistema de motor menos costoso porque se requeriría menos postratamiento de escape, ", dijo." En un camión de carretera moderno, el postratamiento asciende a unos $ 12, 000 en costos iniciales y operativos durante la vida útil del vehículo. Reducir incluso una fracción de esos costos es un gran problema, dada la gran cantidad de estos vehículos y su importancia para la economía ".

La tecnología promete vehículo, oportunidades de mercado de combustibles alternativos

Paul Miles, director del programa de investigación de motores, dijo que no se puede exagerar el impacto potencial de la inyección de combustible por conductos.

"Romper el equilibrio entre el hollín y los óxidos de nitrógeno es un área de investigación de máxima prioridad para el desarrollo de motores diésel, ", Dijo Miles." Este es un ejemplo del papel clave de la investigación respaldada por el gobierno:identificar y demostrar el potencial de innovación, tecnologías de alto riesgo para remodelar el panorama de una industria, nuestra infraestructura de transporte y nuestra sociedad, y luego trabajar junto con socios comerciales para llevar la tecnología al mercado ".

Ford y un fabricante de equipos todoterreno firmaron recientemente un Acuerdo de Investigación y Desarrollo Cooperativo con Sandia para ayudar a avanzar en la tecnología.

Mueller está entusiasmado por colaborar con socios de la industria para hacer avanzar este avance desde el laboratorio hacia los motores de producción.

"La inyección de combustible por conductos promete proporcionarnos motores claramente superiores para el futuro, ", dijo." Debería preservar todos los atributos deseables de un motor diesel convencional, pero también reducir significativamente las emisiones, lo que reduce el costo del sistema del motor porque no tiene que usar tanto postratamiento. Y, funciona incluso mejor con combustibles renovables actuales y emergentes ".