Почему канальное топливо

Изображение предоставлено: Дедмитяй/Dreamstime

Роджер Бреретон, Pailton Engineering

Опубликовано пятница, 19 мая 2023 г.

Новое изобретение, вдохновленное горелкой Бунзена, может привести к серьезному прорыву в поисках более чистого дизельного топлива, что будет иметь серьезные последствия для коммерческого транспорта.

В статье New York Times 2016 года, рассказывающей об истории наших отношений с дизельным топливом, от его изобретения в 1800-х годах до скандала с Volkswagen «Дизельгейт», был сделан вывод, что понятие чистого дизельного топлива было «оксюмороном».

Выхлопы дизельных двигателей содержат вредные загрязняющие вещества, такие как оксиды азота и частицы сажи. Хотя правительства с конца 1990-х годов поощряли их внедрение, полагая, что они более экологичны, чем бензиновые/бензиновые эквиваленты, с тех пор утверждалось, что дизельные автомобили производят более чем в четыре раза больше загрязнения.

Для автомобильного сектора решением стало введение правил, препятствующих использованию дизельных транспортных средств, одновременно ускоряя внедрение электрических альтернатив. Однако с коммерческим транспортом все не так просто. Несмотря на всю плохую рекламу дизельного топлива, которую он привлек в последние годы, просто нет ничего, что могло бы сравниться с этим топливом по его энергетической плотности, надежности и долговечности.

Электрификация меньших и более легких транспортных средств — это одно. Для автобусов и дальнемагистральных транспортных средств дизельное топливо намного лучше создает крутящий момент, необходимый для поддержания их движения. Это не исключает жизнеспособности электрических, гибридных или водородных грузовиков и автобусов. Однако вес этих транспортных средств порождает другой набор требований, которые затрудняют разработку альтернатив двигателю внутреннего сгорания.

В то время как некоторые стремятся решить проблемы разработки электрических или водородных транспортных средств, другие сосредоточены на том, чтобы сделать дизельное топливо более чистым. Могут потребоваться многие годы и огромные инвестиции в инфраструктуру, прежде чем мы увидим в значительном количестве дальнемагистральные грузовики, работающие на электрических батареях или водородных топливных элементах. Если дизельное топливо сохранится – по крайней мере, на краткосрочную перспективу – то все, что может сократить его выбросы, будет иметь большое значение для планеты.

Вопрос о том, может ли дизель быть по-настоящему «чистым», остается открытым, но в относительном выражении улучшения есть. Сочетание инженерных прорывов и государственного регулирования позволило сделать современное дизельное топливо значительно чище по сравнению со своими предшественниками. Ключевые технологические разработки включают достижения в области технологий впрыска топлива и систем очистки выхлопных газов. По данным производителя DAF, выбросы оксидов азота у современного грузовика с двигателем Евро-6 на 95 процентов ниже, чем у аналогичных грузовиков 25–30 лет назад.

Постоянной инженерной дилеммой является компромисс между уменьшением количества сажи и оксидов азота. Дизельный двигатель обеспечивает более высокую топливную экономичность, чем его бензиновый или бензиновый аналог, но он выделяет токсичные выбросы оксидов азота. Чтобы смягчить это, отработанные продукты сгорания с низким содержанием кислорода из предыдущего цикла двигателя направляются обратно в воздухозаборник. Это снижает температуру и концентрацию кислорода в топливно-воздушных смесях, тем самым уменьшая образование оксидов азота.

Недостаток этой стратегии разбавления заключается в том, что при таких более низких температурах не все топливо расходуется, а то, что остается, создает больше частиц частично сгоревшего углерода или сажи. Поэтому инженерам необходимо найти способ максимально полного сжигания дизельного топлива, сохраняя при этом достаточно низкие температуры, чтобы избежать избытка оксидов азота.

Чарльз Мюллер, специалист по горению из Национальной лаборатории Сандия в США, считает, что нашел решение этой проблемы. Черпая вдохновение из горелки Бунзена, он предлагает оборудовать форсунки дизельного топлива крошечными аналогами дымохода горелки Бунзена. Эти небольшие металлические трубки устанавливаются на небольшом расстоянии от отверстия сопла форсунки и выравниваются по потоку топлива. Подобно горелке Бунзена, когда она горит синим цветом, это обеспечит более полное смешивание топлива и воздуха и лучшее горение, но при более низких температурах, необходимых для разбавления оксидов азота.