Uma inovação de motor concebida e testada pela primeira vez pelo Sandia National Laboratories atraiu a atenção de grandes empresas devido ao seu potencial de reduzir as emissões de fuligem e óxidos de nitrogênio de maneira econômica. encorajar o uso de combustíveis renováveis, e manter ou melhorar o desempenho do motor.

Injeção de combustível canalizado, desenvolvido por Charles Mueller em Sandia's Combustion Research Facility, é capaz de fazer o ajuste fino da mistura ar-combustível em um motor a ponto de eliminar entre 50% e 100% da fuligem, dependendo da velocidade instantânea do motor e do nível de potência.

Mueller disse que os fabricantes de motores estão "começando a mostrar entusiasmo" com a injeção de combustível por duto. Não só funciona bem com combustível diesel convencional, é conceitualmente simples e pode ser construído com materiais de baixo custo.

"A injeção de combustível por duto também pode ser adaptada aos motores existentes, "Disse Mueller." Isso é especialmente importante para motores grandes, como aqueles em navios ou locomotivas, onde os motores podem custar um milhão de dólares ou mais, e a eletrificação completa tem um custo proibitivo. Um retrofit pode ser relativamente barato e pode fornecer benefícios de emissões substanciais imediatamente. "

A ideia para injeção de combustível canalizada veio do queimador de Bunsen

A injeção de combustível em dutos foi concebida pela primeira vez por Mueller a partir de - de todas as coisas - um queimador de Bunsen, que pode ser encontrada em quase todas as salas de aula de ciências do ensino médio no país.

"Se você desparafusar o tubo de um bico de Bunsen e acender o jato de gás, você ganha um alto, chama laranja fuliginosa, "Disse Mueller." Desligue o gás, aparafuse o tubo e acenda novamente o queimador. Agora você tem um bom, chama azul curta bem no final do tubo. A chama é azul porque não há fuligem. "

Mueller pensou que esse conceito pode ser adaptável a motores de combustão, então ele e sua equipe - estagiário Christopher Nilsen, O pós-doutorado Drummond Biles e o tecnólogo Nathan Harry - iniciaram experimentos que agora resultaram em uma montagem de quatro a seis pequenos tubos - ou dutos - direcionando a mistura de combustível do injetor para os pontos de ignição.

Mueller diz que os injetores em um motor a diesel tradicional criam misturas de ignição locais que contêm de duas a dez vezes mais combustível do que o necessário para a combustão completa.

"Quando você tem tanto combustível em excesso em alta temperatura, você tende a produzir muita fuligem, "disse ele." Instalar os dutos nos permite alcançar a combustão de diesel que forma pouca ou nenhuma fuligem, porque as misturas de ignição locais contêm menos combustível em excesso. "

Limitando a formação de um poluente motor universal

Gerações de projetos de motores não conseguiram eliminar a fuligem das emissões porque havia um limite físico para a química da combustão do combustível.

"A fuligem perde apenas para o dióxido de carbono como uma substância química que força as mudanças climáticas, e é tóxico, então suas emissões devem ser minimizadas, "Mueller explicou." No passado, sempre houve esse problema chamado de compensação fuligem-NOx. Isto é:quando você faz algo para diminuir a fuligem, as emissões de óxidos de nitrogênio - ou NOx - aumentam, e vice versa."

Os óxidos de nitrogênio também são poluentes atmosféricos, e a compensação significava que o caminhão, os fabricantes de carros e equipamentos não podiam atender aos limites legislados em vigor sem adicionar sistemas de pós-tratamento de gases de escape. Esses sistemas são análogos aos conversores catalíticos em motores de ignição por centelha, embora significativamente maior e mais caro. Mas remova um desses poluentes quase que inteiramente - como a injeção de combustível canalizada faz com a fuligem - e Mueller disse que você mudou o jogo.

"Agora que tiramos a fuligem do caminho, não há mais compensação fuligem-NOx, "ele disse." Então, podemos adicionar diluição - pegando parte do escapamento do motor e direcionando-o de volta para a admissão - para eliminar o NOx sem que as emissões de fuligem se tornem um problema. É como um acordo dois por um sobre a redução de poluentes. "

Mueller disse que em experimentos de motor, sua equipe observou simultaneamente, reduções de ordens de magnitude em óxidos de fuligem e nitrogênio.

"Isso nos dá um caminho para emissões muito mais baixas para os motores a diesel, resolvendo um problema antigo para esta tecnologia altamente eficiente, " ele disse.

Reduzindo os custos de transporte com injeção de combustível em dutos, combustíveis renováveis

A quase eliminação da fuligem e dos óxidos de nitrogênio também pode abrir o mercado para combustíveis renováveis.

"A injeção de combustível canalizada funciona muito bem com combustível diesel convencional, mas funciona ainda melhor com combustíveis oxigenados, que têm um ou mais átomos de oxigênio ligados a algumas ou todas as suas moléculas. Muitos renováveis, combustíveis sustentáveis ​​são oxigenados, "Disse Mueller.

"O uso de combustíveis oxigenados com injeção de combustível em dutos reduz as emissões, talvez o suficiente para permitir um sistema de motor mais barato porque menos tratamento pós-exaustão seria necessário, "disse ele." Em um moderno caminhão rodoviário, pós-tratamento equivale a cerca de US $ 12, 000 em custos iniciais e operacionais ao longo da vida do veículo. Reduzir até mesmo uma fração desses custos é um grande negócio, dada a grande quantidade desses veículos e sua importância para a economia. "

A tecnologia promete veículo, oportunidades de mercado de combustível alternativo

Paul Miles, gerente do programa de pesquisa de motores, disse que o impacto potencial da injeção de combustível por dutos não pode ser exagerado.

"Romper o dilema entre fuligem e óxidos de nitrogênio é uma área de pesquisa de alta prioridade para o desenvolvimento de motores a diesel, "Miles disse." Este é um exemplo do papel-chave da pesquisa apoiada pelo governo - identificar e demonstrar o potencial de inovação, tecnologias de alto risco para remodelar o cenário de uma indústria, nossa infraestrutura de transporte e nossa sociedade, e, em seguida, trabalhar ao lado de parceiros comerciais para colocar a tecnologia no mercado. "

A Ford e um fabricante de equipamentos off-road recentemente assinaram um Acordo Cooperativo de Pesquisa e Desenvolvimento com a Sandia para ajudar no avanço da tecnologia.

Mueller está animado com a colaboração com parceiros da indústria para mover esta inovação do laboratório para motores de produção.

"A injeção de combustível em dutos mostra a promessa de nos fornecer motores claramente superiores para o futuro, "disse ele." Deve preservar todos os atributos desejáveis ​​de um motor diesel convencional, mas também reduzir significativamente as emissões, o que reduz o custo do sistema do motor porque você não precisa usar tanto o pós-tratamento. E, funciona ainda melhor com os combustíveis renováveis ​​atuais e emergentes. "