Aukštųjų technologijų pagalba nešvariems dyzeliniams varikliams

Važiuojant už autobuso ar sunkvežimio, kai jis skleidžia smirdančias išmetamąsias dujas, pakanka, kad visi įtikintų, jog reikia išvalyti dyzelinių variklių išmetamus teršalus. Tačiau nors benzininių variklių gamintojai per pastaruosius 25 metus sumažino kenksmingų išmetamųjų dujų kiekį savo naujose transporto priemonėse maždaug 90 procentų, dyzelinių variklių gamintojams iki šiol pavyko sumažinti kenksmingų išmetamųjų dujų kiekį tik maždaug puse to procento.

Tačiau dabar Pietų Kalifornijos universiteto mokslininkai kuria prietaisą, kuris naudoja didelės energijos elektronus kenksmingoms dyzelino išmetamosioms dujoms pašalinti, sumažindamas jas iki vandens garų, anglies dioksido ir oro. Per kelerius metus ši technika gali pasirodyti esąs ekonomiškas būdas užtikrinti, kad dyzeliniai varikliai atitiktų vis griežtesnius išmetamųjų teršalų standartus.

Ši istorija buvo mūsų 1997 m. gegužės mėnesio numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Aplinkos apsaugos agentūros (EPA) duomenimis, didelio galingumo dyzeliniai varikliai gamina 25 procentus visų transporto priemonėse gaminamų azoto oksidų (NOx) – azoto rūgšties (HNO3) šaltinio, pagrindinio rūgštinio lietaus komponento ir pagrindinio miesto šaltinio. smogas. Nors pirmieji išsamūs federaliniai reglamentai, reglamentuojantys motorinių transporto priemonių išmetamųjų teršalų kiekį, buvo paskelbti pagal 1970 m. Švaraus oro aktą, pirmieji NOx standartai, skirti konkrečiai dyzelinių variklių išmetimui, įsigaliojo tik 1984 m. Tada, kai oro kokybė toliau blogėjo dėl padidėjusio eismo, Kongresas priėmė 1990 m. Švaraus oro įstatymą, kuris privertė sunkvežimių ir autobusų gamintojus sumažinti NOx emisiją 50 procentų, palyginti su 1984 m. standartu. Galiausiai 1995 m. EPA, bendradarbiaudama su Kalifornijos oro išteklių valdyba ir sunkiųjų variklių gamintojais, parengė principų pareiškimą, kuris paskatino EPA nustatyti naujausius standartus, kuriais siekiama iki 2004 m. sumažinti dyzelino NOx emisiją dar 50 procentų.

Dyzelino inžinieriai iki šiol labai sumažino išmetamųjų teršalų kiekį, pakeitę mechanines oro įleidimo ir degalų tiekimo valdiklius efektyvesnėmis elektroninėmis sistemomis. Dabar mokslininkai, įskaitant Martiną Gunderseną ir Viktorą Puchkarevą, elektros inžinierių pora iš Pietų Kalifornijos universiteto, tiria išmetamųjų dujų papildomo apdorojimo sistemas. Remiantis impulsinės galios elektronine grandine, kuri atsirado šeštajame dešimtmetyje ir buvo patobulinta vykdant strateginės gynybos iniciatyvą devintajame dešimtmetyje, jų prietaisas naudoja trumpus didelės energijos elektronų pliūpsnius, kad suskaidytų NOx ir kitas suodžių daleles dyzelino išmetamosiose dujose. padaryti kelią į atmosferą.

USC grupė sukūrė kamerą, kuri gali būti įtraukta į dyzelino išmetimo sistemą, panašiai kaip katalizinis konverteris naudojamas benzinu varomose transporto priemonėse. Kameroje esantis specialus elektroninis jungiklis sukuria trumpą elektros impulsą, pavyzdžiui, fotoaparato elektroninės blykstės priedo pliūpsnį, kurio greitis yra tūkstančiai elektros iškrovų per sekundę. Kai energingi elektronai iš šių greito ugnies aukštos įtampos kibirkščių įpurškiami į išmetamųjų dujų srautą, panašiai kaip elektronų spindulys paleidžiamas į fluorescencinį vamzdelį, jie atsitrenkia į išmetamosiose dujose esančias oro ir vandens garų molekules. Susidūrimai sukuria jonų plazmą – elektronų ir įkrautų azoto, deguonies ir hidroksido dalelių asortimentą, kuri, savo ruožtu, reaguoja su NOx ir kietųjų dalelių angliavandeniliais, sudarydama anglies dioksidą, orą ir vandens garus.

Ankstyvieji prototipai pasitvirtino, tačiau buvo neefektyvūs, o jų veikimui reikėjo net 50 procentų variklio galios. Tačiau Gundersenas tvirtina, kad komanda pastaruoju metu gerokai pagerino įrenginio efektyvumą, įtraukdama jį į diapazoną, kuris dyzelinių transporto priemonių gamintojams būtų patrauklus.

Kad pasiektų dramatišką pagerėjimą, Gundersenas teigia, kad jo komanda patobulino įrenginį, kad sutrumpėtų kiekvieno impulso trukmė nuo maždaug 200 nanosekundžių (milijardinių sekundės dalių) iki maždaug 50 nanosekundžių. Kadangi elektronų pagreitis vyksta tik pradinėse impulso stadijose, sutrumpėjus pliūpsniams, padidėjo elektronų energija plazmoje, kartu sunaudojama daug mažiau energijos.

Pasak fiziko Bernardo M. Penetrante'o, vadovaujančio Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos Environmental Plasma Technologies grupei, keliolika ar daugiau grupių visame pasaulyje dabar užsiima panašiais MTEP darbais, kurie ilgainiui gali konkuruoti dėl didžiulės potencialios rinkos dalies. Iš tiesų, EPA apskaičiavo, kad dabar JAV keliais rieda apie 5 milijonai sunkiųjų ir 2 milijonai lengvųjų dyzelinių transporto priemonių ir kasmet šalyje parduodama keli šimtai tūkstančių naujų dyzelinių transporto priemonių.

Gundersenas apskaičiavo, kad impulsinės galios papildomo apdorojimo įrenginys kainuotų apie 1000 USD. Jei taip pasitvirtins, rinka gali būti verta kelių milijardų dolerių. Ir rinka gali neapsiriboti dyzeliniais varikliais. Penetrante pažymi, kad bet koks įtaisas, galintis sumažinti NOx į gerybinius produktus dyzelinio išmetimo vamzdyje, taip pat gali būti pritaikytas benzininiams varikliams. Jis paaiškina, kad panašios sąlygos egzistuoja naujuose lieso degimo (didelio oro ir degalų santykio) benzininiuose varikliuose ir kad naujos technologijos, tokios kaip impulsinė galia, bus labai svarbios, kad naujos kartos transporto priemonės atitiktų vis griežtesnius išmetamųjų teršalų reikalavimus.

paslėpti