Injection de carburant supercritique

Des chercheurs de New York ont ​​démontré un système d'injection de carburant diesel supercritique qui peut réduire les émissions du moteur de 80 pour cent et augmenter l'efficacité globale de 10 pour cent.

Devenir supercritique : Cet équipement de laboratoire est utilisé pour étudier le carburant diesel supercritique.

Les moteurs diesel ont tendance à être plus efficaces que l'essence, mais le compromis est qu'ils sont généralement plus polluants. Parce que le diesel est lourd, viscose et moins volatil que l'essence, tout le carburant n'est pas brûlé pendant la combustion, ce qui entraîne la libération de composés de carbone sous forme de suie particulaire nocive. Les températures de combustion plus élevées nécessaires pour brûler du diesel entraînent également une augmentation des émissions d'oxydes d'azote.

Un fluide devient supercritique lorsque sa température et sa pression dépassent un point limite critique, lui faisant acquérir de nouvelles propriétés entre celles d'un liquide et d'un gaz. George Anitescu, chercheur associé au Département de génie biomédical et chimique à l'Université de Syracuse dans l'État de New York, qui a développé la nouvelle conception du moteur, affirme que le diesel supercritique peut être brûlé plus efficacement et plus proprement.

En élevant le diesel à un état supercritique avant de l'injecter dans la chambre de combustion d'un moteur, la viscosité devient moins problématique, explique Anitescu. De plus, la diffusion moléculaire élevée des fluides supercritiques signifie que le carburant et l'air se mélangent presque instantanément. Ainsi, au lieu d'essayer de brûler des gouttelettes de carburant relativement grosses entourées d'air, le carburant vaporisé se mélange plus uniformément avec l'air, ce qui le fait brûler plus rapidement, plus proprement et plus complètement. En un sens, c'est comme un intermédiaire entre le diesel et l'essence, mais avec les avantages des deux, explique Anitescu, qui a présenté son travail la semaine dernière à Orientations de la recherche sur l'efficacité des moteurs et les émissions , une conférence tenue à Dearborn, MI.

Dans le passé, une autre approche connexe, appelée allumage par compression à charge homogène, a été utilisée pour améliorer les performances du diesel. Il s'agit de prémélanger gazole et air avant de l'injecter sous forme de vapeur dans une chambre de combustion sous haute pression. Mais si ce mélange brûle plus efficacement, il rend également la combustion plus difficile à contrôler, ce qui peut entraîner des cognements du moteur : des ondes de choc dans les cylindres du moteur causées par des poches de carburant et d'air non brûlés. En revanche, l'injection diesel supercritique produit de très petites gouttelettes ressemblant à de la vapeur, mais avec des densités de carburant équivalentes à celles d'un liquide, explique Anitescu.

Andreas Birgel , un chercheur du groupe de recherche sur les moteurs à combustion interne et les systèmes de carburant de l'University College de Londres, au Royaume-Uni, affirme qu'il y a beaucoup d'intérêt à produire du diesel qui se vaporise plus facilement, par exemple, en utilisant de l'huile de maïs ou de colza pour fabriquer du biodiesel, qui a un viscosité relativement faible. Une autre approche consiste à traiter le diesel conventionnel avec des additifs, dit-il.

Pour que le diesel atteigne un état supercritique, le système de carburant d'Anitescu doit d'abord le chauffer à environ 450 degrés Celsius à une pression d'environ 60 000 000 Pascal. Atteindre la pression n'est pas un problème, dit Anitescu, mais augmenter la température est plus exigeant.

Étant donné que les systèmes de carburant fonctionnent généralement à des températures inférieures à 80 degrés Celsius, Anitescu et ses collègues ont utilisé la chaleur des gaz d'échappement du moteur pour augmenter la température du carburant. Cela entraîne d'autres complications. Il faut l'empêcher de cokéfier, dit-il. La cokéfaction se produit lorsque les hydrocarbures contenus dans le carburant réagissent, produisant des dépôts collants pouvant entraîner des défaillances du système de carburant. Le phénomène peut être évité en diluant le carburant avec un additif, tel que le dioxyde de carbone ou l'eau. Dans le moteur Syracuse, une petite quantité de gaz d'échappement est introduite pour agir comme agent anticokage, une technique connue sous le nom de recirculation des gaz d'échappement.

Le système n'a été testé qu'en laboratoire, mais un prototype pourrait être prêt à être testé d'ici la fin de l'année, a déclaré Anitescu. Le système de carburant est conçu pour utiliser des injecteurs de carburant conventionnels, même si ceux-ci sont conçus pour fonctionner avec des fluides ordinaires. Anitescu dit qu'il peut être possible d'améliorer les performances en passant à un état fluide juste en dessous du supercritique. Cela peut permettre à la vaporisation de se produire tout en obtenant de meilleures performances des injecteurs. Nous avons beaucoup d'options ici, dit-il.

A la même conférence, Combustion transsonique , une société basée à Camarillo, en Californie, a présenté les détails d'une autre façon d'utiliser des carburants supercritiques qui implique un nouvel injecteur de carburant et la refonte de l'ensemble du système de soupapes et de la chambre de combustion du moteur.

Mais avec l'une ou l'autre approche, devenir supercritique n'est pas sans coût, dit Birgel. Vous avez toujours besoin de la viscosité car la plupart des systèmes de carburant diesel dépendent du carburant pour la lubrification, dit-il.

C'est une question qui n'a pas encore été abordée, admet Anitescu. Il dit qu'il peut être possible d'introduire des lubrifiants, mais cela ne serait nécessaire que dans l'étape finale du système de carburant, où le fluide est le plus chaud. Pour les carburants sous-critiques, cela peut ne pas être un problème, dit-il.

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