Zeker in de VS staan diesel emissies zeer in de belangstelling, vooral sinds de Volkswagen capriolen. Geen wonder dat een Japanse presentatie over een veelbelovende verbetering, op het recente SAE congres in de VS, de aandacht trok. Hoe denkt het New ACE Institute de dieselverbranding een stuk schoner en tegelijk nog zuiniger te maken?
Diesel schoner met driedubbele injectie?
Foto: Dit is het idee, drievoudige dieselinjectie. Merk op dat de zuigervorm ook aangepast is, zonder het gebruikelijke kegeltje middenin de zuigerkom dat de centrale inspuiting richting zuigermantel stuurt.
Met ons hebben velen waarschijnlijk nog nooit gehoord van het New ACE Institute. Een pure onderzoeksorganisatie die zich speciaal op diesels richt. Maar kennelijk wel heel serieus te nemen, als we zien dat een reeks grote Japanse autoconcerns deze onderzoekers sponsoren, daarnaast ook Bosch en Denso.
Drie inspuitventielen
De nieuwe vinding, die verder onderzocht zal worden, brengt twee extra injectoren in de dieselcilinder. Twee zijdelingse injectoren spuiten zijwaarts in, met de werveling van de inlaatlucht mee. Maar eerst spuit de centrale injector in.
Het idee is dat een soort isolerende ring komt rond de verbranding die bij de centrale injector begint. Uiteraard ontsteekt daarna ook het mengsel dat de zijdelingse injectoren vormen.
Hiermee ontstaat een meer homogene verbranding over de hele cilinder, dan bij de diesels die we nu kennen. De isolerende ring moet voorkomen dat druppels van de centraal ingespoten diesel op de wanden van de zuigerkom belanden, en onvolledig verbranden tot roet.
Minder NOx, heter uitlaatgas
En da’s niet alles. De zijdelingse inspuitingen zorgen dat rondom de centraal gestarte verbranding niet eerst een ring van lucht overblijft, die nog niet met brandstof is gemengd. Juist in die lucht rondom de verbranding vormt zich NOx.
Het pV diagram van de Sabathe cyclus: van punt 2 naar 3 verbranding bij constant volume, en van 3 naar 4 bij constante druk. Een Otto cyclus volgt 1-2-3-5, een Diesel cyclus 1-3-4-5. Het geleverd vermogen volgt uit het oppervlak tussen de krommen. Dat is bij Sabathe wat groter dan bij Otto of Diesel. Het pV diagram van de Sabathe cyclus: van punt 2 naar 3 verbranding bij constant volume, en van 3 naar 4 bij constante druk. Een Otto cyclus volgt 1-2-3-5, een Diesel cyclus 1-3-4-5. Het geleverd vermogen volgt uit het oppervlak tussen de krommen. Dat is bij Sabathe wat groter dan bij Otto of Diesel.
Nog een voordeel, de warmte uit de centrale verbranding wordt veel minder opgenomen door zuiger en cilinderwand. Met als gevolg heter uitlaatgas, dat een roetfilter, oxikat en SCR kat sneller en beter op werktemperatuur brengt.
Minder warmteverlies naar motordelen betekent bovendien meer effectief vermogen. Het dieselrendement zou boven 50 % kunnen komen. Nou, dan zijn we er wel uit. Minder deeltjes en stikstofoxiden, meer vermogen, effectievere uitlaatgasreiniging. Hoe mooi kan het worden?
Gemengde Sabathe cyclus
Het onderzoek richt zich met name op zware diesels. Niet zo raar, daar in Japan diesels voor personenauto’s nog steeds weinig populair zijn. En een grote diesel zoals in trucks biedt eerder genoeg ruimte in en om de cilinder voor twee extra inspuitventielen.
Aan de basis van deze vinding staat een al oude theorie, de Sabathe cyclus. Dat is een combinatie van Otto- en Diesel-cyclus. In het kort heb je bij Otto, op benzine, een explosieve verbranding bij constant (cilinder)volume. Bij Diesel neemt de verbranding meer tijd, zo lang als er ingespoten wordt. Dat geldt als verbranding bij constante (verbrandings)druk.
Een combinatie zou de voordelen van beide cycli samenbrengen. Dat is wat de experimenten van New ACE Institute lijken te realiseren. In een testcilinder, dus de vraag is nog of het in een seriemotor ook toepasbaar is, en even goed resultaat laat zien.
Diesel schoner met driedubbele injectie?
Foto: Dit is het idee, drievoudige dieselinjectie. Merk op dat de zuigervorm ook aangepast is, zonder het gebruikelijke kegeltje middenin de zuigerkom dat de centrale inspuiting richting zuigermantel stuurt.
Met ons hebben velen waarschijnlijk nog nooit gehoord van het New ACE Institute. Een pure onderzoeksorganisatie die zich speciaal op diesels richt. Maar kennelijk wel heel serieus te nemen, als we zien dat een reeks grote Japanse autoconcerns deze onderzoekers sponsoren, daarnaast ook Bosch en Denso.
Drie inspuitventielen
De nieuwe vinding, die verder onderzocht zal worden, brengt twee extra injectoren in de dieselcilinder. Twee zijdelingse injectoren spuiten zijwaarts in, met de werveling van de inlaatlucht mee. Maar eerst spuit de centrale injector in.
Het idee is dat een soort isolerende ring komt rond de verbranding die bij de centrale injector begint. Uiteraard ontsteekt daarna ook het mengsel dat de zijdelingse injectoren vormen.
Hiermee ontstaat een meer homogene verbranding over de hele cilinder, dan bij de diesels die we nu kennen. De isolerende ring moet voorkomen dat druppels van de centraal ingespoten diesel op de wanden van de zuigerkom belanden, en onvolledig verbranden tot roet.
Minder NOx, heter uitlaatgas
En da’s niet alles. De zijdelingse inspuitingen zorgen dat rondom de centraal gestarte verbranding niet eerst een ring van lucht overblijft, die nog niet met brandstof is gemengd. Juist in die lucht rondom de verbranding vormt zich NOx.
Het pV diagram van de Sabathe cyclus: van punt 2 naar 3 verbranding bij constant volume, en van 3 naar 4 bij constante druk. Een Otto cyclus volgt 1-2-3-5, een Diesel cyclus 1-3-4-5. Het geleverd vermogen volgt uit het oppervlak tussen de krommen. Dat is bij Sabathe wat groter dan bij Otto of Diesel. Het pV diagram van de Sabathe cyclus: van punt 2 naar 3 verbranding bij constant volume, en van 3 naar 4 bij constante druk. Een Otto cyclus volgt 1-2-3-5, een Diesel cyclus 1-3-4-5. Het geleverd vermogen volgt uit het oppervlak tussen de krommen. Dat is bij Sabathe wat groter dan bij Otto of Diesel.
Nog een voordeel, de warmte uit de centrale verbranding wordt veel minder opgenomen door zuiger en cilinderwand. Met als gevolg heter uitlaatgas, dat een roetfilter, oxikat en SCR kat sneller en beter op werktemperatuur brengt.
Minder warmteverlies naar motordelen betekent bovendien meer effectief vermogen. Het dieselrendement zou boven 50 % kunnen komen. Nou, dan zijn we er wel uit. Minder deeltjes en stikstofoxiden, meer vermogen, effectievere uitlaatgasreiniging. Hoe mooi kan het worden?
Gemengde Sabathe cyclus
Het onderzoek richt zich met name op zware diesels. Niet zo raar, daar in Japan diesels voor personenauto’s nog steeds weinig populair zijn. En een grote diesel zoals in trucks biedt eerder genoeg ruimte in en om de cilinder voor twee extra inspuitventielen.
Aan de basis van deze vinding staat een al oude theorie, de Sabathe cyclus. Dat is een combinatie van Otto- en Diesel-cyclus. In het kort heb je bij Otto, op benzine, een explosieve verbranding bij constant (cilinder)volume. Bij Diesel neemt de verbranding meer tijd, zo lang als er ingespoten wordt. Dat geldt als verbranding bij constante (verbrandings)druk.
Een combinatie zou de voordelen van beide cycli samenbrengen. Dat is wat de experimenten van New ACE Institute lijken te realiseren. In een testcilinder, dus de vraag is nog of het in een seriemotor ook toepasbaar is, en even goed resultaat laat zien.
