Onderzoekers ontwierpen een unieke faciliteit voor het testen van 3D-geprinte motoronderdelen, om de CO2-uitstoot wereldwijd te helpen verminderen. De nieuwe Transient Air System Rig (TASR) is ontworpen en gebouwd door Dr. Aaron Costall en zijn team van het Department of Mechanical Engineering van Imperial College London.

De onderzoekers hopen dat het makers van grote terrein- en vrachtvoertuigen zal helpen om de hoeveelheid koolstofdioxide (CO2) die ze produceren te verminderen.

De installatie gebruikt verse lucht in plaats van heet uitlaatgas, zodat de 3D-geprinte plastic onderdelen niet smelten onder de gewoonlijk hete omstandigheden die worden aangetroffen in normale motortestfaciliteiten.

Het betekent ook dat makers alleen de onderdelen van de motor kunnen 3D-printen die moeten worden getest, in plaats van een hele motor te bouwen.

TASR zal worden gebruikt voor het ontwerpen en testen van motoronderdelen voor nieuwe zware off-road- en vrachtvoertuigen met lage emissies, en de onderzoekers denken dat het zal helpen om de CO2-uitstoot zowel in het VK als wereldwijd te verminderen.

Caroline Brogan sprak met Dr. Costall om het nieuwe systeem te bespreken.

Welk probleem probeer je op te lossen?

Transport produceert een kwart van de wereldwijde CO2-uitstoot, maar is ook de moeilijkst te decarboniseren sector.

Tussen 1990 en 2010 zware bedrijfsvoertuigen droegen bij aan een stijging van 36 procent van de CO2-uitstoot in de EU. Dit komt grotendeels door de groeiende vraag naar vrachtvervoer over de weg, evenals een gebrek aan vooruitgang bij het verbeteren van de brandstofefficiëntie van de motor:de CO2-emissies zijn rechtstreeks gekoppeld aan de hoeveelheid verbrande brandstof.

Waarom is dit tuig een stap in de goede richting voor zware vrachtvoertuigen?

Om de CO2-uitstoot te verminderen, we moeten de efficiëntie van de motor verbeteren. Dit kunnen we doen door het 'ademhalingsapparaat' van de motor te finetunen, terwijl zoveel mogelijk energie wordt teruggewonnen uit de hete uitlaatgassen.

De onderdelen van de motor die deze processen aansturen, staan ​​gezamenlijk bekend als het luchtsysteem, en een cruciaal onderdeel van de meeste moderne luchtsystemen is de turbocompressor. Ons onderzoek onderzoekt manieren om de prestaties van het luchtsysteem en de turbocompressor te verbeteren om de luchtinlaat snel te vergroten, terwijl energie wordt teruggewonnen uit het uitlaatgas.

We doen dit door te proberen te begrijpen hoe de uitlaatgassen door het luchtsysteem en in de turbocompressor stromen, terwijl je probeert te profiteren van drukpulsaties, en in feite het de motor zo gemakkelijk mogelijk maken om te 'ademen'. Daarbij, we verminderen de benodigde hoeveelheid brandstof en de uitstoot van CO2.

Hoe werkt het tuig?

Motoren zijn complex. De processen omvatten een mengsel van lucht en brandstof, bij continu veranderende drukken en temperaturen. In het luchtsysteem, de stroom uitlaatgas pulseert eigenlijk vanwege de beweging van de klep. Dit alles maakt het erg moeilijk om nauwkeurig te voorspellen hoe motoren zich gedragen.

Nu hebben we TASR, waarmee we de motorprestaties kunnen meten onder gecontroleerde maar motorrealistische omstandigheden, voor bijna alle maten en typen verbrandingsmotoren.

Door de pulsstroom van de motor na te bootsen, we elimineren de noodzaak voor het verbranden van brandstof - waardoor we de vloeistofdynamica kunnen bestuderen zonder de verstorende effecten van warmteoverdracht als gevolg van hete uitlaatgassen. Er is geen andere experimentele faciliteit in de wereld zoals deze!

TASR is gebouwd met behulp van het Active Valve Train-systeem van Lotus als onderdeel van het hoogwaardige motorluchtsysteemproject, dat is een samenwerking tussen Imperial, Caterpillar Inc., en Honeywell transportsystemen.

Het wordt in gebruik genomen als onderdeel van het Heavy Duty Vehicle Efficiency Program van het Energy Technologies Institute (ETI).

Wat volgt er voor het veld?

Veel uitdagingen op het gebied van voertuigemissies kunnen worden aangepakt door middel van elektrificatie, zolang de elektriciteit wordt opgewekt uit energiebronnen met een lagere klimaatimpact, zoals aardgas en, meer en meer, hernieuwbare bronnen zoals zon en wind.

Dit is de huidige aanpak in de sector personenauto's, maar de overgang naar elektrische voertuigen zal niet van de ene op de andere dag plaatsvinden:er zal een geleidelijke overgang zijn over vele jaren, gedurende welke tijd de huidige technologie, de verbrandingsmotor, blijft CO2 uitstoten.

Verder, het is erg moeilijk om te elektrificeren, of zelfs hybridiseren, veel zware bedrijfsvoertuigen - de vereisten voor energieopslag zouden enorm zijn - en daarom blijven energierijke vloeibare koolwaterstofbrandstoffen overheersend. Dit is nog meer een probleem voor off-road machines, zoals die gebruikt worden in de bouw en mijnbouw, waar de werkplek zeer ver verwijderd kan zijn van een levensvatbare elektriciteitsbron.

Dit alles betekent dat de industrie en de academische wereld moeten blijven samenwerken om de motorefficiëntie te verbeteren, want zelfs de kleinste toename zal de hoeveelheid CO2 die in onze atmosfeer wordt uitgestoten, verminderen.