Hur fungerar återvinning och återcirkulation av avgaserna

  • Paul Sparks
  • 0
  • 1214
  • 62
Detta kan överraska dig, men det finns många sätt att använda avgaserna från detta fordon för att öka bränsleeffektiviteten och minska dess skadliga effekter på miljön. Joe Raedle / Getty Images News

Med världsomspännande reserver av fossila bränslen som gradvis minskar och luftföroreningar ökar, är bilingenjörerna ständigt på jakt efter sätt att göra bilar mer bränsleeffektiva och minska deras koldioxidutsläpp. En av de mest överraskande platserna de har hittat bortkastad energi är i bilens avgaser. Egentligen har biltillverkare tappat den dolda kraften i bilavgas sedan början av 1970-talet. Eftersom denna teknik återvinner avgaserna innan den kan lämna fordonet, hjälper den också till att minska utsläppen från en bil och hjälper till att bekämpa luftföroreningar.

Teknologier som görs för att maximera effektiviteten i ett fordons avgaser kallas kollektivt avgasåtervinning och återcirkulation. Det finns flera sätt att använda ett fordons avgaser för att öka bränsleeffektiviteten och få det att köra med färre utsläpp. Exempelvis kan värmen från bilens avgaser användas för att värma motorns kylvätska för att hålla motorn igång varm, även när motorn har stängts av under en betydande tidsperiod. Bilens inre kan också värmas upp med avgasvärme, även i väldigt kallt väder. Mängden kväveoxidutsläpp (N2O) kan minskas och ett fordons avgaser kan faktiskt användas för att generera el. Termen avgasåtervinning används för processen genom vilken avgasens värmeenergi återvinns genom både bilen och motorn, så det är en del av alla dessa tekniker.

Även om denna teknik kan användas i alla bilar, lastbilar eller SUV med en förbränningsmotor, är de särskilt viktiga för hybridfordon, som behöver producera maximal bränsleeffektivitet och minimala utsläpp. Några av de mest avancerade implementeringarna av denna teknik finns i 2010 Toyota Prius. På de kommande sidorna tittar vi på hur biltekniker har gjort denna teknik möjlig.

Innehåll
  1. Kväveoxidutsläpp
  2. Avgasvärmeåtercirkulation
  3. El från avgas
Skulle du tro att hans lilla sak skulle kunna producera så mycket avfall? © iStockphoto / futureimage

Förbränningsmotorerna i bilar, lastbilar och andra fordon producerar flera typer av föroreningar. En av de vanligaste är koldioxidutsläpp, som spelar en viktig roll i den globala uppvärmningen. Att minska koldioxidutsläppen har blivit ett av de viktigaste målen för bilingenjörer. Men bilmotorer producerar också andra utsläpp. En av huvudkomponenterna i smog är N2O -- kväveoxid -- och dessa utsläpp produceras också av förbränningsmotorer.

Liksom koldioxid är kväveoxid a växthusgas. Detta innebär att den fångar värmen i solstrålning - solljus - i vår atmosfär och använder den för att värma upp jordens yta. Utan värmen som fångats av växthusgaser skulle jordens yta vara för kallt för att stödja livet. Rätt balans är dock viktig. Medan för lite skulle förvandla jorden till en frusen snöboll, för mycket skulle den förvandlas till en svällande djungel eller öken. Människor och vår teknik har utvecklats för att kräva ett visst klimat. Allt som ändrar klimatet kan påverka vårt sätt att leva, dramatiskt förändra jordbruksmönster och smälta de polära iskapslarna.

Det är tydligt att minska kväveoxidutsläppen från bilar är lika viktigt som att minska koldioxidutsläppen, men hur kan utsläppen minskas? Kväveoxid produceras vid mycket höga temperaturer, så allt som sänker driftstemperaturen för en förbränningsmotor skulle minska N2O-utsläppen. Det är där återcirkulation av avgaser kommer in. Vi kommer att prata om detta mer detaljerat på nästa sida.

Nyckeln till avgasrecirkulation är en enhet som kallas en återcirkulation av avgaserna (EGR) ventil. EGR-ventilen öppnas när den stöter på mottrycket från bilens avgaser och kanalerar tillbaka in i förbränningskammaren. Du kanske undrar vad bra detta gör, eftersom luften i kammaren blandas med bensin för att göra den brännbar. En sak det gör är att göra bränslet varmare. Varmt bränsle värms upp mer effektivt och producerar därför mer mil per gallon. När EGR-ventilen avkänner att motorn är tillräckligt varm omdirigerar den avgaserna någon annanstans för att förhindra att motorn överhettas.

Att värma upp kylvätskan och bränslet hjälper inte bara motorn att nå sin optimala temperatur snabbare när motorn först startas, utan har också en särskild fördel för hybrider. De flesta hybrider är utformade så att förbränningsmotorn stängs av när fordonet stoppas. Om den förblir avstängd för länge kan motorn bli kall. EGR hjälper till att förhindra att motorn svalnar för snabbt.

Hur minskar återcirkulationen av avgaserna? De utsläpp som målas av EGR kommer från kväveoxider som produceras vid mycket höga temperaturer. Genom att blanda bilens avgaser med insugningsluften reduceras mängden syre i blandningen och dess brännbarhet minskas, vilket får bränslet att brännas vid en lägre temperatur. I de flesta EGR-system kyls avgaserna också innan det blandas med gasen. Därför bränns bränsle blandat med avgaser svalare och mindre benägna att producera N2O. De lägre temperaturerna hjälper också bränsleekonomin. Med bränsle som är mindre benägna att detonera har programmerarna som skriver programvaran timing rutiner för moderna motorer mer kontroll över precisionen i motorns timing. De lägre temperaturerna hjälper också till att undvika energiförluster vid värmeöverföring, vilket innebär att mer av bilens energi går till att tillhandahålla kraft för hjulen.

Som vi har sett kan återcirkulerande avgas både öka bränsleeffektiviteten och minska föroreningarna. Men visste du att det också kan producera el? Vi kommer att utforska det konceptet på nästa sida.

Termoelektriska enheter skulle hjälpa till att öka en hybridbils sortiment genom att fylla i för batterierna som kör sin elmotor. Bryan Mitchell / Getty Images News

Termoelektriska material, som namnet antyder kan producera värme från el. Dessa material upptäcktes 1821 av den tyska fysikern Thomas Seebeck. De har generellt sett varit för dyra och ineffektiva för att vara till någon nytta för biltekniker, men detta har börjat förändras: U.S. Department of Energy har uttryckt intresse för att finansiera utvecklingen av ett praktiskt termoelektriskt system som kan användas i bilar.

Det finns många källor till bortkastad värme i bilar, inklusive kylaren och motorn, men den största källan är förmodligen avgaserna. Med tanke på att de flesta bilar redan recirkulerar avgas i en EGR-slinga och att denna teknik kommer att bli ännu viktigare i framtiden, ger detta en idealisk möjlighet att fånga denna annars bortkastade värme och använda termoelektriska enheter för att konvertera den till el. Denna elektricitet kan användas för att driva bilens elektriska system, ladda batterierna, och kanske viktigast av allt, köra elmotorn i hybrid- och plug-in batteri elektriska fordon. Detta skulle vara en nästan perfekt sammanflytning av flera tekniker och skulle ha biverkningen att hjälpa till att minska kväveoxidutsläppen genom att ytterligare kyla avgaserna innan det blandas med bränsle.

Varje typ av bil skulle kunna dra nytta av detta termoelektriska boost, men än en gång skulle det vara mest användbart när det används på hybridfordon. Det skulle utöka deras sortiment genom att komplettera batterierna som kör elmotorn och minska den tid som krävs för att ladda batterierna.

Utvecklingen av bränsleeffektiv teknik med låg förorening som återgascirkulation och termoelektrisk kraft kommer att göra framtidens bilar - som kommer att ha liten eller ingen användning för fossila bränslen - möjliga. Det är viktigt att vi utvecklar denna teknik nu, innan fossila bränslen tar slut och föroreningar gör betydande skador på jordens atmosfär och klimat.

Relaterade artiklar

  • Hur Drive-by-Wire-teknik fungerar 
  • 5 sätt Hybridbatteripaket förbättras
  • Så fungerar Instant MPG-avläsning
  • Hur bromsassistans fungerar
  • Hur fungerar alternativa tankstationer
  • Hur SmartWay-fordon fungerar

källor

  • Green Car Congress. "Termoelektrik får mer uppmärksamhet och utvecklingsfokus." 22 juli 2005. (14 april 2009) http://www.greencarcongress.com/2005/07/thermoelectrics.html
  • Heremans, Joseph. "Material kan hjälpa bilar att förvandla värme till el." Eureka Alert. 24 juli 2008. (15 april 2009) http://www.eurekalert.org/pub_releases/2008-07/osu-mmh072108.php
  • Thaindian News. "Återvinning av avgaser kan driva gröna bilar." 26 februari 2008. (14 april 2009) http://www.thaindian.com/newsportal/health/recycling-exhaust-heat-may-power-green-cars_10021214.html



Ingen har kommenterat den här artikeln än.

De mest intressanta artiklarna om hemligheter och upptäckter. Massor av användbar information om allt
Artiklar om vetenskap, rymd, teknik, hälsa, miljö, kultur och historia. Förklara tusentals ämnen så att du vet hur allt fungerar