Ovo bi moglo biti kolosalno! O čemu je riječ: svi koji se još sjećate kemijskih pokusa iz škole, sjetit ćete se i Bunsenovog gorionika – jednostavne naprave uz pomoć koje ste grijali preparate na kojima ste provodili pokuse. Namještanjem položaja, odnosno visine cjevčice kojom je prolazio plin, mogla se postići različita boja plamena.
Kada je plamen bio plavičast, izgaranje plina bilo je potpuno, bez čestica. Naime, u tom položaju cjevčica bi zbog Venturijevog efekta – lokalnog pada tlaka u cijevi kroz koju brzo struji plin - na dnu uvlačila zrak i on bi se temeljito pomiješao s plinom još prije izlaska iz cijevi i samog izgaranja.
Vrlo sličan efekt kod ubrizgavanja i izgaranja dizelskog goriva ispituju inženjeri u Nacionalnim laboratorijima Sandia u SAD-u (detalji u okviriću desno). Da su na pragu nečeg uistinu velikog potvrdio je Charles Muller, znanstvenik koji proučava izgaranje u Sandiji i koji je zapravo osmislio kako princip Bunsenovog gorionika primijeniti na ubrizgavanje kod dizelskih motora.
Svoj izum nazvao je Ducted Fuel Injection – skraćeno DFI – što bi u slobodnom prijevodu bilo nešto kao ‘ubrizgavanje kroz cjevčice’.
„DFI bi nam trebao omogućiti da stvorimo prvi dizelski motor koji emitira tako male količine čestica i dušičnih oksida (NOx) da njegovi ispušni plinovi praktički ne bi trebali nikakav naknadni tretman“, kaže Muller.
Podsjetimo, kod današnjih dizelskih motora uvijek morate balansirati s količinom svježeg zraka i povratnih ispušnih plinova koje dovodite u proces izgaranja. S viškom zraka (kisika) gorivo izgara potpunije i s manje čestica, ali se pri visokom tlaku i temperaturi dušik spaja s neiskorištenim kisikom i stvara nesretne NOx.
Smanjite li količinu kisika koju dovodite u proces, odnosno povećate stupanj povrata ispušnih plinova, smanjit ćete stvaranje NOx, no u ispuhu će biti više čađe. I jedno i drugo mora se ukloniti, bilo DPF filtrima, bilo uz pomoć uree i SCR katalizatora.
Dodatnu potvrdu Mullerovom izumu, ali i podršku daljnjim istraživanjima, dali su Ford i Caterpillar produživši svoje ugovore za istraživanje i razvoj sa Sandiom, dok su na nedavnoj konferenciji u Japanu stručnjaci iz Toyote objavili znanstveni rad kojim su potvrdili da DFI tehnika učinkovito sprječava stvaranje čađi.
Zanimljivo je da bi se prva primjena DFI tehnike ubrizgavanja mogla dogoditi ne na potpuno novim motorima, već na golemim dizelašima vrijednim milijune, koji su već ugrađeni u brodove, lokomotive, elektrogeneratore...
Naime, za primjenu DFI-ja nije potrebno konstruirati potpuno novi motor, već je moguća i naknadna ugradnja; potrebno je samo zamijeniti brizgalice i iznova namjestiti neke parametre. Takav zahvat ne bi bio preskup, a utjecaj na čistoću ispušnih plinova bio bi ogroman. Dizelaši, čini se, ipak još nisu rekli svoju zadnju riječ.
Kako zapravo radi DFI?
Ključni komad - vjenčić s radijalno postavljenim cjevčicama
Glavni dio koji čini razliku između konvencionalnih dizelaša i DFI tehnike je vjenčić s radijalno postavljenim cjevčicama, kroz koje prolaze mlazevi goriva prije nego što ono ispari i izgori u dodiru s vrućim zrakom. Naime, ispred svake rupice na brizgalici postavljena je malena cjevčica, pa mlaz prvo mora proći kroz nju.
Gorivo koje je tek izašlo iz brizgalice još je kompaktno, nije isparilo i nije počelo gorjeti, no zbog velike brzine kojom prolazi kroz cjevčicu (približno 600 metara u sekundi!) stvara snažan Venturijev efekt, pa ono sa sobom u cijev uvlači i zrak.
To omogućava da se gorivo i zrak bolje promiješaju u području niskog tlaka, da se gorivo rasprši u mnogo finiju maglicu i tek tada počne isparavati i izgarati u uvjetima gdje je svaka molekula okružena s dovoljno kisika.
Takvo izgaranje stvara malo ili nimalo čađe, a kako je proces moguć i na nižim temperaturama, uvjeti su manje povoljni i za stvaranje dušikovih oksida (NOx). Cilj razvojnih inženjera je pronaći optimalni profil cjevčica kako bi se opisani efekt najbolje iskoristio.