Quando si tratta di motori per auto e camion, non è cambiato molto da quando Nikolaus Otto ha inventato il moderno motore a combustione interna nel 1876. Ma il motore a combustione interna potrebbe, almeno teoricamente, essere in un grande cambiamento.

I ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno ricevuto un brevetto dall'Ufficio brevetti e marchi degli Stati Uniti per un nuovo design che potrebbe aumentare l'efficienza e ridurre le emissioni tossiche dei motori a combustione interna alimentati a benzina che alimentano milioni di auto e camion in tutto il mondo. Il progetto teorico illustra i metodi per far girare rapidamente il gas all'interno dei cilindri a combustione interna che i motori utilizzano per azionare i veicoli.

Ossidi di azoto tossici

"L'idea è di ottenere la potenza netta dai motori che lavorano a temperature più basse di quanto altrimenti ritenuto possibile e quindi ridurre l'emissione di ossidi di azoto tossici, " ha detto il fisico PPPL Nat Fisch, Princeton Professore di Scienze Astrofisiche, co-sviluppatore del metodo brevettato. Lo sviluppatore principale è il fisico Vasily Geyko, che ha lavorato al progetto come studente laureato nel Princeton Program in Plasma Physics presso PPPL, che Fisch dirige.

Il brevetto, che Fisch e Geyko hanno inizialmente richiesto nel 2014, nato dalla ricerca che i fisici stavano conducendo sulla rapida rotazione e compressione del plasma:il caldo, zuppa carica di elettroni e nuclei atomici, piuttosto che benzina. Durante lo studio, supportato dalla National Nuclear Security Administration (NNSA) del DOE e dalla U.S. Defense Threat Reduction Agency, i ricercatori hanno scoperto che la rotazione rapida di un gas neutro potrebbe produrre condizioni a vantaggio dei motori a benzina.

Maggiore capacità termica

Però, Geyko e Fisch scoprirono che la capacità termica di un gas rotante ideale, la sua capacità di assorbire energia durante il riscaldamento, è maggiore di quella fissa. Gli scienziati si sono poi resi conto che un gas che ruota all'incirca alla velocità del suono, se utilizzato in un ciclo termodinamico, potrebbe consentire ai motori di funzionare a temperature più basse in modo più efficiente rispetto ai motori a combustione interna convenzionali.

Come sottolinea Geyko, "utilizzato per cicli Otto o Diesel, " che alimentano motori a benzina o diesel, l'effetto della capacità termica aumenta l'efficienza termodinamica per temperature massime e minime di esercizio fisse. Inoltre, il guadagno di efficienza relativo è maggiore al diminuire delle temperature massime di esercizio. Ciò rende l'invenzione particolarmente vantaggiosa per l'uso in motori a temperature molto basse."

Il gas rotante modifica anche il design standard del motore a combustione interna. "L'invenzione presenta un motore a otto tempi, piuttosto che un motore a quattro tempi, per far girare il gas nei punti giusti del ciclo, " ha detto Fisch. "Questo complica il motore, naturalmente. E un motore convenzionale sarà più efficiente a temperature convenzionali.

Maggiore efficienza

"Ma a temperature molto basse, dove i motori convenzionali funzionano con scarsissima efficienza, l'emissione di ossidi di azoto velenosi dalla combustione della benzina sarà significativamente inferiore. A quelle temperature la nostra invenzione potrebbe essere praticata a vantaggio, con maggiore efficienza e risparmio di carburante, con i corrispondenti benefici per la salute pubblica derivanti da una migliore qualità dell'aria attraverso la riduzione delle emissioni di ossidi di azoto."

Per adesso, i risultati brevettati rimangono teorici. Ma, Per esempio, se il Congresso dovesse legiferare una riduzione a livello nazionale dell'ossido di azoto, le possibilità teoriche potrebbero meritare un ulteriore sviluppo, ha detto Fisch. "In linea di principio, " ha aggiunto Geyko, "anche una moderata riduzione delle temperature di combustione consentite, a circa dire 1, 300-1, 800 gradi Celsius da circa 2, 500 gradi Celsius, sarebbe sufficiente per ottenere un vantaggio in termini di efficienza relativa per un motore a gas rotante dal 5-10% rispetto a un motore a ciclo Otto convenzionale."