Forskare designade en unik anläggning för att testa 3-D-tryckta motordelar, för att hjälpa till att minska koldioxidutsläppen över hela världen. Den nya Transient Air System Rig (TASR) designades och byggdes av Dr Aaron Costall och hans team från Imperial College Londons Department of Mechanical Engineering.

Forskarna hoppas att det kommer att hjälpa tillverkare av stora terräng- och godsfordon att minska mängden koldioxid (CO2) de producerar.

Riggen använder frisk luft istället för heta avgaser, så de 3-D-tryckta plastdelarna kommer inte att smälta under de vanligtvis varma förhållanden som finns i normala motortestanläggningar.

Det betyder också att tillverkare endast kan 3D-skriva ut de delar av motorn som behöver testas, istället för att bygga en hel motor.

TASR kommer att användas för att designa och testa motorkomponenter för nya tunga terräng- och godsfordon med låga utsläpp, och forskarna tror att det kommer att bidra till att minska CO2-utsläppen både i Storbritannien och världen över.

Caroline Brogan kom i kontakt med Dr Costall för att diskutera det nya systemet.

Vilket problem försöker du lösa?

Transporter står för en fjärdedel av världens koldioxidutsläpp, men är också den sektor som är svårast att minska koldioxidutsläppen.

Mellan 1990 och 2010, tunga fordon bidrog till en ökning av koldioxidutsläppen med 36 procent i EU. Detta beror till stor del på den växande efterfrågan på vägfrakt, såväl som bristande framsteg när det gäller att förbättra motorns bränsleeffektivitet:CO2-utsläpp är direkt kopplade till mängden bränsle som förbränns.

Varför är den här riggen ett steg i rätt riktning för tunga fraktfordon?

För att minska CO2-utsläppen, vi måste förbättra motoreffektiviteten. Vi kan göra detta genom att finjustera motorns "andningsapparat", samtidigt som man återvinner så mycket energi från de heta avgaserna som möjligt.

De delar av motorn som styr dessa processer kallas gemensamt för luftsystemet, och en kritisk komponent i de flesta moderna luftsystem är turboladdaren. Vår forskning undersöker sätt att förbättra luftsystemet och turboladdarens prestanda för att snabbt öka luftintaget, samtidigt som energin återvinns från avgaserna.

Vi gör detta genom att försöka förstå hur avgaserna strömmar genom luftsystemet och in i turboladdaren, medan du försöker dra fördel av tryckpulseringar, och i princip gör det så lätt som möjligt för motorn att "andas". Genom att göra så, vi minskar mängden bränsle som krävs och mängden CO2 som släpps ut.

Hur fungerar riggen?

Motorer är komplexa. Processerna involverar en blandning av luft och bränsle, vid ständigt växlande tryck och temperaturer. I luftsystemet, flödet av avgaser pulserar faktiskt på grund av ventilrörelser. Allt detta gör det mycket svårt att exakt förutsäga hur motorer beter sig.

Nu har vi TASR, som låter oss mäta motorprestanda under kontrollerade men motorrealistiska förhållanden, för nästan alla storlekar och typer av förbränningsmotorer.

Genom att imitera motorns pulsflöde, vi tar bort behovet av att bränna bränsle – vilket gör att vi kan studera vätskedynamiken utan de förvirrande effekterna av värmeöverföring på grund av heta avgaser. Det finns ingen annan experimentanläggning i världen som den!

TASR byggdes med hjälp av Lotus Active Valve Train-system som en del av projektet för högpresterande motorluftsystem, som är ett samarbete mellan Imperial, Caterpillar Inc., och Honeywell Transportation Systems.

Det är beställt som en del av Energy Technologies Institute (ETI)'s Heavy Duty Vehicle Efficiency Programme.

Vad är nästa för fältet?

Många utmaningar med fordonsutsläpp kan mötas genom elektrifiering, så länge elen genereras från energikällor med lägre klimatpåverkan, såsom naturgas och, alltmer, förnybara resurser som sol och vind.

Detta är det nuvarande tillvägagångssättet inom sektorn för personbilar, men övergången till elfordon kommer inte att ske över en natt:Det kommer att ske en gradvis övergång under många år, under vilken tid nuvarande teknik, förbränningsmotorn, fortsätter att släppa ut CO2.

Vidare, det är väldigt svårt att elektrifiera, eller till och med hybridisera, många tunga fordon – kraven på energilagring skulle vara enorma – vilket är anledningen till att energitäta flytande kolvätebränslen fortfarande är vanliga. Detta är ännu mer av ett problem för terrängmaskiner, som de som används inom konstruktion och gruvdrift, där arbetsplatsen kan vara extremt avlägsen från en livskraftig elkälla.

Allt detta innebär att industri och akademi måste fortsätta att arbeta tillsammans för att förbättra motoreffektiviteten, eftersom även den minsta ökning kommer att minska mängden CO2 som kommer att släppas ut i vår atmosfär.