Инженеры-химики, тестирующие методы повышения эффективности дизельных двигателей при сохранении производительности, получают помощь от летнего продукта: факелов Tiki.
Команда инженеров из Университета Нотр-Дам использует факелы на заднем дворе, чтобы имитировать процесс окисления сажи в дизельном двигателе, когда сажа в дизельных выхлопах скапливается на стенках сажевого фильтра и должны быть сожжены - согласно исследованию, недавно опубликованному в Catalysts.
«Это исследование является частью нашей многолетней работы, в ходе которой мы обнаружили и разработали недорогие катализаторы для окисления сажи на основе кварцевого стекла», - сказал Пол Макгинн, соавтор исследования. и профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии Нотр-Дама.
McGinn и один из главных исследователей Changsheng Su из Cummins Inc. разработали метод покрытия дизельных сажевых фильтров кварцевым стеклом, которое медленно выделяет ионы калия. Калий действует как катализатор, снижая температуру, необходимую для запуска регенерации фильтра или окисления сажи, для повышения эффективности.
Что им было нужно, так это простой способ моделирования реальных условий вождения, включая непрерывный поток сажи, проходящей через дизельный сажевый фильтр.
«Мы могли бы делать это непрерывно, используя горелку Tiki, используя сажу Tiki в качестве суррогата настоящей сажи двигателя», - сказал Макгинн. «В зависимости от настройки вы действительно получаете много сажи, чего мы и хотим». Команда построила сложный реактор, оснащенный генератором сажи и датчиками обратного давления, что позволяет им контролировать условия, включая уровень кислорода, соотношение воздуха и топлива и производство сажи в час.
Новые методы снижения окисления сажи представляют особый интерес для производителей дизельных двигателей. Дизельный выхлоп содержит, среди прочего, частицы сажи и оксиды азота (NOx), при этом сажа является основным фактором глобального потепления и причиной проблем с дыханием. Агентство по охране окружающей среды (EPA) уже более десяти лет работает над сокращением выбросов от транспортных средств, промышленных транспортных средств, локомотивов и судов.
Для автомобилей с дизельными двигателями EPA требует, чтобы и сажа, и NOx не превышали определенных уровней, но остаются проблемы с экономичным сокращением этих выбросов без ущерба для производительности. Когда условия работы двигателя регулируются для снижения уровня выбросов NOx, уровень сажи увеличивается, и наоборот.
Стандартный сажевый фильтр представляет собой керамический цилиндр с сотовой структурой и пористыми стенками. Все остальные каналы или отверстия фильтра закрыты. Когда выхлопные газы попадают в фильтр, сажа скапливается на внутренних стенках по мере прохождения очищенных выхлопных газов.
Чтобы сжечь скопившуюся на стенках фильтра сажу, температура выхлопных газов должна достигать 600 градусов Цельсия (1 112 F). «Когда вы находитесь в городской среде, где вы останавливаете и запускаете двигатель, температура выхлопных газов не становится такой высокой», - сказал Макгинн.
В некоторых случаях топливо используется для нагрева фильтра и сжигания сажи - процесс, называемый активной регенерацией, - который значительно снижает расход топлива автомобиля и требует значительного использования благородных металлов (таких как платина).
«Все ищут недорогой способ снизить температуру», - сказал Макгинн. «В нашем случае мы разработали недорогое стеклянное покрытие толщиной от одного до двух микрон и нанесли его на сажевые фильтры дизельного топлива. Стекло медленно доставляет калиевый катализатор на протяжении 150 000 миль пробега и обеспечивает так называемую пассивную регенерацию. Поэтому, когда вы едете по шоссе на высокой скорости, температура выхлопных газов становится достаточно высокой, чтобы непрерывно сжигать накопленную сажу."
С помощью горелок Tiki, обеспечивающих накопление сажи, необходимое для испытаний, Макгинн сказал, что его команда рассмотрит, как дополнительно адаптировать состав стекла, чтобы также снизить выбросы NOx.