Kemiska ingenjörers testmetoder för att förbättra dieselmotorernas effektivitet samtidigt som prestandan bibehålls får hjälp av en sommarklammer:Tiki facklor.

Ett team av ingenjörer vid University of Notre Dame använder facklorna på bakgården som en del av ett försök att efterlikna sotoxideringsprocessen i en dieselmotor - när sot i dieselavgaser samlas i väggarna i ett partikelfilter och måste brännas av - enligt en studie som nyligen publicerades i Katalysatorer .

"Denna studie är en del av ett arbete under många år där vi har upptäckt och utvecklat billiga katalysatorer för sotoxidation som är baserade på kiseldioxidglas, "sa Paul McGinn, en medförfattare till studien och professor vid Institutionen för kemisk och biomolekylär teknik vid Notre Dame.

McGinn och co-principal investigator Changsheng Su på Cummins Inc. utvecklade en metod för att belägga dieselpartikelfilter med ett kiseldioxidglas, som långsamt frigör kaliumjoner. Kaliumet fungerar som en katalysator, reducera temperaturer som krävs för att initiera filterregenerering - eller sotoxidation - för förbättrad effektivitet.

Vad de behövde var ett enkelt sätt att simulera verkliga körförhållanden, inklusive det kontinuerliga sotflödet när det passerar genom ett dieselpartikelfilter.

"Vi kunde göra det kontinuerligt med hjälp av Tiki -facklan, använder Tiki -sot som surrogat för verklig motorsot, "Sade McGinn." Beroende på inställningen, man får verkligen mycket sot ur det, vilket är vad vi vill. "Teamet konstruerade en sofistikerad reaktor utrustad med sotgenerator och mottryckssensorer, vilket gör att de kan kontrollera förhållanden inklusive syrehastigheter, luft-till-bränsleförhållanden och sotproduktion per timme.

Nya metoder för att minska sotoxidation är av särskilt intresse för tillverkare av dieselmotorer. Dieselavgaser innehåller, bland annat, sotpartiklar och kväveoxider (NOx), med sot som en stor bidragande faktor till den globala uppvärmningen och orsakar andningsproblem. Environmental Protection Agency (EPA) har arbetat för att minska utsläppen från fordon, industrifordon, lok och fartyg i mer än ett decennium.

För dieselmotorfordon, EPA kräver att både sot och NOx hålls under vissa nivåer men utmaningar kvarstår för att minska dessa utsläpp ekonomiskt utan att göra avkall på prestanda. När motorns driftförhållanden justeras för att avge låga halter av NOx, sotnivåerna ökar, och vice versa.

Ett standardpartikelfilter är en keramisk cylinder med en struktur i bikakestil och porösa väggar. Varannan kanal - eller öppning - av filtret stängs av. När avgaserna kommer in i filtret, sot samlas längs innerväggarna när rengjord avgas passerar igenom.

För att bränna bort sotuppbyggnad längs filterväggarna, avgastemperaturer måste nå 600 grader Celsius (1, 112 F). "När du befinner dig i en stadsmiljö där du stannar och startar din motor, avgastemperaturen blir inte så varm, "Sa McGinn.

I vissa fall, bränsle används för att värma upp filtret och förbränna sotet - en process som kallas aktiv regenerering - som ger en träff på fordonets bränslelängd och kräver avsevärd ädelmetall (t.ex. platina).

"Alla letar efter ett billigt sätt att sänka temperaturen, "Sa McGinn." I vårt fall, Vi har utvecklat en billig glasbeläggning som är en till två mikron tjock och applicerar den på dieselpartikelfiltren. Glaset levererar en kaliumkatalysator långsamt över 150, 000 mil körning och möjliggör vad som kallas passiv regenerering. Så när du är ute på motorvägen i hög hastighet, avgastemperaturen blir tillräckligt hög för att kontinuerligt avbränna sotuppbyggnad. "

Med Tiki -facklor som ger den sotuppbyggnad som behövs för testning, McGinn sa att hans team kommer att titta på hur man kan skräddarsy glaskompositionen för att även minska NOx.