Chemische ingenieurs die methoden testen om de efficiëntie van dieselmotoren te verbeteren en tegelijkertijd de prestaties te behouden, krijgen hulp van een zomernietje:Tiki-fakkels.

Een team van ingenieurs van de Universiteit van Notre Dame gebruikt de fakkels in de achtertuin als onderdeel van een poging om het roetoxidatieproces in een dieselmotor na te bootsen - wanneer roet in dieseluitlaatgassen zich verzamelt in de wanden van een roetfilter en moet worden verbrand -volgens een recentelijk gepubliceerd onderzoek in Katalysatoren .

"Deze studie maakt deel uit van een jarenlange inspanning waarin we goedkope katalysatoren voor roetoxidatie hebben ontdekt en ontwikkeld op basis van silicaglas, " zei Paul McGinn, een co-hoofdauteur van de studie en professor in de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering aan de Notre Dame.

McGinn en co-hoofdonderzoeker Changsheng Su bij Cummins Inc. ontwikkelden een methode om roetfilters te coaten met een silicaglas, die langzaam kaliumionen afgeeft. Het kalium werkt als een katalysator, het verlagen van de temperaturen die nodig zijn om filterregeneratie - of roetoxidatie - te initiëren voor een betere efficiëntie.

Wat ze nodig hadden, was een eenvoudige manier om echte rijomstandigheden te simuleren, inclusief de continue stroom roet als het door een roetfilter gaat.

"We zouden het continu kunnen doen met de Tiki-fakkel, het Tiki-roet gebruiken als surrogaat voor echt motorroet, "Zei McGinn. "Afhankelijk van de instelling, je krijgt er echt veel roet vanaf, dat is wat we willen." Het team bouwde een geavanceerde reactor uitgerust met een roetgenerator en tegendruksensoren, waardoor ze de omstandigheden kunnen controleren, waaronder zuurstofsnelheden, lucht-brandstofverhoudingen en roetproductie per uur.

Nieuwe methoden om roetoxidatie te verminderen zijn van bijzonder belang voor fabrikanten van dieselmotoren. Dieseluitlaat bevat, onder andere, roetdeeltjes en stikstofoxiden (NOx), waarbij roet een belangrijke bijdrage levert aan de opwarming van de aarde en een oorzaak is van ademhalingsproblemen. De Environmental Protection Agency (EPA) heeft gewerkt aan het verminderen van de uitstoot van voertuigen, industriële voertuigen, locomotieven en schepen voor meer dan een decennium.

Voor voertuigen met dieselmotor, de EPA vereist dat zowel roet als NOx onder bepaalde niveaus worden gehouden, maar het blijft een uitdaging om die emissies economisch te verminderen zonder in te boeten aan prestaties. Wanneer de bedrijfsomstandigheden van de motor worden aangepast om lage NOx-niveaus uit te stoten, het roetgehalte neemt toe, en vice versa.

Een standaard roetfilter is een keramische cilinder met een honingraatstructuur en poreuze wanden. Elk ander kanaal - of opening - van het filter is afgesloten. Als uitlaatgassen het filter binnenkomen, roet verzamelt zich langs de binnenmuren terwijl gereinigde uitlaatgassen er doorheen gaan.

Om roetafzetting langs de filterwanden af ​​te branden, uitlaattemperaturen moeten 600 graden Celsius bereiken (1, 112 F). "Als je in een stedelijke omgeving bent waar je stopt en je motor start, de uitlaattemperatuur wordt niet zo heet, ' zei McGinn.

In sommige gevallen, brandstof wordt gebruikt om het filter op te warmen en het roet te verbranden - een proces dat actieve regeneratie wordt genoemd - dat een hit levert aan het brandstofverbruik van het voertuig en een aanzienlijk gebruik van edelmetaal (zoals platina) vereist.

"Iedereen is op zoek naar een goedkope manier om de temperatuur te verlagen, "Zei McGinn. "In ons geval, we hebben een goedkope glascoating van één tot twee micron dik ontwikkeld en die op de roetfilters aangebracht. Het glas levert een kaliumkatalysator langzaam over 150, 000 mijl rijden en zorgt voor wat passieve regeneratie wordt genoemd. Dus als je met hoge snelheid op de snelweg rijdt, de uitlaattemperatuur wordt hoog genoeg om de roetopbouw continu te verbranden."

Met Tiki-toortsen die de roetopbouw bieden die nodig is voor het testen, McGinn zei dat zijn team zal kijken hoe de glassamenstelling verder kan worden aangepast om ook NOx te verminderen.