Gli ingegneri chimici che testano i metodi per migliorare l'efficienza dei motori diesel mantenendone le prestazioni stanno ricevendo aiuto da una graffetta estiva:le torce Tiki.

Un team di ingegneri dell'Università di Notre Dame sta usando le torce del cortile come parte di uno sforzo per imitare il processo di ossidazione della fuliggine in un motore diesel, quando la fuliggine nello scarico diesel si raccoglie nelle pareti di un filtro antiparticolato e deve essere bruciata —secondo uno studio recentemente pubblicato in catalizzatori .

"Questo studio fa parte di uno sforzo durato molti anni in cui abbiamo scoperto e sviluppato catalizzatori a basso costo per l'ossidazione della fuliggine basati sul vetro di silice, " ha detto Paul McGinn, co-autore principale dello studio e professore presso il Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare di Notre Dame.

McGinn e il co-investigatore principale Changsheng Su presso Cummins Inc. hanno sviluppato un metodo per rivestire i filtri antiparticolato diesel con un vetro di silice, che rilascia lentamente ioni potassio. Il potassio agisce da catalizzatore, riducendo le temperature necessarie per avviare la rigenerazione del filtro, o l'ossidazione della fuliggine, per una migliore efficienza.

Quello di cui avevano bisogno era un modo semplice per simulare le condizioni di guida del mondo reale, compreso il flusso continuo di fuliggine che passa attraverso un filtro antiparticolato diesel.

"Potremmo farlo continuamente usando la torcia Tiki, usando la fuliggine Tiki come surrogato della vera fuliggine del motore, " ha detto McGinn. "A seconda dell'ambiente, ne esce davvero un sacco di fuliggine, che è quello che vogliamo." Il team ha costruito un sofisticato reattore dotato di generatore di fuliggine e sensori di contropressione, che consente loro di controllare le condizioni, compresi i tassi di ossigeno, rapporti aria/combustibile e produzione oraria di fuliggine.

Nuovi metodi per ridurre l'ossidazione della fuliggine sono di particolare interesse per i produttori di motori diesel. Lo scarico diesel contiene, tra l'altro, particelle di fuliggine e ossidi di azoto (NOx), con la fuliggine che contribuisce in modo importante al riscaldamento globale e causa problemi respiratori. L'Environmental Protection Agency (EPA) ha lavorato per ridurre le emissioni dei veicoli, veicoli industriali, locomotive e navi per più di un decennio.

Per i veicoli con motore diesel, l'EPA richiede che sia la fuliggine che gli NOx siano mantenuti al di sotto di determinati livelli, ma rimangono sfide per ridurre tali emissioni in modo economico senza sacrificare le prestazioni. Quando le condizioni di funzionamento del motore sono regolate per emettere bassi livelli di NOx, i livelli di fuliggine aumentano, e viceversa.

Un filtro antiparticolato diesel standard è un cilindro in ceramica con una struttura a nido d'ape e pareti porose. Ogni altro canale, o apertura, del filtro è chiuso. Quando lo scarico entra nel filtro, la fuliggine si accumula lungo le pareti interne mentre passa attraverso lo scarico pulito.

Per eliminare l'accumulo di fuliggine lungo le pareti del filtro, le temperature di scarico devono raggiungere i 600 gradi Celsius (1, 112F). "Quando ti trovi in ​​un ambiente urbano in cui ti fermi e accendi il motore, la temperatura di scarico non diventa così calda, "Ha detto McGinn.

In alcuni casi, il carburante viene utilizzato per riscaldare il filtro e bruciare la fuliggine, un processo chiamato rigenerazione attiva, che consente di ridurre il consumo di carburante del veicolo e richiede un utilizzo sostanziale di metalli nobili (come il platino).

"Tutti cercano un modo a basso costo per abbassare la temperatura, " ha detto McGinn. "Nel nostro caso, abbiamo sviluppato un rivestimento in vetro economico con uno spessore di uno o due micron e lo applichiamo ai filtri antiparticolato diesel. Il vetro fornisce un catalizzatore di potassio lentamente oltre 150, 000 miglia di guida e consente la cosiddetta rigenerazione passiva. Quindi quando sei in autostrada ad alta velocità, la temperatura di scarico diventa abbastanza alta da bruciare continuamente l'accumulo di fuliggine."

Con le torce Tiki che forniscono l'accumulo di fuliggine necessario per i test, McGinn ha affermato che il suo team esaminerà come adattare ulteriormente la composizione del vetro per ridurre anche gli NOx.