Les ingénieurs chimistes testant des méthodes pour améliorer l'efficacité des moteurs diesel tout en maintenant les performances reçoivent l'aide d'un incontournable de l'été :les torches Tiki.

Une équipe d'ingénieurs de l'Université de Notre Dame utilise les torches d'arrière-cour dans le cadre d'un effort pour imiter le processus d'oxydation de la suie dans un moteur diesel - lorsque la suie dans les gaz d'échappement diesel s'accumule dans les parois d'un filtre à particules et doit être brûlée — selon une étude récemment publiée dans Catalyseurs .

"Cette étude fait partie d'un effort sur de nombreuses années au cours duquel nous avons découvert et développé des catalyseurs à faible coût pour l'oxydation des suies à base de verre de silice, " a déclaré Paul McGinn, co-auteur principal de l'étude et professeur au Département de génie chimique et biomoléculaire de Notre Dame.

McGinn et le co-chercheur principal Changsheng Su chez Cummins Inc. ont développé une méthode pour enduire les filtres à particules diesel d'un verre de silice, qui libère lentement des ions potassium. Le potassium agit comme un catalyseur, réduire les températures requises pour initier la régénération du filtre - ou l'oxydation de la suie - pour une efficacité améliorée.

Ce dont ils avaient besoin, c'était d'un moyen simple de simuler des conditions de conduite réelles, y compris le flux continu de suie lors de son passage à travers un filtre à particules diesel.

"On pourrait le faire en continu avec la torche Tiki, en utilisant la suie Tiki comme substitut de la vraie suie de moteur, " dit McGinn. " Selon le cadre, il en sort vraiment beaucoup de suie, c'est ce que nous voulons. » L'équipe a construit un réacteur sophistiqué équipé d'un générateur de suie et de capteurs de contre-pression, ce qui leur permet de contrôler les conditions, y compris les taux d'oxygène, rapports air-carburant et production de suie par heure.

De nouvelles méthodes de réduction de l'oxydation des suies intéressent particulièrement les constructeurs de moteurs diesel. L'échappement diesel contient, entre autres, particules de suie et oxydes d'azote (NOx), la suie étant un contributeur majeur au réchauffement climatique et une cause de problèmes respiratoires. L'Environmental Protection Agency (EPA) s'efforce de réduire les émissions des véhicules, véhicules industriels, locomotives et navires depuis plus d'une décennie.

Pour les véhicules à moteur diesel, l'EPA exige que la suie et les NOx soient maintenus en dessous de certains niveaux, mais des défis subsistent pour réduire ces émissions de manière économique sans sacrifier les performances. Lorsque les conditions de fonctionnement du moteur sont réglées pour émettre de faibles niveaux de NOx, les niveaux de suie augmentent, et vice versa.

Un filtre à particules diesel standard est un cylindre en céramique avec une structure en nid d'abeille et des parois poreuses. Tout autre canal - ou ouverture - du filtre est fermé. Lorsque les gaz d'échappement pénètrent dans le filtre, la suie s'accumule le long des murs intérieurs au fur et à mesure que les gaz d'échappement nettoyés passent à travers.

Pour brûler l'accumulation de suie le long des parois du filtre, les températures d'échappement doivent atteindre 600 degrés Celsius (1, 112F). "Quand vous êtes dans un environnement urbain où vous arrêtez et démarrez votre moteur, la température d'échappement ne devient pas si élevée, " dit McGinn.

Dans certains cas, le carburant est utilisé pour chauffer le filtre et brûler la suie - un processus appelé régénération active - qui réduit la consommation de carburant du véhicule et nécessite une utilisation substantielle de métaux nobles (comme le platine).

« Tout le monde cherche un moyen peu coûteux de faire baisser la température, " dit McGinn. " Dans notre cas, nous avons développé un revêtement de verre peu coûteux d'un à deux microns d'épaisseur et l'avons appliqué sur les filtres à particules diesel. Le verre délivre un catalyseur potassique lentement sur 150, 000 miles de conduite et permet ce qu'on appelle la régénération passive. Alors quand tu es sur l'autoroute à grande vitesse, la température d'échappement devient suffisamment élevée pour brûler l'accumulation de suie en continu."

Avec des torches Tiki fournissant l'accumulation de suie nécessaire pour les tests, McGinn a déclaré que son équipe examinerait comment adapter davantage la composition du verre pour également réduire les NOx.