Группа инженеров из американского Университета Нотр-Дам использовала декоративные факелы для имитации процесса окисления сажи в сажевом фильтре дизельного двигателя.
«Это исследование является частью нашей многолетней работы в области создания и усовершенствования недорогих катализаторов на основе кварцевого стекла для окисления сажи», – рассказывает профессор Поль МакГин, соавтор исследования.
Учёные разработали способ покрытия сажевых фильтров дизельных двигателей кварцевым стеклом, которое выделяет ионы калия. Калий действует как катализатор, снижая температуру, необходимую для окисления сажи в фильтре, тем самым улучшая эффективность.
Исследователи искали простой способ имитировать реальные условия эксплуатации, включая поступление непрерывного потока сажи в фильтр дизеля.
«Мы смогли получить непрерывный поток сажи, используя декоративные факелы. При должных условиях они обильно выделяют сажу, что и требовалось».
Был создан специальный реактор с генератором сажи и датчиками противодавления, позволяющими контролировать поступление кислорода, соотношение воздуха и топлива, и скорость образования сажи.
Новые способы оксидации сажи особенно интересны производителям дизельных двигателей. Дизельный выхлоп содержит, среди прочего, частицы сажи и оксиды азота, при этом сажа способствует глобальному потеплению и вызывает проблемы с дыханием. Агентство по защите окружающей среды уже более десятилетия работает над снижением выбросов транспортными средствами.
Для дизельных двигателей Агентство устанавливает предельные значения содержания сажи и оксидов азота в выхлопе, и всегда актуальна задача сократить выбросы без снижения производительности. Но при настройке двигателя на снижение содержания оксида азота в выхлопе растёт содержание сажи — и наоборот.
Стандартный сажевый фильтр дизеля представляет собой керамический цилиндр со структурой, имитирующей соты, и пористыми стенками; при поступлении в фильтр выхлопа сажа собирается на его стенках.
Чтобы выжечь накопившуюся сажу, температура выхлопа должна быть не менее 600 ⁰С. Но в городских условиях, когда двигатель работает прерывисто, температура не достигает такой величины.
В некоторых случаях топливо используется для разогрева фильтра и сжигания сажи в процессе, называемом активной регенерацией, что снижает пробег и требует значительного расхода платины в качестве катализатора.
«Все хотят найти дешёвый способ снизить температуру, — рассказывает МакГин. — Мы разработали способ получения недорогого стекловидного покрытия толщиной от одного до двух микрон и применили его в сажевом фильтре дизеля. Покрытие выделяет ионы калия на протяжении 150,000 миль пробега, обеспечивая так называемую пассивную регенерацию. При езде по шоссе с высокой скоростью температура выхлопа достаточно высока для непрерывного сгорания сажи в фильтре».