5.MIJLOACE DE REDUCERE A EMISIILOR POLUANTE LA M.A.S.

1. Arhitectura camerei de ardere: Modalitati de formare si stratificare a amestecului:

- ghidarea cu peretele;- ghidaera cu aerul;- ghidarea jetului: injectie centrala pentru a evita umezirea peretilor cilindrilor, si folosirea unui piston cu

cupa pentru a genera amestecul stratificat.

2. Distributia 3. Recircularea gazelor de evacuare

EGR este un sistem care permite reintroducerea gazelor rezultate in urma arderii inapoi in galeria de admisie. Acest procedeu conduce la scaderea semnificativa a emisiilor de Nox deoarece reduce cele doua elemente care stau la baza producerii acestuia.Prin reintroducerea gazelor arse in admisie, o parte din oxigenul necesar arderii este inlocuit cu gaze arse, ceea ce conduce la scaderea cantitatii de oxigen in exces.In plus, gazele arse absorb o parte din caldura generata in urma arderii , se reduce temperatura maxima pe ciclu.Recircularea gazelor arse in galeria de admisie nu se face continuu in timpul functionarii motorului, ci ECU comanda supapa EGR pentru a permite gazelor arse sa intre in admisie.EGR reduce semnificativ cantitatea de Nox, dar daca gazele de evacuare sunt introduse excesiv in admisie, poate avea un impact asupra cresterii emisiilor de CO, HC.Utilizarea EGR se face in domeniul sarcinilor partiale ale motorului si la turatii mici simedii, domenii in care oxigenul este in exces.

4. Reactor termic Este un sistem utilizat in scopul oxidarii CO si HC din gazele de ardere.Principiu de functionare: mentine gazele cat mai mult timp la temperaturi ridicate, la care reactiile de oxidare se pot produce.Constructie: Este realizat dintr-o manta cilidrica din tabla izolata sau neizolata,( materialul folosit fiind anticoroziv si rezistent la oboseala termica), dupa cum este plasat mai departe sau mai aproape de motor, in care se introduce un tub din otel refractar cu continut foarte ridicat de Ni.Acest tub functioneaza la temperaturi de 900-100 grade C.Asigurarea acestor temperaturi inalte a creat probleme constructive, care au condus la renuntarea folosirii sistemului.

5. Reactor catalitic Rol: Are loc oxidarea CO si HC, si reducerea NO, iar pentru realizarea acestor reactii este nevoie de:

- temperaturi de 300-850 grade C;- existenta oxigenului;- existenta elementelor catalitice: platina, rhodiu, paladiu.

Constructie: reactorul catalitic este compus din 3 parti:- suport ceramic , din cordierit, care prezinta 62 canale /cm2

- strat intermediar cu promotori (pamanturi rare)- strat catalitic cu platina, rhodiu, paladiu.

Principiu de functionare: Reactiile de oxidare si/sau de reducere pot avea loc cu ajutorul unor substante chimice promotoare (pamanturi rare).Actiunea catalizatorilor se bazeaza pe proprietatea acestora de a reduce substantial pragul energetic pentru declansarea reactiilor de oxidare si reducere, si de a accelera viteza de reactie a acestor procese.Astfel, temperatura necesara pentru producerea acestor reactii se reduce semnificativ.Inceputul acestor reactii este precedat de adsorbtia substantelor oxidabile si a oxigenului de catre centrele catalitic active, la care se slabesc legaturile chimice din molecula substantei nocive.Astfel, se reduce considerabil energia de activare necesara reactiei.In cadrul procesului de cataliza, un rol deosebit il joaca transportul de materie la si de la centrele active ale catalizatorului. Intregul proces are loc in trei etape principale:-adsorbtia;-reactia chimica;-desorbtia.

Principalii parametri care influenteaza gradul de conversie sunt:- coeficientul de exces de aer;- temperatura gaselor arse;- debitul gazelor arse raportat la volumul catalizatorului.

6. Sonda lambda Este instalata in sistemul de evacuare si masoara in permanenta continutul de oxigen al gazelor arse, avand ca principal scop reducerea emisiilor poluante la MAS.Aceasta functioneaza optim la temperaturi mai mari de 300 grade C, cand materialul poros de la interior din ZrO2 devine permeabil la ionii e oxigen. Atunci cand motorul este rece, sonda e ste incalzita cu o rezistenta din interiorul ei, apoi temperatura ridicata este mentinuta de gazele ce evacuare.Sonda lambda realizeaza un supercontrol al sistemului de injectie, printr-un reglaj foarte fin al dozajului, cat mai aproape de valoarea 1, acolo unde eficienta catalizatorului este maxima.In interiorul senzorului are loc o reactie chimica prin care se genereaza o tensiune electrica, care apoi este transmisa catre ECU care interpreteaza valorile si concluzioneaza daca amestecul e sarac sau bogat.In cazul amestecurilor sarace, tensiunea in senzor este de 100 mV, iar la amestecuri bogate, tensiunea creste la 800 mV. Pentru amestecul stoechimetric, tensiunea senzorului scade brusc de la o valoare la cealalta.Se pot monta 2 senzori, unul in amonte si unul in aval de catalizator, unul pentru optimizarea amestecului , si unul pentru verificarea eficientei.

7. Catalizatorul cu stocare de Nox Acesta combina trei componente active:• un catalizator de oxidare (platina), • un absorbant (bariu) , • un catalizator de reducere (rodiu).

Cerinta: combustibil fara sulfCatalizatorul cu stocare de Nox stocheaza emisiile de Nox in timpul functionarii la cu amestecuri sarace, iar atunci cand este saturata capacitatea absorbantului, sistemul se regenereaza in timpul functionarii motorului cu un amestec bogat.

Nox se reduce la azot prin intermediul catalizatorului.8. Recircularea gazelor din carter

6.ORIGINEA POLUANŢILOR DIN GAZELE DE EVACUARE ALE M.A.C.

Putem discuta de 4 zone:- I Zona amestecurilor preformate inflamabile - II Zona nucleului jetului- III Zona amestecurilor preformate neinflamabile- IV Zona vecină peretelui

1.ORIGINEA HIGROCARBURILOR:

CAUZE :- Zona amestecurilor preformate neinflamabile- Zona vecină peretelui- Coada jetului- Postinjectia

La MAC, hidrocarburile se pot grupa în două categorii:- hidrocarburi care provin direct din gazele de ardere - cele care rezultă din transformarea combustibilului în timpul ardererii.

Prezenţa hidrocarburilor originare din combustibilul iniţial poate fi atribuită mai multor cauze generale: - Compoziţia locală excesiv de bogată sau excesiv de săracă a amestecului, care nu poate susţine

reacţia de autoparindere şi cea de propagare a flăcării.

- Existenţa unor zone de amestec care prezintă un raport mare suprafaţă-volum, determinând pierderi exagerate de căldură. Aceste condiţii apar datorită neomogenităţii amestecului din camera de ardere a motorului.

• Cantitatea relativă de combustibil din zona amestecurilor preformate neinflamabile depinde de:- proporţia de combustibil injectat în perioada de întârziere la declanşarea arderii - de viteza de amestecare.

Astfel, daca au loc reactii de oxidare partiala,rezulta:- HC- peroxizi- CO

Mărirea întârzierii va coduce la tendinţa de creştere a emisiilor de HIDROCARBURI. Modificarea caracteristicilor sistemului de injecţie, cu reducerea cantităţii de combustibil injectat în perioada întârzierii la autoaprindere apare ca un mijloc de reducere a emisiilor de hidrocarburi. S-au obţinut reduceri de peste 50% a emisiilor de hidrocarburi prin metoda reducerii vitezei medii de injecţie.

• In zona peretelui , conditiile de amestecare sunt improprii, astfel ca apar:

- HC;- FUNINGINE;- compusi oxigenati.

• O altă sursă de hidrocarburi este combustibilul de la coada jetului, în special combusibilul

introdus la finele injecţiei prin postinjecţie. Aceasta este caracterizata de o pulverizare grosolana, si in lipsa oxigenului, va conduce la nearderea acestuia şi trecerea lui direct în gazele de evacuare, determinand aparitia de HC si FUNINGINE.

2.FORMAREA OXIZILOR DE AZOT CAUZE:

- Zona amestecurilor preformate inflamabile

- Zona nucleului jetului

Mecanismul cinetic al formării de NOx în motorul Diesel este controlat de procesele specifice ale formării amestecului şi arderii, care determină variaţii mari în timp şi spaţiu a temperaturii şi concentraţiei de oxigen. In zona amestecurilor preformate inflamabile si in zona nucleului jetului, exista

- oxigen- timp suficient - temperaturi ridicate, ce conduc la formarea Nox .

• La periferia zonei amestecurilor preformate inflamabile apar primele nuclee de flacara, iar flacara se extinde spre interior.

• In zona nucleului jetului, combustibilul este in stare lichida, iar arderea este difuziv-turbulenta.

In faza arderii difuzive amestecurile sunt mai apropiate de raportul stoichiometric. Amestecarea turbulentă modifică concentraţia locală şi viteza de formare a amestecului de azot.

→ La sarcini mici si mijlocii, in aceasta zona exista oxigen si temperaturi ridicate, ducand la

formarea de Nox;

→ La sarcini mari, este lipsa de oxigen si astfel apar:

- funinginea - HC- compusii de oxidare

3.FUNINGINEA:ORIGINEA:-Formarea compusilor intermediari;-Formarea particulelor de funingine;-Aglomerarea particulelor de funingine pana la 1micrometruFuninginea apare prin dehidrogenarea si agregarea HC.FACTORI:

- zona peretelui- coada jetului- postinjectia

7.INFLUENŢE ASUPRA GENEZEI POLUANŢILOR DIN GAZELE DE EVACUARE ALE M.A.C.

1. Temperatura initiala T0:• T0 creste, creste temperatura pe ciclu, se inrautateste formarea

amestecullui cresc CO si HC creste intensitatea fumuluiLa pornirea la rece, T0 e scazuta fum alb si miros intepator.

2. Presiunea initiala p0:

• p0 creste scad CO si HC;

• p0 creste, deci T0 creste Nox creste. Daca se face racirea intermediara, scade T0 si scad Nox

• p0 scade are loc inrautatirea amestecului cresc CO si HC

3. Coeficientul de exces de aer:LOCAL:

Amestec bogat cresc CO si HC pentru da arderea este partiala

Ameste sarac cresc CO si aldehidele si scad NoxGLOBAL:Odata cu saracirea amestecului, scad Nox, CO, HC si intensitatea fumului.

Un amestec bogat inseamna lipsa de oxigen arderea incompleta creste CO

4. Sarcina

Odata cu cresterea sarcinii, scad HC, CO si intensitatea fumului si cresc Nox.

5. Avansul la injectie:

• avans prea mic arderea se deplaseaza in destindere temperatura in cilindru scade scad Nox,

dar cresc HC

• La cresterea avansului, scad HC, si cresc Nox si particulele.

8.Mijloace de reducere a emisiilor poluante la MAC

1. Reducerea avansului la injectie cu crestere presiunii de injectie si reducerea diametrului orificiilor injectoruluiAstfel, se scurteaza durata vaporizarii, vaporizarea devine mai completa si se formeaza nuclee de flacara mai robuste.La MAC supraalimentate, scaderea avansului la injectie este limitata de necesitatea protejarii turbinei impotriva supraincalzirii.

2. Retratarea motorului care duce la scaderea intensitatii fumului cu 66 % si a mirosului cu 30 %

3. Fumigarea

4. Injectia pilot: se injecteaza 15 % din doza cu 45 grade RAC inaintea injectiei principale, rezultand o scadere a Nox cu 25%, iar HC raman constante

5. Recircularea gazelor de evacuareAcestea sunt introduse in galeria de admisie deci scade continutul de oxigen din camera de ardere

scade temperatura in cilindru, scad Nox si cresc HC si intensitatea fumului.

6.Utilizarea filtrelor de funingineFiltrul de particule retine particule si anume pe cele de funingine evacuata de motoarele diesel.In consecinta filtrul de particule trebuie curatat periodic pentru a pastra performantele motorului. Curatarea filtrului poate fi realizata printr-un proces prin care funinginea acumulata este incinerata la temperaturi ridicate (peste 600°C) fiind transformata in cenusa si eliminata din sistemul de evacuare.

Regenerarea filtrului poate fi:-activa (simpla),la temperaturi de 500-600 grade C-pasiva (cu catalizator)-aditivata: cu aditivi in motorina ca mangan, cupru, fier, la temperaturi de 200 grade C

Regenerarea activa:Sistemul de regenerare activa a filtrului de particule este declansat de senzorii care determina nivelul de incarcare cu funingine a filtrului. Curatarea se produce prin ajustarea injectiei de carburant in vederea cresterii temperaturii gazelor arse evacuate la o valoare care sa permita arderea funinginii depuse

Durata unui astfel de ciclu de curatare este de cca. 10 minute.

Regenerarea pasiva: Procesul de regenerare pasiva se produce la deplasari mai lungi, in mediul extraurban, cand temperatura gazelor arse evacuate este mai ridicata. Acest tip de sistem poate integra un convertor catalitic de oxidare pozitionat in apropierea motorului, unde gazele evacuate au o temperatura suficient de ridicata pentru a permite arderea funinginii. In situatia deplasarilor in mediul urban sau pe distante scurte este posibil ca procesul de regenerare sa nu se finalizeze corespunzator, ceea ce conduce la infundarea filtrului de particule

Regenerarea aditivata:Dispozitivul de dozare are propriul rezervor si cu ajutorul unei pompe de injectie dozeaza in mod automat in rezervorul de carburant cantitatea de aditiv necesara regenerarii periodice a filtrului de particule DPF. Acest mod de regenerare activa se bazeaza pe aditivarea carburantului in vederea scaderii temperaturii de ardere a particulelor de funingine.Aditivul este stocat intr-un rezervor separat si este amestecat in mod automat cu carburantul in momentul alimentarii. Sistemul necesita reumplerea periodica.

Regenerarea se mai poate face si prin inversarea sensului de curgere a gazelor pprin filtruMaterialele pentru filtru trebuie sa indeplineasca urmatoarele criterii:

- eficienta retinerii particulelor;- caderea de presiune;- rezistenta la soc termic si oboseala la solicitari termice- rezistenta la solicitari mecanice- pozibilitatea de regenerare- cost

9.Masurarea nivelului Nox emise de MAI

1. Analizorul de gaze cu absorbtie in infrarosu nedispersiv- Domeniu de masura: 10ppm ...10%- Timp de raspuns: 0,5 s- Rezolutie: 10 ppm2. Analizor de HC cu ionizare in flacara de H2- Domeniu de masura: 1...100 000 ppm- Timp de raspuns: 0,5 s- Rezolutie: 1 ppm3. Analizoare de Nox cu chemiluminiscenta- Domeniu de masura: 0,1...10 000 ppm- Timp de raspuns: 0,5 ...1 s- Rezolutie: 0,1...1 ppm4. Fummetre

Se bazeaza pe aprecierea intensitatii fumului emis de un MAC prin:

- masurarea gradului de innegrire a unei hartii filtru la trecerea unui volum prelevat din gazele de evacuare

- masurarea transparentei unei coloane de gaze prelevate dinteava de esapamentAprecierea densitatii fumului se face prin:

- opacitate- coeficientul de absorbtie k [m-1]

Operatii:- incalzirea motorului Tlichid racire>80 grade C, Tulei> 70 grade C- purjarea prin 3 accelerari energice in gol, a sistemului de eacuare- introducerea sondei de prelevare cel putin 30 cm in teava de esapament- accelerarea in gol a motorului ana la turatia maxima limitata de regulator

5. Ciclul EuropaPrima parte a ciclului modelează condiţiile de trafic dintr-un oraş european (ciclul urban) şi este format dintr-un element de ciclu cu durata de 195 s (vmax=50 km/h cu o viteză medie de 18.7 km /h, parcurgere a unui echivalent de 1,013 km, cu staţionare 31% din timp); acest ciclu este reprodus de 4 ori. Prelevarea începe la pornirea de la rece a motorului. Partea a doua a ciclului are durata de 400s şi modelează deplasarea interurbană (vmax=120 km/h, viteza medie 62,6 km/h, parcurs echivalent de 6.755 km). Un ciclu complet se obţine din repetarea de 4 ori a ciclului urban şi un ciclu interurban.În general aceste măsurători se desfăşoară pe un stand cu role cu acţionare automată şi nu pe o pistă de încercări. Gazele de ardere prelevate sunt diluate cu aer şi apoi sunt trecute prin un schimbător de căldură pentru a fi răcite în scopul îngheţării reacţiilor chimice.