sistemul de depoluare al motorului cu aprindere prin comprimare

Universitatea din Piteşti

Facultatea de Mecanică şi Tehnologie

Specializarea “Ingineria Transporturilor şi Traficului”

2012

Sistemul de depoluare al motorului cu aprindere prin comprimare

Sistemul de depoluare al motorului cu aprindere prin comprimare 2012

Cuprins

1. INTRODUCERE....................................................................................................................................................................................3

2. PREZENTAREA TEHNOLOGIEI DE DEPOLUARE.................................................................................................................42.1. RECIRCULAREA GAZELOR ARSE EGR..............................................................................................................................72.2. CATALIZATORUL DIESEL DOC..........................................................................................................................................82.3. FILTRUL DE PARTICULE DIESEL DFP............................................................................................................................102.4. SISTEMUL CRT ŞI CCRT..........................................................................................................................................................122.5. SISTEMUL SCR............................................................................................................................................................................142.6. SISTEMUL DE CAPTARE A OXIZILOR DE AZOT...........................................................................................................17

3. DIAGNOSTICAREA EMISIILOR LA BORD..................................................................................................................................18

Bibliografie

Pagină | 2


1. Introducere

e mii de ani, omul a încercat să cucerească natura şi, în mare parte, a reuşit, dar din păcate, natrua nu s-a adaptat omului. Acest aforism conţine într-o frază, esenţa relaţiilor dintre om şi natură. Poluarea naturală a existat pe pământ de miliarde de ani, fiind un

principal factor modelator al climei şi reliefului. În această categorie pot intra erupţiile vulcanice, cutremurele, inundaţiile şi alunecările de teren, eroziunea solului, etc.[1]

D Prin poluarea mediului înconjurător se înţelege în mod obişnuit ansamblul modificărilor defavorabile pe care le suferă calităţile naturale ale acestuia sub influenţa activităţilor societăţii omeneşti. Această noţiune cunoaşte în ultimii ani o largă circulaţie, pe măsură ce interesul pentru problemele pe care le implică poluarea mediului a depăşit rapid cercul specialiştilor, cuprinzând pături tot mai largi ale populaţiei din diferite ţări.

Deşi poluarea aerului a devenit o problemă majoră a epocii noastre, aceasta nu mai poate fi considerată drept caracteristică a tehnologiei moderne. Omul a dezvoltat de fapt activităţi cu efecte poluante asupra mediului cel puţin de la descoperirea focului. Marile centre industriale şi urbane care apar şi se dezvoltă în ritm rapid au o dublă influenţă asupra naturii: uriaşii consumatori de aer, apă, materii prime şi energie şi totodată generatori ai unei game largi de produse secundare, care sunt evacuate în natură.

Efectele poluante ale unora dintre aceşti factori sunt extrem de puternice, fiind determinate de natura şi concentrarea lor locală sau regională. Poluarea atmosferei cu gaze, în primul rând bioxid şi oxid de carbon, bioxid de sulf, oxizi de azot şi cu particule, determină modificări de concentraţie importante nu numai local, dar care încep să devină importante şi pe ansamblul planetei noastre. Acestea determină incidenţa locală a unor maladii pulmonare tipice, precum şi modificări de climă care, în perspectivă, pot avea urmări deosebit de grave.

Prin multiplele surse de poluare prezente în societatea contemporană figurează şi mijloacele de transport rutier, naval şi aerian, echipate cu motoare cu ardere internă. Acţiunea poluantă a motoarelor, prin emisiile de gaze şi particule, se manifestă în mod pregnant în câteva mari centre urbane, caracterizate printr-o densitate deosebită a mijloacelor de transport şi o situaţie geografică specială. Mutaţiile înregistrate şi previziunile existente asupra consecinţelor grave pe care la are poluarea mediului ambiant în proporţiile proprii civilizaţiei actuale dovedesc că rezervele naturii şi capacitatea sa de regenerare sunt limitate. Ştiinţa şi tehnologia modernă, care sunt responsabile în bună parte pentru sursele existente de poluare, sunt în acelaşi timp capabile să ofere şi mijloace adecvate de control. În acest sens este necesară aplicarea unor reglementări şi programe ample de măsuri diferite, în funcţie de condiţiile specifice ale fiecărei ţări, prin a căror acţiune concentrată să se asigure un succes de ansamblu. Această preocupare a apărut şi se accentuează atât pe plan naţional, cât şi internaţional.[2]

Ecologia este ştiinţa care se ocupă cu studiul interacţinunii dintre fiinţele vii şi dintre acestea şi mediul în care trăiesc. Denumirea a fost dată de biologul german Ernest Hoeckel, în 1886, în lucrarea “Morfologia generală a organismului”, denumirea avându-şi originea din limba greacă (oikos = casă, logos = ştiinţă). Desprinsă din biologia generală, ecologia este o ştiinţă a

Pagină | 3


gospodăririi planetei, care se bazează pe observaţii proprii, pe experimente şi cercetări efectuate prin mijloace statistice şi pe modele matematice.[1]

2. Pre zentarea tehnologiei de depoluare.

Emisiile provocate de motorul cu aprindere prin comprimare influenţează în mod semnificativ poluarea aerului. În mod special, oxizii de azot, , gradul de fum şi dioxidul de sulf, , au efecte dăunătoare asupra mediului ambiant şi asupra oamenilor, dar să nu uitam şi de restul emisiilor mai importante cum ar fi: hidrocarburile nearse HC, oxidul de carbon CO şi particulele mecanice, care de asemenea au un efect dăunător asupra omenirii. Astfel în cazul motoarelor cu ardere internă, reducerea nivelului de emisii este întotdeauna privită ca o ţintă importantă ce trebuie atinsă.

În prezent, motorul diesel, sistemele de injecţie şi presiunea de injecţie sunt îmbunătăţite pentru a atinge presiuni ridicate la pulverizarea combustibilului. Acest lucru, îmbunătăţeşte, de asemenea şi eficienţa motorului diesel. Procesul de ardere este unul foarte complex atât din punct de vedere termodinamic cât şi în ceea ce priveşte transferul de căldură. Mai mult, emisiile provocate de motorul cu aprindere prin comprimare sunt o consecinţă a acestui proces care se desfăşoară în interiorul cilindrului.[1]

De aceea, tendinţele de dezvoltare a automobilelor echipate cu motoare cu aprindere prin comprimare cât şi a celor cu aprindere prin scânteie, sunt supuse la cerinţele exigente ale normelor de poluare EURO 5 şi EURO 6, conform tabelului1.

Tabelul1. Normele de poluare [2]

Pentru a arăta componenţa unui sistem de depoluare am ales prezenatrea tehnologiei BlueTec, dezvoltată de firma Daimler, prezentă pe autovehiculele moderne Mercedes – Benz (Fig.2). BlueTec se bazează pe o serie de măsuri interne (din interiorul motorului), pentru a minimiza

Pagină | 4


emisiile dar şi pe utilizarea unor sisteme avansate de post – tratare a gazelor de evacuare, toate acestea fiind controlate de unitatea centrală de control prin intermediul unor senzori de temperatură şi presiune.

Sistemul de tratare a gazelor este echipat cu un catalizator diesel DOC (Diesel Oxidation Catalyst), plasat aproape de motor pentru a intra repede în regim termic de funcţionare, care reduce în primă fază emisiile de hidrocarburi nearse HC şi oxizi de carbon CO. Pentru combaterea particulelor mecanice PM este montat un filtru de particule DFP (Diesel Particulate Filter), capabil să elimine peste 90% din emisiile de particule mecanice PM.

Pentru eliminarea celui mai dăunător poluant şi anume oxizii de azot, , sistemul este completat cu un dispozitiv de stocare şi totodată un catalizator de , NSC ( Storage Catalyst), combinat în aval cu un convertor catalitic SCR (Selective Catalytic Reduction), bazat pe

(amoniac), ca agent reducător.

Cheia acestui sistem o reprezintă combinarea celor două convertoare catalitice în ordine, pentru a crea un sistem suficient de puternic în combaterea şi pentru formarea amoniacului, utilizat ca agent reducător în subansamblul SCR (Fig.2).

De cele mai multe ori, motorul diesel, funcţionează cu amestec sărac (λ>1), şi o proporţie mare de este stocată şi convertită în NSC ca nitraţi. În timpul scurtelor durate de funcţionare cu un amestec bogat (λ<1), nitraţii alături de oxidul de carbon şi hidrocarburile nearse sunt reduşi în azot.

Pagină | 5

Fig.1 Tehnologia BlueTec

Fig.2 Funcţionarea NSC şi SCR


Amoniacul format în NSC este uşor stocat în catalizatorul SCR fiind consumat, în faza următoare de funcţionare a motorului cu amestec sărac, prin amestecarea acestuia cu particulele de care au reuşit să treacă de NSC dar care vor fi eliminate ulterior în catalizatorul SCR. Sulful este de asemenea acumulat în NSC după un anumit număr de kilometri. Pentru a elimina sulful depus în NSC, catalizatorul este expus (la anumite intervale de timp) la temperaturi mari (peste 600°C) şi la un amestec bogat, pentru câteva minute. În consecinţă, se obţine o desulfurizare aproximativ totală a catalizatorului, performanţele iniţiale putând fi realizate din nou.

Combinaţia sinergetică a funcţionalităţii celor două convertoare catalitice, plasate întru-un inteligent sistem de operare, duce la o mai bună performanţă de reducere a decât ar realiza-o sistemul NSC singur, conform diagramelor din figura 3 (pentru realizarea acestora s-au făcut teste pe un autovehicul Mercedes – Benz Clasa C, 4 cilindrii, motor diesel 2.1 l, 90 kW, 270 Nm).

3. Componenţa sistemului de depoluare.

Pagină | 6

Fig.3 Avantajele sistemului


În cazul vehiculelor grele (autobuze, autocamioane, etc.), pe lângă componentele prezentate mai sus mai pot apărea diferite sisteme de tratare a gazelor cum ar fi: sistemul de regenerare continuă CRT (Continuosly Regenerating Technology) , sistemul -trap (captarea oxizilor de azot), Catalitic CCRT (Catalyzed – CRT) sau recircularea gazelor arse EGR (Exhaust Gas Recirculation).

3.1 Recircularea gazelor arse EGR

Reprezintă o metodă de a reduce poluanţii din gazele de evacuare. Această tehnologie recirculă o parte din gazele de evacuare, limitând cantitatea de aer proaspăt introdus în sistem. Deci, cu alte cuvinte, limitează vârfurile de presiune şi temperatură din interiorul camerei de ardere pentru a reduce emisia de oxizi de azot.

Dacă coeficientul de recirculare este prea mare, se poate stinge flacăra în masa de gaze sau pot apărea chiar rateuri de aprindere, ceea ce este şi mai grav, deoarece creşte mult conţinutul de hidrocarburi (HC) şi monoxid de carbon (CO) în gazele evacuate.

Pentru a înţelege mai bine acest sistem, în figura 4 este prezentată o configuraţie a acestui sistem prezentă pe un motor de 1.9 l TDI.

Sistemul EGR conţine o supapă EGR 4, un senzor de aer 3, un convertor de presiune electropneumatic 2 (având următoarele orificii: a – Vacuum, b – presiune controlată, c – presiune atmosferică) şi un intercooler 5.

Întregul sistem este controlat de unitatea electronică de control 1, care calculează cantitatea de gaze ce trebuie recirculată în funcţie de turaţia motorului, de temperatura acestuia cât şi de cantitatea de combustibil injectată.

Funcţionare. Aerul furnizat către motor trece mai întâi prin senzorul de aer 3 (care are rolul de a măsura cantitatea de aer furnizată în motor), acesta trimiţând un semnal către unitatea electronică de control 1, procesându-l diferit faţă de celelalte semnale de intrare. În funcţie de condiţiile de mers, unitatea 1 trimite un semnal către convertorul de presiune electropneumatic 2 producând vacuum diafragmei supapei EGR 4. Supapa se deschide iar gazele de evacuare sunt trimise înapoi în sistem, reducând astfel cantitatea de aer.

Pagină | 7

Fig.4 Sistemul EGR


Senzorul de aer 3 este, de fapt, un orificiu echipat cu un senzor care măsoară cantitatea de aer furnizată în motor, cu o precizie ridicată. Supapa EGR este localizată între cele două conducte de evacuare şi admisie, făcând legătura între ele. Aceasta este echipată cu o diafragmă expusă la vacuum. Când nu există vacuum, supapa este închisă. Când există vacuum,produs de convertorul electropneumatic, supapa de deschide şi permite recircularea gazelor arse.

3.2 Catalizatorul Diesel DOC.

Catalizatoarele diesel DOC, rămân o piesă importantă în post – tratarea gazelor de evacuare în cazul motoarelor cu aprindere prin comprimare, unde conţinutul ridicat de oxigen din gazele de evacuare exclude folosirea catalizatoarelor cu trei căi.

Convertoarele catalitice moderne sunt compuse dintr-un substrat monolit asemenea unui fagure acoperit cu metale preţioase(platină, rodiu, paladiu), toate acestea aflate într-un recipient din oţel inoxidabil (Fig.5).

Structura de tip fagure prezintă mau multe canale mici, paralele între ele, cât şi o zonă catalitică de contact cu emisiile poluante. Când gazele de eşapare, aflate la temperaturi mari, intră în contact cu suprafaţa catalitică a fagurelui (Fig.6), substanţele poluante aflate în gazele de eşapare sunt convertite în substanţe inofensive: dioxid de carbon şi apă conform reacţiilor:

(1)

(2)

Gazele de evacuare ale motorului diesel conţin suficient oxigen, pentru ca relaţiile de mai sus să se realizeze. Concentraţia de aer din gazele de evacuare variază între 3 – 17%, depinzând de sarcina motorului.

Eficienţa catalizatorului este arătată în figura 6. Activitatea catalitică a acestuia creşte odată cu temperatura. La temperaturi ridicate, conversia mai depinde şi de dimensiunile de fabricaţie ale catalizatorului cât şi de tipul acestuia (Fig.7), dar eficienţa conversiei poate depăşi 90%.

Pagină | 8

Fig.5 Catalizator Diesel

Fig.6 Structura catalizatorului


Conversia particulelor mecanice reprezintă o funcţie importantă în convertoarele catalitice diesel. Catalizatorul prezintă o activitate foarte mare în procesul de oxidare a fracţiunii organice SOF1. Conversia de SOF poate atinge şi chiar depăşi 80%.

La temperaturi mai mici, cum ar fi 300°C, conversia totală de particule mecanice se încadrează de obicei intre 30 – 50% (Fig.8). La temperaturi ridicate, peste 400 °C, un proces nedorit apare în catalizator şi anume oxidarea dioxidului de sulf în trioxid de sulf care, combinat cu apa, formează acidul sulfuric conform relaţiei:

(3)

Deci, apar particule de sulfat destul de mari încât nu pot fi reduse în totalitate de catalizator. Apariţia acestor sulfaţi este strâns legată de conţinutul de sulf din combustibil cât şi de proprietăţile constructive ale catalizatorului. Este posibilă şi reducerea totală a particulelor mecanice chiar şi la temperaturi ridicate, prin condiţia folosirii catalizatorilor adecvaţi şi combustibililor de bună calitate.

Acesta este motivul pentru care catalizatorii diesel au devenit răspândiţi, din momentul în care au fost comercializaţi combustibili cu un conţinut mic de sulf.

Să nu uităm şi de costurile pentru instalarea unui astfel de catalizator care pot varia între 600 – 2000$.

3.3 Filtrul de particule diesel DFP.1 SOF( Solubil Organic Fraction) – hidrocarburi grele absorbite şi condensate în particulele de carbon, numite fracţiuni organice solubile

Pagină | 9

Fig.6 Eficienţa catalizatorului

Fig.7 Parametrii constructivi

Fig8. Conversia PM


Filtrul de particule este o componentă a sistemului de depoluare cu rolul de a reţine fizic particulele mecanice şi funinginea, conţinute în gazele de evacuare. Structura filtrului este similară cu cea a unui catalizator, dar diferă o parte în care emisiile poluante, din momentul intrării acestora în filtru, trec mai întâi printr-un pre – filtru 2 (Fig.9).

Rolul acestuia este de a reţine o treime din particulele mecanice, eliminând posibilitatea încărcării filtrului în zona iniţială 1. Orificiile de admisie şi respectiv de evacuare (3 şi 5) au rolul de a îmbunătăţi distribuţia curentului de gaze şi de a reduce presiunea formată în spatele acestora. Filtrul de particule iniţial 1 este construit din materiale ceramice sub forma unui fagure monolit(din carbură de siliciu, cordierită sau aluminiu – titan), alcătuit dintr-o mulţime de canale paralele între ele (Fig.10).

Jumătate din canale sunt sigilate în partea orificiului de admisie, asemeni unei table de şah, iar celelalte canale rămase sunt sigilate în partea orificiului de evacuare. Gazele arse nu pot trece astfel prin acel „sigiliu”, dar în schimb sunt forţate să treacă prin pereţii care separă canalele, realizându-se astfel filtrarea particulelor.

Această structură interioară a fagurelui ceramic, cu pereţi de filtrare, asigură reducerea aproape completă a particulelor de carbon, chiar şi cele mai fine (mai mici de 100 nm), cu o eficienţă de 95% a reducerii în masă şi cu peste 99% în număr a particulelor mecanice.

Mai există şi alte structuri interne ale fagurelui confecţionate dintr-o varietate de materiale din fibră metalică. Acestea garantează operarea corectă a motorului şi filtrului chiar şi în absenţa regenerării.

Pagină | 10

Fig.9 Părţi componente ale filtrului

Fig.10 Structura fagurelui


Acestea sunt alcătuite din mai multe de folii de metal, acoperite cu un strat de metal, depus deasupra acestora, în care sunt practicate nişte canale adiacente cu proprietăţi de stocare(Fig.11).

Particulele mecanice sunt reduse de o continuă reacţie, alături de , prin intermediul catalizatorului montat în amonte.

Noul separator de particule trimite curentul de gaze arse în canalele adiacente. Particulele sunt temporar stocate în interiorul canalelor, după care sunt supuse unei arderi continue la o temperatura de aproximativ 200 °C. Efectul final se bazează pe curgerea curentului de gaze, în direcţie longitudinală, prin materialul filtrului, rezultând filtrarea particulelor. Avantajele acestei structuri ar fi că nu creşte consumul de combustibil în timpul regenerării forţate, pot fi acoperite pentru a optimiza sistemul şi au eficienţă crescută la nivel de nanoparticule.

Filtrul de particule diesel reţine particulele mecanice sau funinginea din gazele de evacuare şi nu le lasă să iasă din interiorul filtrului. De aceea este necesar ca, periodic, filtrul să fie supus unei temperaturi mari astfel încât particulele sau funinginea stocată să poată arde. Acest proces se numeşte regenerare şi asigură funcţionarea corectă şi eficientă a vehiculului şi filtrului. În figura 12 sunt arătate fazele de funcţionare ale filtrului conform interpretărilor următoare:

1 – intrarea gazelor pre-tratate în filtru, 2 – secţiunea filtrului principal, 3 – Separarea particulelor, 4 – senzorul de presiune, 5 – senzorul de temperatură, 6 – ciclul de filtrare ( A – filtrare, B – regenerare) şi 7 – ieşirea gazelor filtrate.

Pagină | 11

Fig.11 Straturile metalice ale filtrului

Fig.12 Fazele de funcţionare


Materialul prins în filtru este de cele mai multe ori carbon cu hidrocarburi absorbite. Sunt două principale tehnologii pentru a elimina aceste depuneri, şi anume:

Regenerarea activă;

Arderea cu ajutorul oxigenului: (4)

Regenerarea pasivă;

Arderea cu dioxid de azot la temperaturi de aproximativ 250 - 300°C

(5)

Pentru a asigura această regenerare trebuiesc îndeplinite câteva condiţii conform tabelului 2:

Arderea cu Arderea cu

Temperatura cerută pentru regenerare

Temperaturile trebuie să fie în jurul la 600°C

Reacţia apare la 250°C

Gazul utilizat în reacţieSuficient în curentul gazelor

de evacuare trebuie produs de NO în curentul de evacuare

Tabelul 2. Cerinţele reacţiilor de regenerare.

Tehnologiile active de regenerare operează crescând temperatura filtrului la aproximativ 600°C. La aceste temperaturi, funinginea depusă în pereţii filtrului, va arde rapid în prezenţa oxigenului. Hidrocarburile însă, conţinute în gazele de evacuare, pot fi periodic uşor îmbogăţite prin post – injecţia directă în cilindru sau injecţia directă de combustibil în curentul de gaze. Hidrocarburile ard în interiorul catalizatorului, crescând temperatura filtrului de particule pentru a favoriza arderea particulelor mecanice. Regenerarea bazată pe arderea cu , este favorabilă deoarece reacţia de regenerare are loc la temperaturi apropiate de cele care se află în gazele de evacuare ale motorului diesel.

3.4 Sistemul CRT şi CCRT.

Sistemul CRT (Regenerare continuă) şi sistemul CCRT (Regenerare continuă catalizată), utilizează un catalizator de oxidare în faţa unui filtru normal sau filtru catalizat pentru a genera necesar pentru a menţine filtrul curat.

Ansamblul CRT (Fig.13) este cel mai folosit sistem de filtru de particule diesel, fiind compus dintr-un catalizator de oxidare şi un filtru de particule.

Pagină | 12

Fig.13 Sistemul CRT


Catalizatorul de oxidare elimină oxidul de carbon şi hidrocarburile nearse, şi oxidează o parte din oxizii de azot NO în dioxizi de azot

, din gazele de evacuare. Acest reacţionează cu particulele mecanice prinse în filtru producând NO şi şi astfel curăţind filtrul, conform reacţiilor:

(6)

(7)

(8)

Performanţa sistemului CRT este redată în figura 14, care arată emisiile reduse de sistemul CRT implementat pe un motor de autocamion EURO 1 şi supus la un număr de 13 cicluri europene.

Condiţiile de operare pentru a atinge performanţele dorite sunt:

O proporţie de peste 50% a timpului de operare cu temperaturi ale gazului de evacuare de peste 250°C;

Un raport de în gazele de evacuare de sau mai mare; Folosirea unui combustibil cu un conţinut maxim de sulf de 50 ppm.

Ansamblul CCRT (Regenerare continuă catalizată) este tot un sistem CRT dar cu un înveliş catalitic aplicat filtrului de particule (Fig.15). Catalizatorul de oxidare îndepărtează CO şi HC şi oxidează o parte din NO în .

Acest reacţionează apoi cu particulele mecanice prinse în filtru producând NO şi . Unele particule de NO sunt apoi re-oxidate, în filtru , în care ulterior reacţionează cu mai multe particule mecanice prinse în filtru, conform reacţiilor 6 , 7, 8 din catalizator şi reacţiilor 9, 10 din filtru:

(9)

(10)

Acest lucru permite regenerarea sistemului la temperaturi mai scăzute ale gazelor de evacuare

sau la valori mai mici ale raportului . Deci performanţele acestui sistem sunt mai bune decat cele ale sistemului CRT.

Pagină | 13

Fig.14 Performanţa CRT

Fig.15 Sistemul CCRT


3.5 Sistemul SCR.

Acest sistem a fost introdus prima dată, la o scară mai mare, pe motoarele de nave, iar începând cu anul 2010 tot mai multe vehicule grele au fost echipate cu un astfel de sistem. Sistemul reduce oxizii de azot până la 70 – 95%, oferind totodată şi un consum de combustibil scăzut. Acest lucru permite inginerilor să construiască motoare eficiente, fără a face un compromis major în consumul de combustibil şi reducerea emisiilor poluante.

Cheia acestei tehnologii o reprezintă o soluţie AdBlue, folosită pentru a forma amoniacul necesar reducerii oxizilor de azot, conţinută într-un rezervor separat. Mai este cunoscută şi sub numele de DEF(Diesel Exhaust Fluid) în America de Nord, sau sub numele de Arla 32 în Brazilia.

Sunt două mari clase de sisteme SCR definite de sursa agentului reducător, şi anume:

a) Sistemul SCR bazat pe amoniac (AdBlue) ca agent reducător;b) Sistemul SCR bazat pe hidrocarburi ca agent reducător;

a) Sistemul bazat pe amoniac ca agent reducător.

Acesta utilizează un catalizator diesel, un filtru de particule şi un sistem hardware conform figurii 16.

Fig.16 Componentele sistemului SCR

Principalele componente ale sistemului sunt catalizatorul SCR, unitatea de alimentare continuată în partea inferioară cu un filtru, rezervorul AdBlue, unitatea electronică de comandă care deţine controlul întregului circuit şi care comandă injectorul de pulverizare a soluţiei. Sunt

Pagină | 14


prezenţi senzorii de temperatură (plasaţi la nivelul catalizatorului), senzorii de nivel şi de cantitate (plasaţi la nivelul rezervorului de lichid AdBlue).

Fiind un sistem cu buclă închisă, este prezent şi un senzor al concentraţiei de amoniac, bazat pe principiul non – echilibrului electrochimic şi care emite semnale electromagnetice (dezvoltat de Delphi) , având şi rolul unui element de feed – back, necesar sistemului cu buclă închisă. Acest control cu buclă închisă permite sistemului SCR să fie flexibil la apariţia eventualelor perturbaţii în funcţionare.

Unitatea electronică primeşte informaţii de la senzori şi este responsabilă în controlul cantităţii de soluţie injectată pentru o reducere eficientă a oxizilor de azot dar şi în avertizarea conducătorului auto în cazul apariţiei unor probleme (Sistemul OBD2).

Trebuie injectată o anumită cantitate de soluţie în sistem. O insuficientă injecţie de soluţie poate duce la convertirea insuficientă a oxizilor de azot. O injecţie prea mare va duce la eliberarea unor cantităţi de amoniac în atmosferă, ceea ce nu este de dorit. Aceste scăpări de amoniac cresc odată cu raportul

dintre .

Tehnologia SCR este o combinaţie simplă a sistemului CRT şi elementele sistemului SCR (Fig.17). În acest sistem integrat CRT prezintă două funcţii şi anume: elimină excelent concentraţiile de CO, HC şi PM şi îmbunătăţeşte conţinutul de din curentul gazului care va intra ulterior în sistemul SCR.

Paşii de funcţionare sunt:

Injecţia de AdBlue şi hidroliza acesteia în ;

(11)

Reducerea selectivă catalitică;

(12)

Îndepărtarea excesului de amoniac;

Orice cantitate mică de , rămasă în sistem este redusă în catalizatorul pentru excesul de amoniac:

2 OBD – On Board Diagnostics = avertizarea la bord a conducătorului auto în cazul apariţiei unor probleme în funcţionarea diferitelor sisteme ale vehiculului.

Pagină | 15

Fig.17 Funcţionarea sistemului SCR


(13)

b) Sistemul CRT bazat pe hidrocarburi ca agent reducător.

Prezintă avantajul că nu mai trebuie adăugat un agent reducător suplimentar (cum ar fi AdBlue), datorită faptului că hirocarburile se găsesc deja în sistem sau pot fi adăugate. Însă acest sistem nu poate oferii performanţele celui bazat pe amoniac. Reacţia de lucru esteurmătoarea:

(14)

Sunt prezente două alternative ale acestui sistem SCR bazat pe hidrocarburi ca agent reducător, cu diferite performanţe de funcţionare conform figurii 18.

AdBlue este un agent de lucru compus din 32,5% uree3 ŞI 67,5% apă (Fig.18). Este un agent stabil, nu este inflamabil, este incolor iar ureea nu reprezintă un pericol pentru sănătatea umană, găsindu-se şi în produsele cosmetice.

Fig.17 Alimentarea cu AdBlue

Un vehicul poate avea un rezervor AdBlue, cu suficientă soluţie pentru a putea parcurge 10000 km fără să alimenteze. Conform ISO 22241, ureea prezintă următoarele proprietăţi:

PH maxim de 9,75; Vâscozitate la temperatura de 25°C de 1,4 MPa

3 Ureea este compusul organic cu formula moleculară . Este, de fapt, diamida acidului carbonic, deci o amidă. Se numește așa deoarece se obține din acidul carbonic (sifon), printr-o dublă reacție a acidului cu amoniacul.

Pagină | 16

Fig.18 Performanţele sistemului cu HC


Densitate la 20°C de 1,085 ; Punctul de înghieţ la -11°C.

3.6 Sistemul de captare a oxizilor de azot.

Controlul emisiilor de , la motoarele cu aprindere prin comprimare, reprezintă un procedeu complex, deoarece, prezenţa unei cantităţi mari de oxigen în gazele de evacuare îngreunează îndeplinirea reacţiei de reducere a cu ajutorul catalizatorului cu trei căi(la motorul cu aprindere prin scânteie).

De aceea, au fost dezvoltate tehnologii precum SCR (prezentat anterior) şi -trap (în traducere liberă “prinderea” ). Tehnologia -trap(Fig.18) presupune absoarberea şi stocarea , în condiţii sărace de funcţionare (λ>1), şi reducerea catalitică a acestuia prin scurte perioade de îmbogăţire ale amestecului (λ<1)

Principiul de funcţionare cuprinde, deci, 2 etape:

a) Absorbţia şi stocarea (Fig.19)

Fig.19 Absorbţia şi stocarea

Pagină | 17

Fig.18 Tehnologia - trap


În această fază, în urma reacţiei cu metalul preţios (Platina), oxidul de azot NO este transformat în dioxid de azot . Dioxidul de azot reacţionând cu oxidul de bariu formează un compus numit

nitrat de bariu , fiind stocat pe suprafaţa metalului activ.

b) Reducerea (Fig.20)

Fig.20 Reducerea

În această fază se introduce o cantitate mică de combustibil, adică se îmbogăţeşte amestecul (λ<1). este eliberat, iar împreună cu oxidul de carbon CO este transformat în azot şi dioxid de carbon , datorită reacţiei cu materialul preţios (Rodiu).

O problemă importantă în folosirea acestei tehnologii este că: pentru a reduce (la scurta funcţionare cu un amestec aproape stoechiometric λ=1) sunt necesari 0,051 moli de cetan pentru a converti un mol de NO în , deci consumul de combustibil va fi cu 0,6% mai mare decât cel iniţial, ceea ce implică costuri mai mari.

4. Diagnosticarea emisiilor la bord.

Primul sistem de monitorizare a fost introdus în aprilie 1985 (OBD I4) de către biroul pentru calitatea aerului din California. Acest sistem reprezintă de fapt nişte regului ce trebuies respectate în funcţionarea diferitelor sisteme ale vehiculului.

Determinarea eficienţei catalizatorilor şi mai ales detectarea deteriorării acestora prin monitorizarea funcţionării la bord au impus, respectarea unor prescripţii mai severe, de aceea a apărut a doua generaţie de sisteme de diagnoză la bord OBD II în anul 1994. Acestea au ca scop principal supravehgerea eficacităţii catalizatorilor şi diferiţilor senzori. Deoarece măsurarea directă a eficienţei catalizatorilor, prin analiza gazelor arse este nepractică şi scumpă, s-au dezvoltat metodologii pentru evaluarea performanţelor catalizatorului prin porcesarea unor mărimi uşor de măsurat. Este de dorit ca aceste metodologii să combine:

Simplitatea instalaţiei de măsură; Procesarea simplă a semnalelor, cu încărcare mică a unităţii electronice centrale;

4 OBD – On Board Diagnostics Pagină | 18


Îmbătrânirea termincă este determinată de efectul de sinterizare şi de creştere a cristalelor. La temperaturi mari se reduc suprafaţa stratului intermediar şi suprafaşa metalelor nobile. Cristalele metalelor nobile se aglomerează formând particule mai mari, în timp ce suprafaţa activă scade.

Bibliografie

1. Aramă, Constantin - Poluarea aerului de către motoarele cu ardere internă – Bucureşti, Editura Tehnică, 1975;

2. M.Weibel, R.Wunsch – A novel approach to catalysis for NOx reduction in diesel exhaust gas;

3. Pierburg – System Information – Exhaust gas recirculation with air mass sensor;4. Diesel emission technology - Part II of Automotive after – treatment system;5. www.jmcatalysis.com ;6. www.aecc.be ;7. www.net.ca ;8. www.emitec.com ;9. www.gtexhaust.com ;10.Engine control systems – DOC Specification sheet.

Pagină | 19

http://www.gtexhaust.com/

http://www.emitec.com/

http://www.net.ca/

http://www.aecc.be/

http://www.jmcatalysis.com/

sistemul de depoluare al motorului cu aprindere prin comprimare

Documents