Post on 21-Oct-2015
description
transcript
SOLUTII NOI PENTRU MOTOARELE CU ARDERE INTERNA
STUDENT : SECŢIA : ARGRUPA : ANUL UNIVERSITAR :
Componenţa gazelor de evacuara
Filtru de particule la motoarele Diesel
Motoarele diesel sunt preferate de mulţi automobilişti în primul rând pentru performanţele şi
economicitatea lor (un consum mai mic de combustibil şi, până nu demult, un preţ de cost al
motorinei ceva mai scăzut faţă de benzină).
Totuşi motoarele diesel rămăn cele mai poluante motoare prin noxele eliberate în
atmosferă, producând de 3-6 ori mai mulţi oxizi de azot (NOx) şi de peste 100 de ori mai
multe particule nearse (fumul negru). Deşi ultimele tehnologii aplicate la motoarele diesel
(common rail-ul, de exemplu) au permis reducerea multor poluanţi totuşi oxizii de azot şi
particulele nearse rămân principalii poluanţi ce trebuie eliminaţi potrivit viitoarelor norme
Euro-5. În motorul diesel amestecul aer-motorină atinge o temperatură de autoaprindere de
circa 450 grade C, inferioară temperaturii la care are loc arderea în motoarele pe benzină (900
grade C). Din acest motiv noxele ce rezultă în motoarele diesel, deşi sunt de acelaşi fel cu cele
din motoarele pe benzină, sunt mult mai multe şi mai importante calitativ.
Temperatura mai mică din camera de ardere a motorului diesel nu pemite arderea
completă a particulelor şi ele au aspect de granule microscopice cu dimensiuni ce variază de
la 100
nanometri până la un micrometru. Acestea dau aspectul negru al gazelor de eşapament, aşa
numitul fum negru atât de cunoscut participanţilor la traficul rutier, dar şi pietonilor care îl
trag zilnic în piept. Particulele de fum emise de motoarele diesel sunt foarte toxice, fiind de
dimensiuni foarte mici ele afectează căile respiratorii depunăndu-se în plămâni şi favorizănd
astmul şi cancerul pulmonar. Sunt mai nocive pentru cei suferinzi, pentru copiii şi persoanele
în vârstă. Principiul de tratare a particulelor nearse nu este complicat, ar fi suficienta utilizarea
unui filtru fin pentru reţinerea particulelor cu diametre mai mari de 50 nm lăsând să treacă
gazele arse (tehnologia ceramică pe bază de carbură de siliciu permite realizarea unor
asemenea filtre), dar ca orice filtru care se umple cu impurităţi trebuie şi curăţat sau înlocuit
elementul filtrant , şi filtrul de particule, după un rulaj de 500-1000 km, se încarcă cu particule
blocând circulaţia gazelor arse şi perturbând în acest fel funcţionarea motorului.
Un filtru de particule , uneori numit şi ca DPF (diesel particulate filter) este un subansamblu
care face parte din sistemul de evacuare şi ajută la post arderea particulelor şi fumului din
gazele de evacuare.
Filtru de particule Volkswagen Golf IV
Filtrul antiparticule este format din canale minuscule din ceramică poroasă, impregnată cu
platină şi închise la un capăt: gazele de evacuare reuşesc să treacă prin pori, în timp ce
pulberile sunt reţinute.Atunci când se acumulează pulberi, colmatându-se filtrul, este necesar
eliminarea lor prin ardere, graţie unui proces numit „regenerare”. În acest scop , temperatura
filtrului
DPF este
ridicată la
mai mult de 600 C prin intermediul unei întărzieri a procesului normal de injecţie şi prin
activarea unei post-injecţii care trimite motorina nearsă în filtru.
În graficele de mai sus se arată temperaturile filtrului DPF în diverse regimuri de
rulare, la funcţionare normală (în stânga) şi în timpul regenerării(dreapta). Se observă că în
oraş se înregistrează condiţiile cele mai dificile, din cauza temperaturilor scăzute atinse.
Filtrele de particule au fost folosite încă din anii 1980, dar pe autovehicule numai din
1996. Motoarele diesel în timpul arderii amestecului de combustibil/aer produc a varietate
mare de reziduuri numite particule, datorită arderii incomplete a amestecului. Compoziţia
acestor particule diferă în funcţie de tipul, vechimea şi clasa de emisii poluante al motorului.
Procedeul de regenerare nici nu este sesizat de şofer. Peugeot-Citroen au fost primii
constructori care au pus la punct filtrul de particule, pe un automobil diesel Peugeot 607 în
Fig.4. Filtru de particule Bosch
anul 2000, de atunci fabricând peste un milion de motoare diesel dotate cu acest filtru ( pentru
modelele C3,C4, C5, C6, C8 şi pe 307, 407, 607, 807).
Prima soluţie antiparticule datează din 2001 şi aparţine grupului PSA, este vorba de filtrul
activ de particule ( FAP ) şi se diferenţiază de DPF prin aditivul care coboară temperatura de
regenerare la circa 400 C şi scurtează durata procesului.
În funcţie de model filtrul FAP trebuie înlocuit iar aditivul trebuie completat la fiecare
120 pănâ la 180.000 km. În anii următori i-au urmat şi alţi fabricanţi de automobile printre
care amintim pe Opel (Meriva, Zafira, Vectra şi Signum), Renault (Megane, Scenic, Laguna,
Vel Satis), Ford (Focus şi C-Max), Alfa Romeo (159, 166), Audi (A3, A4, A6, A8, Q7),
BMW (Seria 3, 5, 7 si X3), Fiat (Croma şi Doblo), Mazda MZR (5.20 si 6.20), VW (Phaeton
şi Touareg), Mercedes (A, B, C, E, ML, CLK) şi altele. Costul montării unui filtru de
particule pe un motor diesel common rail este destul de ridicat fiind cuprins între 300 şi 900
euro (600 euro în medie).
Prima generaţie de filtre de particule prevedea înlocuirea filtrelor la 80.000 km rulaţi,
a doua generaţie, fabricată în 2002, care utiliza un aditiv, a mărit intervalul la 120.000 km
rulaţi. Ultima generaţie de filtre, fabricat în 2005, nu mai necesită înlocuirea elementelor
acestea regenerându-se în mod permanent.
Pentru a hotărî când este nevoie de regenerarea filtrului DPF, dieselurile din grupul
FIAT înregistrează regimul de utilizare a motorului (numărul de rotaţii şi poziţia acceleraţiei):
în graficul de mai jos, cele şapte condiţii de rulare luate în considerare. Sistemul apreciază
cantitatea de pulberi produsă: în cazul unor probleme la motor valorile reale ale emisiilor sunt
scăzute din cele estimate, dar senzorii de presiune evaluează colmatarea filtrului şi dacă e
nevoie, atrag atenţia prin intermediul unui martor luminos.
Particulele colectate trebuie arse pentru a curăţa filtrul, unele filtre sunt de unică folosinţă,
altele sunt proiectate pentru a arde particulele colectate fie prin folosirea unui catalitic (passiv)
sau prin metode active cum ar fi :arderea combustibilului pentru a încălzi filtrul la
temperetura de ardere a fumului; modificare managementului motorului pentru a intra într-un
regim special de funţionare când se umple filtrul prin încălzirea gazelor de evacuare sau prin
producerea unor cantităţi mari de NO2 care va oxida particulele la temperatură scazută; sau
prin alte metode.
Materialul poluant capturat în filtru este alcătuit în mare parte din carbon şi
hidrocarburi, arderea lor se realizează după două tehnici.
1. Arderea prin folosire de O2
[C] + O2-> CO2
2. Arderea prin folosirea de (NO2).
[C] + NO2 -> CO2 + NO
Bazat pe O2 Bazat pe NO2
Temperatura necesară Temperatură necesară este Reacţia apare de la 250°C.
Filtre de particule Ford pentru motorizările 1.6TDCi şi 2.0TDCi
regenerării aproximativ 600°C
(sau 400°C la catalizatoare cu post
ardere).
Gaze folosite în reacţia
de regenerare
Gaz abundent în O2 NO2 realizat din
NO în gazele de evacuare
Sistemele bazate pe NO2 sunt mai favorabile deoarece temperatura la care are loc reacţia este
mult mai mică şi se poate atinge de orice motor diesel.
Filtrul poate fi montat şi pe dieselurile aflate deja în circulaţie, şi spre deosebire de
colectoarele de serie, filtrele post-producţie nu au nevoie de o strategie sofisticată de
regenerare şi de senzori, pentru că funcţionează diferit: de fapt nu reţin particulele pentru a le
arde periodic, ci transformă în mod chimic permanent pulberile care trec prin canale deschise.
Eficienţa lor, însă nu este optimă : filtrele de serie elimină 90% dintre pulberi, în timp
ce celelalte opresc cel mult 50% . Filtrele DPF post-producţie folosesc bioxidul de azot
produs de catalizatorul de serie pentru a reacţiona cu carbonul (adică particulele) obţinând
anhidridă carbonică şi oxid de azot .