Metode moderne de reducere a poluării la motoare cu ardere internă cu aprindere prin scânteie

-2012 -

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUIUNIVERSITATEA <<VASILE ALECSANDRI >>BACĂU

FACULTATEA de INGINERIECatedra: Ingineria Mediului şi Inginerie Mecanică

CALEA MĂRĂŞEŞTI NR. 157Tel. +40 234 580170, Fax. +40 234 580170

http:\\www.ub.ro, decaning@ub.ro

Introducere

Studiul motoarelor cu aprindere prin scânteie (benzină), prezintă un interes major, datorită impactului semnificativ pe care le au asupra mediului înconjurător în general și a sănătății populației în special.

Motoarele cu aprindere prin scânteie sunt cele mai avantajate din punct de vedere economic şi se previzionează că 80% dintre automobile le vor mai folosi chiar şi în 2020.

Aproximativ 28 % din cantitatea emisiilor de gaze cu efect de seră se datorează transportului, iar 84 % din aceste emisii provin din transportul auto.

Conținutul lucrării

Lucrarea este stucturată pe 7 capitole dezvoltate pe 44 de pagini într-o succesiune logică, judicios și echilibrat prezentată.

Prima parte prezintă construcția clasică a motoarelor cu ardere internă, cu aprindere prin scânteie și îmbunătățirile moderne aduse acestora

Partea a doua prezintă noțiuni de legislație privind limitele de emisie a noxelor la motoarele echipate cu m.a.s., și poluanţii rezultaţi în urma arderilor

Parte a treia a lucrării prezintă rezultatele prelucrării datelor teoretice și experimentale, impactul transportului auto asupra mediului înconjurător și monitorizarea emisiilor poluante la autovehiculele echipate cu m.a.s.

Obiectul de studiu

S-au studiat, emisiile de noxe și consumul de combustibil pentru cinci tipuri de autoturisme, care fac parte din mărci diferite, echipate cu motoare cu aprindere prin scanteie (m.a.s.) de putere aproximativ egală si anume:

• Opel • Volkswagen • Renault • Mitsubishi • Toyota

Parametrii analizați sunt următorii: emisii de dioxid de carbon (CO2), monoxid de carbon (CO), hidrocarburi (HC), oxizi de azot (Nox) și consumul de carburant.

Cercetări privind nivelul noxelor la autoturisme echipate cu motoare cu aprindere prin scânteie (m.a.s)

Consumul de carburant şi emisiile de CO2 la un autoturism echipat cu motor

cu aprindere prin scânteie m.a.s.

Nume comercial

Motor Consum combustibil[l/100 km]

Emisii CO2

[g/km]

Putere[kw]/[rot/min]

Cilindrii[cm³]

Urban interurban mixt urban interurban mixt

Opel Astra Z16XER

85/6000 1598 8.7 5.2 6.5 208 124 155

Volkswagen Golf BSE

75/5600 1595 9.7 5.6 7.1 225 130 166

Renault Megane K4M-R8

81/6000 1598 10.1 5.9 7.4 234 140 174

Variația consumului de combustibil al autoturismelor echipate cu m.a.s în mediul urban, interurban şi mixt.

Cercetări privind nivelul noxelor la autoturisme echipate cu motoare cu aprindere prin scânteie (m.a.s)

Cercetări privind nivelul noxelor la autoturisme echipate cu motoare cu aprindere prin scânteie (m.a.s)

Variația emisiilor de CO2 al autoturismelor echipate cu m.a.s în mediul urban, interurban şi mixt

Compararea emisiilor de CO, HC şi NOx între două motoare echipate cu m.a.s (Euro IV) și standardul de emisie Euro IV .

Nume

comercial

Putere motor Valori limită

Masa CO Masa HC Masa NOX

g/km g/km g/km

Mitsubishi Colt 109 cp /6000 rpm 0.464 0.066 0.028

Toyota Corolla 110 cp /6000 rpm 0.550 0.040 0.010

Standard euro IV 1.0 0.10 0.08

Cercetări privind nivelul noxelor la autoturisme echipate cu motoare cu aprindere prin scânteie (m.a.s)

Cercetări privind nivelul noxelor la autoturisme echipate cu motoare cu aprindere prin scânteie (m.a.s)

Comparaţie a emisiilor de CO, HC şi NOx între două motoare echipate cu m.a.s (Euro IV) și standardul de emisie Euro IV .

Valorile consumului de carburant si emisiile de CO2 (Toyota Auris vs Toyota Auris hibrid).

Nume comercial

Motor Consum combustibil[l/100 km]

Emisii CO2

[g/km]

Putere[kw]/[rot/min]

Cilindrii[cm³]

Urban interurban mixt urban interurban mixt

Toyota auris 97/6400 1598 8 5.4 6.3 184 125 146

Toyota auris hibrid

73/5200 1798 3.8 3.8 3.8 89 87 89

Variația consumului de combustibil (Toyota Auris vs Toyota auris hibrid).

Variația emisiei de CO2 (Toyota Auris vs Toyota auris hibrid)

Cercetări privind nivelul noxelor la autoturisme echipate cu motoare cu aprindere prin scânteie (m.a.s)

Îmbunătăţiri aduse construcţiei motoarelor cu ardere internăPentru a reduce limitele emisiilor de gaze poluante s-au adus următoarele

îmbunătățiri motoarelor cu ardere internă (m.a.s.):

• Catalizatorul cu triplă actiune - este una dintre cele mai eficiente, sigure şi mai fiabile forme de curăţare a gazelor de eşapament ale motoarelor pe benzină (cu aprindere prin scanteie).

• Sistemul de distribuţie variabilă - este o tehnologie nouă care presupune controlul exact al momentului deschiderii şi închiderii supapelor de admisie şi evacuare, în funcţie de condiţiile de utilizare permite îmbunătăţirea randamentului. Iar dacă acest sistem de distribuţie variabilă este combinat cu sistemul de variere a poziţiei camelor, controlează raportul de compresie şi permite reducerea emisiilor de dioxid de carbon pe o bandă largă de turaţii. Se obţin astfel performanţe foarte bune şi un consum redus de combustibil

Îmbunătăţiri aduse construcţiei motoarelor cu ardere internă

• O altă nouă tehnologie pentru a reduce emisiile de noxe a fost configuraţia sistemului de eşapamen care consta in scurtarea distanţa de la colectorul de evacuare la catalizator, astfel încât gazele de eşapament să ajungă la acesta fără să sufere o scădere de temperatură, ceea ce a permis activarea mai rapidă a catalizatorului pentru pornirea la rece, obţinându-se astfel o reducere semnificativă a emisiilor de noxe.

• Funcția ECO start/stop - un sistem complet nou de admisie şi de evacuare a gazelor de eșapament. Funcția ECO start/stop reduce consumul de carburant și nivelul emisiilor, oprind motorul atunci când autovehiculul staționează sau când se opreşte

Monitorizarea emisiilor poluante la autovehicule echipate cu m.a.s.

Monitorizarea emisiilor poluante pentru autovehicule se realizează în cadrul inspecţiei tehnice periodice (ITP).

Intervalul de timp la care este obligatorie efectuarea inspecţiei tehnice periodice, în funcţie de categoria vehiculelor:

• autovehicole pentru transport persoane cu mai mult de 8 locuri pe scaune, cele cu regim de taxi, inchiriere si vehicolele scoala – la 6 luni

• autovehicule destinate transportului de mărfuri cu o masă totală maximă autorizată mai mare de 3.500 kg, remorci şi semiremorci cu o masă totală maximă mai mare de 3.500 kg, tractoare cu o masă totală maximă mai mare de 3.500 kg, ambulante – la un an

• autovehicole pentru transport persoane cu mai putin de 8 locuri pe scaune, remorci şi semiremorci avand o masă totală maximă autorizată care nu depăşeşte 3.500 kg, motociclete, mopede, autovehicule cu 3 roţi si cvadricicluri, tractoare avand o masă totală maximă care nu depăşeşte 3.500 kg – la 2 ani

• remorci şi semiremorci apicole – la 3 ani

Monitorizarea emisiilor poluante la autovehicule echipate cu m.a.s.

Denumirea

verificării

Metoda de control şi aparatură

necesară

Defecte constatate Cod defect

DMi DMa DP

Zgomot

Sistem de reducere

a zgomotului

Inspecţie vizuală şi auditivă -nivel de zgomot excesiv

-orice parte a sistemului de reducere a

zgomotului nesigură, lipsă, deteriorată,

fixată incorect sau modificată în mod

evident astfel încât ar putea afecta în

mod semnificativ nivelul de zgomot

X

X x

Gaze de evacuare

Emisii produse de m.a.s alimentate cu benzina/GPL

Echipament de

control al emisiilor

de gaze

Inspecţie vizuală a) echipament de control al emisiilor

prevăzut de producător lipsa,

modificat sau defect în mod evident

b) neetanşeităţi ce ar putea afecta

semnificativ măsurarea emisiilor

X

X

Plan operaţional privind efectuarea ITP-ului la autovehiculele echipate cu m.a.s

Denumirea

verificării

Metoda de control şi aparatură

necesară

Defecte constatate Cod defect

DMi DMa DP

Emisii poluante

(+E)

•Control cu analizator de gaze pentru CO

şi HC la autovehicule cu m.a.s fără

catalizator tricomponent şi sonda lambda,

la turaţia de mers în gol încet.

•Control cu analizor de gaze pentru CO şi

HC la autovehiculele cu m.a.s cu

catalizator tricomponent şi sonda lambda,

la turaţia de mers în gol încet şi la turaţia

de mers în gol accelerat (min.2000rot/min,

max. 3000 rot/min).

•Pentru vehicolele echipate cu un sistem

de diagnosticare la bord (OBD),

funcţionarea corectă a sistemului de

control al emisiilor poate fi verificată prin

citirea corespunzetoare a OBD şi a

verificării funcţionarii corecte a OBD în

locul măsurării unor emisii în conformitate

cu cerinţele specific.

a) fie emisiile de gaze depăşesc nivelurile

specific stabilite de producător

b) fie, în cazul în care aceste informaţii nu

sunt disponibile emisiile de COcor şi HC

depăşesc:

1. Pentru autovehicule echipate cu mas:

4,5 % sau

3,5% pentru COcor în funcţie de data

primei înmatriculări.

1000 ppm pt.HC

2. Autovehicule echipate cu m.a.s.-kat:

- 0.5 % la turaţia de mers în gol încet;

- 0.3 % la turaţia de mers în gol accelerat;

- 0.3 % la turaţia de mers în gol încet;

- 0.2% la turaţia de mers în gol accelerat

- 100ppm la turaţia de mers în gol accelerat

Monitorizarea emisiilor poluante la autovehicule echipate cu m.a.s.

Denumirea

verificării

Metoda de control şi aparatură

necesară

Defecte constatate Cod defect

DMi DMa DP

Emisii poluante

(+E)

•La motoarele alimenate duală

benzină/gpl, controlul va fi efectuat

pentru ambele moduri de funcţionare

iar verificarea HC se efectuează

numai pentru funcţionarea cu benzină.

•La autovehiculele cu sistem de

alimentare hibrid sau la cele echipate

cu m.a.s în 2 timpi nu se va efectua

verificarea emisiilor poluante

c) lambda nu se încadrează în

domeniul 1±0.03 sau nu este

conform cu valoarea

specificată de producător la

turaţia de mers în gol

accelerat.

d) OBD indică funcţionare

defectuoasă.

Monitorizarea emisiilor poluante la autovehicule echipate cu m.a.s.

Concluzii

Motorul cu ardere internă datorită multiplelor populaţii de autovehicule pe care le echipează este o sursă importantă de poluare.Legislaţiile în domeniul poluării îşi lărgesc treptat cadrul, tinzând să limiteze toate formele de poluare, pornind de la poluanţii din gazele de evacuare, continuând cu gazele de carter până la vaporii de combustibil scăpaţi din instalaţiile cu ardere internă.Conform rezultatelor obținute s-a ajuns la concluzia că, cantitatea de emisii de dioxid de carbon (CO2) este într-o strânsă dependență față de consumul de combustibil; astfel că, cu cât consumul de combustibil este mai mare cu atât și emisiile de CO2 eliberate în atmosferă sunt mai mariS-a constatat că în urma îmbunătățirilor aduse motoarelor cu aprindere prin scanteie, în vederea reducerii poluării, rezultatele obținute sunt cu mult sub standardul de emisie în care au fost încadrate. Masina hibrid reprezintă mașina viitorului apropiat, cea mai bună soluție a prezentului, care folosește motorul cu combustie, clasic, cu benzină și un sistem electric care redistribuie energia uzată de autovehicul în mers, reduce emisiile de CO2,  protejând în mare măsură mediul.