Mijloace de reducere a poluarii produse de MAI

Mijloace de reducere a poluarii produse de MAI

In vederea reducerii noxelor emise de MAI se actioneaza pe mai multe cai, separate sau conexe:

- controlul arderii;

- controlul emisiilor poluante;

- epurarea catalitica a gazelor;

- utilizarea de combustibili care genereaza emisii poluante reduse;

- masuri de natura constructiva cu influiente pozitive in ceea ce priveste emisiile poluante;

- controlul precis al parametrilor de lucru folosind facilitatile date de tehnica de calcul.

1 Controlul arderii in MAI

O modalitate frecvent utilizata in cazul MAC-urilor este injectia pilot. Procedeul consta in injectarea in camera cilindrului, inaintea dozei principale de combustibil, a unei doze mici, pilotul, a carui aprindere pregateste conditiile de aprindere. Se formeaza initial un amestec bogat in compusi reactivi in urma combinarii oxigenului cu combustibilul pilot.

Consecinta este o scurtare semnificativa a timpului de initiere a arderii pentru doza principala de combustibil, cu o ardere treptata a acesteia.

Se asigura o pornire mai usoara a motorului iar in perioada de incalzire MAC-ul va functiona mai linistit.

Doza de combustibil injectata drept pilot reprezinta 5.10 % din doza totala pe ciclu iar avansul pilotului fata de doza principala este de 6.20 grade RAC, functie de sarcina si turatia motorului.

Procedeul are un efect semnificativ asupra emisiilor de oxizi de azot insa cu o reducere a economicitatii motorului daca se aplica in regimurilr de sarcina ridicata la turatii mari.

Tehnic, procedeul induce unele dificultati de aplicare dat fiind portiile foarte mici de combustibil necesare injectarii pilotului. O solutie incercata a fost cea a relizarii unor came ale sistemului de injectie special profilate. Rezultatele nu au fost multumitoare.

Pentru motoarele de ultima generetie se recurge la pompe si injectoare comandate electronic. In figura 1 este prezentat un injector piezo, capabil sa trimita zeci de miniportii de combustibil pe perioda de injectie a unui singur ciclu.

Figura 1

O solutie cu bune rezultate, aplicata pe motoarele cu camera separata de vartej, o constituie utilizarea unui injector special (injectorul Pintaux figura 2) Acest injector are doua orificii cotrolate de ac. Cand presiunea incepe sa ridice acul de pe sediu intai se deschide orificiul secundar O₂ care elibereaza pilotul. Continuand ridicarea acului incepe deschiderea orificiului principal O₁ prin care se injecteaza doza principala de combustibil. Doza de combustibil corespunzatoare pilotului depinde de turatia motorului si de reglajele injectorului. Axa orificiului pilotului este orientata spre centrul camerei, acolo unde temperatura este mai mare. La pornire, cand turatia este scazuta, prin O₂ se trimite o doza importanta de combustibil si ca urmare pornirea este mai usoara.

Figura 2

O alta solutie aplicata la motoarele cu injectie directa consta in folosirea a doua injectoare, unul pentu pilot si unul pentru doza principala (figura 3)

Figura 3

O solutie folosita in cazul MAC-urilor de putere mica este cea a injectiei secventiale folosind un injector special, dotat cu doua arcuri (figura 4).

Figura 4.

Datorita presiunii, mai mici la inceput, acul injector comprima arcul superior pana la limitei cursei 1 data de distanta dinte capatul acului si saiba manson. Pe aceasta cursa se realizeaza injectia pilotului. Presiunea crescand in continuare incepe si comprimarea resortului inferior (mai rigid) pe o cursa care asigura o sectiune de curgere a combustibilului maxima. Se realizeaza astfel injectarea dozei principale de combustibil.

Fumigarea . Consta in in injectarea in galeriile de admisie ale motoarelor a unor doze de combustibil. Exista variante experimentale la care s-au folosit carburatoare ce introduc alcoli in admisia motoarelor cu aprindere prin comprimare. Procedeul este in studiu, dificultatile fiind legate de controlul reactiilor de preoxidare.

Modelarea cinetica a arderii (MK). Conceptul prsupune trei faze:

recircularea gazelor arse pentru scaderea concentratiei oxigenului;

utilizarea unui avans mic la injectia combustibilului;

o miscare puternica a amestecului in camera de ardere.

Cele trei componente asigura o reducere semnificativa a emisiilor poluante ( 85 % pentru oxizi de azot si fum plus o scadere a nivelului de zgomot).

2 Controlul emisiilor poluante

Acest control presupune luarea de masuri care sa modifice compozitia fluidului motor in diferitele stadii de evolutie cu scopul reducerii emisiilor poluante de HC, NO_x. fum si particole PM.

In figura 5 este prezentata structura jetului de motorina al unui MAC cu evidentierea zonelor de formare a fumului. S-a constatat ca :

- fumul se formeaza rapid si concentratia lui ajunge la valoarea maxima spre sfarsitul perioadei de injectie. Concentratia sa scade apoi rapid daca temperatura depaseste 1900^o K;

- concentratia maxima de fum corespunde temperaturii maxime si excesului maxim de aer.

In consecinta fumul se formeaza pentru temperaturi cuprinsa intre 2200 K si 2300.2400 K si nu apare sub 1500 K. Reducerea ulterioara a cocenentratiei fumului este posibila numai daca temperaturile se situiaza peste 1800 K.

Figura 5

Caile cele mai utilizate de reducere a emisiilor de fum sunt:

- cresterea presiunii de injectie (in special la MAC) in scopul realizarii de picaturi cat mai fine care sa se evaporeze cat mai repede si complet;

- cresterea numarului de orificii pe duza injectorului la MAC in scopul realizarii de amestecuri performante pe zone cat mai extinse;

- intensificarea miscarii fluidului motor in camera de ardere;

- micsorarea avansului cu deplasarea arderii pe destindere. Scad emisiile de fum, scade temperatura maxima si in consecinta scad emisiile de NO_x;

- realizarea precisa a orficiilor injectoarelor.

Folosirea apei. O posibila cale de reducere a emisiilor poluante este cea a folosirii diferitelor lichide care sa ajunga pe diferite cai in fluidul motor. Acestea au rolul de a modifica parametrii de lucru si compozitia chimica.

In figura   6 sunt prezentatae un ansamblu de solutii propuse care vizeaza folosira apei.

In cazul a apa este pulverizata direct in galeria de admisie.

In b se utilizeaza pentru injectie o emulsie de apa si motorina in proportii care se pot modifica functie de regimul de lucru.

In c se utilizeaza doua injectoare pe camera de ardere, unul fiind destinat injectiei de apa.

In d se utilizeaza un singur injector care trimite functie de pozitiile camelor apa si motorina in cilindru.

Figura 6

Reducere catalitica selectiva (SCR) Aceasta tehnologie se bazeaza pe arderea optimizata la nivelul motorului si un sistem de tratare a gazelor la iesirea din convertor pentru a reduce nivelul oxizilor de azot (NO_x) in azot - inofensiv pentru mediu - si apa. Acest sistem de tratare a gazelor la iesirea din convertor necesita injectarea   unei cantitati de AdBlue in fluxul fierbinte de gaze de esapament. AdBlue este un lichid limpede care contine 32,5% uree, inofensiv ca poluant. Acest lucru se face prin intermediul montarii unui rezervor separat ce contine AdBlue, pe sasiul autovehicului. Alimentarea rezervorului este la fel de usoara ca si cea cu carburant.

Pentru a corespunde normelor Euro 4, cantitatea de AdBlue injectata reprezinta 3-4% din consumul de combustibil, iar pentru standardele Euro 5, 5-7%.

Figura 7

Avantajele SCR. Tehnologia SCR ofera cateva avantaje fata de alte alternative (EGR - recircularea gazelor arse). Printre acestea se numara:

- tehnologie care si-a dovedit cu eficacitate fiabilitatea;

- are suficient potential pentru a corespunde normelor Euro 5 si celor viitoare;

- sistemul SCR nu necesita intretinere si este conceput pentru intreaga durata de viata a autovehiculului;

- tehnologia SCR nu are efecte asupra intervalelor de service sau asupra intervalelor de schimb de ulei ale motorului;

- SCR reduce semnificativ consumul de combustibil al motorului (5-7%);

-taxe mai mici pentru vehicule.

Dezavantajele SCR. Incovenientul sistemului SCR consta in faptul ca este vorba de un procedeu de post-tratare care necesita echiparea autovehicului cu un rezervor separat permitandu-i aprovizionarea cu AdBlue. Un alt inconvenient este punctul de congelare a aditivului AdBlue care este de numai -11 ⁰C. Ca raspuns la aceasta ultima intrebare, un nou aditiv "DENOXIUM" este propus drept "alternativa pe timp de iarna a aditivului AdBlue". Denoxium este o solutie de formiat de amoniu si uree. Principalul sau avantaj consta intr-un punct de congelare mai scazut (- 30 ⁰C), ceea ce reduce astfel necesitatea echiparii cu aparate de incalzit la nivelul sistemelor autovehiculelor si al retelelor de distributie.

Recircularea aazelor arse (EGR). Este o metoda eficienta de reducere a emisiilor de NO_x. Este eficienta pentru grade de recirculare de pana la 30% corelat cu racirea gazelor arse recirculate.

In figura 8 sunt prezentate doua solutii utilizate.

Figura 8.

In cazul a gazele de recirculare se colecteaza din galeria de evacuare inaintea turbinei de gaze folosind efectul dinamic al gazelor.

In b gazele de recirculare sunt preluate dupa turbina de gaze.