pmr-final-1 (1)

8
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 /cm 2 - strat intermediar cu promotori (pamanturi rare) - strat catalitic cu platina, rhodiu, paladiu.

Upload: alex-allegzel

Post on 16-Sep-2015

214 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

subiecte pmr final rezolvate

TRANSCRIPT

  • 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 sulf

    Catalizatorul 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 POLUANILOR 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 vecin peretelui

    1.ORIGINEA HIGROCARBURILOR:

    CAUZE :

    - Zona amestecurilor preformate neinflamabile

    - Zona vecin peretelui

    - Coada jetului

    - Postinjectia

    La MAC, hidrocarburile se pot grupa n dou categorii:

    - hidrocarburi care provin direct din gazele de ardere

    - cele care rezult din transformarea combustibilului n timpul ardererii.

    Prezena hidrocarburilor originare din combustibilul iniial poate fi atribuit mai multor cauze generale:

    - Compoziia local excesiv de bogat sau excesiv de srac a amestecului, care nu poate susine

    reacia de autoparindere i cea de propagare a flcrii.

  • - Existena unor zone de amestec care prezint un raport mare suprafa-volum, determinnd

    pierderi exagerate de cldur. Aceste condiii apar datorit neomogenitii amestecului din camera

    de ardere a motorului.

    Cantitatea relativ de combustibil din zona amestecurilor preformate neinflamabile depinde de:

    - proporia de combustibil injectat n perioada de ntrziere la declanarea arderii

    - de viteza de amestecare.

    Astfel, daca au loc reactii de oxidare partiala,rezulta:

    - HC

    - peroxizi

    - CO

    Mrirea ntrzierii va coduce la tendina de cretere a emisiilor de HIDROCARBURI.

    Modificarea caracteristicilor sistemului de injecie, cu reducerea cantitii de combustibil injectat n

    perioada ntrzierii la autoaprindere apare ca un mijloc de reducere a emisiilor de hidrocarburi.

    S-au obinut reduceri de peste 50% a emisiilor de hidrocarburi prin metoda reducerii vitezei medii de

    injecie.

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

    - HC;

    - FUNINGINE;

    - compusi oxigenati.

    O alt surs de hidrocarburi este combustibilul de la coada jetului, n special combusibilul

    introdus la finele injeciei prin postinjecie.

    Aceasta este caracterizata de o pulverizare grosolana, si in lipsa oxigenului, va conduce la nearderea

    acestuia i trecerea lui direct n 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 formrii de NOx n motorul Diesel este controlat de procesele specifice ale

    formrii amestecului i arderii, care determin variaii mari n timp i spaiu a temperaturii i concentraiei

    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 turbulent modific concentraia local i 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 1micrometru

    Funinginea apare prin dehidrogenarea si agregarea HC.

    FACTORI:

    - zona peretelui

    - coada jetului

    - postinjectia

    7.INFLUENE ASUPRA GENEZEI POLUANILOR 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 fumului

    La 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 Nox

    GLOBAL:

    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 injectorului

    Astfel, 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 evacuare

    Acestea 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 funingine

    Filtrul 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 600C) 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 filtru

    Materialele 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 ppm

    2. Analizor de HC cu ionizare in flacara de H2

    - Domeniu de masura: 1...100 000 ppm

    - Timp de raspuns: 0,5 s

    - Rezolutie: 1 ppm

    3. Analizoare de Nox cu chemiluminiscenta

    - Domeniu de masura: 0,1...10 000 ppm

    - Timp de raspuns: 0,5 ...1 s

    - Rezolutie: 0,1...1 ppm

    4. 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 esapament

    Aprecierea 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 Europa

    Prima parte a ciclului modeleaz condiiile de trafic dintr-un ora european (ciclul urban) i este format dintr-un element de ciclu cu durata de 195 s (v

    max=50 km/h cu o vitez medie de 18.7 km /h, parcurgere a

    unui echivalent de 1,013 km, cu staionare 31% din timp); acest ciclu este reprodus de 4 ori. Prelevarea ncepe la pornirea de la rece a motorului. Partea a doua a ciclului are durata de 400s i modeleaz deplasarea interurban (v

    max=120 km/h, viteza medie 62,6 km/h, parcurs echivalent de 6.755

    km). Un ciclu complet se obine din repetarea de 4 ori a ciclului urban i un ciclu interurban. n general aceste msurtori se desfoar pe un stand cu role cu acionare automat i nu pe o pist de

    ncercri. Gazele de ardere prelevate sunt diluate cu aer i apoi sunt trecute prin un schimbtor de cldur

    pentru a fi rcite n scopul ngherii reaciilor chimice.