Diminuarea poluării chimice și sonore la autovehicule

1. Scurt istoric al tehnologiei diesel

Rudolf Christian Karl Diesel 1858 – 1913 este descoperitorul aşa-numitului motor diesel. În 1892 obţine patentul pentru ceea ce mai târziu avea să devină motorul diesel.

Alte date importante din istoria motorului diesel:

• 1897 prezentarea motorului diesel de către MAN

• 1910 patent britanic asupra „injectorului cu comandă hidraulică” pentru injecţia conbustibilului în motorul diesel

• 1923 primul camion cu acţionare cu motor diesel, construit de Benz-MAN

• 1927 pompa de injecţie Bosch pentru NKW

• 1936 prezentarea la Berlin a Daimler Benz 260 D

• 1975 prima serie mare de pompe de injecţie cu distribuitor rotativ pe VW Golf

• 1978 primul motor diesel pe autovehicule cu turbosupraalimentare de la Daimler-Benz

• 1986 prima injecţie electronică la BMW

• 1989 prima injecţie diesel de la Audi pe autovehicule

• 1990 catalizator pe motorul diesel (VW)

• 1995introducerea primului diesel ecologic

• 1996 pompa cu pistoane radiale cu ventil acţionat magnetic (VP 44) de la Bosch

• 1997 Common-Rail la autovehicule de la Fiat pe Alfa 156

• 1998 introducerea pompei-duze la autovehicule de la VW

• 2000 filtru de particule de la Peugeot

2.Particularităţi constructive ale motorului:

- intensitatea curentului de aer (turbulenţe din camera de ardere);

- cantitatea de gaze reziduale (funcţie de căderea de presiunea la evacuare);

- numărul de supape pe cilindru (tipul chiulasei: cu 2 sau 4 supape);

- arhitectura camerei de ardere:

- camera de ardere unitară;

- camera de ardere divizată.

- forma camerei de ardere şi dimensiunile ei;

- caracteristica de transfer termic a camerei de ardere:

- raportul suprafaţă / volum al camerei de ardere;

- proprietăţile de conductibilitate a pereţilor.

- supraalimentarea (presiunea aerului aspirat în cilindru­ pa);

- răcirea intermediară a aerului de admisie (temperatura aerului aspirat-Ta);

- caracteristicile instalaţiei de ungere:

- consum de ulei;

- calitatea uleiului;

- scurgeri de ulei;

- concepţia instalaţiei de ungere;

- dimensiunile principale ale cilindrului:

- D - diametrul cilindrului;

- S - cursa;

- raportul S/D;

- raportul de compresie;

- fazele de distribuţie;

- dispozitivele de pornire la rece;

- gradul de recirculare a gazelor arse;

- debitul variabil de aer.

2.1Particularităţi constructive ale motorului.

Organizarea mişcării aerului în camera de ardere, caracterizată prin raportul de vârtej, are o influenţă contradictorie asupra NOx şi a fracţiunii insolubile din compoziţia particulelor de aceea trebuie făcut un compromis la alegerea valorii optime; există deja soluţii de camere de ardere cu vârtej variabil.

Cantitatea mărită de gaze reziduale din cilindru duce la micşorarea cantităţii de aer proaspăt aspirat cu scăderea NOx şi creşterea fumului, gazele arse rămase în cilindru micşorează cantitatea de O2 disponibilă, frânând reacţiile de formare a NOx. Influenţa favorabilă a gazelor reziduale asupra reducerii NOx a condus la metoda recirculării gazelor arse (EGR-Exhaust Gas Recirculation), care constă în reintroducerea unei fracţiuni din gazele arse în cilindru; creşterea gradului de recirculare este extrem de eficientă din punctul de vedere al reducerii NOx, dar şi al HC, ceea ce se explică prin faptul că o parte din HC din gazele arse nu se evacuează direct în atmosferă, ci se reintroduce în cilindru, astfel încât o parte din acestea vor arde în ciclul următor; utilizând EGR se micşorează cantitatea de aer din fluidul proaspăt din cilindru, apărând tendinţa de creştere a fumului şi a duratei arderii, ceea ce duce la mărirea consumului de combustibil; aceste tendinţe sunt mai puternice o dată cu mărirea sarcinii, astfel că EGR se dovedeşte o măsura foarte bună de reducere a NOx şi a HC, dar numai în condiţiile corelării corespunzătoare a EGR cu sarcina motorului şi în limitele acceptabile ale creşterii consumului de combustibil.

Camerele de ardere divizate au nivelul global al emisiilor mai redus cu circa 10% faţă de cel al camerelor de ardere unitare, dar consumul de combustibil este mai mare cu aproximativ 10%.

3. Caracteristicile combustibilului:

- conţinutul de sulf;

- densitatea;

- volatilitatea;

- cifra cetanică;

- compoziţia fracţionată;

- continutul de hidrocarburi aromatice.

3.1 Caracteristicile combustibilului.

Aceasta influenţează considerabil emisia de particule şi într-o măsură mai mică şi emisiile poluante gazoase.

Conţinutul de sulf cauzează emisia de SO2 şi implicit a unui procent variind între 12 şi 28% de particule (sau, după normele S.U.A. din 1994, până ¬la 70%). De aceea, pentru reducerea emisiilor de particule, conţinutul de sulf a trebuit să fie scăzut de la 0,5% la 0,2% în 1994 şi apoi la 0,05% în 1996-1997. Reducerea sulfului este necesară şi pentru menţinerea eficacităţii reactoarelor catalitice montate pe motoarele diesel.

Densitatea combustibilului trebuie menţinută în limite strânse (0,82÷0,85) pentru a se evita modificarea debitului masic de combustibil.

Volatilitatea optimă a combustibilului evită formarea funinginei impregnate cu hidrocarburi grele, care sunt responsabile de coxarea injectoarelor.

Cifra cetanică influenţează NOx, HC şi PT; pentru o scădere cu 1 unitate a CC, NOx creşte cu 1 %, iar HC şi PT cresc cu 2÷4% pentru ciclul european cu 13 trepte şi cu 10% la funcţionarea la sarcini mici şi motorul rece.

Compoziţia fracţionată supravegheată, conţinând sub 10% hidrocarburi aromatice, conduce la reducerea semnificativă a emisiilor, în special a particulelor.

Deşi având o influenţă încă controversată, conţinutul de hidrocarburi aromatice se pare că are o contribuţie notabilă asupra emisiei de particule.

Influenţa caracteristicilor combustibilului asupra emisiilor poluante este tratată în detaliu într-un capitol distinct al lucrării.