Ambele tipuri de emisii ( hidrocarburi și oxizi de azot ) ce aparțin motoarelor diesel vor fi și ele reduse până la valoarea de 170mg/km, cu 26% mai puțin decât la norma de poluare Euro 5.

CAPITOLUL 6
NORME DE POLUARE EURO 6
EURO 6 reprezintă numele dat limitei legale a emisiilor poluante produse de vehiculele cu greutate mai mare de 3,5 tone, și face referire la cantitatea maximă de poluanți cu preponderență pulberi în suspensie și oxizi de azot (NOx) căruia unui motor diesel îi este permis a le produce.
Această normă de poluare impune o reducere semnificativă a noxelor, ce aparțin vehiculelor cu o masă mai mică de 2610 kg, ( pentru motoarele pe benzină ) până la valoarea de 60 mg /km de NOx și 80 mg/km (pentru motoarele diesel).
Ambele tipuri de emisii ( hidrocarburi și oxizi de azot ) ce aparțin motoarelor diesel vor fi și ele reduse până la valoarea de 170mg/km, cu 26% mai puțin decât la norma de poluare Euro 5.
Din data de 1 septembrie 2014, motoarele diesel pot emite maxim 80 mg NOx / km, înlocuind astfel limita anterioară de 180 mg/ km.


Limita de NOx pentru cele patru clase de poluare EURO
În comparație cu motoarele pe benzină, datorită arderii amestecului aer-combustibil, motoarele diesel produc emisii mai mari de particule și NOx, acestea fiind emisii poluante cu efect nociv asupra omului și mediului înconjurător.
Una dintre cele mai importante caracteristici a normei de poluare Euro 6 la motoarele diesel este reducerea limitei de NOx de la valoarea de 0,18 g/km la 0,8 g/km.
Pentru îndeplinirea acestei prevederi, motoarele diesel au nevoie de sisteme post-tratare a gazelor de evacuare.
În prezent se identifică două mari tehnologii ce pot fi aplicate motoarelor diesel Euro 6 :
a. catalizator/filtru de NOx (en: NOx trap)
b. sistem de injecție de uree în evacuare (AdBlue)
Prima metodă este aplicată motoarelor diesel cu capacitate cilindrică mai mică de 2 litri.
AdBlue – Sistemul de tratare a emisiilor de NOx (SCR)
Acest sistem este utilizat pe motoarele diesel cu capacitate cilindrică mare,datorită costului mai ridicat.
Reducerea catalitică selectivă reprezintă diminuarea oxizilor de azot din gazele de evacuare, folosind o solutie pe bază de uree.
Selective Catalytic Reduction reprezintă denumirea cunoscută a sistemului de injectie AdBlue (SCR).
În sistemul de injecție de uree (SCR), amoniacul are rolul de a reduce oxizii de azot (NOx), și pentru că în stare liberă amoniacul NH3 este toxic, se utilizează astfel o soluție compusă din apă și uree, conținutul celei din urma fiind de aproximativ 33%.
Stabilitatea acestei soluții din punct de vedere chimic impune punctul de îngheț la -11°C.
AdBlue reprezintă denumirea comercială în Europa a acestei soluții de uree.
Ureea CO(NH2)2 poate fi obținută prin procedee industriale, din combinarea bioxidului de carbon și a amoniacului la presiuni și temperaturi mari.
Ureea este solidă și se află sub forma unor cristale incolore solubile în apă.
Acest sistem de injecție este unul complex și impune costuri suplimentare destul de mari.
În plus sistemul este prevăzut și cu un senzor de oxizi de azot ce măsoară rata de conversie a catalizatorului.


1. injector
2. catalizatorul SCR
3. modulul electronic de control
4. rezervorul de uree
Rezervorul cu soluția AdBlue este dotat cu o rezistență de încălzire ce previne înghețarea soluției și un senzor de nivel necesar atenționării șoferului privind alimentarea cu soluție.
Rezistența de încălzire este acționată de către modulul electronic de control în baza semnalului primit de la senzorul de temperatură.




Tratare a emisiilor de NOx prin injectie AdBlue


Modulul electronic de control(DCU) comandă injecția de AddBlue în sistemul de evacuare în funcție de informațiile primite de la senzori.
Sistemele SCR reduc masiv NOx din gazele arse folosind amoniacul (NH3) ca agent de reducere.
Pentru a atinge limitele impuse emisiilor poluante, motorul Diesel EURO 6 conține mai multe sisteme de post-tratare a gazelor de evacuare:
– catalizator de oxidare care reduce emisia de CO, HC, NO făcând conversia NO
– filtrul de particule
– catalizatorul SCR cu rol de reducere (NO și NO2)
– catalizatorul de oxidare al amoniacului ce reduce semnificativ NH3 rezidual




Injecția de AddBlue(uree) se face după trecerea prin catalizatorul de oxidare.
Gazele și soluția de uree trec printr-o sită metalică(mixer) care omogenizează amestecul,iar de aici trec în catalizatorul de hidroliză.
În catalizatorul de hidroliză se extrage NH3 din soluția AddBlue .
NH3 se obține printr-o reacție de piroliză și una de hidroliză.
CO(NH2)2 → NH3 + HNCO (piroliză), ureea (CO(NH2)2) care se descompune în amoniac
și acid izocianic (HNCO)
HNCO + H2O → NH3 + CO2 (hidroliză), acidul izocianic (HNCO) rezultat în urma reacției de
piroliză, prin combinația cu apa, formează NH3 și
bioxid de carbon .
Reacțiile de reducere a oxizilor de azot (NO și NO2), cu ajutorul amoniacului se realizează în catalizatorul SCR care conține metale (cupru și fier) ce produc reacția de reducere.
În urma reacțiilor produse rezultă H2O(apa) și N2 (azot).
8NH3 + 6NO2→ 7N2 + 12H2O (1)
4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (2)
2NH3 + NO + NO2 → 2N2 + 3H2O (3)
Amoniacul NH3 care nu a reacționat în interiorul catalizatorului este neutralizat în catalizatorul de oxidare evitând eliberarea acestuia în atmosferă.
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O


Post-tratarea gazelor de evacuare




Circulatia gazelor în sistemul compact de post-tratare specific EURO 6
1. catalizatorul de oxidare 3. injectorul 5. amortizor
2. filtrul particule 4. catalizatorul SCR
Funcționarea filtrului de particule diesel(DPF)
Arderea incompletă a combustibilului produce emisia de particule în atmosferă .
Prin optimizarea sistemului de injecție și preardere, precum și prin tratarea gazelor de evacuare (postardere) acest fenomen se poate diminua substanțial.
Filtrul de particule are rolul de a separa gazele de eșapament de particulele solide.
Galeria de evacuare a motorului conține( DPF) care pentru o funcționare optimă are inclus catalizatorul de oxidare și o serie de senzori folosiți pentru regenerarea filtrului.




Debitul gazelor arse este direct proporțional cu gabaritul filtrului ( cilindreea motorului și volumul filtrului sunt corelate).
Structura interioara a filtrului este în formă de fagure , materialul din care este construit fiind de natură ceramică și având o structură poroasă.


Secțiune filtru de particule
Cerințele filtrului de particule sunt :
• filtrarea particulelor extrem de mici peste 0.01 μm
• reducerea rezistenței la curgere a gazelor
• filtrarea particulelor în proporție de 95%
• rezistență la temperaturi ridicate : 1050 °C
Regenerarea filtrului trebuie făcută după o perioadă de timp datorită reținerii particulelor în interiorul acestuia.
Regenerarea se face printr-un proces de ardere a particulelor stocate.
Dacă se depășește un prag critic și nu se face regenerarea, aceasta nu mai poate avea loc și filtrul trebuie înlocuit.
Regenerarea se realizează prin arderea particulelor aflate în filtru, prin utilizarea unui injector adițional pe galeria de evacuare sau prin divizarea injecției de combustibil și întârzierea
post-injecției.


Filtru de particule cu structură de fagure
Procesul de regenerare se face prin injectarea motorinei în galeria de evacuare, care sub influența oxigenului din gaze încep să ardă, iar temperatura în filtru ajunge la valori de până la 1000 °C .


Injector adițional pentru regenerarea filtrului
Regenerarea filtrului are loc atunci când senzorii sesizează diferențe de presiune înainte și după filtru, decizia fiind luată de calculatorul de injecție .


Regenerarea filtrului utilizând injectorul suplimentar
Modul de exploatare al motorului determină frecvența regenerărilor, decizia fiind luată de către calculator, existând semnale vizuale și sonore pe panoul de afișaj de la bord.
Suplimentar sistemul de senzori poate trimite semnale către satelit, de aici la firma construc-toare care poate informa conducătorul auto prin telefon sau email.
Regenerarea filtrului duce la un consum suplimentar de carburant.


Etapele regenerării și secțiunea prin filtru


Sistemul de recirculare al gazelor arse(EGR-Exhaust Gas Recirculation)
EGR-ul este un sistem care permite reintroducerea gazelor arse înapoi în galeria de admisie.
Procedeul poate duce la o scădere substanțială a emisiilor de oxizi de azot.
Astfel, prin reintroducerea gazelor arse în galeria de admisie, o parte din oxigen ia locul gazelor arse, rezultând scăderea cantității de oxigen în exces.
Deoarece gazele arse absorb o parte din căldură, temperatura maximă pe ciclu se reduce.


Admisia/evacuarea unui motor


Recircularea gazelor arse nu se face în mod continuu pe parcursul funcționării motorului.
ECU comandă supapa de control 4 (EGR) cu scopul de a permite gazelor arse să pătrundă în admisie.
Obtuatorul 5 favorizează controlul debitului de gaze arse pe motoarele supraalimentate care prin închidere micșorează presiunea în galeria de admisie și favorizează curgerea gazelor dinspre galeria de evacuare.
Sistemul EGR cu răcire intermediară
Atunci când temperatura gazelor arse introduse în admisie este mai mică, acestea au densitate mai mare.
Răcirea gazelor înainte de recirculare eficientizează sistemul EGR deoarece crește cantitatea gazelor inerte în admisie, iar cantitatea de oxigen din cilindru scade.
Odată cu apariția normei de poluare EURO 4 motoarele diesel cu EGR au în componența lor un radiator de răcire a gazelor de evacuare și supapa by-pass.


Sistem EGR cu racire intermediara


Când temperatura motorului ajunge la valoarea nominală, pentru a spori eficiența sistemului EGR, gazele arse sunt răcite cu ajutorul unui radiator.
Supapa de by-pass se activează în momentul în care temperatura motorului este rece, gazele arse ocolesc radiatorul și se duc direct în motor.
Volumul gazelor recirculate este de aproximativ 15% -25% din totalitatea aerului din galeria de admisie.
Componentele sistemului EGR :
Supapa de recirculare a gazelor arse (vana EGR)
Primele supape EGR funcționau cu acționare electro-pneumatică și aveau avantajul izolării părții electronice a EGR-ului față de componentele ce aveau temperaturile foarte ridicate.
Motoarele moderne cu sisteme EGR sunt dotate în întregime cu supape electrice și comandate de unitatea de control electrică a motorului având avantajul unui timp de reacție mult mai mic și o mai bună stabilitate în timpul regimurilor tranzitorii .


Supapă acționată electric
Principalul avantaj al acestor supape este timpul de răspuns mai mic, deschiderea și închiderea acestora realizându-se sub 100 milisecunde.
Pentru răcirea gazelor de evacuare se folosesc radiatoare ce utilizează lichidul de răcire al motorului sub forma de agent termic.
Anumite radiatoare conțin mai multe tuburi centrale prin care circula gazele de evacuare.


EGR pentru motoarele pe benzina
Emisiile de NOx la motoarele pe benzină au o concentrație scăzută datorită funcționării cu amestec stoichiometric, nefiind astfel necesar utilizarea unui sistem EGR, excepție făcând motoarele pe benzină cu injecție directă care datorită funcționării cu amestec stratificat impune utilizarea EGR-ului.
Rolul sondei lambda
În cazul unui amestec bogat, combustibilul aflându-se în exces, arderea va fi parțială, rezultând emisii bogate de monoxid de carbon (CO) și hidrocarburi (HC).
În amestecurile sărace, oxigenul în exces determina creșterea nivelului de oxizi de azot (NOx) din gazele de eșapament.
Fiabilitatea catalizatorului este maximă în momentul în care amestecul aer-combustibil este stoichiometric.
Notația de specialitate pentru determinarea raportului aer/combustibil este lambda (λ).
Putem întâlni următoarele situații:
Amestecul este bogat când λ < 1: combustibilul este în exces, aerul nefiind suficient pentru o ardere completă; Amestecul este sărac când λ > 1: aerul este în exces, arderea este completă dar cu exces de
oxigen;
Amestecul este stoichinometric când λ = 1: raportul aer/combustibil este ideal și arderea este
completă;
Sond lambda are rolul de a informa calculatorul de injecție în ce stare este amestecului aer-combustibil.
Prin intermediul informațiilor primite de la sondă calculatorul va regla injecția de combustibil menținându-l la o valoare stoichinometrică.




Pe baza informației de la senzorul de masă de aer, calculatorul de injecție reglează timpul de deschidere al injectoarelor, obținând cantitatea de combustibil dorită.
Acest mod de control al injecție poarta numele de control în bucla închisă (closed loop control) bazându-se pe informațiile primite de la senzori.
Sonda lambda 2 , situată după catalizator, are rolul de a monitoriza catalizatorul, cu scopul de a se asigura că acesta funcționează în parametrii optimi.
Funcționarea unei sonde lambda
Automobilele de serie sunt echipate cu mai multe tipuri de sonde lambda.
Acestea pot fi ținând cont de principiul de funcționare și numărul de conexiuni electrice :
Sonde lambda binare ce conțin titan și zirconiu
Sonde lambda liniare
Sonda lambda binară este de tip senzor generator ce produce o tensiune electrică fără a fi alimentată de la o sursă exterioară de tensiune.
Această tensiune generată se produce din cauza diferenței numărului de molecule de O2 din aerul atmosferic și a celor din gazele de eșapament.


Sonda lambda-Secțiune longitudinală
Sonda se află pe galeria de evacuare (1), montată prin intermediul carcasei filetate (2) ,
iar în interiorul tubului de protecție (3) se află corpul ceramic din dioxid de zirconiu (4).
Acesta conține 2 electrozi(5), unul în contact cu aerul atmosferic și al doilea în contact cu gazele de evacuare.
Electrodul ce este în contact cu gazele de evacuare este acoperit de un material ceramic
poros ce permite patrunderea gazelor și protejează suprafața de coroziune.
Carcasa de protecție (6) este prevăzută cu orificii (8) cu rolul de a permite aerului din
atmosferă să intre în contact cu unul din electrozi.
Asigurarea contactului între conectorul (9) și electrod se face prin intermediul arcului (7).


Componența sondei lambda
Tensiunea generată semnalează calculatorului de injecție tipul amestecului bogat sau sărac.
În amestecul bogat se găsește o cantitate mica de O2, caz în care sonda generează o tensiune
de 0,8….0,9 V.
Când amestecul este sărac, oxigenul se găsește în cantitate mare în gazele de evacuare, iar
tensiunea generată va fi de ordinul 0,1…0,2 V.


Sonda lambda-principiul de funcționare
Ionii oxigenului din gazele de evacuare sunt conduși cu ajutorul dioxidului de zirconiu spre
electrodul care se află în contact cu aerul atmosferic.
Rezultă o diferență de potențial între electrod și galeria de evacuare (masa electrică) a cărei valoare este interpretată la calculatorul de injecție.
În cazul amestecului bogat (0,9 V) calculatorul aplică corecții ce vor conduce la o sărăcire a amestecului (0,2 V) – tensiunea de ieșire face un salt de la 0,9 V ….0,1 V.


Tensiunea generată de senzorul de oxigen în funcție de tipul amestecului
aer-combustibil
Sonda funcționează corect când temperatura ei a ajuns la valoarea nominală, iar pentru a se minimiza timpul de inactivitate, sondele mai noi sunt prevăzute cu rezistență electrică de încălzire.


Tensiunea produsă de o sondă lambda binară
Când senzorul a ajuns la temperatura nominală de funcționare aproximativ 350 °C, la o turație a motorului în jur de 2000 rot/min, tensiunea produsă de sonda lambda trebuie să se afle în intervalul de 0.2V … 0.9 V, iar perioada semnalului se va încadra între 0,7s …1 s, în cazul funcționării sondei la parametri nominali.
Când perioada semnalului este mai mare, sonda trebuie examinată și eventual înlocuită.
Când reacția este mai lentă, sonda prezintă defecte sau este îmbătrânită.
Instalațiile prevăzute cu 2 sonde lambda monitorizează buna funcționare a catalizatorului.
Calculatorul de injecție folosește tensiunea produsă de cea de-a 2 sondă (de după catalizator)
pentru compensarea abaterilor parametrilor primei sonde.
Calculatorul de injecție monitorizează și utilizează informații ca:
1. scurt circuitele;
2. tensiunea de iesire;
3. viteza de trecere de la amestec sărac la cel bogat;
4. viteza de trecere de la amestec bogat la cel sărac;
5. rezistenta interna;
La defectarea sondei amestecul va fi neechilibrat, crește consumul de combustibil și emisiile de fum, având ca rezultat performanțe diminuate pentru automobil.
Sonda lambda universală (senzor de oxigen diesel) – funcționare și diagnoză
Motorul diesel se caracterizează prin funcționarea cu amestecuri sărace (exces de oxigen), astfel încât sonda lambda clasică binară este înlocuită cu o sondă cu bandă largă numită și planară.
În funcție de tipul sondelor aceste au denumiri diferite, UEGO sau LSU (Bosch).


Sonda lambda planară cu conector atașat (tip LSU )
Calculatorul de injectie primește de la sonda lambda informații pentru controlul funcțiilor motorului:
1) regenerarea catalizatorului de NOx pentru aplicatii EURO 6 unde se stocheaza oxizii de azot din gazele de evacuare de către catalizator, semnalul primit de la sonda fiind utilizat în timpul fazei de regenerare a filtrului;
2) controlul cantității de gaze arse introduse în motor, calculatorul de injecție ajustând deschide-rea și închiderea supapei de recirculare folosind informația trimisă de la sondă;
3) adaptarea cantității de motorina injectată la cilindri;
4) limitarea emisiilor de fum prin calcularea cantității maxime de combustibil ce poate fi injectată la sarcină maximă;
Sonda lambda planară are elementul sensibil compus din mai multe straturi ceramice de formă dreptunghiulară.
Elementul sensibil este protejat de un tub metalic împotriva acțiunii mecanice și termice a gazelor de evacuare.


Sonda planară (tip LSU)


Elementul sensibil are din construcție un orificiu de difuziune prin care gazele arse ajung în camera de monitorizare.


Sonda lambda planară




Circuitul de control al senzorului măsoară cantitatea oxigenului din camera de monitorizare.
Tensiunea generata UN este comparată cu tensiunea de referinta de 0,45 V (pentru un amestec stoichiometric).
Diferența celor 2 tensiuni produce un curent IP ce menține tensiunea generată de celula Nerst la valoarea amestecului stoichiometric.
Când amestecul este bogat, tensiunea UN este mai mare de 0,45 V, curentul IP devine negativ, oxigenul este extras din gazele de evacuare și introdus în camera de monitorizare.
Dacă amestecul este sărac, oxigenul din gazele eșapate este în exces, tensiunea UN este mai mică de 0,45 V.
Curentul IP devine pozitiv, oxigenul este extras din cameră și disipat în gazele de evacuare.
Prin intermediul straturilor ceramice poroase cu conținut de oxid de zirconiu, se realizează extragerea și introducerea oxigenului în/din cameră.


Caracteristica sondei lambda planare LSU4.9 BOSCH
Sonda planară conține și un circuit de compensare a influenței presiunii atmosferice asupra oxigenului din gazele evacuate.


Conector sondă lambda BOSCH