Cercetări privind tehnologiile de reducere a emisiilor poluante ale motoarelor cu [629725]

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DIN CLUJ – NAPOCA
FACULTATEA DE AUTOVEHICULE RUTIERE,
MECATRONICĂ ȘI MECANICĂ
SPECIALIZAREA: AUTOMOBILUL ȘI MEDIUL

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Absolvent: [anonimizat]

2020

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DIN CLUJ – NAPOCA
FACULTATEA DE AUTOVEHICULE RUTIERE,
MECATRONICĂ ȘI MECANICĂ
SPECIALIZAREA: AUTOMOBILUL ȘI MEDIUL

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Cercetări privind tehnologiile de reducere a emisiilor poluante ale motoarelor cu
ardere internă

Conducător: Absolvent: [anonimizat]

2020

UNIVERSI TATEA TEHNICĂ DIN CLUJ – NAPOCA
FACULTATEA DE AUTOVEHICULE RUTIERE, MECATRONICĂ ȘI MECANICĂ
DEPARTAMENTUL: AUTOMOBILUL ȘI MEDIUL

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Numele și prenumele absolvent: [anonimizat] : Suciu Alin
Secția și forma de învățământ : Automobilul și mediul , forma ZI
Tema lucrării de disertație :
Cercetări privind tehnologiile de reducere a emisiilor poluante ale motoarelor cu ardere internă
Locul de documentare : bibliotecă
Conducătorul proiectului : Marius Ghereș
Data primirii temei : 15.02.2020
Data predă rii : 22 .06.2020

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC: ABSOLVENT: [anonimizat]. Marius GHEREȘ Alin SUCIU

Notă: Toate drepturile de autor privind proiectul de diplomă/lucrarea de disertație, multiplicarea pe orice cale,
traducerea unei părți sau a în tregii lucrări, precum și valorificarea sub orice formă a conți nutului și ideilor cuprinse
în proiect, sunt atribute exclusive ale UNIVER SITĂȚII TEHNICE DIN CLUJ -NAPOCA.

FACULTATEA DE AUTOVEHICULE RUTIERE, MECATRONICĂ ȘI MECANICĂ

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DIN CLUJ – NAPOCA
FACULTATEA DE AUTOVEHICULE RUTIERE, MECATRO NICĂ ȘI MECANICĂ
DEPARTAMENTUL: AUTOMOBILUL ȘI MEDIUL

Fișa absolvent: [anonimizat] / 2020

Numele și
prenumele Suciu Alin

Titlul proiectului de
diplomă/lucrării de
disertație Cercetări privind teh nologiile de reducere a emisiilor poluante ale
motoarelor cu ardere internă
Numele și prenumele Data la care student: [anonimizat] 15.02.2020
Consultant de
specialitate
Consultant de
specialitate

FACULTATEA DE AUTOVEHICULE RUTIERE, MECATRONICĂ ȘI MECANICĂ

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DIN CLUJ – NAPOCA
FACULTATEA DE AUTOVEHICULE RUTIERE, MECATRONICĂ ȘI MECANICĂ
DEPARTAMENTUL: AUTOMOBILUL ȘI MEDIUL
Sesiunea: iulie 2020
Director Departament,
Prof. dr. ing. Nicolae FILIP

RECENZIE

Asupr a lucrării de disertație cu titlul ” Cercetări privind tehnologiile de reducere a emisiilor
poluante ale motoarelor cu ardere internă ”

Elaborat de absolvent: [anonimizat]:
…………………………………………………… …………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………….. …………………………
………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………
…………..

Perioada de documentare și pregătire a proiectului: februarie – iunie 2020

Aspecte pozitive:
…………………………………………………………………………………………………………….. …………………………
………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………
…………………………………………………………………………………………….. …………………………………………
…………..

FACULTATEA DE AUTOVEHICULE RUTIERE, MECATRONICĂ ȘI MECANICĂ

Aspecte negative:
…………………………………………………………………………………………………………….. …………………………
………………. …………………………………………………………………………………………………………….. ………..
……….
Contribuții personale ale autorului:
……………………………………………………………… ………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………….. …………………………
……….
Posibil ități de valorificare a proiectului:
…………………………………………………………………………………………………………….. …………………………
………………………………………………………. ……………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………….. …………………………
………. ….
Se propune admiterea / respingerea proiectului pentru susținere publică.

Conducător : Conf. dr. ing. Marius GHEREȘ

FACULTATEA DE AUTOVEHICULE RUTIERE, MECATRONICĂ ȘI MECANICĂ

Declarație pe proprie răspundere privind
autenticitatea lucrării de disertație

Subsemnatul Suciu Alin , legitimat cu CI seria AX nr. 698808 , CNP 1930114013912
autorul lucrării: Suciu Alin elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor de
masterat la Facultatea de autovehicule rutiere, mecatronică și mecanică , Specializarea
Automobilul și Mediul din cadrul Uni versității Tehnic e din Cluj -Napoca , sesiunea iulie a anului
universitar 2020 , declar pe proprie răspundere, că această lucrare este rezultatul propriei
activități intelectuale, pe baza cercetărilor mele și pe baza informațiilor obținute din surse care au
fost citate, în textul lucrării, și în bibliografie.
Declar, că această lucrare nu conține porțiuni plagiate, iar sursele bibliografice au fost
folosite cu respectarea legislației române și a convențiilor internaționale privind drepturile de
autor.
Declar , de asemenea, că aceasta lucrare nu a mai fost prezentată în fața unei alte comisii
de examen de disertație.
De asemenea, declar că sunt de acord ca proiectul de diplomă/lucrarea de disertație să fie
verificată prin orice modalitate legală pentru confirma rea originalității, consimțind inclusiv la
introducerea conținutului său într -o bază de date în acest scop.
În cazul constatării ulterioare a unor declarații false, voi suporta sancțiunile
administrative, respectiv, anularea examenului de licență/diplomă/ disertație.
Lucrarea conține: 81 pagini, 3 tabele, 62 schițe și diagrame.
Proiectul are anexate și: 1 CD
Nume, prenume
_____________________________
Data
_____________________ Semnătura

REZUMAT

Pe mă sură ce omul a înteles că este parte din natu ră și că resursele Terre i sunt limitate,
dar mai ales că această planetă funcționează ca un sistem și că dereglarile produse într‐un
compartiment se transmit în întreg circuitul, a crescut interesul și preocuparea pentru protecția
mediului inconjurator la toate nivelurile societătii umane.
Începând din anii '70, au aparut primele semnale, tot mai vizibile, ale dereglarilor apărute
la nivel global: subtierea stratului de ozon, modificarile climatice, ploile acide, poluarea apelor, a
aerului si a solului.
În cadrul lucrării redactate ”Cercetări privind tehnologiile de reducere a emisiilor
poluante ale motoarelor cu ardere internă ” se prezintă o serie de reglementări privind poluarea
autovehiculelor și metode eficiente de reducere a poluării atât pentru motoare le cu aprindere prin
scânteie cât și pentru motoarele cu aprindere prin compresie.
În cadrul studiului de caz se măsoară opacitatea a 3 autovehicule diferite cu aprindere
prin compresie și concluziile rezultate în urma testelor de opacitate.

As soon as the human understood that he is part of the nature and the resources of the
planet are limited, but especially because the planet works like a system and the disorders
produced in one compartment are transmitted in the whole circuit, the interest and conce rn have
increased for the protection of the environment to all levels of the human society.
The first increasingly visibl e signs of the disorders occuring globally appeared in the '70s:
ozone depletion, climate change, acid rain, water, air and soil pollu tion.
Within the work of dissertation "Research on technologies to reduce pollutant emissions
from internal combustion engines" are prezented a series of regulations of vehicle polluation and
effective methods of reducing pollution both for spark -ignition engines and for compression –
ignition engines.
Within the case study is measured the opacity of 3 different vehicles with compression –
ignition and the conclusions drawn from the opacity tests.

CUPRINS
CAPITOLUL I ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 10
INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 10
CAPITOLUL II ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 13
REGLEMENTĂRI PRIVIND POLUAREA DATORATĂ AUTOVEHICULELOR ……… 13
2.1 Reglementările Europene privind protecția mediului – Normele EURO …………………. 17
2.2 Ciclurile de încer care ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 19
2.3 Echipamente pentru determinarea concentrației poluanților din gazele de evacuare … 20
2.3.1 Măsurarea concentrației de CO și CO 2 din gazele de evacuare ………………………… 20
2.3.2 Măsurarea concentrației NO x din gazele de evacuare ………………………….. …………. 21
2.3.3 Măsurarea concentrației de hidroc arburi din gazele de evacuare ………………………. 21
2.3.4 Măsurarea concentrației de particule din gazele de evacuare ………………………….. . 22
2.3.5 Măsurarea emisiilor de f um ………………………….. ………………………….. ………………… 22
CAPITOLUL III ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 23
TEHNOLOGII ACTIVE DE REDUCERE A EMISIILOR POLUANTE LA MAS ……….. 23
3.1 Schimbul de gaze ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 24
3.2 Utilizarea amestecurilor omogene ………………………….. ………………………….. …………….. 26
3.2.1 Injecția de benzină ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 27
3.2.2 Camera de ardere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 27
3.2.3 Utilizarea amestecurilor stratificate ………………………….. ………………………….. …….. 28
3.2.4 Instalația de aprindere ………………………….. ………………………….. ……………………….. 32
CAPITOLUL IV ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 37
TEHNOLOGII ACTIVE DE REDUCERE A EMISIILOR POLUANTE LA MAC ……….. 37
4.1 Formarea amestecului și arderea ………………………….. ………………………….. ………………. 37
4.1.1 Schimbul de gaze ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 37
4.1.2 Camera de ardere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 40
4.1.3 Injecția de combustibil ………………………….. ………………………….. ………………………. 41
4.1.4 Supraalimentarea ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 46
4.1.5 Recircularea gazelor arse ………………………….. ………………………….. …………………… 48
CAPITOLUL V ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 49
TEHNOLOGII PASIVE DE REDUCERE A EMISIILOR POLUANTE ……………………….. 49
5.1 Proprietățile fizico -chimice ale gazelor de evacuare ………………………….. ………………… 49
5.2 Dispozitive de tratare a gazelor de evacuare ………………………….. ………………………….. . 50
5.2.1 Reactorul termic ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 50
5.2.2 Convertorul catalitic ………………………….. ………………………….. ………………………….. 51
5.2.3 Reducerea nivelului noxelor la pornirea la rece a motorului prin utilizarea
hidrogenului dega jat în motor pentru arderea gazelor de evacuare ………………………….. …… 65
5.2.4 Filtrul de particule ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 66

CAPITOLUL VI ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 72
STUDIU DE CAZ ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 72
CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 77
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 80

10
CAPITOL UL I
INTRODUCERE

Pentru a analiza impactul asupra mediului a autovehiculelor trebuie prezentată istoria
autovehiculelor, istoria motorului.
Primul motor a fost realizat în anul 1698 de către inginerul englez Thomas Saverz, și era
un motor cu abur ce avea ca scop pomparea apei în casele înalte din Londra.

Fig.1.1 Principiul de funcționare a motorului cu abur realizat de Thomas Saverz
În anul 1712, inginerul Thomas Newcomen din Cornwall a realizat un motor performant
care avea un braț lung cu ajutorul căruia pompa apa cu o turație de 16 rot/min. Acest motor a fost
optimizat în anul 1776 de constructorul scoțian James Watt.

Fig. 1.2 Motorul lui Newcomen Fig. 1.3 Motorul lui Watt

11

Primul care a utilizat un motor cu abur pentru propulsia unui vehicul a fost Nicolas
Cugnot în anul 1769. Aces t vehicul putea transporta patru persoane, dar el a fost utilizat pentru
transportul armamentului. Viteza maximă pe care o putea atinge era de 5 km/h.

Fig. 1.4 Vehiculul realizat de Nicolas Cugnot
Pe baza proiectului lui Lenoir în anul 1861 Nikolaus Augu st Otto construiește primul
motor. Iar împreună cu industriașul german Eugen Langen înființează o companie lângă Koln,
unde în anul 1867 construiește primul motor. Acest motor era unul în doi timpi mult mai eficient
decât motorul lui Lenoir deoarece înaint e de ardere se realiza o comprimare a amestecului
carburant.
În anul 1876 cei doi au pus la punct un nou motor, un motor care funcționa în patru timpi.
Acest motor era silențios și eficient astfel că și -a găsit repede locul în industrie, rămânând model
pentru cele mai moderne motoare cu ardere internă existente astăzi în lume.
Otto și -a patentat ciclul de funcționare a motorului în patru timpi în 1877 și a pus bazele
unei companii care doar în câțiva ani a vândut peste 35000 de motoare. În 1886, totuși ,
competitorii lui Otto au arătat că de fapt principiul de funcționare al motorului în patru timpi a
fost prezentat pentru prima dată (într -un obscur pamflet) de către inginerul francez Alphonse –
Eugene de Rochas. Chiar dacă acest lucru anula patentul lui O tto, motoarele lui au rămas
singurele motoare cu ardere internă folosite pe scară largă.
Fig. 1.6 Motorul lui Otto și Langen
Fig. 1.5 Motorul lui Lenoir

În 1890, Wilhelm Maybach și Gottlieb Daimler, doi dintre inginerii companiei lui Otto,
și-au deschis propria companie producătoare de automobile, propulsate de motoarele în patru

12
timpi ale lui Otto. Ei au perfecționat vechiul motor și au reușit să producă, în 1899, primul
automobil Mercedes.

Fig. 1.7 Primul autovehicul Mercedes
Motorul cu aprindere prin comprimare a fost inventat de Rudolf Diesel în 1892, și a fost
patentat la data de 23 februarie 1893. Acest motor a fost conceput ca o alternativă pentru
întreprinzătorii particulari având în vedere dimensiunile variabile, costul scăzut al motorului și
carburantului în comparație cu celelalte soluții existente. Lucrul la acest motor a pornit de la
obsesia lui Diesel pentru a doua legea a termodinamicii și maxima eficiență a ciclului Carnot.
Intenția lui Diesel a fost ca motorul său să utilizeze o varietate largă de combustibili
inclusiv praful de cărbune. Diesel și -a prezentat invenția funcționând în 1900 la Expoziția
Universală (World's Fair) utilizând ulei de alune.

Fig. 1.8 Motorul Diesel
În acel e vremuri nu erau probleme legate de poluarea mediului deoarece numărul
autovehiculelor era mic și impactul asupra mediului era neglijabil.
În cei peste o sută de ani de existență automobilele s -au dezvoltat și perfecționat fără însă
a se produce modifică ri fundamentale asupra soluțiilor tehnice utilizate la primele modele.
Restricțiile extrem de severe impuse și cele ce urmează a fi adoptate în p erspectivă ,
referitoare la protecția mediului și resursele naturale, conduc la transformări esențiale ale

13
autovehiculelor atât în concepția componentelor acestora cât și în privința consumului și
manevrării.
În anul 2000 circulau în lume circa 800 milioane de autovehicule, dintre care 500
milioane erau autoturisme, iar restul autocamioane, autobuze, motociclete ș i scutere.
Aproximativ 35% se aflau în Europa și America de Nord, iar restul în Asia, America de Sud,
Africa.
Producția mondială anuală de este de aproximativ 60 milioane de autovehicule. În Europa
aproximativ 14 milioane de autovehicule își încheie cicl ul de viață, iar în SUA 10 -11 milioane.
Creșterea continuă a numărului de autovehicule este strâns legată de creșterea populației
globului și de creșterea economică. Astfel conform previziunilor ONU populația globului va
crește până în 2050 la aproximativ 9 miliarde de locuitori, iar până în 2020 populația Europei va
atinge valoarea de 450 milioane de locuitori. Această creștere nu este uniform distribuită, ea
fiind mai accentuată în țările din Asia, Africa și America Latină.
Ca rezultat al acestei tendin țe este de așteptat ca numărul autovehiculelor să crească
semnificativ în special în țările cu industrializare rapidă din Asia. La fel vor crește și presiunile
privind protecția mediului înconjurător dacă nu se vor găsi soluții alternative la motoarele cu
ardere internă.

CAPITOLUL II
REGLEMENTĂRI PRIVIND POLUAREA DATORATĂ
AUTOVEHICULELOR

Standardele de emisie sunt cerințele care trebuie să stabilească limite specifice pentru
poluanții care pot fi eliberați în mediu. Multe standarde de emisii se axeze pe reglementarea
poluanților eliberați de autovehicule, dar ele pot reglementa și emisiile provenite din industrie,
centrale electrice și mici echipamente cum ar fi cositoarele pentru gazon sau generatoarele
diesel. Politicile frecvente ca alternativă la sta ndardele de emisii sunt standardele tehnologice
(care reglementează emisiile de oxizi de azot, oxizi de sulf, pulberi în suspensie sau funingine,
monoxid de carbon, hidrocarburi volatile).
Un standard de performanță privind emisiile reprezintă o limită ca re stabilește pragurile
peste care un alt tip de tehnologie de control al emisiilor ar putea fi necesare. În timp ce

14
standardele de performanță privind emisiile au fost folosite pentru a dicta limitele de poluanți
convenționali, cum ar fi oxizii de azot și oxizi de sulf, această tehnică de reglementare poate fi
folosită pentru ținerea sub control a gazelor cu efect de seră, în special de dioxid de carbon.
În Statele Unite , standardele de emisii sunt gestionate de către Agenția de protecție a
Mediului (EPA) . Statul California are dispensă specială de a promulga standarde mai stricte
privind emisiile vehiculelor, iar celelalte state pot alege să urmeze fie standardele naționale, fie
cele emise de statul California.
Standardele de emisii din California sunt s tabilite de către Consiliul Rezervelor de Aer
California, cunoscut la nivel local prin acronimul "CARB". Având în vedere că piața auto din
California este una dintre cele mai mari din lume, CARB are o influență mare asupra cerințelor
privind normele de emi sii pe care trebuie să le îndeplinească majoritatea autovehiculelor dacă
doresc fie vândute pe această piață. În plus, alte câteva state din SUA aleg să urmeze standardele
CARB, deci reglementării lor au implicații largi în SUA. De asemenea politica CARB a re
influență și asupra standardelor privind emisiile din UE.
Automobilele și camioanele ușoare (SUV -urile, camionetele, microbuzele) sunt tratate în
mod diferit în conformitate cu anumite standarde.
California încearcă să reglementeze emisiile gazelor cu efect de seră provenite de la
automobile, dar se confruntă cu probleme din partea instanței guvernului federal. State încearcă
de asemenea să oblige APE să reglementeze emisiile de gaze cu efect de seră, dar se lovesc de
refuzul acesteia din anul 2007.
În viitorul apropiat se prevede că APE va adopta în mare măsură standardele California
privind emisiile de gaze cu efect de seră.
Uniunea Europeană are propriul set de standarde privind emisiile pe care toate
vehiculele noi trebuie să îndeplinească. În pr ezent, emisiile de oxizi de azot (NOx), de
hidrocarburi totale (THC), hidrocarburi non -metan (NMHC), monoxid de carbon (CO) și pulberi
în suspensie (PM) sunt reglementate pentru majoritatea tipurilor de vehicule. Standarde nu se
aplică navelor maritime sau avioanelor.
Standardele europene de emisii definesc limitele acceptabile pentru gazele de evacuare
produse de autovehiculele noi vândute în statele membre UE. Standardele de emisii sunt definite
într-o serie de directive ale Uniunii Europene și treptat s e vor introduce treptat standarde din ce
în ce mai stricte. Vehicule neconforme nu pot fi vândute în UE, dar noile standarde nu se aplică
la vehiculele aflate deja pe șosele.
Standardele de emisii diferă în funcție de ciclul de testare utilizat: R49 ECE ( vechi) și
CES (European Steady Cycle, din 2000).

15
Parlamentul European a sugerat introducerea unor standarde obligatorii de emisii de CO 2
pentru a înlocui angajamentelor actuale de voluntariat de către producătorii auto. La sfârșitul
anului 2005, Comisia E uropeană a început să lucreze la o propunere pentru o nouă lege de
limitare a emisiilor de CO 2 provenite de la autovehicule. Comisia Europeană a primit sprijinul
Parlamentului European pentru propunerea sa de promovare a introducerii pe o piață a
vehiculel or curate și eficiente energetic prin intermediul achizițiilor publice.
În cadrul Uniunii Europene, transportul rutier este responsabil pentru aproximativ 20%
din toate emisiile de CO 2, cu autoturismele care contribuie cu aproximativ 12%.
Ținta stabilită prin Protocolul de la Kyoto a fost o reducere cu 8% a emisiilor în toate
sectoarele economiei, comparativ cu nivelurile din 1990 până în 2008 -2012.
Emisiilor de CO 2 provenind din transporturi au crescut rapid în ultimii ani, de la 21% în
1990 la 28% în 2 004. Emisiile de CO 2 datorate transportului rutier din UE au o pondere de
aproximativ 3,5% din emisiile totale de CO 2 la nivel mondial.
În prezent sunt reglementați șapte poluanți atmosferici: dioxidul de sulf SO 2, particulele
în suspensie PM10, plumbul P b, dioxidul de azot NO 2, ozonul O 3, oxidul de carbon CO,
benzenul C 6H6, și se poartă tratative pentru reglementarea următorilor poluanți: hidrocarburi
aromatice policiclice HPA, cadmiu Cd, arsenic As, nichel Ni, mercur Hg.
1. Dioxidul de sulf
Emisiile de SO 2 provin din instalații care ard combustibil fosil. O lungă perioadă de timp
autovehiculele dotate cu motoare diesel au contribuit la poluare cu SO 2, dar odată cu reducerea
cantității de sulf din motorină s -a redus și participația autovehiculelor la poluare .
Conținutul de sulf din motorină e de 0,3…0,1% S, iar prin reglementări se dorește să se
ajungă la 0,05% S. Noile autovehicule, echipate cu sisteme de reducere a poluării, nu mai emit
SO 2 ci SO 3.
Emisiile de SO 2 afectează căile respiratorii la copii și bolnavii de astm, iar dacă
expunerea este îndelungată afectează funcționarea plămânilor. De asemenea emisiile contribuie
la formarea ploilor acide care afectează solul, produc deteriorarea clădirilor și monumentelor,
reduc vizibilitatea atmosferică.
2. Dioxi dul de azot
Mai mult din jumătatea emisiilor de NO 2 sunt datorate traficului rutier, iar restul datorită
instalațiilor industriale și de încălzire. NO 2 are efect negativ asupra sănătății umane deoarece
afectează căile respiratorii. El se constituie ca pre cursor al formării ozonului de suprafață și a
acidului azotic ce are ca rezultat ploi acide, acidificarea solului.
3. Particulele în suspensie, PM10

16
Particulele în suspensie reprezintă un amestec de particule solide și picături de lichide
care se găsesc în s uspensie în atmosferă. O serie dintre ele au dimensiuni mari și au o culoare
închisă: fumul, funinginea, iar unele dintre ele sunt mici și pot fi detectate doar cu microscopul.
Aceste particule reprezintă particulele fine și au dimensiuni sub 2,5 μm, PM2,5 . Ele au ca
origine arderea în motor, instalații energetice, industriale și de încălzire.
Particulele mai mici de 10 μm, PM10, sunt generate de traficul pe străzi nepavate, la
manipularea unor materiale, operații de sfărmare și măcinare, rafale de vânt. Ac estea sunt emise
direct de la sursă sau rezultă prin interacțiunea cu SO, SO 2, NO x sau compuși organici volatili cu
compuși aflați în aer rezultând particule fine.
4. Ozonul
Ozonul de suprafață este un poluant secundar care se formează prin reacțiile dintre NO x
și compușii organici volatili în prezența căldurii și radiației solare.
NO x sunt emiși de autovehicule, instalații energetice și alte surse de ardere, iar compușii
volatili sunt emiși de autovehicule, fabrici chimice, rafinării și alte surse industria le.
Nivelul ridicat de O 3 se găsește în aglomerațiile urbane și la periferii. Expunerea pe
termen lung duce la schimbări ireversibile la nivelul plămânilor, afectează fauna și flora,
producțiile agricole scad.
5. Monoxidul de carbon
Este un gaz incolor și i nodor cu grad ridicat de nocivitate. El este generat de arderea
incompletă a combustibililor fosili, de aceea traficul rutier reprezintă aproximativ 60% din
poluare globală cu CO.
În orașe 95% din emisiile de CO sunt datorate autovehiculelor, iar maxima c oncentrației
de CO se atinge în lunile reci.
Prin inhalare monoxidul de carbon pătrunde în plămâni și se compune cu hemoglobina
rezultând carboxil -hemoglobină și astfel sângele nu mai poate transporta oxigen.
6. Benzenul
Benzenul este un constituent de ori gine al produselor petroliere. El poate apărea în gazele
de evacuare ale autovehiculelor chiar dacă nu se găsește în compoziția combustibilului utilizat.
Are un caracter cancerigen puternic, distruge sistemul imunitar, neurologic și
reproducător. Efectele datorate expunerii la C 6H6 apar după o perioadă mare de timp.
7. Plumbul
În trecut principala sursă de poluare cu plumb era reprezentată de autovehiculele
alimentate cu benzină aditivată cu compuși ai plumbului. Plumbul era emis sub formă de aerosoli
și oda tă inhalat nu se mai elimină din organism. Se acumulează în sânge, carne, oase și afectează

17
ficatul, sistemul nervos. Expunerea prelungită la plumb determină apariția retardului mintal și a
sterilității.
Concentrațiile medii anuale ale emisiilor de plumb sunt sub 0,5 μg/m3, iar zonele cu
concentrație ridicată sunt cele din apropierea turnătoriilor și fabricilor ce produc baterii.

8. Ploile acide
Ploile acide reprezintă căderi de compuși cu caracter acid rezultați din reacțiile
atmosferice ale SO 2 și NO x cu H2O, O 2 și compuși oxidanți. Acești compuși se formează și sunt
transportați la distanță de locul de formare, ei cad pe sol sau apă sub formă uscată sau umedă.

2.1 Reglementările Europene privind protecția mediului – Normele EURO

Pentru autoturismele și a utoutilitarele ușoare, sub 3,5t, verificarea se face pe standul cu rulouri
pe baza ciclului Europa (urban) sau Europa NCCE (urban + interurban).
Primele reglementări asupra emisiilor poluante au fost introduse în anul 1970, și ele se
refereau la emisiile de monoxid de carbon, hidrocarburi, oxizi de azot și particule.
În anul 1992 începe reducerea sistematică a poluării prin introducerea normelor EURO.
Normele EURO 1 prevedeau tratarea post -combustie prin utilizarea catalizatorilor de
oxidare pentru CO și NO x pentru ciclul de conducere Europa (urban). Au fost introduse la 1
ianuarie 1992 pentru omologarea de tip și la 1 ianuarie 1993 pentru livrări pe piață.
Normele EURO 2 au fost introduse la 1 ianuarie 1996 pentru omologarea tip și la 1
ianuarie 1997 pe ntru livrarea pe piață. Ele prevedeau tratarea post -combustie cu catalizator
pentru trei componente, apariția sondei lambda pentru reglarea amestecului și introducerea
injecției de benzină. Măsurarea emisiilor se făcea conform noului ciclu de încercare Eur opa
NCCE (urban + interurban).
Emisiile erau reduse cu 8 -10 ori față de NON EURO.
Normele EURO 3 prevedeau o reducere cu 30 -40% a valorilor limită pentru noxe și 50%
pentru particule. Se utilizează ciclul de încercare Europa NCCE fără cele 40 de secunde pentru
încălzirea motorului.
Se introduc sistemele OBD (sisteme de diagnosticare la bord) și se utilizează carburanți
superiori.
Aceste norme au fost introduse la 1 ianuarie 2000 pentru omologări tip și la 1 ianuarie
2001 pentru livrarea pe piață.

18
Norm ele EURO 4 au fost introduse la 1 ianuarie 2005 pentru omologări tip, 1
ianuarie2006 pentru livrarea pe piață. Ele prevăd o nouă reducere cu 55 -77% a noxelor și 75% a
particulelor, utilizarea carburanților superiori.
Normele EURO 5 presupun noi reduceri a le emisiilor poluante, în special asupra
emisiilor de particule, introducerea filtrelor pentru particulele ultra fine. Realizarea „vehiculelor
prietenoase cu mediul”. Introducerea normelor s -a făcut la data de 1 septembrie 2009 pentru
omologări tip și 1 ia nuarie 2010 pentru livrare.
Din anul 2014 s-au introdu s un nou tip de norme, EURO 6 , care au prevederi și mai
drastice în privința poluării.

Tab.2.1 Evoluția privind poluanții a normelor EURO

Fig. 2.1 Emisiile de NOx și PM pentru motoarele cu aprinder e prin comprimare

19

Fig.2.2 Emisiile de NOx și PM pentru motoarele cu aprindere prin scânteie

2.2 Ciclurile de încercare

În Europa primul ciclu de testare a fost introdus în anul 1969 la recomandarea Comisiei
Economice ONU. Acest ciclu simulează un parcur s prin Paris și avea următoarele caracteristici:
Lungimea 1,013km, viteza medie 18,7km/h, durata 195 secunde, viteza maximă 50km/h, ciclul
se parcurge de patru ori.

Fig.2.3 Ciclul de încercare EUROPA
Ciclul european cu 13 moduri a fost elaborat pentru testarea motoarelor diesel pe stand,
un ciclu similar este si pentru SUA.

Tab.2.2 Ciclul de încercare cu 13 moduri

20
Ciclul de anduranță european este aplicat echipamentelor de control al poluării. Acest
ciclu parcurge trei faze cu viteze de 70 km/h, 100 km/h și 80% din viteza maximă, dar nu mai
mult de 130km/h. Durata fazelor este de 300 s, cu faze de mers în gol de 15 s. Pentru parcurgerea
ciclului se prevăd accelerări și decelerări de 1,5m/s2. Parcursul echivalent este de 30000 km, cu
opriri pentru ali mentare și reglaje. Ciclul european NCCE are o lungime de 11 km, viteza medie
este de 32,5 km/h, viteza maximă 120km/h, iar durata este de 1200s.

Fig.2.4 Ciclul european de încercare NCCE
2.3 Echipamente pentru determinarea concentrației poluanților din gaze le
de evacuare

Echipamentele de evaluare a emisiilor poluante depind de caracteristicile poluanților ale
căror limite sunt legiferate.
Determinarea concentrației gazelor de evacuare se poate face prin colectarea acestora în
saci de plastic, urmând a fi supuse apoi analizei, sau prin măsurarea în mod continuu a acestora.

2.3.1 Măsurarea concentrației de CO și CO 2 din gazele de evacuare
Emisiile de CO și CO 2 pot fi determinate utilizând metoda absorbției energiei radiante
nedispersive prin spectrul de radiații infraroșu, care se bazează pe principiul absorbției selective
a energiei radiante în spectrul infraroșu la diferite lungimi de undă caracteristice fiecărei
substanțe. Metoda poate fi folosită și pentru măsurarea concentrației de HC și NO x.
Radiația infra roșie este absorbită de CO la lungimea de undă de 4,7 μm, iar la CO 2 la
lungimea de undă de 4,3 μm.
Analizorul NDIR prezentat în figura de mai jos dispune de două tuburi paralele cu pereți
reflectorizanți și care sunt străbătute de câte un fascicul de radia ții infraroșu cu bandă largă de
lungimi de undă. Astfel proba de gaze analizată traversează tubul de măsură, iar tubul de
referință este traversat de azot. În funcție de tipul gazului radiația este absorbită mai mult sau mai
puțin, diferența este transform ată într -o diferență de presiune proporțională cu concentrația
gazului analizat.

21

Fig.2.5 Sistemul Non Dispersive Infrared Radiation
2.3.2 Măsurarea concentrației NO x din gazele de evacuare
Concentrația oxizilor de azot este determinată cu ajutorul analizorulu i cu
chemiluminiscență. Acest aparat funcționează pe baza reacției dintre NO și O 3 în urma căreia
rezultă NO 2 marcat electric, care prin descărcare produce o cuantă de lumină roșie. această
emisie luminoasă poate fi măsurată cu precizie.
Aparatul dispune de o cameră de reacție în care se introduce gazul de analizat și ozonul,
unde se generează molecule de NO 2 încărcate electric și unde are loc descărcarea. Senzorul
fotoelectric transformă impulsurile luminoase în curent electric.

Fig.2.6 Schema analizoru lui
În gazele de evacuare pe lângă NO există și NO 2, care poate fi măsurat deoarece
analizorul dispune de un reactor încălzit electric la temperatura de 650 -700°C. La trecerea prin
reactor NO 2 disociază în totalitate în NO și astfel poate fi analizat.

2.3.3 Măsurarea concentrației de hidrocarburi din gazele de evacuare
Concentrația de hidrocarburi se determină cu analizorul FID. Principiul de funcționare se
bazează pe faptul că atomii de carbon pot fi separați la temperaturi înalte în ioni pozitivi și

22
electron i liberi. Vapori de apă pot influența rezultatul măsurătorilor, de aceea proba de gaz se
încălzește până la 190 °C, iar analizorul devine Heated Flame Ionozation Detection.

Fig.2.7 Sistemul de determinare a conținutului de hidrocarburi
2.3.4 Măsurarea concentra ției de particule din gazele de evacuare
Prin metoda gravimetrică se determină cantitatea de particule. Astfel gazele de evacuare
trec printr -un filtru, iar masa particulelor este determinată prin cântărirea filtrului gol și cu
particule.
Filtrele sunt c onfecționate din fibre de sticlă acoperite cu fluorcarbon sau teflon, sau sunt
filtre cu membrană din fluorcarbon. Acestea pot influența măsurătorile prin reținerea vaporilor
de apă și de hidrocarburi din gazele de evacuare.
La o măsurătoare se utilizează mai mult filtre montate în serie, dispuse la o distanță de
maxim 100mm.

2.3.5 Măsurarea emisiilor de fum
Emisiile de fum pot fi determinate prin două metode:
1. Metoda filtrării gazelor, care constă în trecerea unei cantități de gaze arse printr -un
filtru care v a fi supus unei analize optice. Valorile obținute se încadrează în scara Bacharach ce
are 10 nivele de înnegrire a hârtiei de filtru.

23

Fig.2.8 Metoda filtrării gazelor
2. Metoda de măsurare a gradului de absorbție a luminii. Se compară transparența
coloanei de gaz cu transparența coloanei de aer.

Fig.2.9 Fummetrul Hartridge
CAPITOLUL III
TEHNOLOGII ACTIVE DE REDUCERE A EMISIILOR POLUANTE LA
MAS

Pentru reducerea emisiilor poluante la MAS se utilizează următoarele soluții:
o se intensifică turbionarea amestec ului în camera de ardere și se mărește durata și
puterea scânteii electrice pentru mărirea domeniilor de funcționare a motorului cu
amestecuri sărace ;
o pulverizarea și vaporizarea combustibilului se îmbunătățește astfel încât să se asigure
un amestec omoge n la toate regimurile de funcționare ;
o se mărește temperatura pereților camerei de ardere și se micșorează suprafața acesteia
pentru ca fenomenul de stingere a flăcării la pereți să nu mai apară ;

24
o reducerea volumului interstițiilor care rețin amestec carbura nt și în care flacăra nu
pătrunde;
o mărirea duratei și puterii scânteii electrice pentru a asigura un domeniu larg de
funcționare cu amestecuri sărace;
o controlul temperaturii maxime a ciclului și recircularea gazelor arse pentru a reduce
emisiile;
o utilizare a amestecurilor stratificate.

3.1 Schimbul de gaze

Procesul de schimb al gazelor influențează procesele din cilindrii motorului ceea ce
afectează parametrii energetici și procesele de formare a poluanților atât la motoarele cu aspirație
naturală cât și la mo toarele supraalimentate. Îmbunătățirea umplerii cilindrilor se poate realiza
prin următoarele tehnologii:
– utilizarea unor colectoare de admisie care să genereze supraalimentarea sonică;
– utilizarea mai multor supape pe cilindru;
– utilizarea distribuț iei variabile.
Colectorul de admisie rezonant poate avea lungimea fixă și în acest caz el este "acordat"
la motor numai pentru un regim de turație (regimul puterii maxime) sau poate avea lungime
variabilă. Modificarea lungimii colectorului de admisie se r ealizează prin intermediul unei
clapete. În acest caz, colectorul de admisie este acordat cu motorul la regimul de turație al
cuplului maxim și la regimul de turație al puterii maxime. Pentru motoarele cu două supape de
admisie pe cilindru se pot utiliza d ouă colectoare de admisie rezonante acordate pentru regimuri
de turație diferite.
Sistemele de admisie rezonante introduc în cilindri unde de presiune care vor îmbunătăți
procesul de formare a amestecului omogen aer -combustibil. În cazul tubulaturii de ev acuare
utilizarea fenomenelor ondulatorii la curgerea gazelor trebuie să genereze în poarta supapei de
evacuare la sfârșitul procesului o undă de depresiune pentru a favoriza curgerea gazelor reziduale
existente în camera de ardere.

25

Fig.3.1 Supraaliment are acustică Porsche VarioRam
a) sub 5000rpm, b ) între 5000 -5800rpm, c ) peste 5800rpm
Pentru îmbunătățirea procesului de formare a amestecului se poate intensifica
turbionarea acestuia prin amplasarea pe peretele canalului de admisie a unei clapete coma ndate
funcție de parametrii de funcționare ai motorului.

Fig.3.2 Sistem de admisie variabil Toyota
Mărirea secțiunii de trecere a gazelor se poate realiza prim mărirea numărului de supape
atât pentru încărcătura proaspătă cât și pentru gazele arse. Conf igurația utilizată este: două
supape de admisie și două supape de evacuare pe cilindru.
Îmbunătățirea parametrilor energetici și minimizarea emisiilor poluante se pot realiza prin
deschiderea și închiderea în momente optime ale supapelor de admisie și eva cuare în funcție de
regimul de funcționare (distribuție variabilă).

26

Fig.3.3 Caracteristicile fazelor de distribuție
Distribuția variabilă a gazelor se poate realiza utilizând diferite soluții tehnice cum ar fi:
sisteme de acționare mecanice; sisteme de acționare hidraulice; sisteme electromagnetice.
Pentru a realiza distribuția variabilă s -au dezvoltat o multitudine de sisteme de acționare
mecanice cum ar fi:
1. camă cu profil variabil spațial longitudinal și cu arbore cu came deplasabil longitudinal
în raport cu axa motorului;
2. utilizarea unor came cu profil variabil radial;
3. utilizarea unor dispozitive prin care camele își modifică poziția unghiulară împreună cu
arborele față de poziția arborelui cotit;
4. sisteme care utilizează două came.
Sistemele de distribuție variabilă cu comandă hidraulică sunt asociate cu tachetul
hidraulic. Dezvoltarea unor sisteme electromagnetice de distribuție variabilă permite controlul
distribuției gazelor prin intermediul unei unități electronice de control în fu ncție de parametrii
funcționali ai motorului.

Fig. 3.4 Distribuție variabilă: a) camă spațială; b) Variocam Plus Porsche ;
c) tachet hidraulic; d) BMW Valvetronic.

3.2 Utilizarea amestecurilor omogene

27
3.2.1 Injecția de benzină
Sistemele de injecție a benzine i datorită posibilităților de control precis al dozei de
combustibil pe ciclu, în funcție de parametrii funcționali ai motorului, s -au impus în fața
carburatorului cu toate că acestuia i -au fost aduse importante modernizări prin controlul
electronic. Utili zarea sistemului de injecție de benzină permite menținerea dozajului amestecului
în limitele λ=0,99 – 1,01 pentru ca eficiența de funcționare a convertorului catalitic cu trei căi să
fie maximă.
Umplerea motorului se îmbunătățește la utilizarea injecției de benzină datorită reducerii
pierderilor gazodinamice de pe traiectul de admisie. Puterea dată de motor este mai mare. La
utilizarea injecției de benzină se obțin reduceri importante ale consumului de combustibil atât în
regimurile stabilizate de funcțion are cât și în regimurile tranzitorii datorită reglării cu precizie a
dozei de combustibil.
Sistemele de injecție de benzină se pot clasifica după următoarele criterii:
1. Locul injecției: injecție în colectorul de admisie (injecție monopunct); injecție î n
porțile supapelor de admisie (injecție multipunct); injecție directă (în cilindru);
2. Presiunea de injecție: injecție de joasă presiune (0,5 – 0,7 MPa); injecție de presiune
înaltă (4 – 5 MPa);
3. Durata injecției: injecție continuă (pe întreg ciclul motor); injecție discontinuă
(secvențială);
4. Sistemul de comandă: mecanic; electric; hidropneumatic; electronic.
Cel mai utilizat este s istemul electronic de comandă și control deoarece permite controlul
funcționării optime a motorului la toate regimuri le.
Pentru menținerea amestecului omogen la un dozaj stoichiometric este necesar ca unitatea
electronică de control să primească informații de la "sonda λ" care detectează prezența
oxigenului din gazele de evacuare. Utilizarea amestecurilor omogene sărace este posibilă prin
utilizarea unor rapoarte ridicate de comprimare ale motorului , ε = 11-16, și o turbionare intensă a
amestecului. În acest caz gazele conțin o cantitate ridicată de oxigen și sistemele de tratare a
gazelor cu metale prețioase: Pt, Rh, Pd , nu mai au o funcționare eficientă și trebuie înlocuite cu
sisteme de tratare catalitică dezvoltate pentru arderea gazelor arse neoxidate.

3.2.2 Camera de ardere
Camera de ardere trebuie să fie minimă pentru reducerea procesului de formare a
compușilor poluanț i și pentru ca parametrii energetici ai motorului să fie maximi. Astfel c amera
de ardere trebuie să permită amplasarea bujiei în centrul acesteia pentru ca distanțele parcurse de
frontul de flacără până la pereți să aibă lungimi egale.

28
Regimului termic al camerei de ardere poate fi îmbunătățit prin aplicarea unor acoperiri
termoizolante pe capul pistonului, suprafața supapelor de evacuare și suprafața aferentă camerei
de ardere din chiulasă. Dacă suprafețe le sunt acoperite cu dioxid de zirconiu pe un strat
intermediar de Ni, Co, Cr, AlY se obține o creștere a performanțelor motorului cu 10%, se reduc
emisiil e poluante cu 20 – 50%, iar particulel e cu până la 52% . De asemenea se produce și o
reducere a emisiei sonore cu până la 3dB.

3.2.3 Utilizarea amestecurilor stratificate
Utilizarea amestecu rilor stratifica te presupune obținerea în camera de ardere a unor
amestecuri cu dozaje diferite. Astfel în zona bujiei se organizează amestecuri bogate, în limita de
inflamabilitate iar spre pereții camerei de ardere ameste cul este din ce în ce mai sărac , stratul
limită este numai aer.
Avantaj ul principal al stratificării amestecului este reprezentat de utilizarea unor
amestecuri global sărace care în condiții omogene s -ar aprinde cu dificultate și ar crea probleme
la propa garea flăcării.
Amestecul bogat din zona bujiei se aprinde ușor iar frontul de flacără se propagă spre
amestecurile sărace datorită creșterii temperaturii gazelor din camera de ardere. În această zonă
se formează mici cantități de CO și HC care vor f i oxidate pe durata procesului de ardere și pe o
porțiune a cursei de destindere. De asemenea se formează mici cantități de oxid de azot datorită
deficitului de oxigen. În cazul arder ii amestecurilor sărace se formează cantități reduse de CO și
HC datorită exc esului de oxigen . Nivelul formării oxizi lor de azot este redus datorită
temperatur ii scăzute la care are loc arderea.
Amestecuril e stratifica te se pot obține prin:
1. Utilizarea camerei de ardere divizate, la care există o separare fizică a celor două
camere care comunică printr -un canal.
La aceste motoare camera de ardere comportă două compartimente care sunt alimentate
cu amestecuri diferite din punct de vedere al coeficientului de exces de aer λ. Legătura dintre
cele două compartimente este realizată p rintr-unul sau mai multe canale de dimensiuni reduse.
Compartimentul cu volumul mai mic, antecamera, conține bujia și este alimentată cu amestec
bogat .
Amestecul parțial ars părăsește antecameră sub formă de jeturi și intră în camera
principală care este alimentată cu amestec sărac.
Soluția a fost propus ă de Ricardo în anii 20 și dezvoltat ulterior în Rusia și Japonia. Ea a
fost aplicată cu succes în producția de serie. Utilizarea ei duce la obținerea unei reducer i a
emisiilor de HC dar mărește nivelul em isiilor de NO x.

29

Fig.3.5 cameră de ardere divizată
2. Realizarea de amestecuri stratificate în cameră unitară prin injecție directă.
Motoare cu injecție directă de benzină au fost construite încă din primii ani ai motorului
cu ardere internă. Primele apli cații au fost în domeniul militar, la motoarele pentru avioanele de
luptă germane. Mai târziu, injecția directă a fost aplicată la motoarele pentru autoturismele de
înaltă performanță.
Pentru mai multe decenii, injecția directă a fost practic uitată. Aceas ta, datorită
dificultăților în controlarea proceselor din motor, în special la turații mari, precum și dificultății
de realizare a presiunii înalte în benzină. Introducerea acesteia la motoarele moderne a fost
posibilă datorită progreselor în domeniul elec tronicii, al controlului computerizat al motorului.
Datorită restricțiilor din ce în ce mai severe în domeniul poluării impuse motoarelor cu
ardere internă, injecția directă reprezintă soluția de formarea a amestecului spre care se îndreptă
toți constructo rii de motoare .
Utilizarea injecției directe aduce o serie de avantaje :
– coeficientul de exces de aer global poate fi supraunitar;
– arderea se realizează în condiții ce defavorizează formarea NOx;
– cantitățile de CO și HC produse la începutul procesului d e ardere pot fi oxidate
complet în interiorul camerei de ardere;
– amestecul ce pătrunde în interstiții este foarte sărac , se reduc emisiile datorate
interstițiilor ;
– controlul sarcinii motorului poate fi efectuat prin îmbogățir ea amestecului și nu prin
obturarea admisiei, astfel se reduc pierderile prin pompare;
– amestecul care arde la sfârșit este foarte sărac , se evită apariția fenomenului de
detonație deci s e pot utiliza rapoarte de comprimare mai mari.
Utilizarea injecției directe presupune unele modifi cări ale motorului față de soluția în care
se utilizează injecția indirectă. Astfel trebuie modificat modul de organizare a mișcării
încărcăturii, formarea amestecului, modul de control al sarcinii și echipamentul de injecție.
Sistemul de injecție conferă motorului avantajele substanțiale în domeniul economicității,
puterii și emisiilor. Față de sistemele de injecție indirectă acestea trebuie să fie comandate cu o

30
precizie mai mare și să interacționeze mult mai profund cu celelalte sisteme: aprindere,
supraalimentare, recirculare a gazelor arse, tratare a gazelor arse.
Din punct de vedere constructiv i njectoarele folosite sunt diferit e de cele pentru injecția
indirectă , deoarece e le lucrează în condiții grele de presiune și temperatură. Principala p roblem ă
este realizarea unei pulverizări cât mai fine fără o creștere exagerată a presiunii. Aceast ă
problemă este rezolvată prin configurația orificiului de pulverizare. Soluția cu cel mai mare
potențial ar fi utilizarea unor injectoare care imprimă jetului o put ernică mișcare de swirl. Se
poate obține o finețe foarte bună a pulveriză rii la o presiune relativ joasă .
O soluție și mai interesantă este cea a injecției directe de amestec aer -combustibil.
Instalația de injecție realizează o preamestecare a combustibil ului cu o cantitatea de aer
realizându -se un amestec extrem de bogat sub forma unei emulsii care va fi apoi introdusă în
cilindrul motorului. Astfel se îmbunătățește finețea pulverizării și se facilitează evaporarea.

Fig.3.6 Injector electromagnetic

Cu ajutorul injecției directe se obține și o reducere a consumului de combustibil
semnificativă față de injecția indirectă.

Fig.3.7 Îmbunătățirea consumului de combustibil
IDA -injecție directă de amestec, ID -injecție directă de benzină

31
Nivelul emisiilor de HC este cu 50% mai redus , la mersul în gol, datorită evitării udării
pereților, a pătrunderii combustibilului în interstiții și vitezei mare de ardere. Prin recircularea
gazelor arse apare o creștere substanțială a emisiilor de HC.
Emisiile de NOx ale mo toarele cu injecție directă sunt mai mari față de motoarele cu
injecție indirectă la mersul în gol încet datorită amestecului local stoichiometric, care determină
viteze mari de degajare a căldurii. La sarcini parțiale avem o reducere a NOx de aproximativ
50% fără recircularea gazelor de evacuare și de până la 90% cu recirculare. Datorită
coeficientului de exces de aer global supraunitar aplicarea catalizatorilor cu trei căi obișnuiți este
neeficientă, motiv pentru care tratarea gazelor arse devine o proble mă destul de dificil de
rezolvat, mai ales dacă considerăm și nivelul redus al temperaturii acestora.
Utilizarea injecției directe presupune folosirea amestecurilor sărace și stratificate, astfel
pentru încadrarea în normele de poluare privind emisiile de NO x, pentru tratarea gazelor arse
trebuie utilizate noi tehnologii. În acest sens se încearcă dezvoltarea unor noi căi pentru tratarea
gazelor: catalizatori de reducere cu zeoliți și metale prețioase, sisteme de filtrare și stocare.
O soluție este reprezen tată de dispozitivele de stocare a NO x. Ele pot capta NO x când
gazele de evacuare sunt bogate în oxigen și îi pot converti în timpul scurtelor perioade de
funcționare cu amestecuri bogate. Problema constă în realizarea unei scurte perioade de
funcționare c u amestec bogat în timpul regimurilor de funcționare prelungită cu amestec sărac.
În timpul funcționării cu amestec sărac, o îmbogățire momentană a amestecului determină o
creștere de putere total neacceptabilă pentru autovehicul. Control ul creșterii de pu tere poate fi
realizat prin regalarea aprinderii cu întârziere mare, perioada de întârziere trebuie atent calibrată
pentru a menține valoarea momentului motor. Din nefericire, sensibilitatea motorului cu injecție
directă cu amestec stratificat faț ă de mome ntele injecției și aprinderii face practic imposibilă
aplicarea acestei metode.
O altă tehnologie care a fost investigată de Ricardo este un sistem cu plasmă care
realizează conversia NO x, HC și CO. Sistemul dezvoltat comportă un flux de plasmă cu
tempera tură, presiune și energie scăzută, care se poate genera într -o incintă cu un volum similar
cu cel al unui catalizator convențional. Un sistem prototip a fost montat la un motor experimental
cu amestec stratificat. Eficiența conversiei este prezentată în gr aficul din figura de mai jos .
Puterea totală consumată de sistem în timpul testelor a fost de sub 0,5% din puterea dezvoltată de
motor. Un mare avantaj al sistemului este că poate funcționa încă de la punerea contactului.

32

Fig.3.8 Tratarea gazelor arse cu plasmă.
Eficiența conversiei pentru un amestec aer -combustibil 38:1
3.2.4 Instalația de aprindere
Pentru îmbunătățirea procesului de ardere în cazul funcționării motorului cu amestecuri
sărace este necesară o optimizare a aprinderii în sensul scăderii întârzie rii la aprinderii și a
probabilității de aprindere.
În continuare vor fi prezentate câteva soluții constructive:
1. Aprinderea cu jet de flacără – sistemul PSJ
Aprinderea se produce într -o antecameră separată de camera principală de ardere de
deasupra pist onului . Comunic area dintre cele două se face prin intermediul unuia sau mai
multora orificii.
Pe măsură ce flacăra se dezvoltă în antecameră, presiunea gazelor din acest compartiment
crește, forțând gazul să iasă spre camera principală prin orificiul sau orificiile de legătură, sub
forma unuia sau mai multor jeturi turbulente de flacără. Jetul sau jeturile penetrează amestecul
din camera principală, aprinzându -l, inițiind astfel arderea în camera principală de ardere.
Aprinderea în antecameră este de obice i realizată cu o bujie convențională. Rolul
antecamerei este acela de transforma flacăra inițială din jurul electrozilor bujiei în unul sau mai
multe jeturi de flacăra în camera principală, jeturi care au o suprafață substanțială și care pot
aprinde ameste curi foarte sărace într -o manieră repetabilă. Antecamera poate fi baleiată sau nu.
Prin realizarea unei turbionări se produce creșterea vitezei inițiale a frontului de flacără
imediat după producerea descărcării electrice a bujiei. Turbionarea se poate re aliza cu ajutorul
unei cavități de turbionare în antecamera sau în corpul bujiei.

33

Fig.3.9 Sistemul de aprindere cu jet de flacără torch cell Fig.3.10 Cameră divizată nebaleiată

Fig.3.11 Cameră de ardere baleiată
Rolul acestor sisteme este de a extind e limita de funcționare a motorului cu amestecuri
sărace . De exemplu, soluția cu cameră nebaleiată și fără sistem auxiliar de injecție (fig.34) poate
funcționa la sarcini medii cu un coeficient de exces de aer λ=1,25. S oluțiile cu amestec stratificat
pot funcționa cu amestecuri mult mai sărace. Cel mai bun compromis între consumul de
combustibil și performanțele ecologice se obține pentru valori ale coefic ientului de exces de aer
cuprinse între 1,1 și 1,3.
Totuși acest e sisteme de aprindere cu jet de flacără sunt dezavantajate de faptul că
pierderile de căldură către pereți sunt ridicate , datorită creșterii raportului suprafață/volum al
camerei de ardere și datorită creșterii vitezelor de curgere.

2. Aprinderea prin i njecția de radicali – sistemul APIR
Prin această metodă se încearcă combinarea avantajelor oferite de motoarele cu aprindere
prin scânteie și motoarele cu aprindere prin comprimare.
Acest s istem a fost dezvoltat la Universitatea din Orleans d in Franța.

34

Fig.3.12 Dispozitivul APIR
Prin utilizarea acestui sistem se îmbunătățesc perfo rmanțele de aprindere și ardere, are loc
o diminuare a dispersiei ciclice, se extinde limita de funcționare cu amestecuri sărace și se
realizează o reducere a consumului de comb ustibil pentru funcționarea la relanti și la sarcini
reduse.
Marele dezavantaj al acestui sistem este constituit de cantitatea mare de emisii de
hidrocarburi nearse în comparație cu sistemele de aprindere convenționale.
Utilizarea acestui sistem se datorea ză prezenței antecamerei în care este introdus
amestecul bogat, apropiat de limita de inflamabilitate. Amestecul este benzină -aer sau gaz-aer.
În timpul cursei de comprimare o parte din amestec ul sărac curge din camera principală
în antecameră. Astfel la momentul producerii scânteii amestecul din antecameră este puțin mai
sărac față de cel injectat inițial. Important este ca gazele reziduale din antecameră să nu
deterioreze procesul de inițiere a aprinderii.
Prin a rderea incompletă a amestecului bogat din antecameră se produce o creștere
puternică a presiunii și o varietate mare de produși intermediari de ardere.

Fig.3.13 Aprinderea în anticameră
Diferența dintre APIR și sistemul de aprindere cu jet de flacără este legată de
dimensiunea orificiilor de l egătură între antecameră și camera principală de ardere. Diametrul
acestora este de maxim 1 mm. Acest lucru este necesar deoarece:
– diametrul redus al orificiilor împiedică propagarea către camera principală și previne
reapariția flăcării în vârtejul jet ului ce se formează la ieșirea din anticameră;

35
– datorită dimensiunilor reduse ale acestor orificii se permite creșterea numărului
acestora, până la aproximativ 10. Numărul mare de orificii permite o bună uniformizare a emisiei
de radicali către camera pr incipală;
– menținerea antecamerei în condiții relativ independente față de condițiile din camera
principală, prin limitarea curgerilor dinspre camera principală și permiterea creșterii puternice a
presiunii pentru expulzarea radicalilor la mare distanță în camera principală de ardere.
Numărul mare de orificii permite introducerea în ca mera principală a produși lor
intermediari de ardere din antecameră. Cursa de comprimare permite condiții termodinamice și
chimice satisfăcătoare în câteva zone preferenția le în care se găsesc radicali. Introducerea
radicali lor este inițiată de aprinderea din antecameră. Întârzierea dintre aprinderea din
antecameră și autoaprindere este foarte scurtă, datorită vitezei cu care se desfășoară procesele de
injecție și amestecare a radicalilor în camera principală. Astfel, momentul introducerii poate fi
controlat cu precizie. Sistemului APIR utilizează r apoarte de comprimare de 10 -14.

Fig. 3.14 Funcționarea sistemului APIR: a) introducerea radicalilor; b) formarea mai multor
nuclee de aprindere; c) propagarea fronturilor de flacără multiple
Moto arele echipate cu sistemul APIR sunt diferit e de moto arele cu aprindere prin
scânteie obișnuite deoarece a rderea cantității principale de combustibil este realiza tă de mai
multe fron turi de flacără. De asemenea cursa de comprimare este absolut necesară pentru
autoaprindere și ardere în camera principală de ardere. Calitatea arderii asigurată de dispozitivele
PJC și de APIR pare a fi identică, comparativ cu rezultatele obținute cu un s istem de aprindere
convențional, cu bujie. Cu toate acestea, întârzierea aprinderii și durata arderii sunt mai reduse la
folosirea stemului APIR față de sistemul PJC.
Orificiile cu diametrul sub 1 mm asigură o antecameră mai puțin sensibilă la variația
variabilelor termodinamice din camera principală de ardere și, astfel, condiții cu o mai bună
repetabilitate în antecameră.
Dispozitivul APIR este montat în locul unei bujii convenționale. Volumul antecamerei
este stabilit între 0,5 -1 cm3, aproximativ 1% din volumul camerei principale de ardere.
Antecamera este alimentată printr -o conductă cu un amestec aer -combustibil bogat. Coeficientul
de exces de aer pentru antecameră este între 0,48 -0,66. Cu ajutorul lui se realizează o combinare
a stabilității și sen sibilității la detonație reduse a motorului Diesel cu nivelul scăzut de formare a
funinginii și puterii specifice ridicate a motorului cu aprindere prin scânteie.

36
3. Aprinderea cu jet de plasmă
Prin utilizarea amestecurilor săr ace la sistemele de aprindere convenționale apar
probleme legate de inflamabilitatea amestecului. Pentru crește rea probabilit ății aprinder ii
amestecului se realizează o creștere a aportului energetic a sistemului de aprindere prin f olosirea
plasmei .
Bujia cu plasmă este executată din tr-o bujie normală la care se modifică forma
electrozilor. Astfel c el de masă este înlocuit cu o placă metalică cu un orificiu de 2mm , iar
electrodul central este parțial găurit pentru a forma în interiorul său un spațiu cu volumul de 6 -9
mm3.
Energia fol osită , câțiva jouli , este foarte mare în comparație cu cea din cazul sistemelor
clasice. Se generează astfel un nucleu de plasmă semnificativ mai mare decât în cazul bujiei
clasice. Există variante când în volumul generat în electrodul central se injecteaz ă o mică
cantitate de combustibil.
Printre avantaje p utem enumera: reducerea întârzierii la aprindere, posibilitatea aprinderii
amestecurilor sărace , implică modificări minore pentru aplicarea la moto arele de serie.
Principalul dezavantaj este constitui t de durabilitatea scăzută a bujiei . Datorită
temperaturilor mari și a energiei cinetice mari a jetului de plasmă se produce uzura electrozilor,
în special a celui de masă.

Fig.3.15 Bujie cu plasmă

37
CAPITOLUL IV
TEHNOLOGII ACTIVE DE REDUCERE A EMIS IILOR POLUANTE LA
MAC

Tehnologiile de reducere activă a emisiilor poluante la motorul cu aprindere prin
comprimare vizează perfecționarea proceselor ce au loc în motor: schimbul de gaze, formarea
amestecului, arderea, injecția combustibilului . De asemenea supraalimentarea, răcirea
intermediară a încărcăturii proaspete și recircularea gazelor arse duce la reducerea emisiilor
poluante.

4.1 Formarea amestecului și arderea

Procesele de formarea a amestecului carburant și ardere sunt greu de controlat datorită
perioadei scurte de timp în care acestea se desfășoară și datorită suprapunerii parțiale a acestora.
Formarea amestecului aer -combustibil se realizează prin injectarea combustibilului sub
formă de jet în aerul comprimat din cilindru. Proce sul are pun caracte r dinamic cu însemnate
variații ale parametrilor de control, cu schimbarea de la o fază la alta a condițiilor optime de
desfășurare a fenomenelor legate de formarea amestecului și de apariția autoaprinderii.
Procesele de formare a amestecului și de ardere pot fi optimizate prin controlul nivelului
energetic al aerului, prin intensificarea mișcărilor organizate și neorganizate , și prin
caracteristicile procesului de injecție: injecție pilot, calitatea jetului de combustibil, durata de
injecție, legea de inje cție, postinjecție și prin cantitatea de gaze arse recirculate. Managementul
acestor parametrii poate fi realizat cu ajutorul unității electronice de comandă.

4.1.1 Schimbul de gaze
Configurația canalului de admisie determină intensitatea mișcării tangențiale a
încărcăturii proaspete, mișcarea de swirl, care influențează nivelul energetic al procesului de
formare a amestecului aer -combustibil.
Pentru funcționarea optimă a motorului este necesar ca la turații scăzute această mișcare
tangențială să fie amplificată , în acest sens se utilizează canale de admisie elicoidale. Utilizarea
canalului de admisie elicoidal determină mărirea pierderilor gazodinamice și micșorarea
coeficientului de umplere al motorului, în plus, la creșterea turației motorului crește și
coefic ientul de vârtej ceea ce poate afecta negativ procesul de formare a amestecului (prin
suprapunerea jeturilor de combustibil).

38

Fig. 4.1 Mișcarea de vârtej generată de canalul de admisie elicoidal
Asigurarea unui raport de vârtej optim în funcție de regimu l funcțional al motorului se
poate realiza prin utilizarea a două supape de admisie pe cilindru. Una din supape este alimentată
printr -un canal de admisie tangențial iar cealaltă printr -un canal de admisie elicoidal. În funcție
de mărimea secțiunii de int rare a canalului elicoidal sau a celui tangențial se poate controla
mișcarea de v ârtej.
Prezența clapetei de control pe traiectul canalelor de admisie determină scăderea
coeficientului de umplere al motorului.
În figura de mai jos este prezentată variaț ia raportului de vârtej și a coeficientului global
al pierderilor gazodinamice în funcție de ridicarea supapei și de obturarea canal ului.

Fig.4 .2 Influența ridicării supapei și a obturării unui canal de admisie
Mișcăril e turbulente sunt influențate de rugozitatea suprafețelor canalului de admisie,de
forma scaunului supapei și de supapă. Controlul turbulenței pe întreaga gamă a regimurilor de
funcționare va avea un impact pozitiv asupra diminuării emisiilor poluante și asupra
îmbunătățirii parametrilor de putere și de consum ai motorului.
Funcționarea motorului și diminua rea emisiile poluante pot fi optimizate prin utilizarea
distribuției variabile a gazelor.

39
Sistemele de distribuție pot fi clasificate în funcție de modul de acționare a supapelor:
sisteme cu acționare directă (electrică sau hidraulică) și indirectă. Cele cu acționare indirectă a
supapelor (cele cu camă) pot fi:
– cu camă variabilă sau profil variabil: cu faze variabile; cu rotație; cu camă spațială; cu
două came diferite;
– cu tachet varia bil: mecanic; hidraulic.

Fig.4 .3 Sistemul Honda VTEC

Fig.4 .4 Sistemul Delphi

Fig.4 .5 Sistemul UNIAIR -Fiat

40
4.1.2 Camera de ardere
În cazul motoarel or cu injecție directă s e utiliz ează două tipuri de camer e divizat e:
antecameră și camera de turbulență.
Motoarele cu cameră divizată prezintă nu meroase limite în comparație cu motoarele ce au
cameră unitară. Aceste limite se referă la:
– pierderi mari de căldură prin pereții camerei de ardere ceea , sunt necesare rapoarte
mari de comprimar e;
– utilizarea unor coeficienți de exces de aer inferiori motorului cu cameră unitară , valori
ridicate ale consum ului de combustibil și emisii lor de CO 2;
– posibilități reduse de optimizare a proceselor din motor prin utilizarea de tehnologi i
noi.
Datorită c onsumului redus de combustibil, motoarele cu injecție directă au fost
îmbunătățite astfel încât să respecte noile norme privind poluarea.
Caracteristicile constructive și de exploatare determină forma camerei de ardere a
motoarelor diesel cu injecție dire ctă, astfel ea poate varia în funcție de firma producătoare. Cele
mai întâlnite forme sunt: sferic ă, cilindric ă, pătrat ă și în formă de "ω" , predominantă datorită
mișcării de tor imprimate încărcăturii proaspete.

Fig.4 .6 Tipuri de camere de ardere

41
Mișca rea încărcăturii proaspete depinde de: gradul de deschidere al camerei de ardere
definit prin raportul dintre diametrul de intrare al camerei de ardere și alezajul cilindrului, forma
și înălțimea deschiderii camerei de ardere, adâncimea camerei de ardere, forma interioară a
camerei de ardere, etc.

4.1.3 Injecția de combustibil
Caracteristicile motoarelor diesel privind consumul și emisiile poluante sunt influențate
de echipamentul de injecție.
Sistemul clasic de injecție a combustibilului este alcătuit din: pomp a de înaltă presiune cu
elemenți în linie sau cu distribuitor rotativ și injectoare care realizează pulverizarea
combustibilului în camera de ardere. În funcție de caracteristicile constructive ale acestuia se
determină parametrii de calitate și temporali ai jetului.
Jetul de combustibil pulverizat este caracterizat prin: finețe, omogenitate, penetrație și
dispersie. Calitatea pulverizării depinde de: presiunea de injecție, viteza combustibilului prin
orificiile de ieșire, diametrul și lungimea orificiilor de pulverizare.
Parametrii temporali ai jetului depind de caracteristicile constructive ale pompei de
injecție și ale pulverizatorului injectorului. Ei se referă la momentul începerii procesului de
injecție în raport cu ciclul motor, la durata procesului de in jecție și la legea de injecție.
Pentru sistemele clasice de injecție caracteristica de injecție poate fi corectată cu ajutorul
unor dispozitive, mecanice, hidraulice, pneumatice, după niște legi simple. Aceste dispozitive au
elemente cu o inerție ridi cată iar forțele de frecare între elemente au valori ridicate. Pentru
combaterea acestor inconveniente s -a apelat la utilizarea sistemului de reglare a pompei de
injecție electronic.
Odată cu dezvoltarea motoarelor diesel s -a constatat că injecția clasică nu mai face față
cerințelor legate de formarea amestecului aer -combustibil la funcționarea motorului la diferite
regimuri. Datorită acestor considerente s-a încercat în primă fază o îmbunătățire a injectorului
prin modificarea numărului, diametrului și lun gimii orificiilor de pulverizare, eliminarea sacului
injectorului, micșorarea maselor în mișcare pentru a mări viteza de ridicare a acului
pulverizatorului, mărirea presiunii de deschidere a injectorului. Aceste măsuri au dus la
îmbunătățirea calității pul verizării combustibilului.
După realizarea acestor modificări s -a realizat injectorul cu două arcuri la care injecția
combustibilului se desfășoară în două faze. Astfel datorită optimizării proceselor de formare a
amestecului și de ardere se obținea o redu cere a emisiilor de hidrocarburi nearse cu 15 -20%, a
oxizilor de azot de 10 -15% și o reducere considerabilă a zgomotului datorat arderii față de
motoarele echipate cu injectoare clasice.

42
Procesul de injecție în două faze se desfășura astfel:
– prima fază a injecției, numită injecție pilot, începe prin învingerea rezistenței primului
arc cu forța corespunzătoare presiunii de injecție de 16 până la 18 MPa și o ridicare a acului de
0,02 până la 0,06 mm. Combustibilul injectat în această fază suferă transform ări fizice și chimice
constituind nuclee fizice de autoaprindere la injecția dozei principale de combustibil;
– în a doua fază a injecției se învinge rezistența celui de -al doilea arc prin forța dată de o
presiune de 32 – 35 MPa. Ridicarea acului injectoru lui în această fază este de 0,2 – 0,3 mm.

Fig.4 .7 Injector pulverizator în două faze
Funcționarea injectorului:
– în repaus: resortul superior menține acul injector pe scaunul său;
– la pre -injecție: la trecerea de 200 bari, presiunea pe ac exercită o fo rță mai mare decât
arcul superior, acul se deplasează și vine în contact cu inelul roșu;
– la injecție: presiunea crește până la 450 bari, ca și forța pe arc. Forța celor două arcuri
este insuficientă pentru menținerea acului injectorului, acesta se ridică și împinge inelul roșu în
locașul său.
Controlul injecției se realizează cu ajutorul sistemelor electronice de control care au un
volum de funcții mult mai ridicat decât la sistemele clasice și realizează separarea funcției de
dozare de funcțiile de regla j. Funcții de reglare folosite sunt :
– corectarea dozei de combustibil în funcție de caracteristica de sarcină și turație a
motorului;
– caracteristica debitului de injecție este corectată în funcție de temperatura lichidului de
răcire;
– valoarea debitulu i pe ciclu este bine stabilită;
– reglarea debitului regimului de mers în gol se face independent de încărcare;
– reglarea avansului la injecție;
– reglarea debitului de gaze recirculate;

43
– reglarea debitului de combustibil în funcție de presiunea de supra alimentare;
– corectarea debitului de combustibil în funcție de amplitudine .

Fig. 4.8 Pompa cu rotor distribuitor cu regulator electronic
Dezvoltarea continuă a echipamentului de injecție a dus la apariția sistemului de injecție
cu rampă comună de înaltă presiune, sistem cunoscut sub numele de Common Rail. Presiunea
combustibilului din rampa comună este egală cu presiunea de injecție, acest lucru fiind realizat
de pompa de înaltă presiune.
Procesul de injecție nu mai depinde de forma camei, el este control at de unitatea
electronică de control. Doza de combustibil și parametrii procesului de injecție sunt stabiliți în
funcție de parametrii funcționali ai motorului.
Pentru îmbunătățirea calității amestecului aer combustibil pe întreaga plajă a regimurilor
de funcționare ale motorului trebuie ca și jeturile de combustibil să îndeplinească condițiile de
calitate în corelație cu mișcarea aerului din cilindrii și cu forma camerei de ardere.
Una din măsuri o constituie mărirea presiunii de injecție care la sistemel e clasice este
dificil de realizat datorită complicațiilor constructive. Pompa injector poate realiza condițiile de
presiune ridicată însă nu poate beneficia de controlul electronic.

Fig. 4.9 Variația presiunii maxime de injecție în funcție de turația mot orului

44

În figura de mai sus este prezentată comparativ variația presiunii de injecție a unei pompe
de injecție cu distribuitor rotativ cu control electronic (Bosch VP37), o pompă de injecție cu
pistoane radiale (Bosch VP44) și un sistem cu rampă comună (Bo sch Common Rail) în funcție
de turația motorului. Din această figură s e observă că sistemul de injecție cu rampă comună oferă
presiuni de injecție mai ridicate pe întreaga gamă de funcționare a motorului și c ă există
posibilități de creștere și de menținer e la valori ridicate a presiunii de injecție și la turații reduse
de funcționare ale motorului.
Sistemul de injecție cu rampă comună are o structură mecanică relativ simplă (fig. 50).

Fig. 4.10 Sistemul de injecție Common Rail
Motorina este preluată din rezervorul de combustibil de către pompa de presiune și
refulată în rampa comună. Pompa de presiune este prevăzută cu trei pistona șe plonjoare dispuse
radial. Pistonașele sunt acționate de către o camă de înălțime mică prin intermediul unor tacheți
cu rol ă. Pistonașele plonjoare au o dispunere simetrică pentru a se evita introducerea de unde de
presiune de amplitudine ridicată în volumul rampei comune. Pompa de presiune preia puterea
necesară comprimării combustibilului de la arborele cotit al motorului.
Pompa de înaltă presiune este prevăzută cu un regulator de presiune. Acesta are rolul de a
modifica nivelul presiunii combustibilului din rampa comună. Reglarea presiunii se realizează cu
ajutorul unei supape electromagnetice a cărei ridicare este în funcți e de intensitatea curentului de
alimentare comandat de către unitatea electronică de control.
Combustibilul sub presiune refulat de către pompa de înaltă presiune ajunge în rampa
comună. Volumul cuprins în tubulatura dintre pompa de înaltă presiune și inje ctoare (conducta
de alimentare a rampei comune, rampa comună, conductele de alimentare ale injectorului)
servește drept acumulator de presiune. Acest volum are rolul de a amortiza undele de presiune
induse de către pompa de înaltă presiune. O valoare infer ioară valorii optime a volumului
amplifică undele de presiune induse de către pompa de presiune, o valoare superioară valorii
optime a volumului mărește timpul de răspuns la variațiile de presiune cerute de funcționarea
motorului la regimurile tranzitorii .

45
Rampa comună este prevăzută cu un senzor piezoelectric care emite un semnal spre
unitatea electronică de control (UEC) indicând nivelul de presiune din aceasta. UEC compară
valoarea semnalului primit cu valoarea memorată conformă cu regimul de funcționar e al
motorului. Dacă valoarea măsurată diferă de valoarea memorată, atunci UEC emite un semnal
spre regulatorul de presiune al pompei de înaltă presiune, unde un orificiu de descărcare poate fi
închis sau deschis după cum presiunea din rampa comună trebuie mărită sau micșorată.
Sistemul de injecție cu rampă comună este prevăzut cu injectoare cu deschidere
electromagnetică. Circuitul electromagnetic de deschidere al injectorului este alimentat de către
unitatea electronică de control.

Fig. 4.11 Injector cu deschidere electromagnetică
Momentul de început al injecției și durata acesteia sunt stabilite de către UEC prim
compararea informațiilor funcționale ale motorului cu valorile memorate pentru aceleași
regimuri funcționale.
Doza de combustibil pe ciclu este stabilită de către UEC pe baza valorii presiunii
combustibilului din rampa comună, durata injecției și suprafața secțiunii echivalente de curgere a
combustibilului prin injector și pulverizator.
Avantajul major al sistemului de injecție cu rampă comună es te flexibilitatea acestuia
care poate modifica legea de injecție în funcție de particularitățile regimului de funcționare al
motorului.
Comanda electromagnetică a deschiderii injectorului poate asigura multiple injecții în
diferite momente ale ciclului mot or.

Fig. 4.12 Profilul ridicării acului injectorului

46
Cu acest sistem se poate realiza injecția pilot iar plasarea acesteia în ciclu este
independentă de caracteristicile sistemului de injecție. Prin injecția pilot se introduce în cilindrii
motorului o mic ă cantitate de combustibil , 1-5mm3, înainte a pulverizării dozei principale.
Combustibilul introdus în această fază suportă transformări fizice și chimice asigurând centrii
activi ai procesului de autoaprindere la introducerea dozei principale. Prin injecți a pilot se pot
controla procesele de formare a poluanților chimici, se reduce zgomotul datorat arderii
amestecului carburant și se îmbunătățesc calitățile de pornire ale motorului la temperaturi reduse.
Sistemul Common Rail are numai avantaje printre care putem enumera o reducere a
consumului de combustibil, o dublare a cuplului motor la tura ții mici și o creștere cu până la
25% a puterii motorului. De asemenea acesta reduce nivelul sonor și vibra țiile specifice
motoarelor cu aprindere prin comprimare .
Emisiile de CO 2 sunt reduse cu p ână la 20% , nivelul monoxidului de carbon este redus cu
până la 40% iar hidrocarbur ile nearse s -au diminuat cu până la 50%.

4.1.4 Supraalimentarea
Prin supraalimentare se înțelege introducerea încărcăturii proaspete în cilindru la p resiuni
mai mari dec ât presiunea ambiant ă prin precomprimarea par țială sau total ă a încărcăturii
proaspete înainte de intrarea în motor. În cazul motoarelor cu aprindere prin compri mare
supraalimentarea este benefic ă pentru procesul de aprindere și ardere datorit ă temperaturii mai
mari a aerului comprimat. Din acest motiv în prezent se supraalimenteaz ă și motoare le mici de
40..50 kW, supraalimentarea av ând ca efect cre șterea presiunii și a densit ății încărcăturii
proaspete fapt ce duce la îmbunătățirea para metrilor de putere și consum.
Supraalimentarea poate fi fără agregat: acustică sau cu agregat: cu compresor volumetric
rotativ cu palete, cu rotor profilat, de tip G; cu compresor dinamic axial sau centrifugal.
Antrenarea poate fi mecanică, cu turbină cu g aze sau mixtă.

a. b. c.
Fig.4.1 3 Tipuri de agregate de supraalimentare: a) Compresor Roots, b) Compresor Sprintex, c)
Compresor Comprex

47
O modalitate eficientă de supraalimentare a motoarelor cu aprindere prin comprimare o
constituie utilizarea tur bocompresorului.
Îmbunătățirile tehnologice aduse turbinei cu gaze de presiune variabilă au condus la o
utilizare eficientă a energiei gazelor arse evacuate din motor pe întreaga gamă de regimuri de
funcționare ale motorului.
O primă intervenție a vizat u tilizarea materialelor ceramice pentru rotorul turbinei.
Această modificare a permis reducerea inerției rotorului și a dat posibilitatea utilizării gazelor
arse cu un nivel de temperatură mai ridicat.
O soluție constructivă care permite utilizarea eficien tă a energiei gazelor de evacuare la
orice regim de funcționare al motorului îl constituie turbina cu gaze cu geometrie variabilă. La
acest tip de turbină ajutajul este paletat iar unghiul dintre palete poate fi modificat în funcție de
regimul de funcționa re al motorului printr -un dispozitiv care primește semnalul de comandă de
unitatea electronică de comandă.

a) b)
Fig. 4.14 a) Supraalimentare cu turbină, b) turbină cu geometrie variabilă
Prin supraalimentare presiunile și temperaturile caracteristice ciclului motor au valori mai
ridicate comparativ cu cele ale ciclului motorului cu aspirație naturală. În consecință emisiile de
CO și HC se reduc i ar emisiile de NO x cresc. Emisia de particule este mai redusă datorită
oxidării acestora pe timpul cursei de destindere și evacuare datorită nivelului de temperatură
ridicat al gazelor arse.
Pentru a contrabalansa nivelul crescut de emisii de NO x se realiz ează o răcire
intermediară a încărcăturii proaspete. Astfel se realizează o creștere a densității încărcăturii
proaspete, scade temperatur a încărcăturii proaspete reținute în cilindrii motorului și se reduce
temperatura de ardere pe ciclu.
Răcirea aerului se face pe traiectul dintre compresorul de supraalimentare și intrarea în
motor. Ea se poate realiza cu schimbătoare de căldură aer -aer sau aer -apă.

48

Fig.4.1 5 Răcirea încărcăturii proaspete

4.1.5 Recircularea gazelor arse
Motorul cu aprindere prin comprimare funcționează cu amestecuri sărace, deci gazele de
evacuare sunt bogate în oxigen. Datorită conținutului ridicat de oxigen, oxizii de azot nu pot fi
reduși eficient în convertoarele catalitice pe baze de metale prețioase Pt, Rh, Pd.
Măsura prin care se poat e frâna procesul de formare a oxizilor de azot prevede
reintroducerea în camera de ardere a unei cantități de gaze arse care în prealabil au fost răcite.
Gazele arse sunt inerte din punct de vedere chimic și ele acționează ca un diluant al
cantității de ox igen din camera de ardere, determinând modificări ale dinamicii procesului de
ardere și în consecință micșorând temperatura de ardere.
Procesul de formare a oxizilor de azot este frânat pe de -o parte de diluția oxigenului iar
pe de altă parte datorită redu cerii temperaturii de ardere.
Cantitatea de gaze arse reintrodusă în cilindrii motorului este reglată de unitatea
electronică de comandă în funcție de parametrii care caracterizează regimul de funcționare al
motorului.

Fig.4.1 6 Dispozitivul de recircular e a gazelor arse
Recircularea gazelor arse are ca efect reducerea drastică a emisiilor de oxizi de azot și
creșterea ușoară a emisiilor de CO, HC, particule. Emisii care pot fi diminuate cu dispozitive de
tratare a gazelor arse: convertor de oxidare și fil tru de particule.

49
CAPITOLUL V
TEHNOLOGII PASIVE DE REDUCERE A EMISIILOR POLUANTE

Reglementările privind emisiile poluante sunt tot mai restrictive de la an la an. Acest
lucru determină constructorii de autovehicule să optimizeze procesele ce au loc în mo tor, să
dezvolte noi tehnologii și instalații pentru ca concentrația compușilor poluanți din gazele arse să
se încadreze în limitele admisibile.
Primele reglementări prevedeau limitarea concentrației monoxidului de carbon și a
hidrocarburilor nearse , astfe l au fost realizate sisteme de oxidare care s -au aplicat la motoarele cu
aprindere prin scânteie. În cazul motoarelor cu aprindere prin comprimare nu a fost necesară
introducerea niciunui sistem deoarece aceste motoare respectau prevederile privind emisiil e
poluante.
Apariția noilor reglementări ce prevedeau limite pentru emisiile de oxizi de azot a dus la
dezvolta rea unor sisteme care realizează simultan atât oxidarea CO și HC cât și reducerea NO x.
În cazul motoarelor cu aprindere prin comprimare în primă fază s -au limitat emisiile de
particule, în acest scop s -au utilizat filtrele de particule.
Ideal ar fi ca după tratarea gazelor de evacuare să se obțină un amestec de gaze
atmosferice, adică O 2, N 2, vapori de apă și CO 2. La ora actuală se pune și proble ma reducerii
emisiei de CO 2 pentru diminuarea “efectului de seră” .

5.1 Proprietățile fizico -chimice ale gazelor de evacuare

Proprietățile fizico -chimice ale gazelor de evacuare depind de tipul motorului, cu
aprindere prin scânteie sau prin comprimare, și sun t influențate de turația și sarcina motorului,
dozajul amestecului aer -combustibil.
Temperatura gazelor arse variază între 300 -400°C la mersul în gol și 900 °C la sarcină
plină. Debitul gazelor evacuate are o fluctuație cuprinsă între 10 și 150 m3/h în func ție de
cilindree, de valorile turației și sarcinii motorului ca și de condițiile concrete de funcționare ,
accelerare sau decelerare. Iar compoziția chimică depinde de condițiile de funcționare ale
motorului și de amestecul aer -combustibil. În cazul motoare lor cu aprindere prin scânteie avem
următoarea compoziție a gazele de evacuare:
– compuși chimici oxidanți: O2 0,2…2% vol.; NO 0,01…0,4% vol., N2O <100 ppm ;
– compuși chimici reducători: CO 0,1…6% vol. , H2 0,5…2% vol. , HC 0,5…1 % vol .;

50
– alți compuși: N2 70…75% vol. , vapori de apă 10…12% vol. , CO 2 10…13% vol. ,
SO 2 15…60% ppm , alți compuși concentrați ce depind de calitatea aditivilor din combustibil și
ulei.
5.2 Dispozitive de tratare a gazelor de evacuare

5.2.1 Reactorul termic
Reactor ul termic este un dispozit iv care, prin menținerea gazelor de evacuare la
temperatură ridicată, favorizează oxidarea CO și HC din gazele arse.
Constructiv, reactorul termic este un colector de evacuare fixat de chiulasa motorului, cu
volumul mărit, prevăzut la interior cu un siste m de tuburi care prelungește drumul parcurs de
gazele de evacuare prin reactor, în scopul creșterii duratei de menținere a acestora la temperatură
ridicată.
Temperatura minimă necesară pentru oxidarea HC și CO este de 600…700 °C, mult mai
ridicată decât în cazul conversiei catalitice. Această temperatură nu este atinsă de gazele de
evacuare la toate regimurile de turații și sarcini ale motorului, de aceea pentru a se realiza
reacțiile de oxidare trebuie să crească timpul de menținere la temperaturi ridicate . Pentru a se
realiza acest lucru se utilizează frecvent soluții de izolare termică a reactorului.

Fig.5.1 Reactorul izolat termic
Inerția termică a reactorului trebuie să fie scăzută pentru a se putea încălzi rapid după
pornirea motorului, astfel rețeau a interioară de tuburi a acestuia este realizată din oțel refractar.
Eficiența reactorului termic depinde de nivelul de temperatură, volumul său și oxigenul
rezidual din gazele evacuate. Astfel t emperatura atinsă în reactor este influențată de temperatura
gazelor la intrare, de pierderile de căldură și de cantitățile de HC, CO și H 2 care sunt arse în
interiorul acestuia. Prin arderea unei cantități de CO reprezentând 1 % din volumul reactorului se
produce o creștere a temperatur ii din reactor cu 80 °C.
În cazul oxidării CO și HC provenite din arderea amestecurilor bogate, cantitatea de
oxigen necesară în reactor este introdusă prin injecție de aer secundar în proporție de 10…20%.
Dacă motorul funcționează cu amestecuri sărace această injecție de aer suplim entar nu mai este

51
necesară deoarece cantitatea de oxigen din gazele de evacuare este suficientă pentru oxidarea
compușilor poluanți , caz în care eficiența reactorului este diminuată datorită temperaturii mai
reduse de lucru .
Injecția aerului secundar impli că utilizarea unui s istem ce conține o pomp ă, compresor ,
de aer antrenată de motor care să trimită printr -o canalizație specială un curent de aer în gazele
arse din zona supapei de evacuare. Aerul injectat în fluxul de gaze de evacuare aduce oxigenul
neces ar oxidării cantităților de HC și CO care părăsesc cilindrii motorului.
Sistemul injecției de aer adițional trebuie să întrerupă aportul de aer în timpul decelerării
automobilului, pentru evitarea exploziilor din sistemul de evacuare. Întreruperea debităr ii aerului
secundar se realizează printr -o supapă “controlată” de presiunea negativă, prezentă în colectorul
de admisie la închiderea clapetei de accelerație; aerul debitat de pompă este direcționat în acest
caz în afara sistemului de evacuare. Pompa de ae r este protejată față de fenomenul întoarcerii
flăcării printr -o supapă.
Prin utilizarea reactorului termic nu se obține o oxidare totală a cantităților de HC și CO,
datorită variabilității condițiilor de funcționare ale motorului și imperfecțiunilor constructive ale
reactorului.
Complexitatea constructivă, necesitatea prezenței sursei de aer secundar antrenată de
motor, dependența directă a eficienței reactorului termic față de variațiile calității amestecului
aer-combustibil din cilindrii motorului, sun t elemente care au determinat limitarea utilizării
acestuia, preferându -se folosirea convertoarelor catalitice, acestea având în plus și avantajul
diminuării concentrației compușilor poluanți din gazele de evacuare prin reacții de reducere .

5.2.2 Convertorul ca talitic
Funcționarea sistemelor de conversie catalitică se bazează pe acțiunea catalitică a unor
metale prețioase: Pt, Rh,Pd, ce sunt capabile să diminueze energia chimică necesară reacțiilor de
reducere și oxidare, mărind implicit viteza de desfășurare a acestor reacții. Accelerarea catalitică
a reacțiilor de oxidare și/sau reducere are loc la o temperatur ă relativ scăzută a gazelor arse,
evacuate la diversele regimuri de funcționare ale motor ului.
Reacțiile ce au loc în convertorul catalitic:
– oxidarea h idrocarburilor:

– oxidarea monoxidului de carbon :

52

Datorită polarității puternice, molecula de monoxid de carbon este absorbită în stratul de
metal nobil al catalizatorului la o temperatură cuprinsă între 100 și 200 °C. Prin absorbția
monoxidului de carbon locul rămas liber este ocupat de oxigen, molecula de oxigen disociază la
nivelul stratului catalitic, și astfel au loc reacții de oxidare ale monoxidului de carbon, urmate de
absorbția dioxidului de carbon.
– reducerea oxidului de azot :

Vitez a de desfășurare a acestei reacții exotermice se poate amplifica pe cale termică sau în
prezența metalelor catalitice. Deficiența principală a materialelor încercate până acum : metale
prețioase, oxizi, etc. constă în disocierea moleculelor de NO absorbite de catalizator și fixarea
acestor produși de disociere pe suprafața catalizatorului. Desorbția oxigenului format limitează
continuarea reacțiilor de reducere. Pentru restaurarea acțiunii catalitice este necesară ridicarea
nivelului temperaturii gazelor de evacuare sau prezența unui agent chimic reduc ător. Agenții
reducători pot fi compuși chimici care însoțesc NO în gazele de evacuare : CO, H 2, și
hidrocarburi nearse. Hidrogenul molecular poate rezulta din reacția CO cu vaporii de apă, în
prezența catalizato rului:

Reacțiile de reducere a NO:

53

Oxidarea agenților reducători CO, HC și H 2 are loc prin utilizarea oxigenului rezultat din
disocierea NO sau a oxigenului molecular existent în gazele de evacuare. În cazul în care
tensiunea parțială a ox igenului molecular depășește substanțial presiunea parțiala a NO, rata de
disociere a NO se diminuează considerabil. Acesta este motivul pentru care nu este posibilă
reducerea NO din gazele de evacuare ale motoarelor care funcționează cu exces de aer : MAS cu
ames tecuri sărace și MAC .
La motoarele care funcționează cu amestecuri bogate, agenții reducători se găsesc în
cantități ridicate, iar azotul atomic rezultat din disocierea NO poate reacționa cu acești compuși.
Deci în urma acestor reacții poate rezult a amoniacul :

1. Convertorul catalitic cu două căi
Dacă agenții reducători sunt prezenți în exces este necesară utilizarea a două reactoare
legate în serie pentru limitarea emisiei de amoniac.

Fig. 5.2 Sistem cu reactoare legate în serie
În primul rea ctor se produce o reducere a N O, rezultă cantități variabile de amoniac, după
care amestecul de gaze intră în următorul reactor, unde au loc procesele de oxidare. Pentru
dezvoltarea acestui tip de reacții, se introduce aer adițional în gazele ce pătrund în reactorul de
oxidare. Amoniacul format în timpul reacțiilor de reducere ar trebui sa fie oxidat în al doilea
reactor dup ă reacțiile:

sau

Cantitatea de NO format ă după ultima schemă de reacție depinde de tipul catalizatorului
folosit, de nivelul temper aturii și de valoarea presiunii parțiale a oxigenului.

54

2. Convertorul catalitic cu trei căi
Convertorul catalitic cu trei căi poate reduce simultan trei compuși din gazele de
evacuare: CO, HC, NO x. Acesta are randamentul maxim atunci când motorul funcți onează cu
amestecuri stoichiometrice. Dacă în motor sunt arse amestecuri sărace are loc o scădere a
eficienț ei reducerii NO , iar dacă amestecul proaspăt este bogat atunci apare o reducere a
eficienței reacțiilor de oxidare a HC și CO .
Domeniul de varia ție a calității amestecului aer -combustibil, pentru care catalizatorul
funcționează eficient este extrem de restrâns, ceea ce impune utilizarea unui sistem electronic de
control și reglare a calității amestecului, pentru menținerea acestuia în domeniul de efic iență al
sistemului catalitic. Senzorul care culege informația relativ la cantitatea de oxigen remanentă în
gazele de evacuare este sonda λ. Mărimea timpului de răspuns al sistemului poate determina
oscilații ale dozajului la funcționarea motorului în regi muri tranzitorii. În aceste cazuri, frecvența
semnalului de răspuns variază cu 0,5…5Hz, în jurul valorii fixate, ceea ce determina o variație a
coeficientului de exces de aer în intervalul [0,93…1,07]. Semnalul generat de sonda este transmis
unității e lectronice de comandă care după procesarea datelor determină ce acțiuni sunt necesare
pentru obținerea unui amestec stoichiometric.

Fig.5.3 Eficiența convertorului catalitic în funcție de calitatea amestecului

Fig.5.4 Convertorul catalitic cu trei căi : poziționare și structură

55
Prin adăugarea de aditivi în compoziția combustibilului se poate realiza o îmbunătățire a
funcționării convertorului catalitic cu trei căi.
Materialul catalitic utilizat la construcția convertoarelor catalitice trebuie depus pe u n
suport , suport ce trebuie să îndeplinească o serie de cerințe: să permită depunerea stratului
catalitic prin minimizarea contactului dintre acesta și suport, fără ca elementul catalitic să
sinterizeze cu materialul suportului, pentru a nu se diminua efi ciența reacțiilor catalitice ce au loc
la nivelul atomilor din stratul de suprafață al depunerii de element catalitic; să inducă un nivel de
contrapresiune cât mai redus pe traseul gazelor evacuate prin sistem, pentru a nu diminua
semnificativ performanțel e energetice ale motorului; să asigure o cât mai mare suprafață de
contact între gazele arse și stratul de compus catalitic, în scopul maximizării eficienței
sistemului; să răspundă cât mai bine solicitărilor mecanice și termice.
Astfel materialul suportu lui poate fi ceramic sau metalic, având o structură granulată sau
monolitică. La început se utilizau suporturi granulate, dar acum sunt răspândite cele cu structură
monolitică.
Suportul monolitic ceramic este realizat din cordierit care este un amestec de oxizi, Al,
Mg, Si, rezistenți la temperaturi ridicate și vibrații . Materialele de bază sunt măcinate sub formă
de pulbere după care acestea sunt încorporate într -un agent liant (metilceluloza sau
carboximetilceluloza) cu un lubrifiant (etilenglicol) și un agent fondant (hidroxizi ai
pământurilor alcaline) pentru a favoriza sinterizarea. Amestecul obținut este sinterizat în forma
finală. Structura obținută este introdusă apoi în cuptorul de sinterizare; în faza de presinterizare
sunt eliminați compușii vola tili, agenții lianți și lubrifianți. Secvențele la temperaturi ridicate
(între 800 și 1300 la 1450 °C) determină nivelul de porozitate al materialului ceramic pe care se
va aplica stratul de material catalitic.
Monoliții se extrudează ca volume cilindrice c u secțiunea circulară, eliptică sau “turf”.
Canalele de trecere a fluxului de gaze evacuate de secțiune triunghiulară sau pătrată sunt aranjate
sub formă de fagure. Volumul monolitului ia valori cuprinse în tre 0,2…0,3dm3 pentru fiecare
kW de putere efectiv ă a motorului. Secțiunea în formă de “turf” se utilizează la motoare cu puteri
de până la 100kW, pentru motoare cu puteri mai mari se folosesc doi m onoliți identici montați în
paralel. Valoarea diametrului suportului se constituie în factorul principal ce determină nivelul
căderii de presiune pentru un volum dat al monolitului, comparativ cu lungimea canalelor și
numărul de canale pe unitatea de suprafață. Micșorarea grosimii pereților despărțitori reduce
inerția termică a suportului și diminuează nivelul p resiunii gazelor de evacuare din amontele
sistemului catalitic.
Caracteristicile principale ale monoliților ceramici sunt următoarele:
– număr de canale pe cm2 – 46…62;

56
– grosime de perete – 0,1, 0,15 sau 0,3mm;
– porozitate – ≅ 30%;
– aria suprafeței act ive a canalelor raportată la unitatea de volum – 2,19 sau 2,79m2/dm3;
– densitatea materialului ceramic – 1,68kg/m3;
– temperatura maximă de exploatare – 1100°C;
– mărimea macroporilor – 7000…10000Å;
– mărimea microporilor – 70… 90Å.
Suportul monolitic meta lic este realizat din oțel inoxidabil cu conținut de crom și
aluminiu, obținându -se grosimi ale pereților canalelor de 40 …50μm. Ca efect al conținutului
relativ ridicat de aluminiu (aproximativ 4%) la suprafața monolitului se formează un strat
protector de alumină rezultată prin oxidare la temperatură ridicată.
Prin introducerea în compoziția aliajului a 0,2 ÷0,3% zirconiu, rezistența monolitului la
solicitări caracteristice oxidării la temperaturi ridicate crește; se împiedică, de asemenea,
fenomenul despr inderii de particule din structura monolitică metalică de bază. Adaosul de calciu
are efecte pozitive asupra adeziunii stratului de oxid la supraf ețele canalelor de trecere. În
proporție de aproximativ 0,3%, introducerea ytriului în compunerea aliajului ar e ca efect
ridicarea durabilității materialului supus solicitărilor date de gazele fierbinți. Deoarece ytriul este
un material scump, se utilizează în proporție de maxim 0,05%, restul fiind înlocuit de un amestec
conținând pământuri rare și ceriu.
După rec oacere la 1200 °C, folia de tablă este ondulată într -un laminor special pentru a i
se asigura o configurație de suprafață sinusoidală sau trapezoidală. Asamblarea foliilor pentru
obținerea structurii principale se poate realiza fie prin sudură cu flux de el ectroni, fie prin brazare
la o temperatură de maxim 1200 °C, direct în carcasa suportului.
Brazarea este recomandată deoarece previne deformarea structurii sub acțiunea șocurilor
termice. Folia este răsucită în formă de spirală sau sub formă de "3", aceast ă ultimă aranjare
oferind o mai bună anduranță mecanică.
Aria secțiunii transversale echivalente oferită pentru curgerea gazelor arse crește de la
57%, în cazul monolitului ceramic, la 72%, în cazul monolitului metalic. Se reduce astfel, la
utilizarea mono litului metalic, contrapresiunea din sistemul de evacuare al motorului, ceea ce
determină o îmbunătățire a performanțelor motorului. Spargerea curentului principal de gaze
arse, la intrarea în sistemul catalitic cu suport metalic, crește intensitatea turbu lenței curgerii,
ceea ce conduce la un contact mai bun între gazele evacuate și suprafața cu metal catalitic.
Efectul final este o creștere a eficienței catalizatorului sau o posibilă diminuare a volumului și
greutății suportului.

57
Acesta are avantajul că dimensiunea peretelui despărțitor este mai mică decât în cazul
celui ceramic și atunci pe aceeași suprafață a secțiunii transversale se pot amplasa mai multe
canale, deci dimensiunea va fi mai mică, gabarit redus.
Caracteristicile principale ale monolitul ui metalic sunt:
– compoziția materialului – 15÷20%Cr, 4÷ 5%Al, 0÷2% Si, 0,1÷0,3%Y, restul până la
100%Fe;
– număr de canale pe cm2 – 62 sau 93;
– grosime de perete – 0,05mm;
– aria suprafeței canalelor – 3,2m2/dm3;
– densitatea materialului – 1,25kg/dm3;
– temperatura maximă de exploatare – 1100°C.
Alte caracteristici favorizante ale structurii metalice constau in: căderea de presiune din
sistemul catalitic mai mică cu 15÷20% față de suportul ceramic cu îmbrăcăminte activă depusă;
conductivitate termică ri dicată ce împiedică supraîncălzirea locală și eventuala topire zonală a
structurii; inerție termică redusă, ceea ce asigură un timp minim de atingere a temperaturii
optime de funcționare .
Ca și în cazul suportului din material ceramic, suprafața canalelor se acoperă cu un strat
de Y alumină, înainte de impregnarea cu elementul catalitic.
Materialul activ ce este depus pe suportul catalizatorului este alcătuit din metale
prețioase, deoarece acestea au o intensă reactivitate chimică atât la temperaturi redu se cât și la
temperaturi ridicate , ele rezistă foarte bine tendințelor de sinterizare prin care se reduce aria
suprafeței specifice de activitate.
Dacă s -ar utiliza oxizi metalici ca: CoO 4, CuO, Cr 2O3, ZnO, SiMnO 2, singuri sau în
combinație prin alți oxizi , ar fi necesară o cantitate dublă sau chiar de trei ori mai mare pentru a
realiza aceeași rată de conversie.
Elementele active utilizate de convertorul catalitic sunt platina, Pt, și paladiul, Pd. Aceste
elemente pot fi utilizate separat sau în combinați e. Pentru oxidarea CO 2, hidrocarburilor olefine
sau pentanului, activitatea paladiului este mai intensă decât cea a platinei, iar pentru oxidarea
hidrocarburilor aromatice activitatea celor două metale prețioase este asemănătoare, în schimb,
oxidarea hidro carburilor parafinice este mai eficient realizată de platină.
Reacțiile catalitice încep cu un stadiu de absorbție prin care se impune dehidrogenarea
hidrocarburilor saturate. Platina este foarte eficientă in acest proces. La temperaturi cuprinse
între 600…900°C, într -un mediu oxidant, platina tinde să sinterizeze. Sinterizarea platinei este
mult diminuată într -un mediu reducător. Paladiul rezistă mai bine tendințelor de sinterizare într –

58
un mediu oxidant și, combinat cu stratul intermediar, prezintă aceea și durabilitate cu perechea de
metale platină -rodiu.
Prezența plumbului sau a fosforului blochează ireversibil suprafața activă a
catalizatorului, platina dezactivându -se mult mai ușor decât paladiul.
Rata de conversie a NO x și CO este mult mai scăzută în cazul Pd, la regimuri de
funcționare caracterizate de amestecuri bogate. Tendința actuală, în tehnologia sistemelor
catalitice, este de a înlocui perechea Pt-Rh cu pereche a Pd-Rh deoarece au eficiențe comparabile
însă costul Pd este mai mic decât cel al Pt.
Pentru a îmbunătăți reacțiile de reducere din convertorul catalitic cu trei căi es te necesară
utilizarea rodiului pe lângă perechea de metale prețioase platină -paladiu deoarece prezența CO
face ca activitatea Pt și Pd să fie insuficientă pentru reducer ea NO x la N 2.
Rodiul are o mai mare capacitate de a stoca oxigenul și este imun la efectul de inhibiție
determinat de CO producând și mai puțin amoniac la funcționarea motorului cu amestecuri
bogate. Pe de altă parte rodiul este foarte sensibil la contami narea cu plumb și fosfor.
La temperaturi ridicate, rodiul formează RhO 3 care se poate combina sub forma unei
soluții solide cu alumina din suport. Acest oxid are tendința de a acoperi cristalele de platină,
catalizatorul fiind astfel scos din funcțiune. R uteniul este considerat drept cel mai bun catalizator
de reducere a NO x la N 2, însă el nu este utilizat deoarece formează un oxid volatil în mediul
oxidant care nu a putut fi încă stabilizat într -un amestec de oxizi.
Prin adăugarea de aditivi în suportul i ntermediar, dar și în stratul activ, se realizează
accentuarea efectului catalitic, stabilizarea chimică a suportului și inhibarea procesului de
sinterizare a metalelor prețioase. Acești aditivi pot fi: Ni, Ce, La, Ba, Zr, Fe, și Si.
Prin introducerea nic helului se intensifică activitatea Pt și Pd de reducere a NO. Efect
similar are introducerea oțelului și ceriului, ele având și rolul de a preveni sinterizarea aluminei
din stratul intermediar . Procesul de reducere în mediul reducător al NO poate fi îmbună tățit prin
adăugarea de lantariu, el previne desprinderea cristalelor de platină.

Fig.5.5 Structura convertorului catalitic

59
Aria suprafeței canalelor oferite atât de suportul ceramic cât și de suportul metalic este
insuficientă pentru aplicarea stratului activ de metale prețioase. Pentru a se mări suprafața de
depunere a catalizatorului, pereții canalelor sunt îmbrăcați cu un material intermediar care de
cele mai multe ori este alumina. Masa stratului intermediar depus reprezint ă 5…20% din masa
suportului iar aria suprafeței canalelor este amplificată cu un factor de aproximativ 100.
Aplicarea stratului intermediar se face în trei etape: pregătirea lichidului precursor , un
amestec de Al 2(OH) 5Cl cu hidrosoli de alumină și oxizi de siliciu sau zincroniu, pentru
acoperire ; imersia suportului în acest lichid; uscarea și sinterizarea combinației precursoare pe
suport. Prin dublarea cantității specifice a materialului precursor se produce o creștere ușoară a
căderii de presiune în convector, iar rata de conversie a CO și NO x se îmbunătățește.
Prin imersia suportului in soluția precursoare sau prin injecția soluției în canalele
suportului are loc depunerea stratului intermediar pe suport. Surplusul de soluție este eliminat cu
ajutorul aerului comprimat sau prin cen trifugare. Uscarea stratului intermediar se realizează cu
ajutorul unui curent de aer cald, având temperatura de 100…150 °C, ce parcurge canalele
monolitului.
Tehnologiile de depunere ale stratului activ se adoptă în funcție de suprafețele suportului
astfel încât să se asigure eficiența maximă. Catalizatorul Pt -Pd se depune în raport de 15:1 până
la 3:1.
Stratul activ se depune prin imersie sau injecție utilizând o soluție de metale prețioase,
H2PtCl 6 sau PdCl 2 sau Rh(NO 3)3; soluții pe bază de acetonă conțin ând (n-butil 4N)2Rh(CO) 2Br8
sau H 2PtCl 6-6H2O. Adâncimea de pătrundere a catalizatorului în suport este influențată de
aciditatea mediului de impregnare . Adâncimea trebuie să fie redusă pentru a se obține o suprafață
de spălare cu gaze arse a cristalelor de metal prețios cât mai mare, dar suficient de mare pentru a
preveni desprinderea cristalelor prin abraziune.
Unele tehnologii prevăd depunerea stratului intermediar și a celui activ simultan sub
formă de hidrosol amestecat cu precursori catalitici, însă o p arte din cristalele active sunt
acoperite de stratul intermediar , deci eficiența conversiei este scăzută.

Fig.5.6 Montarea monolitului

60
Suportul impregnat cu cristale de metale prețioase este montat într -o carcasă metalică, din
oțel inoxidabil refractar a ustenitic sau fe ritic, ce are rolul de înveliș protector. Carcasa este
realizată din două semicarcase unite prin presare.
Convertorul catalitic se poziționează pe conducta de evacuare ținând seama că suportul
trebuie să se încălzească cât mai repede după p ornire deoarece la temperatura mediului ambiant
el nu acționează asupra emisiilor poluante.
Pentru a funcționa el trebuie să atingă o temperatură de 200 -300°C, deci el trebuie
poziționat cât mai aproape de motor dar la o distanță sigură de oarece temperatu ra poate ajunge
până la 900 °C.
Timpul necesar convertorului catalitic pentru a atinge eficiența de conversie depinde de:
a) Proprietățile catalizatorului
În cazul catalizatoarelor de oxidare Pd are o temperatură mai scăzută de intrare în
funcțiune decât Pt. L a convertoarele cu trei căi, combinația Pt/Rh reduce temperatura de
acționare față de combinațiile Pt/Pd, Pd/Rh sau Pt/Pd/Rh.
Temperatura de intrare în funcționare descrește și la creșterea dispersiei platinei pe
suprafața canalelor monolitului. Același e fect se obține și prin creșterea concentrației de metale
prețioase.
b) Suprafața catalizatorului
Depozitele de metale și metaloizi ca Pb, P, S, Zn, au efect ireversibil. Astfel depozitele de
impurități împreună cu efectele termice, sinterizare, determină int rarea în funcțiune a
materialului activ la o temperatură mai ridicată ceea ce duce la creșterea emisiilor poluante.
c) Aditivii din materialul suportului
Prin adăugarea de aditivi la materialul suportului se inhibă sinterizarea metalelor
prețioase, se înceti nește îmbătrânirea acestora și se coboară temperatura la care c atalizatorul intră
în funcțiune . Se utilizează ca aditivi: CeO 2, Fe 2O3, oxizii pământurilor rare .
d) Poziția catalizatorului în instalația de evacuare a gazelor arse
Pentru ca temperatura gazelor de evacuare ce intră în catalizator să nu fie mai mare de
900°C, dar să nu fie nici prea mică pentru a se realiza oxidarea la pornirea la rece s -a adoptat o
soluție de compromis ce presupune separarea convertorului catalitic în două componente: un
miniconv ertor cu capacitate termică redusă care este amplasat cât mai aproape de colectorul de
evacuare unde este încălzit rapid și atunci se inițiază oxidarea CO și HC , convertor cu monolit
metalic, și un c onvertor catalitic principal amplasat la o distanță sigur ă de funcționare . Sau o altă
soluție combină un microconvertor ca monolit amplasat în colectorul de evacuare cu un monolit
ceramic amplasat pe traiectul de evacuare pentru a se evita supr aîncălzirea acestuia la sarcini

61
mari. Pentru a aduce convertorul la t emperatura de funcționare se prevăd sisteme electrice de
încălzire a acestuia înainte de pornirea motorului.
e) Compoziția gazelor de evacuare
La pornirea motorului conținutul de CO, HC, O 2, NO este variabil, el depinzând de
gradul de îmbogățire a amestecului , temperatură și presiunea mediului ambiant. Un conținut
ridicat de O 2, o concentrație scăzută de CO și prezența HC în gazele de evacuare determină
scăderea temperaturii de oxidare a catalizatorului.
f) Raportul aer -combustibil
Temperatura de intrare în func țiune a catalizatorului crește cu gradul de îmbogățire al
amestecului la pornire în cazul catalizatoarelor de oxidare Pt/Pd, fără utilizarea aerului adițional
sau amestecurilor sărace. Acest efect nu este important în cazul catalizatoarelor cu Rh deoarece
acesta este mai puțin sensibil la conținutul de CO. Astfel la un convertor de oxidare cu Pt,
creșterea conținutului de CO de la 0,5% la 7% determină creșterea temperaturii de conversie de
la 160°C la 300°C, pentru o conversie de 50% a emisiilor. Menținerea catalizatorului în limitele
de funcționare eficientă se face printr -un reglaj optim al dozajului cu ajutorul sondei lambda.

3. Catalizatori pentru tratarea gazelor net oxidante
Dacă se utilizează catalizatorul cu trei căi pentru tratarea gazelor net oxid ante se observă
că apare o scădere a eficienței reducerii NOx și apare oxidarea echivalenților reduși ai CO și HC.
În cazul motoarelor ce funcționează cu amestecuri sărace se poate obține o reducere a
emisiilor poluante numai dacă se dezvoltă noi cataliza tori pentru reducerea acestor gaze de
evacuare net oxidante.
a) Reducerea selectivă non -catalitică SNR
Se utilizează în centralele termoelectrice și agentul reducător este amoniacul sau ureea.
Reacțiile de reducere în cazul utilizării amoniacului au loc la te mperaturi de 800 -1000°C, iar în
cazul ureei intervalul de temperaturi e între 800 -1100°C. Au fost încercări de reducere a emisiilor
cu ajutorul acidului cianuric, dar datorită intervalului strâns în care are loc procesul de reducere
și datorită faptului că la temperaturi sub 310 °C a gazelor arse cresc emisiile de NO, această
soluție s -a abandonat.
b) Reducerea catalitică non -selectivă NCR
Reducerea catalitică non -selectivă presupune utilizarea catalizator ului cu trei căi și a
agenților reducători reprezentați de metale nenobile.
În tabelul de mai jos este prezentată eficiența conversiei NO a unor metale nenobile:

62

Tab. 5.1 Eficiența de conversie a NO
Pe baza cercetărilor experimentale efectuate pe motoarele cu aprindere prin scânteie care
au funcționat cu amest ecuri sărace, după ciclul FTP, au demonstrat că reducerea NO x este
dependentă de raportul dintre emisiile de hidrocarburi și emisiile de oxizi de azot. Cea mai
ridicată rată de conversie a gazelor nitrate a fost de 45%. La pornirea la rece, deoarece nu s -a
atins temperatura optimă de reducere, rata a fost de 15%. În timpul fazei calde a ciclului rata de
reducere a NO x a fost de 30%. În faza de accelerare raportul NO x și HC a fost defavorabil
reducerii NO x.
Utilizarea zeolitului drept catalizator la MAS est e limitată de creșterea vitezei gazelor
prin catalizator, astfel pentru îmbunătățirea funcționării catalizatorului trebuie mărit volumul
acestuia .
La motoarele cu aprindere prin comprimare pentru a se putea utiliza acest catalizator
pentru reducerea NO x este necesar să se introducă agentul de reducere. Cercetări le experimentale
au arătat ca prin introducerea a 4700 ppm etilenă rata de reducere s -a mărit cu 15%.
Convertorul cu catalizator zeolitic este ineficient pentru reducerea NO x la motorul cu
aprinder e prin comprimare.
c) Reducerea catalitică selectivă SCR
Reducerea catalitică selectivă presupune utilizarea catalizatoarelor din metale nenobile
bazate pe TiO 2/V2O5, zeoliți și cărbune activ. Soluțiile cu cărbune activ nu se utilizează pentru
reducerea emisi ilor poluante în cazul autovehiculelor din cauza riscului incendiilor.
Agentul reducător utiliza t poate fi amoniacul.
În convertor au loc o serie de reacții paralele la care procentul depinde de temperatura
gazelor, concentrația de oxigen, viteza gazelor prin convertor și selectivitatea catalizatorului
utilizat.
Catalizatorii din zeolit care utilizează amoniac ul ca agent reducător realizează conversia
NO x independent de concentrația de oxigen pe întreaga gamă de temperatură. În plus, zeoliții au
o mare cap acitate de a absorbi amoniacul și în acest fel convertorul stochează o cantitate relativ

63
ridicată de agent reducător. Stocarea unei cantități ridicate de amoniac d uce la întârzie rea intrării
în funcțiune a catalizatorului la temperaturi reduse.
În loc de a moniac se poate utiliza ureea care nu este la fel de toxică. Astfel se poate
reduce NO până la 100% în gama de temperaturi de 300 -350°C. Reducerea NOx este direct
proporțională cu cantitatea de uree dată p e întreaga gamă de temperaturi de funcționare. Peste
90% din NO x sunt reduși când se utilizează un raport uree/NOx=0,5.
Convertorul utilizând drept catalizator zeolitul cu cuprul poate reduce o cantitate
superioară de NO x față de orice catalizator cu metale nobile într -o gamă foarte largă de
amestecuri ae r-combustibil.
Utilizarea aluminei ca agent reducător pentru reducerea NO x la motorul Diesel prezintă o
excelentă durabilitate prin utilizarea metalonului ca agent reducător la temperaturi coborâte în
prezența unei concentrații înalte de vapori de apă. Eficiența de reducere a catalizatorului din
alumină poate fi mărită prin creșterea cantității de agent reducător. Prezența SO 2 în gazele de
evacuare dezactivează catalizatorul prin acumularea sulfului pe suprafața aluminei, de asemenea
SO 3 este suspectat că participă la acest proces de dezactivare.
Pentru MAS și MAC care au gaze de evacuare net oxidante reducerea catalitică selectivă
rămâne deocamdată singura m odalitate eficientă de reducere a NO x fără a afecta emisiile de CO
și HC.
Reducerea catalitică selec tivă a fost dezvoltată de Mazda pentru un autoturism echipat cu
un motor turbo diesel care oferă „performa nțe remarcabile în ceea ce prive ște reducerea
emisiilor” și respect ă normele Euro V.
Sistemul SCR purific ă gazele de evacua re prin pulverizarea cu AdB lue® o substan ță
apoas ă pe baz ă de uree dintr -un rezervor special amenajat sub portbagaj direct în fluxul de gaze
din fa ța convertorului catalitic. Acest proces determin ă o reacți e chimic ă prin care AdBlue®
transform ă aproximativ 40% din NO x în azot , gaz i nofensiv. Datorită designului compact acest
sistem nu ocupă din spațiul destinat bagajelor. Consumul de AdBlue® se estimează ca fiind
suficient pentru parcurgerea a 20.000 de km în condi ții normale de condus, astfel reumplerea
rezervorului este necesar ă doar la reviziile programate.

64

Fig.5.7 Sistemul SCR Mazda
4. Contaminarea catalizatorului
Compoziția combustibilului sau a lubrifiantului poate determina dezactivarea
convertorului catalitic. Rata de dezactivare depinde de activitatea chimică a elemente lor prezente
în combustibil, astfel ele se pot combina cu faza activă a catalizatorului sau în activitatea
mecanică care duce la blocarea porilor catalizatorului împiedicând accesul gazelor la suprafețele
active ale catalizatorului.
a) Contaminarea cu plumb
Diferiți compuși ai plumbului (oxizi, halogenați și sulfați) sunt responsabili de otrăvirea
convertoarelor catalitice. Aditivii antidetonanți pe bază de Pb conțin halogenuri, cloruri și
bromuri, capabile să volatilizeze plumbul pe traiectul de evacuare. După arderea combustibilului
în camera de ardere, acești compuși conduc la creșterea oxidului de plumb și a acizilor HCl și
HBr. Arderea moleculelor de sulf din combustibil și a celor de fosfor din ulei generează dioxid
de sulf și oxizi de fosfor. La nivelul în alt de temperatură din camera de ardere, posibilitatea de
combinare a acestor specii este limitată de termodinamica reacțiilor și de stabilitatea chimică a
plumbului, oxidului de plumb și a acizilor.
Transferul plumbului din camera de ardere spre convertor ul catalitic începe cu oxidul de
plumb care se află în stare de vapori. Vaporii condensează rapid când gazele ating temperatura
de 850 -900°C, generându -se particule fine care intră în curentul de gaze sau se depun pe pereții
circuitului de evacuare. În tim pul transferului particulele sau depozitele de oxid de plumb pot
reacționa cu oxizii sulfului sau fosforului.
Efectul dăunător al plumbului poate fi datorat acoperirii catalizatorului sau înfundării
porilor suportului. La o depunere moleculară mai mică de 1% cu PbO la oxidarea CO nu -și
manifestă efectul dăunător, din contră, poate duce la cobor ârea temperatur ii de intrare în
funcțiune a catalizatorului. Depășirea unui singur strat molecular de plumb va duce la inhibarea
reacțiilor de conversie a CO. În caz ul concentrațiilor ridicate , peste 5% de PbO rata de conversie
a CO este inhibată de înfundarea porilor.

65
Efectul de otrăvire cu plumb este mai pronunțat la paladiu decât la platină în special la
temperaturi reduse. Catalizatorul contaminat poate fi regener at prin încă lzire la aproximativ
500°C într -o atmosferă fără plumb. Deschiderea porilor înfundați de către depozite de sulfați de
plumb se poate realiza prin încălzire la o temperatură mai mare de 900°C.
Convertoarele catalitice cu trei căi, bazate pe meta le prețioase tind să reziste la prezența
plumbului dacă gazele de evacuare au un nivel de temperatură mai mare de 500°C și nu conțin
compuși halogenați. Problema contaminării cu plumb a convertoarelor catalitice este eliminată
prin utilizarea benzinelor ne aditivate cu compuși ai plumbului.
b) Contaminarea cu fosfor
Fosforul apare în gazele de evacuare dator ită impurității combustibilului și/sau utilizării
aditivilor în lubrifiant. Conținutul de fosfor din combustibilul neaditivat este de 0,02mg/l , iar în
ulei de 1,2g/l. Fosforul acționează în sensul reducerii ratei de conversie a CO în comparație cu
rata de conversie a NO la arderea amestecurilor stoichiometrice. Amestecurile de oxizi ai
calciului și zincului sau fosfații, se depun pe suprafețele catalizatoril or sau înfundă porii
producând scăderea ratei de conversie a CO, HC și NO x.
c) Contaminarea cu sulf
Metalele de tranziție formează foarte ușor sulfați în comparație cu metalele prețioase.
Formarea sulfaților necesită oxidarea SO 2 în SO 3 care este ușurată de acțiunea catalitică a
metalelor prețioase. În cazul convertoarelor cu trei căi SO 2 determină reducerea ratei de
conversie a CO, HC și NO x. Disocierea SO 2 în oxigen și sulf duce la apariția depozitelor de S pe
suprafața metalului prețios.

5.2.3 Reducerea nivelulu i noxelor la pornirea la rece a motorului prin utilizarea
hidrogenului degajat în motor pentru arderea gazelor de evacuare
Metoda prin care se poate realiza o reducere a emisiilor poluante la pornirea la rece a
motorului se numește EGI – Exhaust Gas Igniti on. Funcționarea sistemului se bazează pe reacția
de postardere din sistemul de evacuare al autovehiculului. Această reacție are rolul de a asigura
încălzirea rapidă a catalizatorului ce are ca rezultat intrarea acestuia mai rapid în funcționare.
Arderea d in sistemul de evacuare are două funcții:
– reducerea emisiilor poluante;
– degajarea de căldură pentru a aduce catalizatorul în domeniul optim de funcționare.
Reacțiile au loc într -un timp relativ scurt: la 10 secunde de la pornirea motorului
amestecul d e HC și CO generează elementele necesare arderii și devine inflamabil. Sistemul EGI
se bazează pe utilizarea unui exces mare de combustibil introdus în motor imediat după pornirea
acestuia. Gazele de evacuare vor conține cantități mari de HC nearse, NO x, CO și H 2, datorită

66
arderii incomplete a amestecului carburant. Limita de ardere a gazelor este determinată de
concentrația elementelor prezente și de nivelul de oxigen cu care funcționează motorul.
În figura de mai jos este prezentată zona în care trebuie s ă se situeze amestecul de gaze
arse pentru a putea fi ars.

Fig. 5.8 Limita de inflamabilitate a gazelor arse
Punctul A de pe grafic este utilizat atâta timp cât se atinge temperatura necesară oxidării
CO și HC din gazele de evacuare prin injectarea aerulu i în galeria de evacuare înainte de
catalizator. Punctul B este utilizat atunci când apare procesul de ardere și care poate fi atins
atunci când gazele de evacuare au o anumită temperatură, devin reactive. Punctul C
caracterizează procesele ideale de arder e la temperaturi de regim constante și amestecuri ideale
aer-gaze de evacuare, fapt ce nu are loc în realitate. Punctul D caracterizează arderea reală în
care hidrogenul depășește 5% pentru a putea asigura o ardere eficientă și sigură.
Prin utilizarea aces tui sistem se reduc la minim emisiile deoarece se ard complet
hidrocarburile nearse înainte de a ajunge în atmosferă.

5.2.4 Filtrul de particule
Emisiile de particule pot fi diminuate prin amplasarea pe conducta de evacuare a filtrelor
de particule.
Filtrele d e particule se clasifică după mai multe criterii:
– după principiul de reținere a particulelor: mecanică , electrostatică;
– după materialul filtrant: ceramice , metalice ;
– după metoda de regenerare: termică: cu arzător cu flacără , cu încălzire electrică sau
chimică: depunere de material catalizator pe suportul filtrant , aditivarea combustibilului ,
injectare de aditiv în curentul de gaze arse sau combinată sau mecanică;
– după periodicitatea regenerării: periodică , continuă .

67
Filtrele utilizate în cazul auto vehiculelor trebuie să îndeplinească o serie de cerințe: să
aibă eficiență ridicată, rezistență aerodinamică redusă, rezistență la solicitări mecanice și vibrații
și nu în ultimul rând să aibă cost redus.
1. Mecanismele filtrării
Procesele ce au loc în fil trul de particule sunt: difuzia, intercepția și impactul inerțial.
Cele trei mecanisme acționează diferit în funcție de mărimea particulei. Astfel particulele
mici sunt reținute prin difuziune deoarece ele intră în mișcarea browniană datorită ciocnirii cu
moleculele de gaz și astfel particula este reținută când ajunge în contact cu suprafața fibrei sau a
porului.
Particulele de dimensiune medie sunt reținute prin intercepție deoarece ele urmăresc
curentul de gaz iar în momentul în care acesta ajunge pe sup rafața porilor sau fibrelor particulele
sunt capturate.
În cazul particulelor mari acestea au suficientă inerție pentru a nu urmării curentul de
gaze, ele sunt capturate prin impact, pe suprafața care a determinat devierea curentului de gaze.

Fig.6 5 Mec anismul filtrării gazelor arse

2. Filtrul cu reținere mecanică
Funcționarea filtrelor cu reținere mecanică se bazează pe trecerea gazelor de evacuare
prin interstițiile materialului filtrant unde particulele de dimensiuni mai m ari pot fi reținute la
intrarea în interstiții , iar cele de dimensiuni reduse pot fi reținute pe suprafața interstițiilor sau în
spațiile oferite în interiorul materialului filtrant prin inerție la schimb area sensului de curgere al
gazelor arse. Filtrel e cu reținere mecanică pot fi filtre ceramice și filtre metalice.
a) Filtrele metalice sunt confecționate din aliaje de Ni -Cr pentru a rezista la acțiunea
corozivă a gazelor de evacuare. Ele sunt alcătuite din mai mulți cilindri concentrici din material
poros . Mărimea p orilor influențează performanțele filtrului .
Aceste filtre prezintă o rezistență sporită la șocuri termice și mecanice, durata de
funcționare fără intervenții asupra lor este mare.
Filtrele metalice pot fi realizate și din fibre metalice din oțel inoxidabil acoperite cu
y-alumină. Aceste filtre au o eficiență cuprinsă între 68 -80%.
b) Filtrele ceramice pot fi construite sub formă de monolit, spumă și fibre ceramice .

68
Filtrul monolit ceramic este realizat din cordierit, are secțiunea transversală circulară sau
ovală și aspect de fagure datorită canalelor longitudinale de secțiune pătrată ce îl străbat.

Fig. 5.9 Filtrul de particule Astra diesel
Canalele longitudinale sunt obturate alternativ cu capace din material ceramic pentru ca
gazele arse să fie obligate să treacă prin pereții despărțitori poroși. Mărimea porilor influențează
eficiența filtrului care poate fi între 40 -90%.
Particulele se depun pe suprafața canalelor și în interiorul porilor ceea ce determin ă
creșterea contrapresiunii în amonte de filtru fapt ce duce la scăderea performanțelor energetice și
de consum ale motorului. De aceea periodic filtrul trebuie supus procesului de regenerare.
Filtrele din spumă ceramică sunt realizat e sub formă de monolit din SiC sau cordierit.
Acest e filtre pot avea pori cu diametre de până la 500μm ce au formă de canale în adâncime.
Eficiența filtrului este destul de redusă 60 -70%.
Filtrele din fibre ceramice nețesute sunt alcătuite din fibre acoperite cu rășini. Structura
oferă un număr mare de pori fini cu diametrul 10μm, distribui ți pe o suprafață și adâncime mare.
Cartușul filtrant se obține prin înfășurarea firelor realizate din fibre ceramice pe o conductă din
material ceramic sau oțel prevăzută cu orificii pentru trecerea gazelor arse. Grosimea înfășurării
de fire ceramice este de 10 -12mm. Gazele arse traversează înfășurarea din fibre ceramice și
astfel particulele sunt reținute în pori .
Acest filtru rezistă mai bine la șocurile termice comparativ cu monolitul ceramic și
eficiența lui este peste 80%.
La construcția elementului filtrant țesut se utilizează fibre ceramice care folosesc ca
materiale carbonul, carbonul activ, sticla, oxizii de aluminiu, carbura de siliciu și materiale
ceramice. Elementul filtrant se realizează prin țesere sau tricotare , astfel rezultă o structură
volumică cu pori deschiși care poate fi pliată spiralat sau rulat.

69
Filtrul ceramic din fibre ceramice prezintă o serie de avantaje care îl recomandă a fi
utilizat la autovehicule: rezistență la temperaturi ridicate, eficiență ridicată de reținere a
particu lelor de dimensiuni mici, reținere uniformă a particulelor, rezistență la șocuri termice,
mecanice și vibrații, efect de reducere a zgomotului, ușurința regenerării.
3. Filtrul de particule electrostatic
În industrie este aplicată cu succes filtrarea elect rostatică pentru reținerea particulelor de
praf, această tehnologie poate fi aplicată și în cazul autovehiculelor pentru reținerea și coagularea
particulelor din gazele de evacuare.
Formarea de noi poluanți datorită acțiunii câmpului electric poate fi înl ăturată prin
utilizarea la maxim a încărcării electrice naturale a particulelor, deoarece mai mult de 80% din
particule sunt încărcate electric. Rata de reținere a particulelor se situează între 70 -90% la o
tensiune electrică aplicată de 4000V.
Dezavantaju l acestor sisteme e reprezentat de depunerile de carbon care pot duce la
scurtcircuitarea sistemului.
4. Regenerarea filtrelor
Carbonul, funinginea, reprezintă principalul constituent al particulelor conținute de gazele
de evacuare ale motorului cu aprinde re prin comprimare .
Prezența oxigenului în gazele de evacuare datorită funcționării motorului cu amestecuri
sărace împreună cu nivelul ridicat al temperaturii gazelor de evacuare determină oxidarea
particulelor pe traiectul de evacuare. În realitate, dato rită regimurilor tranzitorii la care
funcționează motorul, temperatura gazelor de evacuare variază în limite largi fapt ce duce la
acumularea particulelor în filtre. Pentru a reda filtrului capacitatea de funcționare, funinginea
trebuie îndepărtată printr -un proces care poartă denumirea de regenerare a filtrului.
Prin regenerare se asigură o funcționare a filtrelor de până la 150000km, perioadă după
care acestea trebuie înlocuite datorită creșterii ireversibile a căderii de presiune datorată
înfundării c u materiale necombustibile, cenușă metalică datorată aditivilor din lubrifiant și
sulfului din combustibil.
a) Regenerarea termică pentru îndepărtarea depozitelor de funingine se realizează în
cazul în care temperatura gazelor de evacuare este de 550 -600°C și conținutul de oxigen este
suficient . Conținutul de oxigen determină temperatura la care are loc regenerarea , astfel pentru
un conținut redus de oxigen este necesară o temperatură ridicată. În timpul regenerării filtrului
este necesară menținerea motorului la un regim constant pentru a nu apărea modificări ale
temperaturii și debitului gazelor arse.
Regenerarea termică se poate face prin creșterea nivelului temperaturii gazelor de
evacuare astfel:

70
– încălzirea aerului admis în motor se poate realiza prin uti lizarea unor dispozitive
auxiliare electrice sau arzătoare cu flacără în cazul motoarelor cu aspirație naturală,iar în cazul
motoarelor supraalimentate cu turbină și cu răcire intermediară se poate realiza printr -un circuit
care scurtcircuitează schimbător ul de căldură al aerului;
– întârzierea injecției combustibilului pe perioada regenerării. Pe perioada procesului
parametrii energetici, consumul și emisiile se înrăutățesc;
– obturarea admisiei duce la funcționarea motorului cu amestecuri bogate și astfe l
temperatura gazelor crește . Această metodă implică pierderi mecanice mari datorită amplificării
pierderilor prin pompaj;
– obturarea evacuării determină creșterea temperaturii gazelor de evacuare dar simultan
duce la scăderea randamentului de funcționar e al motorului.
De asemenea regenerarea termică se poate face cu ajutorul unor sisteme electrice:
– regenerarea utilizând rezistoare electrice presupune utilizarea unor sisteme de încălzire
cu rezistoare sub formă de spirală, bujie cu incandescență, rezi stențe sub formă de fir, sisteme ce
sunt introduse în interiorul filtrului . Aceste sisteme sunt incapabile să oxideze funinginea dacă
nu se introduc catalizatori în combustibil. În timpul regenerării filtrului prin acesta trece doar o
parte din gazele arse , cantitate reglată cu ajutorul unei supape, restul trecând printr -o conductă de
ocolire sau un alt filtru. Pentru o eficiență maximă aceste rezistențe ar trebui amplasate cât mai
aproape de intrarea în filtru, dacă nu chiar pe pereții filtrului.
– regene rarea utilizând pierderi în dielectric se bazează pe utilizarea microundelor pentru
încălzirea selectivă a funinginii care le absoarbe cu un randament energetic cuprins înt re 60-70%
la o frecvență de 2,45GHz. Prin încălzirea cu microunde materialul ceramic nu este afectat, de
asemenea carcasa metalică constituie o barieră pentru microunde deoarece nu le permite scăparea
lor în exterior prin reflectarea lor către filtrul de particule .
– regenerarea termică utilizând sistemul electrostatic. În acest caz mono litul ceramic este
tubular iar canalele de trecere a gazelor sunt deschise la ambele capete ca în cazul monolitului
convertorului cu trei căi. În centrul monolitului se montează electrozii cu încărcare electrostatică.
Sistemul asigură oxidarea continuă a f uninginii cu un randament de 90%. Tensiunea aplicată pe
electrozi este de 20 -25kV, iar puterea de 2W pentru fiecare kW putere motor.
b) Regenerarea c u arzăto are cu flacără presupune utilizarea unor arzătoare ce au ca și
combustibil propanul sau motorina și po t fi cu aprindere prin scânteie sau aprindere catalitică.
Pentru regenerarea filtrelor pot fi utilizate aceleași arzătoare ca și cele pentru condiționarea
aerului sau încălzirea lichidului de răcire.
S-au dezvoltat mai multe scheme de dispunere a arzătorul ui și a parcursului de gaze pe
timpul procesului: devierea debitului de gaze în afara filtrului pe timpul regenerării printr -o

71
conductă bypass; utilizarea a două filtre de particule în paralel, unul în serviciu și altul în
regenerare; utilizarea arzătorulu i fără devierea curentului de gaze arse.
În primele două cazuri este nevoie de o supapă pentru devierea curentului de gaze în
timpul regenerării. Cele două filtre paralele nu funcționează normal simultan pentru a oferi o
cădere de presiune cât mai redusă în sistemul de filtrare.
Arzătorul plasat în serie cu filtrul are o funcționare complicată deoarece el trebuie să
funcționeze în condițiile regimurilor variabile ale motorului și consumul de combustibil este mai
mare (3,8% în loc de 1,8% la sistemele cu by pass), deoarece trebuie să se ridice temperatura
întregului curent de gaze arse la o temperatură mai mare de 540 °C. La sistemul cu arzător în
serie, cu utilizarea excesului de oxigen din gazele de evacuare, atât pentru arderea
combustibilului arzătorului c ât și pentru oxidarea funinginii, arzătorul poate numai să inițieze
oxidarea funinginii din filtru în condițiile reducerii cuplului oferit de motorul cu ardere internă.
La sistemele de regenerare cu arzător cu devierea curentului de gaze arse, condițiile d e
funcționare ale acestora sunt independente de condițiile de funcționare ale motorului. Necesitatea
de oxigen este acoperită de o pompă care debitează aer pe timpul inițierii și oxidării particulelor
reținute în filtru . Pentru a se evita vârfurile de temp eratură obținute în timpul oxidării
particulelor, puterea arzătorului se reduce după ce temperatura din filtru atinge 750 °C, iar debitul
de aer se menține constant .
Sistemul cu un singur filtru de particule cu sistem de deviere a gazelor arse pe timpul
regenerării va deversa în atmosferă gaze arse nefiltrate pe durata procesului. Se estimează că pe
timpul regenerării filtrului, aproximativ 9 minute, emisiile instantanee de particule vor crește cu
26% iar cele de CO cu 17%.
c) Regenerarea catalitic ă poate fi re alizată prin mai multe metode: depunerea de material
catalitic pe suprafața materialului filtrant, aditivarea combustibilului, injectarea intermediară de
material catalitic în gazele de evacuare în amonte de filtrul de particule.
Monoliții ceramici impregn ați cu un amestec catalizator pe bază de Pt, V, Ag coboară
temperatura de aprindere (oxidare) a particulelor la 400 -450°C. Depunerile de metale prețioase
determină inițierea reacțiilor de oxidare a funinginii la 380 °C și realizează și oxidarea CO și HC
nearse. Monoliții impregnați cu metale de tranziție în stare pură determină reducerea emisiilor de
particule și convert esc emisiile de sulf în acid sulfuric în proporție de 2 -10%.
Acest tip de regenerare va determina creșterea emisiilor de sulfați, dar are av antajul
oxidării fracțiunilor organice solubile cu un randament de 50 -80%, dacă temperatura gazelor e
mai mare de 200 °C.

72
CAPITOLUL VI
STUDIU DE CAZ

La stația de inspecție tehnică CJ108 din localitatea Apahida s -au făcut teste de opacitate
pentru 3 aut ovehicule diferite : Volkswagen Passat/2008/2.0 TDI (DPF OFF) E5; Volkswagen
Touran/ 2006/ 2.0 TDI (fără DPF) E4; Volkswagen Golf 6/2001/ 2.0 TDI (DPF ON) E5.
Echipamentul de măsurare al emisiilor poluante disponibil în stația de inspecție tehnică
CJ108 est e următoarea:

Analizator de gaze AGS -688
AGS -688 este un analizator de gaze uti lizat la determinarea concentrațiilor diferitelor
gaze conținute în gazul de eș apament al mașinilor dotate cu motoare cu aprindere prin scâ nteie
(MAS). AGS -688 poate fi utiliza t și la verifica rea emisiilor din cadrul inspecțiilor obligatorii, dar
și pentru întreținerea și repararea vehiculelor în mod obiș nuit. Cu ajutorul tastaturii intuitive,
utilizatorul are acces la toate funcțiile analizorului, și poate alege între mă surator i libere sau cele
conform reglementărilor naționale. AGS -688 are în componența afișajului 6 LCD -uri, în care pot
fi vizualizate mă surato rile din cadrul testelor. La sfârșitul operaț iilor de analiză, este posibilă fie
printarea directă a rezultatelor sau tr imiterea lor că tre PC. AGS -688 a fost concepu t ca un
analizor de gaze de bază, dar datorită livrării bogate a unor accesorii opț ionale ce se pot conecta
la el, analizoru l poate realiza funcți i suplimentare.

73
Fig.6.1 Analizator de gaze AGS -688
Câmpurile de măsură tori:
 Parametr u CO: scală 0 -9,99%vol, rezoluți e 0,01;
 Parametru CO2: scală 0-19,9%vol, rezoluți e. 0,1;
 Parametru Hexan HC: scală 0-9999 ppmvol, Heat 1;
 Parametru O2: scală 0-25%vol, rezoluți e. 0,01;
 Parametru NO x (OPȚIONAL): scală 0-5000ppmvol, rezoluți e 10;
 Parametru Lambda: scală 0,5-5, rezoluți e. 0,001;
 Parametru turatie motor: scală 300-9990min -¹, rezoluți e 10;
 Parametru temperatura uleiului: scală 20-150°C, rezoluți e 1.
Caracteristici tehnice:
 Debit masurat intrare gaz 4 l/min
 Drenare a condensului: automată și continuă
 Test d e scurgeri zilnic semi -automat cu închiderea manuală a sondei de gaz.
 Control automat al curgerii.
 Evacuare automat ă controlată a senzorului O2
 Compensare automată a presiunii ambientale de la 85,0 la 106,0 kPa.
 Ajustări autom ate (cu butelie cu gaze de probă ).
 Autozero automat ș i semi -automat.
 Timp de încă lzire maxim 10 min ute la 20 °C
 Timpul de răspuns pentru CO, CO2, ș i HC < 15 secunde.
 Recepție prin impulsuri a turaț iei m ăsurate prin clema inductivă sau cu turome trul
extern, prin cablu sau wireless.
 Intrare pentru sonda de temperatura PT100, sau wireless prin radio.
 Conectori seriali: PC USB B (mod sclav ), PC RS -232 (9600, 3 N, 1), reț ea PC
RS-485 (9600,8,N,1).
 Vizualizare prin 6 display -uri LCD alfanumerice
 Impri mantă termică integrată cu 24 coloane.
 Sursa de curent tipică de 12 V CC (11 ÷ 15 VCC)
 Consum de curent 1.5A CC (3A la imprimare)
 Temperatura de lucru de la 5 la 40 °C.

74
 Umiditate relativă 10 ÷ 95 %
 Temperatura de depozitare -20 ÷ 60 °C
 Dimensiuni: 434X190X 291 mm
 Masa netă estimată : 5kg.
Turometru universal MGT -300 EVO -R
Turometru u niversal pentru prelevarea turațiilor și sonda de temperatură pentru motoarele
diesel și pe benzină , prin conexiune Bluetooth.
Caracteristici tehnice:
 Interval de mă surare: RPM: d e la 300 la 990 rotatii/min.
 Temperatură ulei: de la 20 la 200 °C.
 Dimensiuni: 200x100x30.
 Greutate: 0.4 Kg.
 Transmisie date catre PC: USB 2.0 si Bluetooth.
Opacimetru OPA -100

Caracteristici tehnice:
Intervale de mă surare:
 Opacitate de la 0 la 99.9 % Rez oluție . 0.1;
 Opacitate de la 0 la 9.99 1/m Rezoluție 0.01;
 Turometru de la 300 la 9990 rpm Rez. 10;
 Temperatură ulei de la 20 la 150°C Rez. 1;
 Temperatură . fum de la 20 la 400°C Rez. 1;
 Sursa de lumina cu dioda LED verde: Receptor de lumina tip dioda
fotoconductoare;
 Monitorizarea automată a presiunii în camera de mă surare s tabili zarea
temperaturii camerei de mă surare la 90°C;
 Monitorizarea automată a sistemului de curățare a glisierelor; s tabilizarea
temperaturii ambientale din senzorul de fum;
 Calibr are automată; Reglarea automată la poziția 0; Timpul de încă lzire de 20°C –
5 minute;

75
 Monitorizarea automată a glisierelor murdare;
 Recepț ia de impulsuri a turometrului prin cablu sau prin sistem radio;
 Introducere temperatură ulei pentru PT100, sau prin sistem radio;
 Legatură î n serie RS 232;
 Legatura in serie 485 în retea;
 Sursa de alimentare cu energie electrica 12 Volt DC;
 Consum 1A DC, 5A DC cu încalzirea pornită ;
 Temperatura de funcț ionare de la 5 la 40°C;
 Dimensiuni 200 x140 x 430 mm; Greutate 5 Kg.
Testele s -au efectuat pentru fiecare autovehicul în parte la turația de regulator după ce în
prealabil s -a efectuat o curățare a tobei de eșapament.
Am obținut următoarele rezultate:

Fig. 6.2 Volkswagen Passat, DPF OFF

76

Fig.6.3 Volkswagen Touran, f ără DPF

Fig.6.4 Volkswagen Golf 6, DPF ON

77
În urma testelor efectuate autovehiculului Volkswagen Golf 6 constatăm o valoare mică a
opacității de doar 0,01 1/m, acesta având filtrul de particule funcțional și norma de poluare Euro
5.
Comparând opacitatea c elorlalte două autovehicule testate constatăm o valoare foarte
apropiată a opacității. Autovehiculul Volkswagen Passat având filtrul de particule anulat produce
emisii poluante apeoximativ la fel ca și autovehiculul Volkswagen Touran care nu este echipat
cu filtru de particule din fabrică.
Anularea filtrului de particule este o operațiune ilegală conform legislației în vigoare și
nu este o soluție înlăturarea acestuia.
CONCLUZII

Evoluția tehnologică a atras după sine și dezvoltarea mijloacelor de transpor t, implicit
dezvoltarea autovehiculelor echipate cu motoare cu ardere internă care au o contribuție
însemnată asupra poluării mediului înconjurător, afectând practic toate ecosistemele.
Acest lucru a dus la înăsprirea normelor referitoare la cantitatea de emisii poluante
acceptate la autovehiculele noi. Astfel c onstructorii de autovehicule sunt nevoiți să dezvolte noi
tehnologii pentru reducerea emisiilor datorate arderii combustibilului în motor.
Reducerea emisiilor poluante se poate face începând cu optim izarea proceselor ce au loc
în motor.
Prin îmbunătățirea p rocesul ui de schimb al gazelor sunt influenț ate procesele din cilindrii
motorului ceea ce afectează parametrii energetici și procesele de formare a poluanților atât la
motoarele cu aspirație natura lă cât și la motoarele supraalimentate . Reducerea considerabilă a
emisiilor se realizează prin utilizarea supraalimentării sonice, utilizarea mai multor supape pe
cilindru pentru a obține o umplere mai bună și prin utilizarea distribuției variabile. De exe mplu
în cazul supraalimentării motoarelor se obține o reducere a cantității de particule, monoxid de
carbon și hidrocarburi nearse, dar apare o ușoară creștere a cantității de oxizi de azot.
Utilizarea amestecurilor omogene duce la scăderea consumului de c ombustibil și implicit
la reducerea emisiilor poluante. Același lucru se obține și în cazul utilizării amestecurilor
stratificate ce permit motoarelor să funcționeze cu amestecuri sărace aer -combustibil.
Procesul de ardere are o influență importantă asupra formării emisiilor poluante, de aceea
s-a dezvoltat instalația de aprindere pentru a se obține o scădere a întârzierii la aprindere și o
creștere a probabilității de aprindere.
În cazul motoarelor cu aprindere prin comprimare introducerea sistemului comm on rail a
dus la scăderea cu 20% a emisiilor de CO 2, cu 40% C O și cu 50% emisiile de HC.

78
Un alt sistem introdus pentru ecologizarea motoarelor este sistemul de recirculare a
gazelor arse. Acesta face ca motorul să funcționeze cu amestecuri sărace fapt ce d uce la
reducerea procesului de formare a oxizilor de azot, dar cresc emisiile de CO, HC și particule,
acestea p utând fi reduse prin utilizarea convertorului catalitic și a filtrului de particule.
Primele reglementări prevedeau limitarea concentrației monox idului de carbon și a
hidrocarburilor nearse, astfel au fost realizate sisteme de oxidare care s -au aplicat la motoarele cu
aprindere prin scânteie. În cazul motoarelor cu aprindere prin comprimare nu a fost necesară
introducerea niciunui sistem deoarece a ceste motoare respectau prevederile privind emisiile
poluante.
Apariția noilor reglementări ce prevedeau limite pentru emisiile de oxizi de azot a dus la
dezvoltarea unor sisteme care realizează simultan atât oxidarea CO și HC cât și reducerea NO x.
Astfel au apărut r eacto arele termic e, dispozitiv e care menținea u gazel e de evacuare la
temperatură ridicată fapt ce favorizează oxidarea CO și HC din gazele arse.
Eficiența reactorului termic depinde de nivelul de temperatură, volumul său și oxigenul
rezidual d in gazele evacuate. Astfel temperatura atinsă în reactor este influențată de temperatura
gazelor la intrare, de pierderile de căldură și de cantitățile de HC, CO și H 2 care sunt arse în
interiorul acestuia. Prin arderea unei cantități de CO reprezentând 1 % din volumul reactorului se
produce o creștere a temperaturii din reactor cu 80°C.
Prin utilizarea reactorului termic nu se obține o oxidare totală a cantităților de HC și CO,
datorită variabilității condițiilor de funcționare ale motorului și imperfecțiu nilor constructive ale
reactorului.
Complexitatea constructivă, necesitatea prezenței sursei de aer secundar antrenată de
motor, dependența directă a eficienței reactorului termic față de variațiile calității amestecului
aer-combustibil din cilindrii moto rului, sunt elemente care au determinat limitarea utilizării
acestuia, preferându -se folosirea convertoarelor catalitice, acestea având în plus și avantajul
diminuării concentrației compușilor poluanți din gazele de evacuare prin reacții de reducere.
Funcț ionarea sistemelor de conversie catalitică se bazează pe acțiunea catalitică a unor
metale prețioase: Pt, Rh, Pd, ce sunt capabile să diminueze energia chimică necesară reacțiilor de
reducere și oxidare, mărind implicit viteza de desfășurare a acestor reac ții. Accelerarea catalitică
a reacțiilor de oxidare și/sau reducere are loc la o temperatură relativ scăzută a gazelor arse,
evacuate la diversele regimuri de funcționare ale motorului.
Convertorul catalitic cu trei căi poate reduce simultan trei compuși d in gazele de
evacuare: CO, HC, NO x. Acesta are randamentul maxim atunci când motorul funcționează cu
amestecuri stoichiometrice. Dacă în motor sunt arse amestecuri sărace are loc o scădere a
eficienței reducerii NO, iar dacă amestecul proaspăt este bogat a tunci apare o reducere a

79
eficienței reacțiilor de oxidare a HC și CO. Acest sistem necesită introducerea unui senzor care
să măsoare cantitatea de oxigen din gazele de evacuare, sonda lambda.
Dacă se utilizează catalizatorul cu trei căi pentru tratarea gaz elor net oxidante se observă
că apare o scădere a eficienței reducerii NOx și apare oxidarea echivalenților reduși ai CO și HC.
În cazul motoarelor ce funcționează cu amestecuri sărace se poate obține o reducere a emisiilor
poluante numai dacă se dezvoltă noi catalizatori pentru reducerea acestor gaze de evacuare net
oxidante. Astfel reducerea se poate face cu: SNR -reducerea selectivă non -catalitică; NCR –
reducerea catalitică non -selectivă; SCR -reducerea catalitică selectivă.
Compoziția combustibilului sau a lubrifiantului poate determina dezactivarea
convertorului catalitic. Rata de dezactivare depinde de activitatea chimică a elementelor prezente
în combustibil, astfel ele se pot combina cu faza activă a catalizatorului sau în activitatea
mecanică care duce la blocarea porilor catalizatorului împiedicând accesul gazelor la suprafețele
active ale catalizatorului. Contaminarea se datorează plumbului, fosforului și sulfului.
Emisiile de particule pot fi diminuate prin amplasarea pe conducta de eva cuare a filtre lor
de particule care se clasifică după mai multe criterii: după principiul de reținere a particulelor ,
după materialul filtrant , după metoda de regenerare , după periodicitatea regenerării.
Filtrele utilizate în cazul autovehiculelor trebuie să îndeplineas că o serie de cerințe: să
aibă eficiență ridicată, rezistență aerodinamică redusă, rezistență la solicitări mecanice și vibrații
și nu în ultimul rând să aibă cost redus.
Carbonul, funinginea, reprezintă principalul constituent al particulelor conținute de gazele
de evacuare ale motorului cu aprindere prin comprimare. Pentru a reda filtrului capacitatea de
funcționare, funinginea trebuie îndepărtată printr -un proces care poartă denumirea de regenerare
a filtrului. Regenerarea poate fi: termică, catalitică ș i cu arzătoare cu flacără.
De asemenea pentru reducerea efectelor asupra mediului se pot utiliza autovehicule
curate, silențioase și economice. Astfel o atenție deosebită trebuie acordată utilizării surselor
alternative de propulsie. În această categorie a flându -se combustibilii alternativi sau
biocombustibilii, dar și autovehicule le electrice (motor electric și baterii), hibride (motor termic
și electric – rezervor de combustibil și baterii de stocare), pile de combustie (motor electric
alimentat de la o p ilă de combustie ce funcționează cu hidrogen, metanol etc.) .
Reducerea poluării datorate autovehiculelor este o problemă de notorietate căreia i se va
aloca o atenție tot mai mare odată cu creșterea numarului de autovehicule.

80
BIBLIOGRAFIE

1. BOBESCU, Gh. C HIRU, A. COFARU, C. ș.a. (2000) Motoare pentru automobile și
tractoare , vol. III, Chișinău: Editura Tehnică -Info.
2. BOBESCU, Gh. RADU, Gh. Al. COFARU, C. ș.a. (1989) Tehnici speciale pentru
reducerea consumului de combustibil și limitarea noxelor la autovehi cule, Brașov:
Reprografia Universității Transilvania.
3. BOUBEL, W.R. FOX, L.D. TURNER, B.D. STERN, C.A. (1994) Fundamentals of
Air Pollution , ed. 3, California: Academic Press.
4. COFARU, C. ISPAS, N. CHIRU, A. ș.a. (1999) Autovehiculul și mediul , Brașov:
Editu ra Universității Transilvania.
5. COFARU, Corneliu (2002) Legislația și Ingineria Mediului în Transportul Rutier ,
Brașov: Editura Universității Transilvania.
6. GARRETT, T.K. NEWTON, K. STEEDS, W. (2001) The MotorVehicle , ed. 13,
Oxford: Butterworth -Heinemann.
7. HEYWOOD, B. JHON (1988) Internal Combustion Engines Fundamentals , New
York: McGraw -Hill, Inc.
8. NEGREA, V. D. SANDU, V. (2000) Combaterea poluării mediului în transporturile
rutiere , București: Editura Tehnică.
9. PULKRABEK , W. Willard (2003) Engineering Fundam entals of the Internal
Combustion Engine , New Jersey: Prentice Hall.
10. www.atzonline.com
11. www.opel.ro
12. www.știriauto.ro
13. www.wikipedia.org