Disertatie David22 [612558]

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DIN CLUJ -NAPOCA
FACUL TATEA DE MECANICĂ
SPECIALIZAREA: AUTOVEHICULE RUTIERE
PROIECT DE DIPLOMĂ
DEZVOLTAREA UNUI STAND DE TESTARE A
CATALIZATOARELOR PRE ÎNCĂLZITE PRIN
INTERMEDIUL UNUI ARZĂTOR

Conducător:
Șef lucr. dr. ing. Nicol ae Vlad BURNETE Absolvent: [anonimizat]̂ncă de la începutul apariției autovehiculelor a apărut și problema poluării acestora
asupra mediului odată cu creșterea lor numerică ea resimțindu -se mai ales în orașe unde este
aglomerație. Pentru a combate această problemă au apăru t sistemele de post tratarea a gazelor
produse de motoarele M.A.I. echipate pe autovehicule.
Odată c u trecerea timpului autovehiculul a început sa devină o necesitate motiv pentru
care creșterea lor numerică a dev enit tot mai mare m oment în care problema poluanților emiși de
motoarele echipate pe autovehicule a început sa devină o problemă mai ales în in teriorul orașelor
mari. Odată cu apariția primelor probleme de sănătate apărute din această cauza producătorii de
autovehicule au trebuit sa aducă diferite sisteme de post tr atarea a gazelor pentru a scădea c ât
mai mult poluanții emiși de motoarele M.A.I. În prezent poluare emisa de autivehicule prin
arderea combustibililor fosili este una din cauzele încălzirii glob ale.
Producătorii de autovehicule au reușit să remedieze această problema în mare parte prin
diferite sisteme de post tratare a gazelor cum ar fi sistemul EGR de joasă și înaltă presiune,
catalizatoare, filtrul de particule, Ad Blue , prin o îmbunătățire a sistemului de ardere și dif erite
modalități de supraalimentare.
O alta abordare ar fi autovehiculele electrice prin intermediul cărora s -ar putea elimina
problemele poluării autovehiculelor echipate cu M.A.I. ele fiind mult mai simple sau hibride .
Aceasta abordare nu este noua însă a fost evitată datorită mai multor fa ctori cum ar fi
modalitățile de stocare a energiei este foarte lentă, infrastructura electrica nu este pregătită pentru
o masa mare de asemenea autovehicule fiind încă în tr-un stadiu incipient la acest capitol.
Scopul acestei lucrări este de a preîncălzii monolitul unui catalizator destinat unui
M.A.S pentru a rezolva problema poluării acestora la pornirea la rece pana în momentul în care
catalizatorul ajunge în parametri optimi de funcționare , adică temperatura de 300 °C. Obiectivul
principal este de a aduce monolitul la temperatura de lucru într -un timp cât mai scurt. În lucrare
nu s-au luat în considerare reacțiile chimice din monolit. Pentru început s -a ales metoda de a
preîncălzi catalizato rul și s -a ales un arzător pe benzină de 4 kW care a fost poziționat pe standul
de testare montat la intrarea catalizatorului prin intermediul unei flanșe de legătură. Pentru a face
măsurătorile în privința temperaturii atinse în diferite zone al catalizat orului și monolitului
ceramic s -a ales să se monteze termocuple de tip K perpendiculare pe catalizator.
Primul capitol este o parte introductivă în care este prezentată influen ța negativa pe care
o au poluanții asupra atmosferei și a naturii care determin a încălzirea globale și apariția efectului
de seră necesitatea remedierii acestei probleme.

În al doilea capitol ne este pre zentat influența pe care o au autovehiculele asupra
poluării ele jucând un rol destul de imp ortant asupra ei mo tiv pentru care s -au introdus normele
EURO pentru are scădea cât mai mult influenta lor asupra mediului.
În al treilea capitol ne sunt prezentate sisteme de post tratarea a gazelor deja
implementate de producători cu care sunt echipate autovehiculele cu motare M.A.I.
În capit olul al treilea ne sunt prezentate echipamentele, standul și dispozitivele cu care
s-au făcut testele de preîncălzire datele obținute și găsire a unei soluții optime .
Capitolul cinci conține concluziile în urma testelor, contribuții personale cât și sugest ii
de continuare.

ABSTRACT
Since the beginning of the appearance of motor vehicles, the problem of their pollution
on the environment has also arisen with their numeri cal increase, which is particularly resistant
to cities where there is congestion. To com bat this problem appeared the post -treatment systems
of gases produced by M.A.I. engines equipped on motor vehicles.
With the passage of time the vehicle began to bec ome a necessary reason why their
numerical growth has increased the point when the proble m of pollutants emitted by engines
equipped on motor vehicles began to become a problem especially inside large cities. With the
appearance of the first health problem s arising from this caused by motor vehicles had to bring
different systems of post gas t reatment to decrease as much as possible the pollutants emitted by
The M.A.I. engines.
Vehicle products have managed to remedy this problem largely through various gas
treatment systems such as low and high pressure EGR system, catalysis, filtered particle s,
AdBlue, through an improved pepper system and different way of supercharging.
Another approach would be electric vehicles through which the pollution problems of
vehicles equipped with M.A.I. could be eliminated, making them much simpler or hybrid. This
approach is not new but has been avoided due to several factors such as the ways of energy
storage is very slow, the electrical infrastucture is not prepared for a la rge mass of such vehicles
being still in early study in this chapter.
The purpose of this work is to preheat the monolith to a catalyst intended for an M.A.S
to solve the problem of their pollution when starting cold until the catalyst reaches optimal
operating parameters, i.e. temperature of 300 °C. The main objective is to add the monolith t o
the working temperature in as short a time as possible. The chemical reactions in the monolith
were not taken into account in the paper. To begin with, the method of preheating the catalyst
was chosen and a 4 kW petrol burner was chosen which was positio ned on the test stand
mounted at the catalyst entrance by means of a connecting flange. In order to make
measurements on the temperature achieved in different areas of the catalyst and the ceramic
monolith, it was chosen to mount the k -type thermocouples o n the catalyst.
The first chapter is an introductory part in which is presented the negative influence that
pollutants have on the atmosphere and nature that cause glo bal warming and the appearance of
the greenhouse effect the need to remedy this problem.

In the second chapter we are shown the influence that motor vehicles have on pollution,
playing a rather important role on them, for which the EURO rules have been int roduced in order
to decrease as much as possible their influence on the environment.
In the third chapter we are presented with post -treatment systems of gas already
implemented by manufacturers with which motor vehicles are equipped.
In the third chapter we are presented the equipment, stand and devices with which the
preheating tests were ma de the data obtained and finding an optimal solution
Chapter five contains test conclusions, personal contributions and as well suggestions
for further research .

CUPRINS
Rezumat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 7
Abstract ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 9
Cuprins ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 11
Lista de notații și abrevieri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 12
Lista de figuri ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 13
Lista de tabele ………………………….. ………………………… Eroare! Marcaj în document nedef init.
1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 16
2. Contextul global actual ………………………….. ……… Eroare! Marcaj în document nedefinit.
2.1. Influența autovehiculelor asupra poluării ……… Eroare! Marcaj în document nedefinit.
2.2. Standardele europene privind normelel “euro” …… Eroare! Marcaj în document nedefinit.
3. Sisteme de reducere a emisilo r poluante ……………. Eroare! Marcaj în document nedefinit.
3.1. Sisteme de post tratarea a gazelor (EGR) ……… Eroare! Marcaj în document nedefinit.
3.2. Catalizatorul TWC ………………………….. ……… Eroare! Marcaj în document nedefinit.
3.3. Catalizatorul FWC ………………………….. ……… Eroare! Marcaj în document nedefinit.
3.4. Catalizatorul LNT/NSC ………………………….. .. Eroare! Marcaj în document nedefinit.
3.5. Filtrul de particule ………………………….. ………. Eroare! Marcaj în document nedefinit.
4. Preâncălzirea cu arzător a cat alizatorului ………………………….. ………………………….. ……… 44
4.1. Stadiu actual ………………………….. ……………… Eroare! Marcaj în document nedefinit.
4.2. Metodologia de cercetare ………………………….. Eroare! Marcaj în document nedefinit.
4.3. Încercări experimentale ………………………….. .. Eroare! Marcaj în document nedefinit.
4.4. Analiza rezultatelor ………………………….. …….. Eroare! Marcaj în document nedefinit.
5. Concluzii ………………………….. ……………………….. Eroare! Marcaj în docu ment nedefinit.
5.1. Efectuarea măsurătorilor și prelucrarea datelor Eroare! Marcaj în document nedefinit.
7. Concluzii finale și contribuții personale ………………………….. ………………………….. ……….. 67
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 69
Anexe ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 72

LISTA DE NOTAȚII ȘI ABREVIERI
ECU
(exemplu) Electronicul Control Unit (Un itatea Electronică de Comandă)
A Arie [m2]

LISTA DE FIGURI
Fig. 2.1 Schema instalației de răcire echipate cu radiator pentru încălzirea habitaclului [20]
………………………….. ………………………….. ………………. Eroare! Marcaj în document nedefinit.
Fig. 2.2 Schema unei instalații de răcire complexe [28] . Eroare! Marcaj în document nedefinit.
Fig. 2.3 Radiatorul și elementele sale constructive [ 4] … Eroare! Marcaj în document nedefinit.

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
16
1. INTRODUCERE
În timp ce alte planete din sistemul solar al Pământului sunt fie fierbinți fie cu
temperaturi scăzute, suprafața Pământului are te mperaturi relativ ușoare și stabile. Pământul se
bucură de aceste tempera turi din cauza atmosferei sale, care are un strat subțire de gaze care
favorizează acest lucru și protejează planeta.
Cu toate acestea, 97 la sută dintre oamenii de știință din domeniul climei sunt de acord
că oamenii au schimbat atmosfera Pământului în moduri dramatice în ultimele două secole,
ducând la încălzirea globală. Pentru a înțele ge încălzirea globală, este în primul rând necesar să
înțelegem ce este ef ectul de seră.
Există un echilibru c are are loc în fiecar e zi pe tot Pământul, implicând radiația pe care
planeta o primește din spațiu și radiațiile care se reflectă înapoi în spați u.
Pământul este bombardat în mod con stant cu cantități enorme de radia ții, în primul rând
de la soare. Aceast ă radiație solară lovește atmosfera Pământului sub formă de lumină vizibilă,
plus ultraviolete (UV), infraroșu (IR) ș i alte tipuri de radiații care sunt i nvizibile pentru ochiul
uman.
Radiaț ia UV are o lungime de undă mai scurtă și un nivel de energie mai ridicat decât
lumina vizibilă, în timp ce radiația IR are o lungime de undă mai lungă și un nivel de energie mai
slab. Aproximativ 30 la sută din radiații le care lovesc atmosfera Pământului sunt imediat
reflectate înapoi în sp ațiu de nori, gheață, zăpadă, nisip și alte suprafețe reflectorizante, potrivit
NASA . Restul de 70% din radiațiile solare sunt absorbite d e oceane, pământ și atmosferă. Pe
măsură ce se încălze sc, oceanele, pământul și atmosfera eliberează căldură sub formă de radiații
termice IR, car e ies din atmosferă și în spațiu.
Acest echilibru al radiațiilor de intrare și ieșire face Pământul locuibil, cu o temperatură
medie de aproximativ 15 grade Celsius. Fără acest echili bru atmosferic, Pământul ar fi la f el de
rece și lipsit de viață ca luna, sau la fel de fierbinte ca Venus. Luna , care nu are aproape nici o
atmosferă, este de aproximativ minus 153 grade Celsius pe partea sa întunecată. Venus, pe de
altă parte, are o atmosf eră foarte densă care captează radiațiile solare; temperatura medie pe
Venus este de aproximativ 462 grade Celsius.
Schimbul de radiații de intrare și de ieșire care încălzește Pământul est e adesea
menționat ca efect de seră, deoar ece o seră funcționează în același mod.
Radiațiile UV primite trec cu ușu rință prin pereții de sticlă ai u nei sere și sunt absorbite
de plante și de suprafețele dure din interior. Radiațiile mai slabe, cu toate ace stea, au dificultăți în

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
17
a trece prin pereț ii de sticlă și sunt prinși în interiorul serei, încălzind astfel sera, a cest f enomen
fiind numit efect de seră prezentat în figura 1 .1 Acest efect permite plantelor tropicale să
prospere într -o seră, chiar și în timpul unei ierni reci.
Un fenomen similar are loc într -o mașină parcată afară într -o zi rece și însorită.
Radiațiil e solare care se apropie încălzesc interiorul mașinii, dar rad iațiile termice de ieșire sunt
prinse în interiorul ferestrelor închise ale mașinii.
Gazele din atmosferă pot reflecta sau capta energia termică, la fel ca ceea ce se întâmplă
într-o seră pentru plante.

Figura. 1.1 Prezentarea efectului de seră [25]
Dioxidul de carbon (CO 2) și alte gaze cu efect de seră acționează ca o pătură, absorbind
radiațiile IR și împiedicând -o să i asă în spațiul cosmic. Efectul net este încălzirea treptată a
atmosferei și suprafeței Pământului, un proces cunoscut sub numele de încălzirea globală.
Aceste gaze cu efect de seră incl ud vapori de apă, CO 2, metan, oxid de azot (N 2O) și
alte gaze. De la înce putul Revoluției Industrial e de la începutul anilor 1800, a rderea
combustibililor fosili, cărbunelui, au crescut foarte mult concentrația de gaze cu efect de seră în
atmosferă, în spe cial CO 2. Nivelurile atmosferice de CO 2 au crescut cu peste 40 la sută d e la
începutul Revoluției Industri ale. [26]

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici .
18
2. CONTEXTUL GLOBAL ACTUAL
2.1. INFLUENȚA AUTOVEHICULELOR ASUPRA POLUĂRII
c

Figura 2. 1 Traf icul din marile orașe [27]
Gazele produse de automobilele, autocamioane și autobuze alimentate cu combustibili
fosili sunt principalii contribuitori la poluarea aerului acestea resimțindu -se mai ales în spațiile
aglomerate cum se poate observa în figura 2 .1. De fapt, transportul produce mai mult de jumătate
din oxizii de azot în aerul nostru , și este o sursă ma joră de emisii care contribuie la încălzirea
globală . În urma studiilor rezultă că poluanții de la evacuarea vehiculelor au un impact negativ
asupra oamenilor și a mediului.
În timp ce această poluare a aerului implică riscuri semni ficative pentru sănătatea
umană și mediu, prin tehnologii pentru vehicule și combustibili curați, putem reduce
semni ficativ emisiile provenite de la autovehiculele și autocamioanele noastre și putem contribui
la transformarea transportului.
Autovehiculele contribuie la poluarea aerului pe tot parcursul ciclului lor de viață,
inclusiv poluarea emisă în timpul funcț ionării vehiculului și producția de combus tibil. Emisiile
suplimentare sunt asociate cu rafinarea și distribuția combustibililor și, într -o măsură mai mică,
fabricarea și eliminarea v ehiculului.
Poluarea aerului cauzată de autovehicule este împărțită în po luare primară și secundară.
Poluarea primară este emisă direc t în atmosferă, poluarea secundară rezultă din reacțiile chimice

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
19
dintre poluanții din atmosferă. Copiii, nou -născuții și p ersoanele cu boli cronice sunt deosebit de
sensibili la efectele poluanți lor atmosferici. [28]
Transportul joacă un rol important în viața oamenilor, oferind acces la locuri de muncă,
servicii, timp liber, creând în același timp condițiile de sprijinire a creșterii ec onomice. Acesta
este motivul pentru care transportul este în realizarea unora dintre obiectivele de dezvoltare
durabilă (ODD), ar fi îmbunătățirea accesul urban și rural, îmbunătățirea siguranței și reducerea
poluării aerului. Deși transportul nu este prin cipalul factor care contribuie la creșterea efectului
de seră , reprezentând doa r aproximativ 22 % din emisiilor totale de CO 2, acesta joacă un rol
important din cauza creșterii și dependența sa aproape totală de combustibilii fosili. Sectorul
transporturil or, de fapt, are cea mai mare creștere dintre toate sursele d e emisii. În special,
transportul terestru este un emițător m ajor de carbon: conform datelor recente ,emisiile de CO 2
generate de transportul global de călători de suprafață vor creșt e cu 30 % at ingând valori de
aproximativ 110 % în 2050 (ITF Transport Out look 2015), în funcție de prețurile combustibililor
și dezvoltare. Având în vedere aceste dinamici, sectorului transporturilor are o influență destul de
mare. (Figura 2.2) [21]

Figu ra 2.2 Influența poluării pe diferite sectoare [21]
Principalii poluanți produși de autovehicule sunt următorii :
Materie particulă (PM) . Un tip de particule este funinginea observată în evacuarea
vehiculului. Particulele fine – mai puțin de o zecime din diametrul unui păr uman care reprezintă
o amenințare serioasă pentru sănătat ea umană, deoarece acestea pot pătrunde adânc în

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
20
plămâni. PM poate fi un poluant primar sau un poluant secundar din hidrocarburi, oxizi de azot
și dioxizi de sulf. Eșapamentul autovehiculelor echipate cu MAI diesel este un contribuitor major
la poluarea cu PM.
Compuși organici volatili (COV) . Acești poluanți reacționează cu oxizii de azot în
prezența luminii s olare pentru a forma ozonul de la nivelul solului, un ingredient princ ipal în
fum. Deși benefic în atmosfera superioar ă, la nivelul solului acest gaz irită sistemul respirator,
provocând tuse, sufocare și capacitate pulmonară redusă. COV emise de autoturi sme, camioane
și autobuze .
Oxizi de azot (NOx). Acești poluanți formează ozonul nivelului solului și particule în
suspensie (secundar). De asemenea, dăunătoare ca un poluant primar, NOx poate provoca iritarea
pulmonară și slăbi apărarea organismului împot riva infecțiilor respiratorii, cum ar fi pneumonie
și gripă.
Monoxid de carbon (CO) . Acest gaz inodor, incolor și otră vitor este format prin
arderea combustibililor fosili, cum ar fi benzina și este emis în principal de autovehicule. Când
este inhalat, CO blochează oxigenarea creierului, inimă, și alte organe vitale.
Dioxid de sulf (SO2) . Centralele electrice și autovehi culele creează acest poluant prin
arderea combustibililor care conțin sulf, în special motorină și cărbune. Dioxidul de sulf poate
reacțio na în atmosferă pentru a forma particule fine și, ca alți poluanți atmosf erici, prezintă cel
mai mare risc pentru sănă tate pentru copiii mici și astmatici.
Gaze cu efect de seră. Autovehiculele emit, de asemenea, poluanți, predominant dioxid
de carbon, car e contribuie la schimbările climatice la nivel mondial. De fapt, emisiile de la țeava
de eșapament provenite de la aut oturisme (Figura 2.3), camioane și autobuze reprezintă peste o
cincime din poluarea totală a încălzirii globale , transportul, care include și avioanele, trenurile și
navele reprezintă aproximativ treizeci la sută din totalul emisiilor de gaze care captează căldura.
[21]

GRUIA N David Iosif Eroare ! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
21

Figura 2.3 Emisiile de la țeava de eșapament provenite de la autoturisme [29]

Reglementări p rivind emisiil e: principalele piețe de automobile
Tabelul 2.1 Reglementări privind emisiile [22]
OPȚIUNEA DE REGLEMENTARE ȚĂRI
Economia de combustibil (km/L) USA, Japan, Corea de sud
Consumul de combustibil (L/100km) China, Australia
Emisii CO 2 (CO 2/km) EU, Corea de sud
GES (CO 2e/mile) Poate include alte emisii non -CO 2
(de exemplu, 2O, carbon negru) USA, Canada

Figura 2.4 Zone privind reglementari ale normelor de poluare [21]

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Cap itol la textul care doriți să apară aici.
22

Poluanții din evacuarea vehiculelor pot afecta mai mult decât plămânii. Î ntr-adevăr,
poluanții țevii de eșapament prezintă riscuri pentru sănătate în fiecare etapă a vieții și pot
prov oca chiar și moartea prematură. Motiv pentru care ]n diferite zone ale lu mii s -au abordat
diferite metode de reglementare ale normelor de poluare (Figura 2.4, tabelul 2.1). Dar impactul
schimbărilor climatice, determinate posibil de emisiile provocatoare î ncălzirii globale, afectează,
de asemenea, sănătatea oamenilor și bunăsta rea comunităților întregi. Încălzirea globală duce la
valuri de căldură m ai frecvente și mai intense , în special riscante pentru copii și persoanele în
vârstă și la creșterea nivelului mării , inundații , și secetă care poate devasta comunitățile locale.
Persoanele din comunitățile cu venituri mici sunt expuse în mod dispropor ționat
la niveluri mai ridicate de poluare a aerului. Marginalizate de societatea urbană în orașele mari,
aceste comunități sunt adesea situate în apropierea centrelor de transport de ma rfă și a drumurilor
principale unde nivelul poluării este ridicat a se în depărta de poluarea aerului și de daunele
cauzate de climă.
Autocamioanele și autobuzele joacă un rol major î n viața noastră, transportând
bunuri de la producători la magazine, ridic ând gunoiul nostru, livrând pachete și transportând mii
de oameni în juru l orașelor, în fiecare zi. Dar aceste vehicule, de asemenea, afectează foarte mult
sănătatea publică și încălz irea globală
Vehiculele grele cuprind doar aproximativ 5 la sută din toa te vehiculele de pe
drum, dar ele generează mai mult de 25 la sută din emisiile de încălzire globală care prov in din
sectorul transporturilor, și cantități semnificative de poluare a aerului. Pe măsură ce orașele se
dezvoltă deplasarea pululației și a mărf urilor est e din ce în ce mai mare în fiecare an, provocarea
de a reduce emisiile din acest sector va continua să fie o provocare.
Abordarea poluării vehiculelor grele este esențială pentru îmbunătățirea calității
aerului și reducerea emisiilor de încălzir e globală în comunită țile din întreaga țară. Continuarea
reducerii emisiilor provenite de la autocamioanele al imentate cu combustibili fosili este un prim
pas important.
Pentru un a er mai curat progresele în ceea ce privește reducerea emisiilor de CO2
pot fi realizate numai la nivel global (autovehicule , trenuri, ambarcațiuni, avioane, etc.), prin
abordarea unei game largi de intervenții, ar fi: mecanisme de stabilire a prețurilor, i ntervențiile
de reglementare, măsuri auxiliare, inclusiv, dar fără a se l imita la punerea în aplicare a sistemele
de management de mediu, gestionarea traficului, planificarea utilizăr ii terenurilor, promovarea
transport colectiv, precum și măsuri nefiscale menite să sporească gradul de conștientizare cu

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
23
privire la consumatorilo r (îmbunătățirea întreținerii vehiculelor; programe de conducere
ecologică etc.).
O modalitate pentru a reduce poluarea cauzată de autovehiculele echipate cu MAI care
în orașele mari unde aglomerația este foarte mare ar fi înlocuirea acestora cu autovehicu le
electrice, cum ar fi autovehiculele si autobuzele electrice prin intermediul că rora s -ar putea
elimina în întregime poluarea produsă de autovehiculele echipare cu MAI prin intermed iul
arderii de combustibili fosili și dezvoltarea producerii energiei ele ctrice.
Pe lângă faptul că autovehiculele electrice nu emit gaze poluante față de vehiculele cu
MAI, vehiculele și autobuzele electrice au emisii semnificativ mai scăzute care ajută l a scăderea
poluării care favorizează încălzirea globală decât vehiculele alimentate cu combustibili f osili
care ajută la creșterea poluării . Un autobuz ele ctric pe rețeaua de energie electrică de astăzi este
opțiunea de cel mai mic de carbon în fiecare parte a țării .
Politicile și investiții le corecte din partea guvernelor federale, de stat și municipale vor
accelera tranziția către un sist em de transport cu emisii zero. Acestea includ stabilirea unor
obiective pentru adoptarea de camioane electrice și autobuze, adoptarea de standarde pentru
producători de a face mai multe dintre aceste tipuri de vehicule și dezvoltarea și finanțarea
program elor de stimulare pentru a ajuta orașele și companiile să atingă aceste o biective.
Aceste politici și investiții ar trebui, de asemenea, să garanteze că l ucrătorii din
comunitățile marginalizate au acces la oportunități de formare și de locuri de muncă și că
implementarea vehiculelor electrice este prioritară în comunitățile c are respiră deja cel mai
murdar aer. [28]
2.2. STANDARDELE EUROPENE PRIVIND EMISIILE “EU RO”
Deși reglementările privind emisiile datează din 1970, primul standard la nivelul
UE cunoscut su b numele de Euro pentru a elimina marea parte a poluanților produși de
autovehicule (Figura 2.5), Euro 1 – a fost introdus abia în 1992, când convertoarele catalitice au
devenit obligatorii pentru autoturismele noi, standardizân d efectiv injecția de com bustibil.
De atunci, au existat o serie de standarde privind emisiile în euro, care au condus
la actualul Euro 6, introdus în septembrie 2014 pentru noi omol ogări de tip și lansate pentru
majoritatea vânzărilor și înmatriculărilor de vehicule în septembri e 2015.
Regulamentele, care sunt concepute pentru a deveni mai stricte în timp, def inesc
limite acceptabile pentru emisiile de gaze de eșapament ale vehicule lor noi de serviciu ușor
vândute în statele membre ale UE și SEE (Spațiul Economic European). [30]

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
24

Figura 2.5 Poluanților produși de autovehicule [30]
UE a declarat că "emisiile de poluanți atmosferici din transporturi reprezintă o
contribuție semnificativă l a starea genera lă a calității aerului în Europa", industria și producția de
energie electrică fiind celelalte surse majore.
Scopul standardelor euro privind emisiile este de a reduce nivelurile emisiilor nocive de
gaze de evacuare, în princi pal:
Oxizi de a zot (NOx)
Monoxid de carbon (CO)
Hidrocarburi (HC)
Particule în suspensie (PM)
Aceste standarde au un efect pozitiv, cu SMMT (Societatea producătorilor de
automobile și comercianți), susținând: "Ar fi nevoie de 50 de mașini noi astăzi pentru a produce
aceeași cantitate de emisii poluante ca un vehicul construit în anii 1970."
În 2017 , SMMT a citat următoarele cifre:
Monoxid de carbon (CO): benzină în scădere 63%, diesel în scădere 82% din 1993
Hidrocarburi (HC): benzină în scădere cu 50% din 2001
Oxid de az ot (NOx): în scădere cu 84% din 2001
Particule în suspensie (PM): motorin ă în s cădere cu 96% din 1993
Deoarece motoarele pe benzină și diesel produc diferite tipuri de emisii, acestea sunt
supuse unor standarde diferite. D iesel, de exemplu, produce mai multe particule în suspensie sau
funingine ducând la introducerea filtrelor de particule diesel (DPF).

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
25
UE a subliniat însă c ă emisiile de NOx generate de transportul rutier "nu au fost reduse
atât de mult pe cât se aștepta… deoarece emisiile în condiții de conducere "din lumea reală" sunt
adesea mai mari decât cele măsurate în timpul încercării de omologa re (în special pentru
vehiculele diesel)".
Conform statisticilor Departamentului pentru Afaceri, Energie și Strategie Industrială
(BEIS) din 2018, transportul a reprezentat în continuare 33% din totalul emisiilor de dioxid de
carbon, cea mai mare parte pro venind din transportu l rutier.
Cu toate acestea, BEIS estimează că emisiile actuale generate de transportul rutier au
scăzut cu aproximativ 8,5% în ultimul deceniu, ajungând la niveluri le -a fost observate ultima
dată în 1990, atingând apogeul în 2007.
În tabelul 2.2 de mai jo s sunt prezentate standardele stabilite de Comisia Europeană și
acționează ca un ghid pentru a arăta modul în care diferitele categorii de emisii euro sunt aplicate
noilor modele de vehicule omologate după o anumită dată. Fiecare mașin a vânduta pana la un an
după datele de mai jos ar trebui sa respecte standardele corespunzătoare [30]
Tabelul 2.2 standardele EURO stabilite de Comisia Europeană
Anul reglementării Standard emisii
31 Decem brie 1992 Euro 1
1 ianuarie 1997 Euro 2
1 ianuari e 2001 Euro 3
1 ianuarie 2006 Euro 4
1 ianuarie 2011 Euro 5
1 Septemb rie 2015 Euro 6

Euro 1 (EC93)
Data punerii în aplicare (noi aprobări): 1 iulie 1992
Data punerii în aplicare (toate înregistrările noi): 31 decembrie 1992
Primele standarde europene privind emisiile în z ona euro au fost introduse în iulie 1992,
iar reglementările nu au fost nici pe departe atât de stricte precum sunt în prezent.
Acestea fiind spuse, echiparea cu convertoarelor catalitice a devenit obligatorie pentru
toate mașinile noi , iar Eu ro 1 a impus trecerea la benzină fără plumb. Pe atunci, au f ost testate
doar hidrocarburi și oxid de azot, împreună cu particule în suspensie în cazul motoarelor diesel.
De-a lungul anilor, reglementările au devenit mai stricte, iar limitele au scă zut.
Standardele priv ind emisiile euro 1 (benzină) (Tabelul 2.3)

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fi la Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
26
Tabelul 2.3 Standardele euro 1 benzină
CO: 2.72g/km
HC + NOx: 0.97g/km

Standardele de emisii euro 1 (motorină) (Tabelul 2.4)
Tabelul 2.4 Standardele euro 1 motorină
CO: 2.72g/km
HC + NOx: 0.97g/km
PM: 0.14g/ km

Euro 2 (EC96)
Data punerii în aplicare (noi aprobări): 1 ianuarie 1996
Data punerii în aplicare (toate înregistrările noi): 1 ianuarie 1997
Euro 2 a redus limitele pentru monoxidul de carbon și limita pentru hidrocarburile
nearse și oxidul de azot, pr ecum și introducerea unor niveluri diferite pentru motoarele pe
benzină și diesel.
Standardele euro 2 privind emisiile (benzină) (Tabelul 2.5)
Tabelul 2.5 Standardele euro 2 benzină
CO: 2.2g/km
HC + NOx: 0.5g/km

Standardele euro 2 p rivind emisiile (moto rină) (Tabelul 2.6)
Tabelul 2.6 Standardele euro 2 motorină
CO: 1.0g/km
HC + NOx: 0.7g/km
PM: 0.08g/km

Euro 3 (EC2000)
Data punerii în aplicare (noi aprobări): 1 ianuarie 2000

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
27
Data punerii în aplicare (toate înregistrările noi): 1 ianuarie 2001
Euro 3 a împărțit limitele hidrocarburilor și oxidului de azot pentru motoarele pe
benzină și diesel, precum și adăugarea unei limite separate de oxid de azot pentru vehiculele
diesel. Perioada de încălz ire a fost eliminată din procedura de t estare.
Standardele p rivind emisiile euro 3 (benzină) (Tabelul 2.7)
Tabelul 2.7 Standardele euro 3 benzină
CO: 2.3g/km
THC: 0.20g/km
NOx: 0.15g/km

Standardele privind emisiile euro 3 (motorină) (Tabelul 2.8)
Tabel ul 2.8 Standardele euro 3 motorină
CO: 0.66g/km
HC + NOx: 0 .56g/km
NOx: 0.50g/km
PM: 0.05g/km

Euro 4 (EC2005)
Data punerii în aplicare (noi aprobări): 1 ianuarie 2005
Data punerii în aplicare (toate înregistrările noi): 1 ianuarie 2006
Standardele privind emisiile euro 4 (benzină) (Tabelul 2.9)
Tabelul 2.9 Standardele euro 4 benzină
CO: 1.0g/km
THC: 0.10g/km
NOx: 0.08g/km

Standardele de emisii euro 4 (motorină) (Tabelul 2.10 )
Tabelul 2.10 Standardele euro 4 motorină
CO: 0.50g/km
HC + NOx: 0.30g/km

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
28
NOx: 0.25g/km
PM: 0.025g/km

Euro 5
Data punerii în apli care (noi aprobări): 1 septembrie 2009
Data punerii în aplicare (toate înregistrările noi): 1 ianuarie 2011
Vestea cea mare pentru Euro 5 a fost introducerea de filtre de particule (DPF) pentru
vehiculele diesel, împreună cu limite mai mici pentru autoturi smele din septembrie 2011 și
pentru autoturismele noi din ianuarie 2013. Vehiculele diesel au făcut obiectul unei noi limite
privind numărul de particule. DPF -urile captează 99% din toate particulele în suspensie și sunt
montate pe fie care mașină diesel no uă. Autoturismele car e îndeplinesc standardele Euro 5 emit
echivalentul unui bob de nisip pe kilometru.

Standardele privind emisiile euro 5 (benzină) (Tabelul 2.11)
Tabelul 2.11 Standardele euro 5 benzină
CO: 1.0g/km
THC: 0.10g/km
NMHC: 0.068g/km
NOx : 0.06g/km
PM: 0.005g/km (numai pentru injecție directă)

Standardele de emisii euro 5 (motorină) (Tabelul 2.12))
Tabelul 2.12 Standardele euro 5 motorină
CO: 0.50g/km
HC + NOx: 0.23g/km
NOx: 0.18g/km
PM: 0.005g/km
PN [#/km]: 6.0 x10 ^11/km

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
29
Euro 6
Data punerii în aplicare (noi aprobări): 1 septembrie 2014
Data punerii în aplicare (toate înregistrările noi): 1 septembrie 2015
În septembrie 2015, cea de -a șasea și actuala norma a emisii euro a fost introdusă în
vigoare. motorină, n ivelul admis de NOx a fost redus de la 0,18g/km în Euro 5 la 0,08g/km.
Accentul pus pe NOx diesel a fost rezultatul direct al studiilor care leagă aceste emisii de
probleme res piratorii. Pentru a îndeplini noile obiective, unii producători de automobile au
introdus Reducerea Catalitică Selectivă (SCR) o metoda alternativă de îndeplinire a
standardelor Euro 6 este recircularea gazelor de evacuare (EGR). O porțiune din gazul de
evacuare este amesteca tă cu aer de admisie pentru a reduce temperatura de ardere . ECU -lu
vehiculului controlează EGR în conformitate cu sarcina sau viteza motorului.
Standardele privind emisiile euro 6 (benzină) (Tabelul 2.13)
Tabelul 2.13 Standardele euro 6 benzină
CO: 1.0g/km
THC: 0.10g/km
NMHC: 0.068g/km
NOx: 0.06g/km
PM: 0.005g/km (numai pentru injecție directă)
PN [#/km]: 6.0×10 ^11/km (numai pentru injecție directă)

Standardele de emisii euro 6 (motorină) (Tabelul 2.14)
Tabelul 2.14 Standardele euro 6 motorină
CO: 0 .50g/km
HC + NOx: 0.17g/km
NOx: 0.08g/km
PM: 0.005g/km
PN [#/km]: 6.0×10 ^11/km [30]

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
30
3. SISTEME DE REDUCERE A EMISILOR POLUANTE
Asigurarea unui aer de bună calitate este esențială pentru protecția sănătății
publice. Guvernele din î ntreaga lume au adopt at o serie de măsuri din ce în ce mai exigente
pentru a reduce poluarea aerului, cu un accent special pe emisiile provenite de la autovehicule. O
parte importantă a acestei strategii a fost dezvoltarea convertizorului catalitic pentru a elimina
poluanții d e evacuare, cum ar fi monoxidul de carbon, hidro carburile nearse și oxizii de azot.
Cea mai importantă reacție chimică într -un motor pe benzină este arderea
combustibilului. Într -un sistem "ideal", arderea ar fi completă, astfel încâ t pe evacuare ar fi d e cât
dioxidul de carbon și aburul. În practică, oxidarea completă a combustibilului depinde de o serie
de factori: în primul rând, trebuie să existe suficient oxigen prezent; în al doilea rând, trebuie să
existe un amestecare adecvat a benzinei și a aerul ui și, în cele din ur mă, trebuie să existe
sufic ient timp pentru ca amestecul să reacționeze la temperatură ridicată înainte ca gazele să f ie
răcite. În motoarele cu combustie internă, timpul disponibil pentru ardere este limitat de ci clul
motorului la doa r câteva milisecunde. Există o ardere incompletă a combustibilului și acest lucru
duce la emisii ale produsului de oxidare parțială, monoxid de carbon (CO) și o gamă largă de
compuși organici volatili (COV) , inclusiv hidrocarburi (HC). Aceste emisii sunt d eosebit de
ridicate atât în timpul ralantiului, cât și al decelerației, atunci când este aer insuficient pentru
arderea completă.
Un alt rezultat important al procesului de ardere, în special în timpul accelerației,
este producerea de oxizi de azot, oxid nitric (monoxid de azot, NO) și dioxid de azot ( NO 2). În
mod convențional, acești doi oxizi de azot sunt considerați împreună și reprezentați ca NO x. La
temperaturile ridicate (mai mari de 1 500 °C) azotul și oxigenul din aer aspirat d e motor
împreună cu c ombustibilul se pot c ombina pentru a forma NO. L a ieșirea din motor, acest
monoxid se răcește și este oxidat de oxidanții din atmosferă pentru a forma dioxidul. Deși
"fixarea" azotului din aer este principala sursă de NO x, aceasta poat e apărea, de asemenea , din
oxidarea oricăr or componente azotate din combustibil.
Poluanții primari sunt definiți ca gazele emise direct din evacuarea unui vehicul.
Nici unul dintre nu sunt doriți în atmosfera, dar consecința cea mai mare ale emisiilor de gaze
din eșapament es te rolul lor de a for ma ceața fotoc himică adică un amestec de ozon, dioxid de
azot, alte produse secundare și particule mici. Acești poluanți secundari pot provoca daune grave
sănătății umane.

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pen tru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
31
O metodă este adoptarea sistemului de rec irculare a gazelor de evacuare EGR
(exhau st gas recircul ation) care constă în reciclarea unei părți a gazelor de evacuare, gaze a căror
temperatură este relativ scăzută , reintroducerii acestora în camerele de ardere pentru a limita
temperaturile interne și excesul de oxigen, p rincipalii factori în formarea oxiz ilor de azot NOx.
Cu toate acestea, există două sisteme distincte de EGR: de înaltă presiune și joasă presiune.
O a doua metodă eficientă este adoptarea de catalizatori rolul lor fiind de controla
emisiile și elimina simu ltan poluanții primar i CO, COV și N Ox prin catalizarea, conversiei lor,
în dioxid de carbon (CO 2), abur (H 2O) și azot (N 2) pentru scăderea de NOx, instrumente
esențiale în zilele noastre pentru a se conforma normelor foarte stricte de combatere a poluării,
cum ar fi Euro 6.
Exista mai mul te tipuri de catalizatori de acumulare de NOx (NSC), de asemenea,
numit capcane NOx, De NOx sau LNT (Lean NOx Trap), și catalizatori de reducere NOx, numit
SCR, care profită de aditiv lichid AdBlue . În general în cazul au tovehiculelor mai noi este
adoptată o combinare între cele două sisteme de post tratarea gazelor . [31]
3.1. SISTEME DE RECIRCULARE A GAZELOR (EGR)

Figura 3.1 EGR -ul de înaltă presiune [31]
În cazul EGR tradițional, cunoscut și sub numele d e " înaltă presiune" prezentat în
figura 3.1, gazele sunt recuperate la ieșirea cilindrilor și reinjectate direct în admisie,
amestecându -le cu aerul proaspăt introdus în motorul cu ardere interna. Acest lucru
restricționează formarea oxizilor de azot în t impul arderii, dar c reșterea temperaturilor în admisia

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți s ă apară aici.
32
motorului și limitarea presiunii de supraalimentare fapt care afectează negativ performanța
motorului. În plus, trebuie adăugat că comanda acestui tip de EGR, este executată cu ajutorul
unei supape, ca re duce la o reducer e suplimentară a performanței motorului.
EGR -ul "de joasă presiune" prezentat în figura 3.2, pe de altă parte, se bazează pe
recuperarea gazelor de eșapament după elementele de post -tratarea gazelor de evacuare, adică
după trecerea în turbină și filtrul d e particule. Fluxurile sunt apoi răcite în interiorul unui
schimbător de căldură și re -transmise în turbo, amestecarea lor cu aerul proaspăt aspirat, în
scopul de a crește presiunea de putere. În acest moment există un nou proces de răc ire a gazelor
în int ercooler și, ulterior, intrarea în camera de ardere. Acest circuit, de asemenea, numit "rece",
vă permite să crească rata de recirculare prin menținerea temperaturii și presiunii sub control în
admisia motorului.

Figura 3.2 EGR -ul de joasă presiune [31]
Ambele cazuri este redusă cantitatea de oxigen din raportul aer -combustibil,
reducând astfel temperaturile maxime din camera de ardere și viteza de ardere pentru a reduce
formarea de NOx. Cu toate acestea, oxizii de azot sun t controlaț i mod mai e ficient în cazul cu
EGR -ului de joasă presiune decât EGR -ului tradițional, care, în același timp, permite o
performanță mai mare a motorului datorită combustiei mai eficiente și unui răspuns mai bun al
turbocompresor și presiunii ridi cate în cil indru, în special la sarcini parțiale. [31]

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
33
3.2. CATALIZATORUL TWC
Bine -cunoscut ul catalizator de conversie în trei direcții este utilizat în America de
Nord din 1976 – și în Europa din 1986. Harth: "Convertoarele catalitice sunt acum capabile să
elimine cons iderabil mai mult de 95 la sută din substanțele nedorite din fluxul de gaze de
evacuare." Acest lucru este realizat prin structura internă a catalizatorilor de conversie:
catalizatorii gazelor de evacuare sunt realizate dintr -un suport ceramic s pecial, mon olitul, care
conține numeroase canale para lele.

Figura 3.3 Vedere detaliata al monolitului [33]
În figura 3.3 se poate observă o vedere detaliată a unui catalizator de conversie în
trei direcții: stratul de paladiu (albastru) oxidează selectiv hidrocarb uri și monoxid de car bon în
dioxid de carb on și apă, în timp ce stratul de rodiu (roșu) convertește simultan oxizii de azot în
azot, dioxid ul de carbon și apa cu ajutorul monoxidului de carbon sau hidrogenului (substrat
ceramic: gri). (m ărire 120:1, la lă țimea de 15 cm).

În funcție de destinația lor, prezentat schematic în Figura 3.3, pereții canalului au
pori de dimensiuni dif erite. Acest suport ceramic este acoperit cu un palton care conține particule
de oxid de metal cu o suprafață internă foarte mare. Monolitul conține particule de metale
prețioase rodiu, platină și (într -o măsură mai mică) paladiu, ceri e (CeO 2), γ-alumină (Al 2O3) și
alți oxizi metalici. Acesta constă de obicei dintr -un monolit ceramic de cordierite (2Mg, 2Al 2O3,
5SiO 2) cu ziduri poroase puternice care să anexeze o serie de canale paralele. Un monolit tipic
are desc hideri de 64 de canale pe cm2. Acest design permite o rată ridicată a fluxului de gaze de
eșapament, cordieritul este utilizat deoarece poate rezista la temperaturi ridicate ale gazelor de
evacuare și la diferențele de mari de temperatura atunci când motor ul pornește pentru prim a dată,
de obicei, te mperatura gazelor de evacuare poate ajunge la câteva sute de grade în mai puțin de
un minut. Monoliții metalici sunt, de asemenea, utilizați, în special pentru convertoare mici, dar

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
34
acestea sunt mai scumpe . Aces te materiale sunt catal itic active și asigură conversia monoxidului
de carbon (CO), a hidrocarburilor (HC) și a oxizilor de azot (NO x) în apă (H 2O), azot (N 2) și
dioxid de carbon(CO 2). Ca substanțe active catalitice, metalele prețioase permit și participă la
reacție, dar rămân n eafectate aceasta fiind o proprietate fundamentală a catalizatorilor.

Figura 3.4 Prezentarea schematica a convertorul catalitic [32]

Figura 3.4 diagrama schematică a convertorulu i catalitic în trei sensuri. Convertorul
catalitic, într -o carcasă metalică, este plasat pe sistemul de evacuare al vehiculului. Pe măsură ce
gazele de eșapament trec prin ea, ele curg prin canalele din monolitul ceramic, u nde întâlnesc
particulele de alumină impregnate cu catalizatorii metalici.

Figura 3.5 Structura monolitului [32]
Figura 3.5 Micrograful electronic al unei secțiuni transversale a unui monolit ceramic
acoperit cu un strat de alumină.

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
35
Pentru a obține o suprafață mare pentru cataliză, suprafețele interne ale monolitului sunt
acoperite cu un strat subțire (30 –50 μm) dintr -un mater ial foarte poros ( Figura 11 ). Suprafața
totală este echivalentă aproximativ cu cea a d ouă sau trei terenuri de fotbal. Suprafața poroasă
este, în general, din alumină majoritatea suprafeței (70 -85%), cu oxizi, cum ar fi BaO, adăugat ca
suporți structurali (stabilizatori pentru a menține suprafața) și altele, de exemplu CEO 2, ca
suporți chim ici. Acest sistem devine suport pentru componentele de metale prețioase (Pt, Pd și
Rh). Aceste metale constituie doar o mică parte (1 -2%) din masa totală a structurii, dar acestea
sunt prezente într -o formă foarte dispersată. Acestea sunt, în general, apli cate prin depunere, deși
acestea pot fi introduse în schimb în timpul formării mo nolitului în sine. Formulările exacte ale
catalizatorului sunt, așa ne -am aștepta, secrete bine păzite. Unele compoziții folosesc toate cele
trei metale, alții folosesc Rh împ reună cu doar unul dintre ceilalți doi, de obicei Pt, ca și în
actuala generație de convertoare Pt -Rh utilizate de exemplu în Marea Britanie, în care Pt
constituie 80 -90% din masa totală de metale prețioase.
Figura 3.6 prezintă diferența dintre nivelurile de emisii pentru CO, VOC și NO x pentru
un vehicul, cu și fără un convertizor catalitic TWC. Este evident că convertizorul catalitic reduce
emisiile tuturor celor trei clase de poluanți într -un mod dramatic pe o gamă largă de viteze.
Înainte de a discuta d atele în orice detaliu, câteva cuvinte despre modul în care acestea au f ost
obținute sunt în ordine.

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
36
Figura 3.6 Diferențele de emisii între un autovehicul cu si fără TWC [32]
Figura 3.6 prezintă Nivelurile de emisii pentru CO, VOC și NO x pentru vehiculele cu
motor pe benzină în funcție de viteză, cu (verde) și fără (negru) un convertizor catalitic TWC.
Procedurile de testare federale și europene sunt utilizate pentru a testa emisiile provenite
de la un convert or și motor cu ardere interna complet "finit", pentru a se asigura că un nou model
de mașină, de exemplu, va respecta legislația actuală privind em isiile. Un fel de teste la scară mai
mică este, evident, necesar în laborator. În cercetarea și dezvoltarea c atalizatorilor auto, testarea
activității îndeplinește funcția de monitorizare și compararea catalizatorilor noi și modificați,
precum și examinare a performanței acestora în condiții diferite. Procesul de monitorizare trebuie
să ofere un mijloc fiabil de i dentificare a materialelor care vor lucra cu catalizatori activi,
selectivi și durabili în condiții diferite. Abordarea luată de obicei este de a m ăsura conversia
poluanților în funcție de temperatură, utilizând un amestec simulat de gaze de evacuare care
curge printr -un monolit de catalizator. Debitul trebuie să fie suficient de mare pentru a imita
debitul de ga ze produs de un motor cu ardere intern a care trece printr -un convertor catalitic (de
obicei, se utilizează un timp de contact undeva la 72 milisecu nde moment în care gazele care trec
prin catalizator). Încercarea se repetă apoi cu aju torul unui gaz de evacuare simulat diferit pentru
a reprezen ta regimuri diferite de funcționare al motorului. Studiile de îmbătrânire sunt ef ectuate
prin expunerea catal izatorului la condiții diferite și adesea extreme, pentru diferite lungimi de
timp.
Figura 3.7 prezintă un grafic tipic de performanță catalitică în intervalul normal de
temperatură de funcționare, 100 –600 °C. Până când gazele de intrare au încălzit catalizatorul la
aproximativ 250 –300 °C, activitatea catalizatorului este scăzută. Până la atingerea acestei
temperaturi, catalizatorul nu funcționează la eficiență maximă, și a stfel CO, NO x și hidrocarburi
vor fi emise din țeava de eșapament în cantități semnificative. Această problemă este întâlnită
atunci când motorul este rece până a ajunge în parametrii optimi de funcționare. În mod ideal,
timpul în care temperatura cataliza torului ar ajunge în temperaturile de lucru ar trebui să f ie cât
mai mici posibil.

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
37

Figura 3.7 Performanța catalizatorului în funcție de temperatură [32]
Figura 3.7 prezintă activitatea unui catalizator TWC pentru conversia simultană a CO
(cu negru), NO x (cu verde solid) și a propenei de hidrocarburi (C 3H6) (cu verde punctat) [32]

3.3. CATALIZATORUL FWC

Figura 3.8 Catalizatorul F WC [33]
Catalizatorul FWC prezentat în figura 3.8, a fost dezvoltat pe baza catalizatorul
TWC și a fost optimizat efectul de curățare, noul catalizator de conversie cu patru căi, FWC, este

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
38
o tehnologie pentru vehiculele cu m otoare pe benzină. Catalizatoru l elimină poluanții gazoși și,
de asemenea, solidele , cum ar fi particulele din debitul gazelor de evacuare. Catalizatorul
compact de conversie în patru direcții combină acum toate proprietățile importante într-un singur
comp onent. În comparație cu cataliz atorul TWC și cu filtrul de particule, acesta ocupă mult mai
puțin spațiu. Un alt avantaj ar fi că catalizatorul FWC ar produce doar o ușoară contra presiune la
fluxul de gaze de eșapament. Acesta este un aspect important pen tru producătorii de automobile.
O presiune ridicată crește rezistența pe care trebu ie să o învingă gazele de evacuare pe care
trebuie să o învingă înainte de a ajunge la sistemul de evacuare. Dacă contra presiunea este prea
mare, acest lucru poate să afect ează performanța motorului aces t lucru reducând eficiența
consumului de combustibil . Pentru a menține contra presiunea cât mai scăzută posibil, experții
au dezvoltat tehnologii inovatoare de producție și acoperire. Acestea fac posibilă, de exemplu,
acoperi rea pereților interiori poros a i monolitului în mod specific cu materialul cataliti c activ.
Catalizatorul de conversie în patru direcții are un efect de curățare pronunțat. Acest lucru duce la
o suprafață extrem de mare, cu activitate catalitică. Prin acea sta, mai puțin metal prețios es te
necesar în catalizatorul de conversie în patru di recții. Peretele poros monolit acționează, de
asemenea, ca un filtru pentru particule, în care sunt păstrate de perete iar apoi ars dioxid de
carbon la temperaturi ridicate și cu ajutorul stratului catali tic. Prin urmare, convertorul catalitic
în patru dir ecții face mai mult decât un sistem DPF deoarece majoritatea particulelor sunt arse de
CO2, în porii catalizatorului nu se înfundă cu ușurință asigurându -se că componentele rămân
funcționale. Stabilitatea pe termen lung a fost deja demonstrată într -o serie de teste care arată că
chiar și după mai mult de 160.000 de kilometri parcurși, catalizatorul de conversie în patru
direcții încă curăță gazul de evacuare atingând în mod e ficient limite stricte de emisi i. Sistemul a
fost lansat în aprilie 2013 și se află acum în faza de dezvoltare și testare cu numeroși producători
de automobile întotdeauna în vederea producției în serie. Catalizatorul de conversie FWC ajută
producătorii de automobile să respecte regleme ntările stricte privind emisiile, cum ar fi
standard ul Euro 6. [33]

3.4. CATALIZATORUL LNT/NSC
”Capcan a” LNT (Lean NOx Trap) nu este altceva decât un catalizator de acumulare de
NOx care funcționează intermitent în tratamentul ox izilor de azot. În practică, id eea este de a
prinde oxizi de azot prin formarea unu i compus chimic în cadrul catalizatorului. Datorită
structurii sale monolitice, oxizii de azot sunt mai întâi acumulați, apoi oxidați și în cele din urmă

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
39
reduși. În interior găsim în mod specific o ”capca nă” saturată cu sulfați de bariu și o bază de
platin ă folosită ca catalizator oxidant de NO și NO2. În timpul acumulării (funcționarea
motorului cu un amestec sărac, lambda > 1) în interiorul capcanei oxizii de azot se combin ă cu
oxid de bariu care vor for ma nitrații de bariu care rămân atașați la suprafața matricei capcanei.
NOx -ul existent este mai întâi oxidat în NO2 prin acțiunea catalitică a platinei și apoi acumulat
sub formă de nitrat de metale aline.
Această procedură continuă până când capacitatea de stocare a ”capcanei” este redusă
suficient pentru a compromite eficiența generală a acumulării și a conversiei. În acel moment,
necesară o regener are a filtrul LNT, deoarece este înfundat și pentru a face acest lucru, se m ută
funcționarea motorului din lambda > 1 (amestec sărac), în timpu l căruia NOx au fost depozitate
pentru a forma nitrați, lambda < 1 (amestec bogat), în timpul căruia NOx va fi redus la N2 și
eliberat. În acest stadiu (intervale scurte de 2 secunde la fie care 60 de secunde de f uncționa re a
motorului) există o astfel de c antitate de substanțe de reducere (parțiale CO, H2 și HC produse
de ardere) care pot fixa O2, eventual, pătruns în elementele de acumulare, produce eliberarea de
NOx (transformarea nitrațil or în carbonați) și, datorită a cțiunii catalitice a rodiului, reduc e NOx
lansat în N2. În practică, combustibilul absoarbe oxigenul conținut în compusul atașat la nitratul
de bariu, iar gazele de eșapament eliberează azot simplu. Pentru a obține trecerea d e la lambda >
1 la lambda < 1 î n motoarele diesel, de obicei, fie c rește recirculația gazelor de eșapament prin
supapa EGR sau efectuează o injecție întârziată sau încă se mai poate opta la o obturare al
aerului din admisie. [31]

Figura 3.9 Instalație SC R. [34]
Catalizatorul de reduc ere selectivă a catalizatorului (SCR ) prezentat în figura 3.9,
spre deosebire de ”capcana” LNT, adoptă o conversie constantă și continuă a NOx în N2.
Reducerea catalitică selectivă se bazează pe faptul că anumite substanțe în prezența oxigenului

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
40
sunt capab ile să reducă selectiv oxizii de azo t. Reducerea catalitica selectiv înseamnă că, în
această situație, oxidarea substanțelor are loc prin favorizarea oxigenului oxizilor de azot și nu a
oxigenului molecular prezent în procent e mult mai mari în gazele de eș apament. Pentru a
funcționa, cataliz atorul SCR necesită un reductor chimic asemănător amoniacul, dar mai puțin
toxic. Aceste caracteristici au fost găsite în Uree sau mai degrabă într -o soluție formată din Uree
(32,5%) apă de ionizată (67,5%) așa numitul Ad Blue. Acest aditiv lichid este injec tat în
evacuarea din amonte a catalizatorului SCR, unde se amestecă cu gazele de eșapament pentru a
forma amoniac și CO2 pentru un proces de hidroliză și termoliză.
Amoniacul reacționează apoi cu oxigenul din NOx printr -un proces de cataliză
pentru a aduce NOx la N2. În cele din urmă, amoniacul printr -un proces de oxidare reacționează
din nou cu oxigen NOx care formează H2O și N. Cu toate acestea, acest proces implică
introducerea unuia, un eori chiar doi, catalizatori ox idanți suplimentari. Nu trebuie uitat, de f apt,
că adoptarea unui catalizator oxidant montat înaintea catalizatorul SCR, capabil să oxideze NO2
în NO2, permite catalizatorului SCR să funcționeze optim p rin creșterea transform ării chimice a
NO2 în NOx cu 50 %. Însăși adoptarea unui catalizator oxidant, de data aceasta după
catalizatorul SCR, permite oxidarea oricărui amoniac infiltrat la descărcarea în N2 și H2O
împiedicându -l să fie eliminat pe evacuare. [31]
3.5. FILTRUL DE PARTICU LE
Autovehiculele se bazează în continuare pe motoarele cu combustie internă pentru
propulsie, o concurență ar fi mașinile electrice. Motor diesel față de motoarele pe benzină cu
injecție directă este un motor mult mai economic, da r emite o cantitate mul t mai mare de
particule în susp ensie (PM) decât motoarele pe benzină cu injecție de combustibil. Standardul de
emisie Euro 6 are aceeași cerință privind PM pentru motorul diesel și motorul pe benzină , care
este de 4,5 mg/km în masă ș i de 6 × 1011/km. Pentr u a îndeplini această cerință r idicată, filtrul de
particule (DPF) este o configurație standard pentru motorul diesel, iar viitorul motor pe benzină
ar putea fi nevoit să fie și el echipat cu un filtru de particule precum motoarele d iesel. Acest
lucru nece sită dezvoltarea tehnologiei DP F pentru a atinge cerințe exigente în ce privește spațiu
și costurile acestuia, în special la autoturisme.
Un filtru de particule diesel (DPF) este un filtru care captează și stochează funinginea
emisă pe evacuar ea autovehicu lului (unii se referă la ele ca capcane de funingine) pentru a
reduce emisiile provenite de la mașinile diesel.

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capit ol la textul care doriți să apară aici.
41
Un DPF este format dintr -o structură monolitică cu un pachet de canale paralele axiale.
Canalele sunt conectate alternati v la fiecare capăt (a s e vedea figura 3.10), astfel în cât gazul de
evacuare să fie forțat să curgă pe peretele poros al DPF în timp ce particulele sunt îndepărtate din
gazul de evacuare. PM colectate în interiorul filtrului de particule trebuie să fie oxidat periodic
prin unele mijloace pentru a reduce contra presiunea de pe sistemul de evacuare al motorului.
Arderea particulelor în interiorul filtrului de particule este denumită regenerare.

Figura 3.10. Structura Filtrului de particule
Dar, pentru că au doar o capacitate fini tă, acesta pentru a funcționa u n timp cât mai
îndelungat periodic trebuie să fie golit sau "ars" acest proces numindu -se regenerarea DPF –
ului.
Acest proces de regenerare arde excesul de funingine depus în filtru, re ducând
emisiile nocive eliminate de evac uare și ajută la prevenirea fum ului negru pe care l -ați văzut la
vehiculele diesel, în special atunci când accelerați.
Legislația privind emisiile de gaze de eșapament euro 5 introdusă în 2009 pentru a
contribui la reducerea emisiilor de CO2 auto a făcut ca DP F-urile să devină obligatorii și, de
atunci, aproximativ una din două autoturisme noi pe an au M.A.C..
Un filtru de particule pentru motoarele diesel de pe o mașină slab întreținută se poate
deteriora mai devreme decât unul bine întreținut, în general, ar trebui să dureze c el puțin
100.000 de mile.
Cauzele deteriorării filtrului de particule sunt călătoriile scurte motiv pentru care
motorul nu reușește să ajungă in temperaturile optime de lucru, și mersul subturat sunt
principala cauză a deteriorării filtrelor de particule l a motoarele diesel.
Acesta este unul dintre motivele pentru care clienți de autovehicule iau o decizie în ce
privește autoturismul achi ziționat deoarece la motoarele diesel sunt niște recomandări care ar fi
bine respectate pentru o viața cat mai lunga al f iltrului de particule. Din această cauză pentru
distanțe scurte sunt recomandate motoarele pe benzină acesta fiind unul dintre motive p entru
care motoarele diesel sun t mai rar întâlnite în oraș. O a doua cauză pentru deteriorarea DPF-
ului este o servisare slaba a motorului este important să utilizați tip de ulei recomandat de

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
42
producător sau uleiuri dedicate DPF -ului, de asemenea unele ule iuri conțin aditivi care pot
deteriora prematur filtrul de particule . O a treia cauză ar fi modificarea de performanță al
motorului care poate deteriora filtrul de particule la motoarele diesel, la fel ca și utilizarea
combustibilului de calitate inferioar ă și chiar rularea frecventă a mașinii la un nivel scăzut de
combustibil, deoarece mașina poate evita regenerarea DPF pen tru a economisi combustibil.
În cazul în care DPF devine înfundat cu funcționa sau un defect se dezvoltă în sistem,
o lumină portocalie va apărea de obicei pe tabloul de bord prezentat în figura 3.11 Ele arata de
obicei ca o cutie cu conducte care are punc te în mijloc, deși ele pot varia ușor în funcție de
producătorul autovehiculului.

Figura 3.11 Simbolul DPF -ului afișat în bordul aut ovehiculelor [36]
Cel mai bun m od de a menține un DPF este să vă asigurați că este pe deplin capabil să
se regenereze atunci când este plin de funingine (atunci când lumina de avertizare apare).
Există două tipuri de regenerare: pasivă și activă.
Regenerar ea pasivă apare atunci când maș ina funcționează cu viteză pe călătorii lungi
pe autostradă, ceea ce permite temperaturii gazelor de evacuare să crească la un nivel superior și
să ardă excesul de funingine din filtru.
Astfel, se recomandă ca șoferii să dea regulat autovehiculului lor cu motor diesel un
drum de 30 la 50 minute rulat la viteză constantă pe o autos tradă sau un drum lung pentru a ajuta
la eliminarea funinginii din filtrului.
Cu toate acestea, nu toți șoferii conduc în mod regulat motiv pentru ca re producătorii au
conceput o f ormă alternativă de regenerare.
Regenerarea activă înseamnă că combustibilul suplimentar este injectat automat, ca
parte a ECU al vehiculului, atunci când un filtru atinge o limită prestabilită (în mod normal

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
43
aproximativ 45%) pentru a ridica temperatura de evacuare și arde funinginea stocată in filtrul de
particule.
Cu toate acest ea, pot apărea probleme dacă călătoria este prea scurtă, deoarece procesul
de regenerare nu se poate finaliza complet.
În cazul acesta, indicatorul l uminos de avertizare va continu a să arate că filtrul este încă
parțial înfundat, în unele cazuri apare un martor in bord ca in figura.. asta depinde de
producătorul autovehicul ului.
Caz în care apare semnalul luminos sau se sesizează declanșarea undei reg enerări ca să
fie posibil o fin alizare corecta a un ciclu de regenerare și să se oprească martorul de avert izare in
cazul vehiculelor care ne arată este recomandat parcurgerea unei distanțe timp de 10 minute la
viteze mai mari de 60 km/h.
Veți ști dacă reg enerarea activă are loc după ur mătoarele simptome:
1. Schimbarea sunetului motor;
2. Ventilatoare de răcire care încep să funcționeze;
3. O ușoară creștere a consumului de combustibil;
4. Turația crescută la ralanti;
5. Dezactivarea funcții start/stop automate;
6. Un miros fierbinte, deranjant la sistemu l de evacuare. [35]

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
44
4. PREÎNCĂLZIREA CU ARZĂTOR A CATALIZATORULUI
4.1. STADIU ACTUAL
În stadiul actual din cauza numărului tot mai mare de vehicule care circulă în întreaga
lume, problema poluării urbane a aerului a devenit de mult o problemă [1]. Gazele de eșapa ment
ale motorului cu aprindere prin scânteie co nțin oxizi de azot (NO x),CO și compuși organici, care
sunt HC -uri nearse sau parțial arse. CO și HC apar deoarece eficiența de ardere este mai mică de
100% datorită amestecului incomplet al gazelor și efectel or de stingere a peretelui pereților
cilindrilor mai reci. NO x se formează în timpul temperaturilor foarte ridicate ale procesului de
ardere [2,3]. Îmbunătățirile în proiectarea motorului, sistemele controlate de microproces or de
injecție de combustibil ș i de aprindere au redus substanțial emisiile pol uante timp de două
decenii în motoarele cu aprindere prin scânteie. Cu toate acestea, se pot obține reduceri
suplimentare ale emisiilor de gaze de eșapament prin eliminarea polu anților din sistemul de
evacuar e. TWC care controlează emisiile poluante de HC, CO și NO x reprezintă o modalitate
eficientă de reducere a emisiilor de gaze de eșapament [3,4]. Dar cerințele viitoarelor standarde
de emisie nu pot fi îndeplinite de TWC conv ențional, deoarece acestea nu p ot elimina în mod
eficient HC și CO de la ieșire a motoarelor cu combustie internă în faza de pornire la rece [5,6].
Eficiența unui convertor catalitic depinde foarte mult de temperatură. Până când ajunge
la temperatura de lu cru la care catalizatorul are o eficiență de 50%, restul de 50% până la 80%
din emisiile de HC și CO sunt emise de țeava de eșapament [7 -9]. Când mo torul pornește pentru
prima dată, atât motorul, cât și catalizatorul sunt reci. După pornire, căldura datora tă arderii
combustibilului este transferată de la motor prin țeava de evacuare care începe să se încălzească.
În cele din urmă, temperatura de lucru este atinsă în catalizatorul care inițiază reacțiile catalitice.
Această temperatură de lucru al catalizato rului si rata de reacție chimic ă sunt controlate cinetic;
de exemplu, depinde de chimia catalizatorului, deoarece reacțiile de transport sunt rapide [2].
Pentru a reduce emisiile de pornire la rece, au fost dezvoltate tehnici speciale. Aceste tehnici sunt
denumite tehnici rapide de atin gerea temperaturii de lucru. Printre metodele mai de succes care
au fost dezvoltate pentru scurtarea timpului de încă lzire se numără localizarea convertorului
catalitic mai aproape de colectorul de evacuare, injectarea de aer secundar, catalizatori încălzi ți
electric sau arzător. [1,4,7,10 –16].
O modalitate de scăderea timpului de încălzire a catalizatorului este de a po ziționa
catalizatorul cât mai aproape de galeria de evacuare. O altă modalitate pentru a atinge o
temperatur ă optima cât mai repede unele c atalizatoare sunt prevăzute cu rezistențe de încălzire

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
45
amplasate înaintea monolitului catalitic (Figura 4.1) . Moment in care rezistența electrică
alimentată cu curent emană căldură , moment în care ga zele de evacuare emise pr eiau căldura de
la rezistenta e lectrică care întră în catalizator accelerând procesul de încălzire al acestuia. [37]

Figura 4.1 Încălzirea catalizatorului cu rezistență electrică [38]

Capacitatea de a încălzi rapid catalizatorul crește în permanență efi ciența generală a
tratării gazelor de evacuare. Aceasta înseamnă că vehiculele vor fi pregătite să îndeplinească
viitorul standard Euro 7 extrem de strict. EMICAT e -catalizator dezvoltat de Vitesco
Technologies este o formă de electrificare inteligentă pen tru motoarele cu combustie. Acesta
asigură retratarea eficientă a gazelor de eșapament, chiar și atunci când gazul de eșapament est e
de fapt prea rece în acest scop. Este cazul, de exemplu, când un motor diesel produce foarte
puțină căldură în traficul urb an lent. Curentul de 48 V pentr u e-catalizatorul este obținut prin
recuperarea în sistemul hibrid ușor al vehiculului.
Într-un veh icul de demonstrație hibrid cu motor diesel, Vitesco Technologies a
demonstrat efectul pe care EMICAT îl poate avea cu putere a de încălzire de 4kW: pe vehic ulul
diesel care a fost echipat cu un sistem de 48 V, emisiile de NO x au scăzut cu 40 % și emisiile de
CO 2 au scăzut cu 3% în testul WLTP. În ciclul extrem de lent „Trafic pentru Londra”, emisiile
de NO x chiar au scăzut cu 62%. În Dieselul Super Clean Electrificat , eficiența tratării ulterioare
a gazelor de evacuare crește până la 97%.
un dezavantaj al acestui sistem este că poate fi utilizat doar în cazul vehiculelor hibride
sau mild h ybrid care sunt echipate cu un sistem electric de 48v. [39]

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul c are doriți să apară aici.
46
Într-un studiul experimental efectuat un pe un motor pe benzină Ford -MVH.416 –
ZETEC cu UN TWC. Motorul este cu patru cilindri, motor în patru timpi, cu un volum de 1597
cc. Convertorul catalitic utilizat este un TWC din două piese de 0,75 l, fiecare. Emisiile de ga ze
de eșapament au fost măsurate cu dispozitivul de analiză a emisiilor de tip Sun LG A-1200.
Înainte de experimente, analizorul a fost calibrat. Vizualizarea schematică a echipamentelor de
testare este prezentată în fig. 1. T emperaturile au fost măsurate c u un sistem de măsurare a
temperaturii cu o precizie de 1 grad Celsius și marca ELIMK O6000. Termocuplurile erau de tip
NiCr –Ni și pot măsura până la 1200 C.
În mod tradițional, prelucrarea și înțelegerea rezultatelor experime ntale ale
performanțelor conver torului catalitic a fost investigată de cercetători. Dar există un număr mare
de vari abile și aplicarea algoritmilor de optimizare complecși pentru proiectarea experimentală
face dificilă interpretarea umană directă a datelor obținute din experimente cu de bit ridicat [1 7].
Yasgashi et al. [18] a prezentat o tehnică de simulare pentru a optimiza modelul de încălzire al
unui convertor catalitic încălzit electric. Koltsakis et al. [19] a efectuat un model 2 -D pentru un
TWC pentr u a investiga efectele condiții lor de funcționare. Dar nici unul dintre aceste modele ia
în considerare p erformanța reală convertor catalitice în timpul pornirii la rece.
În studiul experimental, variațiile de temperatură ale convertizorului catalitic, HC și CO
au fost măsurate în timpu l perioadei de pornire la rece a motorului cu convertor catalitic standard
și încălzit cu arzător, în condiții de funcționare inactivă (950 rpm). Înainte de pornirea motorului,
arzătorul a fost activat pentru a încălzi conver torul catalitic. Arzătorul a fo st amplasat în fața
convertorului catalitic ( figura 4.2 ). Gaz petrolier li chefiat (GPL) a fost ars în arzător pentru a
încălzi catalizatorul principal mai repede. Temperatura de preîncălzire a catalizatorului a fost de
150 °C. Înregistrarea datelor a înce put atunci când motorul a fost pornit (0 s) și a continuat timp
de 1000 s. Toate testele au fost efectuate pentru pornirea motorului la rece. De asemenea,
motorul a fost oprit timp de 10 ore înainte de următorul test pentru a asigura pornirea
temperaturii ambientale. [ 23]

Figura.
Figura 4.2 Vedere schematică a echipamentelor de testare. [23]

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
47
Abaterile pentru temperatura standard și încălzită a catalizatorului, emisiile standard și
încălzite de HC ale catalizatorului și emis iile standard și încălzite de C O ale catalizatorului sunt
ilustrate î n Fig ura 4.3, 4.4, 4.5)
Conform rezultatelor, abaterile maxime ale temperaturii standard a catalizatorului este
de 4,925%, în temperatura catalizatorului încălzit este de 1,602%, în emisi ile standard de HC ale
cataliza torului este de 4,798%, în emisiile de HC cu catalizator încălzit este de 4,926%, în
emisiile de CO cu catalizator standard este de 4,82%, iar în emisiile de CO cu catalizator încălzit
este de 4,938%.
Tabelul 4.1 prezintă aba terile minime și maxime pentru fiecare ieșire. Aceste rezultate
doved esc că ANN propus poate fi utilizat cu succes pentru estimarea temperaturii catalizatorului,
a emisiilor de HC și a emisiilor de CO pentru sistem.

Figura 4.3 Variația dTempStd și dTem pHeated .

Figura 4 .4 Variația dHCEmsStd și dHCEmsÎncălzite .

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
48

Figura 4.5 Variația dCOEmsStd și dCOEmsÎncălzite .

Tabelul 4.1
Deviații maxime și minime ale temperaturii catalizatorului, ale emisiilor de HC și ale emisiilor de CO
Evacuare Min/Max Timp Devi ație (%) Valori experimentale
Temperatura catalizatorului standard . Min 666 0.0289632 220
Temperatura catalizatorului standard . Max 35 4.9258398 108
Temperatura catalizatorului încălzit . Min 477 0.0231151 219
Temperatura catalizatorului încălzit . Max 17 1.6021841 157
Emisiile de HC cu catalizator standard Min 371 0.0352935 248
Emisiile de HC cu catalizator standard Max 567 4.7982165 85
Emisii de HC cu catalizator încălzit Min 47 0.5531468 355
Emisii de HC cu catalizator încălzit Max 12 4.9265346 460
Emisii de CO cu catalizator s tandard Min 1000 0.000654 0
Emisii de CO cu catalizator standard Max 580 4.82 0.01
Emisii de CO cu catalizator încălzit Min 666 0 0
Emisii de CO cu catalizator încălzit Max 115 4.9381818 0.22
O concluzie a studiului de m ai sus în care se poate observa că nu este suficientă o
temperatură de plecare de 150 °C a catalizatorului la pornirea motorului la rece pentru a avea o
cataliză eficientă .
Eficiența de conversie a TWC depinde foarte mult de t emperatură, după se poate
observa în Figura 4.6 "Light -off" este definită ca temperatura la care eficiența de reducere dorită
atinge 50% (Brandt et al., 2000). Timpul necesar pentru a aduce catalizatorul la temperatura de
light-off trebuie redus la minimum pentru o funcționalitate TW C îmbunătățită. De asemenea,
cunoașterea și monitorizarea temperaturii catalizatorului este esențială pentru protejarea
împotriva temperaturilor excesive care duc la defectarea prematură a TWC [ 20]

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
49

Figura 4.6 Temperatura Light -off al catalizatorului [24]
4.2. METODOLOGIA DE CERCETARE
În ac eastă lucrare se va aborda un subiect asemănător celui de mai sus dar în acest caz
dorindu -se ca atingerea temperaturii de light-off să fie atinsă înaintea funcționării motorului
M.A.I. Această problemă de a aduce catalizator ului la temperatura de lucru în aintea începerii
funcționării motorului este un ideal deoarece s -ar putea elimina emisiile pe care le produce un
M.A.I. la rece.
Acest proiect a fost susținut direct de către Pors che Engineering Romania. Porsche
Engineering Romania a contribuit atâta la partea de achiziție a pieselor necesare cât și la partea
de know -how.
În cadrul acestui studiu s -au luat in calcul două variante de abordare experimentală:
– preîncălzirea electrică cu ajutorul unui încălzitor electric de put ere ridicată.
– preîncălzirea prin ardere directă folosind un arzător pe benzină.
Figurile de mai jos prezintă dispunerea aproximativă a acestor idei în plan practic :

a) Preîncălzirea electrică (Figura 4.7) b) Preîncălzirea cu arzător (Figura 4.8)

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentr u a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
50
Figură 4.7 Preîncălzir ea electrică Figură 4.8 Preîncălzirea cu arzător

Tabelul de mai jos 3.1 va prezenta principalele avantaje și dezavantaje ale acestor abordări:
Tabelul 4.2 Avantaje și dezavantaje ale acestor două abordări
Preîncălzirea
electrică Avantaje Dezavantaje
Preîncălzirea cu
arzător Avantaje Dezavantaje
Design Compact Necesar ridicat
de energie
electrică Putere termică
ridicată Design complex
Implementare
relativ simplă Timpul de
încălzire a
rezistențelor Încălzire rapidă Implementare
relativ d ificilă
Conectare directă
la sursa de
energie Scurtare a vieții
baterie i Alimentare direct
din rezervorul
autovehiculu lui Risc accentuat în
funcționare
Grad de siguranță
mai ridicat Modificări
extensive a
sistem elor
electrice și de
alimentare

Lucrarea de față se va concentra asupra abordării experimentale a preîncălzirii cu
arzător a catalizatorului.
4.2.1. STANDUL DE CERCETARE
Pentru a începe cercetarea încălzirii monolitului catalitic cu ajutorul unei surse
exter ne în cazul de față un arz ător s-a stabilit un necesar de echipament pentru a construi standul
de susținere, elementul catalitic, arzătorul, aparate de măsura și elementele de adaptare, prindere.
Achiziția pieselor și echipamentelor necesare a fost susținu tă direct de către echipa de
management al proiectului din Porsche Engineering Romania.
Astfel s -a decis îndeplinirea treptată a următoarelor etape :
– Achiziția a doua convertoare catalitice produse în serie pentru modelul Porsche
Macan ech ipat cu moto rul de bi -turbo de 3,6 L.
– Achiziția a unui arzător capabil să genereze temperaturi de peste 700 grade Celsius
– Construirea unui stand capabil să susțină întregul ansamblu de testare
– Implementarea completă a standului de test în 3D folosind CATIA V5
– Achiziția echipamentelor de măsurare temperatură și debit aer.

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
51

Figura 4.9 Arzătorul Webasto [40]
Pentru a preîncălzi catalizatorul s-a decis achizționarea unui sistem de încălzire webasto
de 4 kw pe benzina pentru a încălzii lichidul de răcire al unu i autovehicul care a suferit
modificări în ce privește adaptarea acestuia pentru a îndeplini scopul necesar nouă.
Avantaje utilizării acestui model de arzător sunt:
– Instalație electrica proprie adică are nevoie doar de o sursa de curent de 12v/24v
pentru a funcționa fiind un încălz itor universal;
– Design compact;
– Modificările aduse asupra lui pentru îndeplinirea cercetării nu deteriorează arzătorul;
Fișa tehnic ă a arzătorului (Tabelul 4.3):
Tabelul 4.3 Fișa t ehnică
Capacitatea de încălzire (kW) 2.8/4.0
Consum (l/h) 0.39/0.56
Combustibil benzină
Temperatura de lucru -40 la +60
Dimensiuni L x l x H 218 x 91 x 147
Greutate (kg) 2.1

Întreg ansamblu a fost realiza cu ajutorul programului de proiectare Catia V5 în care s-a
realizat 3d-ul întregului ansamblu (Figura 4.10) , 3D-ul semifabricate lor ITEM au fost preluate de
pe site -ul oficial al furnizorului, blaturile pentru baza realizată din ITEM au fost proiectate din
tabla de 3 mm si fixate cu șuruburi . Suporți pentru a susține arzătorul și catalizat orul au fost
realizați tot din tablă de 3 mm îndoită și fixate cu șuruburi. Pentru a alimenta arzătorul cu curent
s-a folosit un acumulator de 12 V de autoturism iar pentru a alimenta cu combustibil s-a folosit
un rezervor din plastic.

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
52

Figura 4.10 Ansam bu 3D
Arzătorul achiziționat nu a fost conceput pentru acest scop a fost nevoie de o modificare
al acestuia și realizarea unei flanșe de adaptare între arzătorul webasto și catalizator prezentate in
figura 4.11. Modificările aduce arzătorului au fost reali zate cu ajutorul programului de proiectare
Catia v5 în urma căruia s-a realizat un desen de execuție pentru realizarea acestuia.

Figura 4.11 Modificarea adusă arzătorului.
Etanșarea dintre adaptor si catalizator se va face cu ajutorul unui inel de etan șare
cu care este echipat vehic ulul de către producător adică piesa a unui sistem de evacuare al unu
motor v6 de 3.6l. Inelul de etanșare are locașul lui în adaptorul realizat iar prinderea pe
catalizator va fi realizată cu ajutorul unui colier metalic și acesta fiind parte din sistemul de

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
53
evacuare al autovehiculului. În figura 4.12. Este prezentată o secțiune prin mecanismul de
prindere și etanșare.

Figura 4.12 Colierul de prindere
Standul pe care s -au realizat testele a fost realizat din profile prefab ricate ITEM
blatul mesei și suporți pentru fixarea ansamblului, arzător și catalizator, au fost prefabricate din
table de oțel de 3 mm. Suprafețele de lucru si suporți pentru a susține catalizatorul au fost
realizați în cu ajutorul unui program de proiecta re CATIA V5 și apoi tăiate cu l aser în urma
cotelor din desenele de execuție a fiecărui element în parte. Elementele ce se pot găsi în comerț
au fost achiziționa te iar restul elementelor la care a fost nevoie de o prelucrare mai complexa au
fost executate prin așchiere și tăiere cu lase r în cazul tablelor .
În figura 4.13 De mai jos este prezentat standul asamblat în cadrul facultății.

Figura 4.13 Standul asamblat

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
54
4.2.2. METODOLOGIA DE LUCRU
Scopul acestei lucrări este acela de a studia și experimenta o metoda prin care se
poate aduce un cat alizator la tempera tura sa optima de light -off cu ajutorul unui arzător cu
combustibil în cazul nostru pe benzină. Un ideal ar fi sa se poată atinge temperatura de light -off
300°C într-un timp cât mai scurt. Pentru a pute a implementa acestă soluție ar fi p referabil ca
timpul de încălzire al monolitului să fie mai mic de 30 secunde.
După asamblarea și poziționarea standului de lucru s -a ales metodologia de
măsurare a temperaturii monolitului ceramic. Pentru acest scop sa ales măsurarea efectivă a
propagării temperaturii la nivelul catalizatorului s -au introdus 6 termocuple de tip K, c apabile să
măsoare temperaturi între 0 și 1230°C prezentate în figura 4.14 Aceste 6 termocuple au fot
poziționate în diferite puncta de interes di n catalizator.

Figura 4.1 4 Termocupla de tip K [42]
– T1 a fost poziționat înaintea monolitului ceramic;
– T2, T3, T4 poziționate pe distanța monolitului ceramic;
– T5 poziționat la ie șirea din primul monolit, catalizatorul folosit fiind format din doi
monoliți ceramici;
– T6 pozițion at la ieșirea ultimului monolit . (Figura 4.1 5)
Un prim obiectiv ar fi ca Termocupla T2 sa ajungă la o temperatură de 300 °C ]n
timp cat mai scurt, lucru care ar indica faptul ca o treime din monolitul ceramic ar putea face lo c
realiz ării de reacții chimice .

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
55

Figura 4.15 Poziționarea termocuplelor de tip K .
Valorile sunt preluate cu ajutorul termocuplelor și interpretate de către o interfață
dedicată acestor termocuple (figura 4.1 6) care la rândul ei transmite datele către interfața vector
care transmite datele către calculator ele fiind interpretate cu ajutorul software -ul interfeței .

Figura 4.16 Interfața preluare date termocuple.
Un alt echipament folosit în acest studiu este o interfață Vector prezentat în figura 4.17
de mai jos, interfața având rolul de a afișa datele ți de a stabili viteza de citire împreună cu rata
de refresh al acestora. Interfața poate fi conectată la un calculator cu un sistem de operare
Windows care permite o vizualizare a temperaturilor în timp r eal pentru fiecare te rmocu plă în
parte, softul de monitorizare este 4Config (Figura 4.1 8).

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
56

Figura 4.17 Interfața Vector .

Figura 4.1 8 Softul de monitorizare 4Config .
Pentru a stabili debitele de aer folosite în acest studiu s -a montat un debitmetru bosch cu
fir cald provenind de pe u n autoturism în figura 4.19 Datele preluate au fost măsurate in timp
real cu ajutorul unui tester VCDS, dedicat mărcii , fiind conectat direct la autovehicul. Un factor
important al acestui debitmetru este ca măsurătorile sa nu fie efectuate în timpul funcț ionării
flăcării arzătorului deoarece acest lucru ar influența negativ valorile preluate de debitmetru el
fiind cu fir cald.

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
57

Figura 4.19 Debitmetru BOSCH
4.3. ÎNCERCĂRI EXPERIMENTALE
Primele încercări de teste au fost făcute î n cadrul facultății în care s-a montat
standul de testare iar arz ătorul a funcționat în regim standard de funcționare. În urma primelor
încercări de a încălzii catalizatorul, în urma rezultatelor, s-a realizat ca datorita contrapr esiunii
realizate de monol it căldura produsă de arzător , datorita unui debit de aer insuficient , căldura
staționează o mare perioadă de timp în zona t ermocup lei T1 (adică cea dinainte monolitului,
figura 4.1 6) motiv pentru care aceasta ajunge la temperatur i de aproximativ 850 °C în timp foarte
scurt. În schimb termocupla T2 (fig ura 4.1 6) începe sa atingă o temperatura de 300 °C într-un
timp mult prea mare motiv pentru care a fost nevoie de o a doua testare în care s -a încercat
introducerea diferitelor debite de aer (Figura 4. 20) pentr u a vedea influenta acestora as upra
timpului de încălzire al monolitului ceramic.

Figura 4. 20 Măsurarea debitelor de aer

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
58
Testele de debit s -au făcut în mai multe etape cu ajutorul unui compresor la care s -a
putut regla o presiune fixa care va fi adăugata ca surplus sistemului deja exi stent pe arzător
(Figura 4 .21) și a putea observa influențele debitului de aer asupra timpului de încălzire al
monolitului ceramic .

Figura 4.2 1 Creșterea debitului de aer
După stabilirea debitului de aer optim pentru un tim p cât mai scurt de încălzire a
catalizatorului a fost obturată evacuarea catalizator ului cu 50% (Figura 4.2 2) pentru a determina
căldura sa stea un timp cat mai îndelungat în interiorul catalizatorului.

Figura 4.2 2 Obturarea evacuării catalizatorului
Valorile diferitelor debite de aer au fost preluate cu ajutorul unui debitmetru bosch
valorile de măsur ate de acest a au fost în mg/ cursă și au trebuit transformate în m3/s.
Stabilirea debitului de aer la diferite presiu ni (Tabelul 4. 4, Figura 4.2 3):

GRUIA N David Iosif Eroare! Ut ilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
59
Tabel ul 4.4 Debitul la diferite presiuni
Arzător mg/cursă m3/s
Fără supraalimen tare 130 0.00346
1 [bar] 240 0.00639
2 [bar] 285 0.00759
3 [bar] 340 0.00905
4 [bar] 385 0.01025
5 [bar] 400 0.01065
6 [bar] 470 0.01251

Figura 4.2 3 Debitul de aer în funcție de presiunea aerului la intrare a în arzător
Măsurarea timpului de încălzire a catalizatorului fără creșterea debitului de aer și
măsurarea timpului după introducerea debit elor mai ma ri în sistemul de încălzire .
1. Prima încercare a fost cu sistemul standard a l arzătorului 0.00346 m3/s cu p atm
(Figura 4.2 4. În acest caz se poate observa ca termocupla T2, prima introdusă in
monolit atinge o temperatură de 300 °C în 65 secunde, T3 în 115 secunde iar T4
în 17 0 secunde. Transferul termic la nivelul monolitului este unul lent datorat
contra presi unii fapt care se poate observa în cazul termocuplei T2 care timp de
40 de secunde de la o temperatură ambientală are o creștere de 30 °C, moment in
care începe o creștere exponențiala pana la 300 °C în 25 de secunde. Termocu pla
T3 are o creștere lentă a t emperaturii de 35°C timp 80 de secunde , moment în care
începe o creștere exponențiala pana la 300 °C în 35 de secunde. Termocupla T4
are o creștere a temperaturii de 35 °C în 130 de secunde , moment în care începe o
creștere exponențiala pana la 300 °C în 40 de secunde. 0.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.014
0.5 11.5 22.5 33.5 44.5 55.5 66.5 77.5Debit aer [m3/s]
Presiune [bar]

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
60

Figura 4.2 4 Presiunea admisie = p atm

2. În a doua încercare a fost introdu s un debit de 0.00639 m3/s cu 1 [bar] (Figura
4.25). În acest caz termocupla T2 atinge temperatura de 300 °C în 55 secunde, T3
în 95 se cunde iar T4 în 140 secunde.

Figura 4.2 5 Presiunea admisie = 1 [bar]

3. A treia încercare a fost după introducere unui debit de 0.00759 m3/s cu 2 [bar]
(Figura 4.2 6). În acest caz termocupla T2 atinge temperatura de 300 °C în 55
secunde, T3 în 90 secunde i ar T4 în 1 28 secunde. 0100200300400500600700800900
0102030405060708090100110120130140150160170Temperatur a[°C]
Timp[s]
T1 T2 T3 T4 T5 T6
0100200300400500600700800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140Temperatur a[°C[
Timp[s]
T1 T2 T3 T4 T5 T6

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
61

Figura 4.26 Presiunea admisie = 2 [bar]

4. A patra încercare a fost după introducere unui debit de 0.00905 m3/s cu 3 [bar]
(Figura 4.2 7). În acest caz termocupla T2 atinge temperatura de 300 °C în 5 7
secunde, T3 în 9 2 secunde iar T4 î n 125 secunde

Figura 4.2 7 Presiunea admisie = 3 [bar]

5. A cincea încercare a fost după introducere unui debit de 0.01025 m3/s cu 4 [bar]
(Figura 4.2 8). În acest caz termocupla T2 atinge temperatura de 300 °C în 55
secunde, T3 în 90 secunde iar T4 în 130 s ecunde 050100150200250300350400450500550600650700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Temperatur a[°C]
Timp[s]
T1 T2 T3 T4 T5 T6
050100150200250300350400450500550600650
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Temperatur a[°C]
Timp[s]
T1 T2 T3 T4 T5 T6

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
62

Figura 4.2 8 Presiunea admisie = 4 [bar]

6. A șasea încercare a fost după introducere unui debit de 0.01065 m3/s cu 5 [bar]
(Figura 4.2 9). În acest caz termocupla T2 atinge temperatura de 300 °C în 45
secunde, T3 în 75 secunde iar T4 în 95 secunde.

Figura 4.2 9 Presiunea admisie = 5 [bar]

7. A șaptea încercare a fost după introducere unui debit de 0.01251 m3/s cu 6 [bar]
(Figura 4. 30). În acest caz termocupla T2 atinge temperatura de 300 °C în 55
secunde, T3 în 80 secunde iar T4 în 1 10 secunde . Aici se poate observa ca odată 050100150200250300350400450500550600650
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Temperatur a[°C]
Timp[s]
T1 T2 T3 T4 T5 T6
050100150200250300350400450500
05101520253035404550556065707580859095Temperatur a[°C]
Timp[s]
T1 T2 T3 T4 T5 T6

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
63
cu supr aalimentarea cu un debit mult prea mare crește timpul de încălzire al
monolitului.

Figura 4.30 Presiunea admisie = 6 [bar]

8. A opta încercare a fost după introducere unui debit de 0.01065 m3/s cu 5 [bar]
(Figura 4. 31). În ac est caz termocupla T2 atinge te mperatura de 300 °C în 55
secunde, T3 în 90 secunde iar T4 în 125 secunde. Aici se poate observa că
obturând evacuarea catalizatorului la debitul la care s -a obținut timpul cel mai
scurt de încălzire al catalizatorului timpii de încălzire al catalizatorulu i cresc.

Figura 4.3 1 Presiunea admisie = 5 [bar] și obturată evacuarea cu 50% 050100150200250300350400450500550600650
05101520253035404550556065707580859095100105110Temperatur a[°C]
Timp[s]
T1 T2 T3 T4 T5 T6
050100150200250300350400450500550600650700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Temperatur a[°C]
Timp[s]
T1 T2 T3 T4 T5 T6

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila P ornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
64
În tabelul 4. 5 de mai jos se pot observa timpii în care termocuplele introduse în
monolitul catalizatorului au ajuns la o temperatura de 300 °C

Tabel ul 4.5 Timpul de încălzire la diferite debite
Debit 0,0034 [m3/s] cu patm Debit 0,0102 [m3/s] cu 4 [bar]
300 °C T2 T3 T4 300 °C T2 T3 T4
65 [sec] 115 [sec] 170 [sec] 55 [sec] 90 [sec] 125 [sec]
Debit 0,0063 [m3/s] cu 1 [bar] Debit 0,0106 [m3/s] c u 5 [bar]
300 °C T2 T3 T4 300 °C T2 T3 T4
55 [sec] 95 [sec] 140 [sec] 50 [sec] 75 [sec] 95 [sec]
Debit 0,0075 [m3/s] cu 2 [bar] Debit 0,00125 [m3/s] cu 6 [bar]
300 °C T2 T3 T4 300 °C T2 T3 T4
55 [sec] 90 [sec] 128 [sec] 55 [sec] 80 [sec] 110 [se c]
Debit 0,0090 [m3/s] cu 3 [b ar] Obturate output 50% cu 5 [bar]
300 °C T2 T3 T4
300 °C T2 T3 T4
57 [sec] 92 [sec] 125 [sec] 55 [sec] 90 [sec] 125 [sec]

4.4. ANALIZA REZULTATELOR
În urma încercărilor efectuare la diferite debite se poate observa inerția monolitului
catalitic de a reți n căldura, acest lucru observându -se în momentul răcirii catalizatorului la
temperatura ambientală cu un flux de aer rece constant in aproximativ 25 -30 minute.
Transferul termic lent al monolitului se poate observa în toate cazurile cu ajutorul
termocuple lor moment în care T1 nu depășește o temperatura de 600 °C termocupla T2 nu are o
creștere semnificativă , la fel se întâmpla si cu termocupla T3 si T4. Î n cazul unde s -a f olosit o
supraalimentare de 5 [bar] s -a obținut timpul cel mai scurt timp de încălzir e al monolitului T1
atinge aproximativ o temperatură de 370 °C moment în care termocupla T2 începe s ă crească in
temperatură în schimb T3 începe o creștere a temperaturii în momentul în cate T 2 ajunge la o
temp eratură de 300 °C iar ultima termocupla din mo nolit T4 începe să -și modifice temperatura
în momentul în care T3 atinge o temperatură de 230 °C.
În figura 4.3 2 este analizată temperatura de light -off al termocuplei T2 la diferitele
supraalimentări ale arzătorului. În toa te cazurile este un timp relati v mare în care monolitul are o
creștere destul de lenta de 20 -30 °C timp de 30 -40 secunde, moment în care monolitul are o
creștere accelerată a temperaturii până a atinge temperatura de 300 °C în aproximativ 20
secunde . Cele mai bune valori s -au obținut la o supraalimentare de 5 [bar] unde se poate observa

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul car e doriți să apară aici.
65
ca transferul termic la nivelul monoli tului este unul lent datorat contra presiunii fapt care timp de
25 de secunde de la o temperatură ambientală adică are o creștere de 20 °C, 0,8 °C/s, moment in
care î ncepe o creștere exponențiala timp de 20 de secunde pana la 300 °C, 10.9 °C/s având un
timp total de 45 secunde. Folosirea unui debit mai mic influențează negativ timp ii de încălzire al
monolitului deoarece nu exista un flux de aer suficient să învingă con trapresiunea produsă de
monolit și vom avea un transfer termic mult mai mic. Folosirea unui debit mai mare influențează
tot negativ deoarece fluxul de aer cald va trec e mult prea repede prin monoli t iar transferul
termic nu reușește să se realizeze. O btura rea evacuării monolitului cu 50 % influențează tot
negativ.

Figura 4.3 2 Temperaturile termocuplelor T2
Transferul termic lent al monolitului se datorează mai multor facto ri:
– Densitatea mon olitului;
– Temperatura ambientala;
– Inerția termică al acestuia;
– Puterea arzătorului;
– Debitul de aer folosit;
– Contrapresiunea provocată de monolit;
– Structura și dimensiunea monolitului catalitic;
În urma încercărilor efectuate se poate obs erva ca debitul optim pentru arzătorul f olosit
este acela produs cu o supraaliment are de 5 [bar] (Figura 4.33) în care termocupla T2 atinge 050100150200250300350400450500
05101520253035404550556065707580859095Temperatur a[°C]
Timp [s]
T2 T2 [1 bar] T2 [2 bar] T2 [3 bar]
T2 [4 bar] T2 [5bar] T2 [6 bar] T2 [°C] – 50%

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
66
temperatura de 300 °C în 45 secunde, T3 în 75 secunde iar T4 în 95 secunde. Și în acest caz se
poate vedea transferul lent de căldură la nivelul monolitului în dreptul termocuplei T2 datorat
contra presiunii în primele 25 de secunde de la o temperatură ambientală adică are o creștere de
20 °C cu 0,8 °C/s, după care începe o creștere accelerată timp de 20 de secunde pana la 300 °C
cu 10.9 °C/s având un tim p total de 45 secunde . Termocupla T3 are un timp de 40 de secunde cu
o creștere lentă a temperaturii de 23 °C cu 0,57 °C/s apoi începe o creștere a temperaturii pana la
300 °C în 35 secunde cu 6,3 °C/s. Termocupla T4 ultima din monolit are o creștere mult mai
lentă timp de 55 de secunde nu are o creștere semnificativă a temperaturii ea fiind de 24 °C după
care începe o creștere lină într-un timp de 40 secunde cu o creștere de 5,4 °C/s până la
temperatura de 300 °C. Din aceste rezultate se poate vedea capacitatea ridicată de a absorbi
energia termică a catalizatorului. Viteza de trecere a căldurii de la T2, T3 și T4 este de 15
secunde între momentele în care încep să aibă o creștere semnificativa a temperaturii.

Figura 4.33 Supra alimentare cu 5 [bar]
050100150200250300350400450500
05101520253035404550556065707580859095Temperatura [°C]
Timp [s]
T2 T3 T4

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
67
5. CONCLUZII FINALE ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE
În con cluzie în urma testelor efectuate si valor ilor obținute se poate observa ca structura
si densitatea monolitului influențează negativ deoarece produce o contrapresiune care trebuie
învinsă cu ajutorul unui debit mai mare de aer. Acest lucru se poate observa în încercarea cu
arzătorul standard momen t în care termocupla T1 a tinge o temperatură de 700 °C moment în care
prima termocupla din monolit T2 începe să crească în temperatura. În urma încercărilor cu mai
multe debite s -a ajuns la concluzia ca la un debi t de 0.01065 m^3/s monolitul are timpul ce l mai
scurt cu un arzător de 4 k W. T2 ajungân d la o temperatură de 300 °C în 50 secunde moment în
care o treime din monolit ar fi capabil de efectuarea reacțiilor catalitice. Reușind încălzirea
catalizatorului într -un timp cât mai scut se vor reduce emisii le majore ale unui autovehicul
motivul fiind acela că ele poluează cel mai mult până ajunge la temperatura de lucru catalizatorul
pentru a putea realiza reacțiile catalitice, acest lucru fiind un beneficiu major în ce privește
reducerea poluării autovehicu lelor fapt care poate fi resimțit in mai ales în marile orașe.
În cazul implementării acestui sistem pe un autoturism ar fi problema dezvoltării
debitului de aer mare o soluție ar fi creșterea puterii arzătorului mai mare de 4 kW și f olosirea
unui debit ma i mic de aer pentru a avea un timp mai scurt pentru încălzirea monolitului
catalizatorului.
Contribuțiile proprii au fost de a realiza întregul ansamblu cu ajutorul unui program de
proiectare Catia V5 pentru a put ea realiza adaptoarele si modific ările nec esare sistemului pentru
a putea face încercările . După realizarea desenelor tehnice ale elementelor care au avut nevoie de
o prelucrare prin înlăturare de material și debitare cu laser în cazul tablelor s -a contact at firme
pentru a putea realiza elementele . Următoarea etapă a fost de a asambla standul în cadrul
facultății pentru a încerca primele teste în urma cărora s -a realizat ca este nevoie de un debit mai
mare de aer datorita contra presiunii monolitului . Pentr u a remedia această problema a fo st
nevoie de o modificare la sistemul de admisie al arzătorului pentru a putea aduce un surplus de
aer sistemului. Pentru a realiza măsurătoril or debitelor de aer introduse s -a folosit debitmetrul
unui autoturism din grupul vag conectat la autovehicul si citind val orile prin intermediul
interfeței vcds, dedicat grupului, care au fost în mg/ cursă și a fost nevoie de transformarea
datelor în m^3/s pentru o interpretare mai ușoara ale acestora.

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
68

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
69
BIBLIOGRAFIE
[1] A. Carace ni, V. Cioffi, F. Garofalo, A. Senatore, G . Vittorioso, C. Barberio, G. Saroglia,
Emission control technologies for EU stage IV + EOBD on small cars (Part I) pre -screening
of potential solutions, SAE Paper 199901 -0775, 1999.
[2] R.M. Heck, R.J. Farrauto, Autom obile exhaust catalysts, Applie d Catalysis 221 (1 –2) (2000)
443–457.
[3] G.C. Koltsakis, A.M. Stamatelos, Catalytic automotive exhaust aftertreatment, Progressive
Energy Combustion Science 23 (1997) 1 –39.
[4] T. Kirchner, G. Eigenberger, On the dynamic behavior of automotive catalysts, Catalysi s
Today 38 (1) (1997) 3 –12.
[5] R.F. Farrauto, R.M. Heck, Catalytic converters: state of the art and perspectives, Catalysis
Today 51 (3 –4) (1999) 351 –360.
[6] Y. Zhenming, Z. Jinsong, C. Xiaoming, L. Qiang, X. Zhijun, Z. Zhimin, Mic rowave
enhanced exhaust convers ion of inte rnal combustion engines, Applied Catalysis 34 (2)
(2001) 129 –135.
[7] W.W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine, Prentice
Hall Inc., USA, 1997.
[8] W.R. Moore, R. Mondt, Predicted cold star t emission reductions resulting from exhau st
thermal energy conversation to quicken catalytic converter lightoff, SAE Paper 931087,
1993.
[9] C.A. Amann, Control of the homogeneous -charge passenger car engine -defining the
problem, SAE Paper 801440, 1980.
[10] K. Ho rie, H. Takahasi, S. Akazai, Em ission redu ction during warm -up period by
incorporating a wall -wetting fuel model on the fuel injection strategy during engine starting,
SAE Paper 952478, 1995.
[11] E. Korin, R. Reshef, D. Tshernichovesky, E. Sher, Reducing cold -start emission from
internal co mbustion en gines by means of a catalytic converter embedded in a phase -change
materials, Journal of Automobile Engineering 213 (D) (1999) 575 –583.
[12] J. Kaspar, P. Fornasiero, N. Hickey, Automotive catalytic converters: current status and
some perspectives, C atalysis To day 77 (4) (2003) 419 –449.
[13] Y. Shimasaki, H. Kato, F. Abe, S. Hashimoto, T. Kaneko, Development of extruded
electrically heated catalyst system for ULEV standards, SAE Paper 971031, 1997.

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să ap ară aici.
70
[14] F.J. Hanel, E. Otto, R. Bru ¨ck, Electrically heated cataly tic convert er (EHC) in the BMW
ALPINA B12 5.7 switchtronic, SAE Paper 960349, 1996.
[15] V.S. Sendil, K.B. Jeyachandran, K. Bhaskar, Experimental investigation of emission control
from spark ignition engine using electrically heat ed catalyst, SAE Technical Pape r 2001 -01-
2000, 2001.
[16] C. Cinar, T. Topgul, The investigation of the effect of catalytic convertor on exhaust
emissions during heating period in fuel injection gasoline engines, 7th International
Combustion Symposium, Ankara, Turkey, July 17 –18, 2002.
[17] J.M. Serra, A. C orma, A. Chica, E. Argente, V. Botti, Can artificial neural networks help the
experimentation in catalysis? Catalysis Today 81 (3) (2003) 393 –403.
[18] T. Yasgashi, K. Yoshizake, T. Nagami, S. Sugiuram, T. Yoshigama, K. Ohsawa, New
technology for reducing the p ower consumption of electrically heated catalysts, SAE Paper
940464, 1994.
[19] G.C. Koltsakis, P.A. Konstantinidis, A.M. Stamatelos, Development and application range
of mathematical models for 3 -way catalytic converte r, Applied Ca talysis B: Environmental
12 (1997) 161 –191.
[20] Brandt,E.P.,Wang,Y.,andGrizzle,J.W.(2000).Dynamic modeling of a three -way catalyst f or
si engine exhaust emission control. Control SystemsTechnology, IEEE Transactions on,
8(5), 767 –776.
[21] FIA Mobility , Global reduction in CO2 emissions from c ars: a consumer’s perspective,
Paris, November 2015
[22] Arthur D.Little, UNEP, Global Fuel Economy Initiative 2014 Report.
[23] M. Ali Akcayol, C. Cinar / Applied Thermal Engineering Artificial neutral network b ased
modelin g of heated catalytic converter performanc e, 25 (2005) 2341 –2350
[24] Stefano Sabatini et al. A New Semi -Empirical Temperature Model for the Three Way
Catalytic Converter , IFAC -PapersOnLine 48 -15 (2015) 434 –440
[25] http://descopera.truezone.ro/efectul -de-sera-accentuat -cu-patru -noi-gaze-descoperite -recent/
[26] https://www.livesci ence.com/3774 3-greenhouse -effect.html
[27] https://www.economica.net/taxa -auto-2020 -taxa-poluare -2020 -taxa-prima -inmatriculare –
2020-emil-boc-cluj_180627.html
[28] https://www.ucsusa.org/resources/cars -trucks -buses -and-air-pollution
[29] https://www.europarl.europa.eu/news/ro/headlines/society/20180920STO14027/reducerea –
emisiilor -de-co2-de-la-masini -noile -obiective -explicate

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
71
[30] https://www.rac.co.uk/drive/advice/emissions/euro -emissions -standards/
[31] https://www.autotecnica.org/ossidi -dazoto -nox-cosa-sono -quando -si-generano -e-come -si-
contrastano/
[32] https:/ /www.open.edu/openlearn/ocw/mod/oucontent/ view.php?printable=1&id=2492
[33] https://www.basf.com/ca/en/media/science -around -us/catalytic -converter.html
[34] https ://www.emissol.com/technologies/
[35] https://www.rac.co.uk/drive/advice/emissions/die sel-particulate -filters/
[36] https://dailydriven.ro/totul -despre -filtrul -de-particule -dpf
[37] http://www.e -automobile.ro/categorie -motor/18 -benzina/64 -catalizator -benzina.html
[38] https://www.emitec.com/en/technology/catalyst -substrates/emicat/
[39] https://www.cont inental.com/en/press/press -releases/2020 -03-12-emitec -216504
[40] https://www.webasto -shop.ro/autoturism e/incalzitoare -apa/sod -tt-evo-4-petrol -4kw-basic –
cam-sod/624
[41] https://standhe izung -shop.de/parking -heater/Car -VAN/water -heaters/Thermo -Top-EVO-
4/LU -TT-Evo-4-Benzin -4kw-Basic -CAM -SOD –
614.html?MODsid=i3h7un8hjgkj6jos1r3vevkha6
[42] https://www.eduvolt.ro/termocuplu -de-tip-k/

GRUIA N David Iosif Eroare! Utilizați fila Pornire pentru a aplica
Heading 1,Capitol la textul care doriți să apară aici.
72
ANEXE
ANEXA 1.