1

UNIUNEA EUROPEAN GUVERNUL ROMNIEI

MINISTERUL MUNCII, FAMILIEI I PROTECIEI SOCIALE

AMPOSDRU

Fondul Social European

POSDRU 2007-2013

Instrumente Structurale

2007-2013

OIPOSDRU UNIVERSITATEA DIN PITETI

SUPORT DE CURS PENTRU PROGRAMUL DE

FORMARE PROFESIONAL

OCUPAIA TEHNICIAN TEHNOLOG MECANIC

COD COR 3115.3.2

PROIECT POSDRU/87/1.3/S/61991

FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Investete n

OAMENI

Creterea competitivitii nvmntului romnesc preuniversitar, din domeniul auto, prin formarea cadrelor didactice la standarde europene. AUTO-FORMPOSDRU/87/1.3/S/61991

Proiect cofinanat din Fondul Social European

prin Programul Operaional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013

2

Cuprins: 1.MOTOARE PENTRU AUTOVEHICULE ............................................................................................................................ 3

1. SISTEMUL DE ALIMENTARE CU COMBUSTIBIL LA MOTORUL CU APRINDERE PRIN SCNTEIE .. 3 2. SISTEMUL DE ALIMENTARE CU COMBUSTIBIL LA MOTORUL CU APRINDERE PRIN COMPRIMARE.................................................................................................................................................... 11 3. SISTEMUL DE TURBO SUPRAALIMENTARE A M.A.I. ............................................................................. 24 4. SISTEME DE DEPOLUARE CHIMIC A MOTOARELOR .......................................................................... 29

2.TRANSMISIA AUTOVEHICULELOR ............................................................................................................................... 50 1. TRANSMISIA AUTOMOBILELOR ........................................................................................................................... 50 2. AMBREIAJE ........................................................................................................................................................ 54 3. CUTII DE VITEZ ................................................................................................................................................. 66 4. TRANSMISIA LONGITUDINAL, CONSTRUCIE I FUNCIONARE .......................................................................... 87 5. MECANISME DE PUTERE ALE PUNII MOTOARE .................................................................................................. 92

3.ECHIPAMENTUL ELECTRIC, ELECTRONIC .............................................................................................................. 104 I ECHIPAMENTELE AUXILIARE ALE AUTOVEHICULELOR .................................................................................... 104

1. GENERALITI ............................................................................................................................................ 104 2. STRUCTURA GENERAL A ECHIPAMENTULUI ELECTRIC ................................................................ 106 3. BATERII DE ACUMULATOARE ................................................................................................................. 110 4. ALTERNATORUL ......................................................................................................................................... 111 5. RELEE ........................................................................................................................................................... 113 6. MOTOARE DE CURENT CONTINUU LA AUTOVEHICULE .................................................................... 116 7. TRADUCTOARE I SENZORI FOLOSII LA AUTOVEHICULE .............................................................. 119 8.ECHIPAMENTE AUXILIARE ALE AUTOVEHICULELOR ......................................................................... 132

4.ECHIPAMENTE DE TESTARE I DIAGNOSTICARE ................................................................................................ 160 PENTRU AUTOVEHICULE ................................................................................................................................................. 160

1. GENERALITILE PROCESULUI DE DIAGNOSTICARE A AUTOVEHICULELOR ...................................................... 160 2. PARAMETRUL DE DIAGNOSTICARE. GENERALITI .......................................................................................... 166 3. CONTROLUL INTELIGENT AL MOTOARELOR CU ARDERE INTERN .................................................................... 170 4. DIAGNOSTICAREA MOTORULUI CU ARDERE INTERN ....................................................................................... 183 5. DIAGNOSTICAREA TRANSMISIEI ....................................................................................................................... 187 6. DIAGNOSTICAREA DEZECHILIBRULUI ROII DE AUTOMOBIL .............................................................................. 188 7. DIAGNOSTICAREA GEOMETRIEI SISTEMULUI DE DIRECIE ................................................................................ 191 8. DIAGNOSTICAREA FORMEI FASCICULULUI LUMINOS A FARURILOR DE AUTOMOBIL ........................................... 197 9. DIAGNOSTICAREA SISTEMULUI DE FRNARE .................................................................................................... 199 10. DIAGNOSTICAREA SISTEMULUI DE SUSPENSIE ............................................................................................... 203 11. DIAGNOSTICAREA INJECTOARELOR MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN SCNTEIE ........................................ 205

5.SISTEME NECONVENIONALE DE PROPULSIE PENTRU AUTOVEHICULE .................................................... 208 1.HIDROGENUL PURTTOR DE ENERGIE ................................................................................................. 208 2. OBINEREA HIDROGENULUI ................................................................................................................... 212 3.PILELE DE COMBUSTIBIL .......................................................................................................................... 218 4. AUTOMOBILUL ELECTRIC I HIBRID ...................................................................................................... 234 5.STOCAREA HIDROGENULUI ...................................................................................................................... 272 6.TRANSPORTUL HIDROGENULUI .............................................................................................................. 269 BIBLIOGRAFIE ..................................................................................................................................................... 281

3

1.MOTOARE PENTRU AUTOVEHICULE

1. SISTEMUL DE ALIMENTARE CU COMBUSTIBIL LA MOTORUL CU APRINDERE PRIN SCNTEIE

1. INJECIA ELECTRONIC

Pn n zilele noastre sistemele de injecie au evoluat constant. Motivul acestei evoluii l constituie faptul c poluarea are o mare acoperire n dezbaterile comunitii europene i mondiale. De altfel, a avut loc o evoluie att de rapid a normelor de poluare nct constructorii au fost obligai s fac eforturi mari pentru a-i aduce produsele spre nivel de poluare/depoluare cerut.

Injecia de benzin i are nceputurile ntre anii 1898-1901, cnd firma Deutz folosete pentru prima dat instalaii pentru injectarea benzinei la motoarele de serie. Sistemul este apoi adoptat de constructorii de avioane, care l aplica ntre anii 1906-1910 la motoarele de avion. n anul 1937 s-a construit prima motociclet cu injecie de benzin i injectoare electromagnetice, n timp ce uzinele Daimler-Benz si Auto-Union echipeaz cteva automobile cu injecie de benzin. Injecia de benzin se impune constructorilor motoarelor de automobile abia n anii 1950, datorit rezultatelor obinute de firma Mercedes-Benz cu modelul MB300SL.

Orice echipament de injecie destinat motoarelor cu ardere intern, trebuie s fie astfel realizat nct s asigure comprimarea combustibilului la presiuni suficient de mari, necesare pulverizrii, dozarea precis a cantitaii de combustibil pe ciclu i o declanarea controlat a injeciei.

Comprimarea combustibilului la presiuni de injecie de 0,20,4 MPa, necesare pulverizrii benzinei, nu poate fi realizat direct de ctre vreun dispozitiv electronic. Aceast funcie este realizat cu ajutorul pompelor de alimentare, care, pentru debite i presiuni mici de refulare, pot fi antrenate cu ajutorul unor motoare electrice alimentate

de la bateria de acumulatoare a autovehiculului. n acest caz, motorul electric de antrenare poate fi comandat de ctre unitatea electronic de control.

Dozarea combustibilului poate fi facut la admisia acestuia n pomp sau la refulare. n ambele cazuri, participarea electronicii este posibil, fie comandnd corespunztor o electrovalv montat la admisiunea combustibilului n pomp, fie acionnd diferite elemente de execuie, activate de unitatea electronic de comand i control. n cazul utilizarii injectoarelor electromagnetice, dozarea combustibilului injectat pe ciclu se face prin reglarea timpului de deschidere a acestora, controlnd durata semnalului electric emis de unitatea central.

Declanarea injeciei, precum i precizia momentului producerii acesteia pe ciclu pot fi comandate electronic, uor i cu precizie. n acest sens se folosesc semnale electrice de declanare, n corelaie cu turaia i ordinea de aprindere a motorului, de ctre unitatea electronic, dupa un program dinainte memorat.

4

Introducerea combustibilului n cilindrii motorului sau n colectorul de admisie se preteaz, de asemenea, n cazul utilizarii injectoarelor electromagnetice, la comand i control electronic. Prin ridicarea acului injectorului, cu ajutorul unui solenoid activat de

unitatea electronic, combustibilul care traverseaza injectorul are acces la motor. Pulverizarea combustibilului depinde de geometria orificiului de pulverizare i de presiunea existent n amontele acestui orificiu ; funcia de pulverizare nu poate fi controlat electronic.

Utilizarea sistemelor de injecie n locul carburatoarelor, a dus, pe lng reducerea emisiilor poluante, la o mulime de mbuntiri n funcionarea motorului, din care enumerm :

- economie de combustibil, prin adaptarea precis a cantitaii de combustibil injectat la condiiile de lucru ale motorului,

- rspuns rapid la apsarea clapetei de acceleraie ; - flexibilitate mai mare a motorului la trecerea de la un regim la altul ; - mbuntirea pornirii la rece i a inclzirii motorului ; - controlul precis al turaiei de ralanti ; - ntreruperea alimentrii cu combustibil n timpul deceleraiei ; - eliminarea fenomenului de givrare care apare iarna, uneori, la motoarele cu

carburator ;

- diagnosticare rapid ; - prezint o mare precizie n funcionare, datorit construciei lor relativ simple i

comenzilor electronice de care dispun.

Superioritatea injeciei electronice de benzin se manifesta i prin precizia de dozare a benzinei, uniformitatea sporit a dozrii acesteia ntre cilindrii motorului. De asemenea, injecia electronic ofer avantaje n sensul posibilitilor de reproducere a unor dependene complexe i variate, cum ar fi a cantitii de benzin injectat pe ciclu n funcie de depresiunea din colectorul de admisie, temperatura aerului din colectorul de admisie, temperatura fluidului de rcire, turaia etc, preciziei sporite, costului i dimensiunilor de gabarit reduse. Avantaje suplimentare apar i din faptul c se pot introduce un numr nsemnat de mrimi de corecie pentru toate regimurile de funcionare ale motorului.

1. CLASIFICAREA SISTEMELOR CU INJECIE DE BENZIN

Indiferent de variantele constructive ale sistemelor de injecie, ele realizeaz pulverizarea combustibilului direct n cilindrii motorului sau n canalizaia de admisie. Se disting astfel:

- procedeul de injecie direct, cnd pulverizarea combustibilului are loc n cilindrii motorului (figura 1.1, b);

- procedeul de injecie indirect, cnd pulverizarea combustibilului are loc n exteriorul cilindrului (figura 1.1, a).

La rndul lui, procedeul de injecie indirect poate fi:

5

- monopunct, cnd injecia combustibilului se realizeaz ntr-o singur zon situat n amontele ramificrii tubulaturii de admisie (figura 1.1, a1); - multipunct, cnd injecia combustibilului se realizeaz n poarta supapei de admisie a fiecrui cilindru (figura 1.1, a2).

a. injecie indirect b. injecie direct 1. monopunct (nu se mai

folosete) 2. multipunct

Fig. 1.1. Procedee de injecie a benzinei

De-a lungul timpului, s-au folosit trei metode de modificare a debitului masic de

benzin injectat n exteriorul camerei de ardere: - prin modificarea presiunii de injecie, cnd injecia este continu, - prin injectare intermitent, momentul declanrii ei fiind bine precizat n raport cu

fazele distribuiei motorului (injecie intermitent fazat), - prin injectare intermitent, fr precizarea momentului declanrii ei (injecie

discontinu, nefazat). n cazul procedeului cu injecie direct, presiunea de injecie ajunge la unele

motoare la valoarea de 10 - 15 MPa i, din aceast cauz, instalaia lucreaz cu zgomot, piesele componente fiind supuse unei uzri mai intense. Injectoarele au o construcie mai complex i sunt mai sensibile datorit contactului direct cu gazele fierbini. Exist, de asemenea, pericolul potenial al contaminrii peliculei de ulei de pe oglinda cilindrului cu benzina injectat. Dat fiind faptul c vaporizarea benzinei se produce n ntregime n cilindru, temperatura la sfritul admisiei scade considerabil, iar cantitatea de amestec combustibil reinut n cilindru crete. Folosirea injeciei directe a permis, aadar, mrirea raportului de comprimare al motorului de la 9-10 pn la 12,5 pentru combustibil cu aceeai cifr octanic, fr detonaie, datorit rcirii pariale a amestecului produs de vaporizarea combustibilului n cilindru. n plus, jetul de combustibil poate fi dirijat spre bujie, astfel nct se poate realiza o stratificare avantajoas a amestecului.

Marea majoritate a motoarelor cu injecie de benzin folosesc la ora actual procedeul injeciei indirecte, datorit avantajului oferit de presiunile de injecie mai sczute, precum i de modificrile constructive mai mici. n acest caz, presiunea de injecie este de maxim 0,3 0,5 MPa.

6

2. PARTICULARITI PRIVIND CONTROLUL ELECTRONIC AL INJECIEI

Cuvntul control nu este utilizat n acest context n sensul de verificare ci pentru a desemna aciunile corective realizate la nivelul anumitor elemente ale motorului (injectie de combustibil, aprindere), n scopul ameliorrii prestaiilor sale. Inteligena sistemelor de control rezid n algoritmii de calcul implementai n memoria ECU (figura 1.2).

O strategie de control este constituit dintr-o succesiune de teste logice i de operaii matematice ce se bazeaz pe parametrii provenii (citii) prin intermediul senzorilor. Un exemplu foarte simplu este prezentat n cele ce urmeaz: dac T < Tprag, atunci dt+1 = dt

. fT, ceea ce determin multiplicarea dozajului d cu un factor fT, dac

temperatura scade sub un anumit prag, Tprag. Faptul de a crea o mbogire dependent de un test de temperatur constituie strategia, iar temperatura Tprag i factorul fT sunt parametrii de calibrare ai strategiei de comand.

O strategie poate bineneles s fie comun mai multor motoare, ns calibrarea sa este specific fiecruia n parte, ca urmare a necesitii de adaptare la exigenele impuse. Se subnelege, prin urmare, c performanele unui sistem de control sunt nu numai legate de pertinena algoritmilor de care se leag strategia de comand dar i de calitatea calibrrii ce a fost fcut. Cu alte cuvinte, performanele sistemului depind de adaptarea strategiei la cuplul motor-vehicul.

Sarcina principal a echipamentului electronic de injecie const n corelarea cantitaii de benzin injectat pe ciclu cu cantitatea de aer aspirat n motor, astfel nct s rezulte dozajul optim pentru fiecare regim de funcionare al motorului. Rezolvarea unei astfel de sarcini se face utiliznd ansamblul senzori/traductori-sistem de comand/ECU-actuatori/elemente de acionare (figura 1.2).

n esen, este vorba despre stabilirea unor dependene cunoscute ntre cantitile de aer i de benzin i o serie de parametri funcionali ai motorului (depresiunea din galeria de admisie, turaia, temperatura motorului, poziia obturatorului etc). Cantitatea de aer aspirat n motor poate fi exprimat n funcie de parametrii funcionali menionai. La exprimarea cantitaii de benzin n funcie de aceiai parametri, trebuie inut seama, ns, de presiunea de injecie, seciunea de curgere din injector i durata injeciei. Pentru valori constante ale presiunii de injecie i seciunii de curgere din injector, modificarea cantitaii de benzin injectat pe ciclu, n concordan cu regimul de functionare al motorului, se poate realiza prin schimbarea duratei injeciei. Partea electronic de comand a echipamentului de injecie asigur modificarea timpului de deschidere a injectorului electromagnetic fr dificultate i cu suficient precizie. Cel mai adesea, se

Fig. 1.2. Structura de baz a sistemului de control al injeciei

7

prefer ca durata de deschidere a injectorului electromagnetic s fie n funcie de depresiunea din colectorul de admisie. Aceasta, ntruct cantitatea de benzin injectat pe ciclu se coreleaz cu cantitatea de aer aspirat pe ciclu, a crei mrime depinde de depresiunea din colectorul de admisie ; dependena de turaie, n acest caz, este mai redus.

Prin urmare, la majoritatea echipamentelor electronice de injecie, reglarea cantitii de benzin injectat pe ciclu se face, cu precdere, n funcie de depresiunea din colectorul de admisie, urmnd s fie aplicate corecii n funcie de turaie (atunci cnd acest lucru este necesar).

Reglarea cantitaii de benzin injectat pe ciclu n funcie de poziia obturatorului atrage, n cazul injeciei electronice, inconvenientul apariiei a dou marimi de reglare: poziia obturatorului i turaia. La o poziie dat a obturatorului, umplerea cu aer a cilindrului depinde foarte mult de turaie, astfel nct cantitatea de benzin trebuie reglat n funcie de turaie. La o turaie dat, umplerea cu aer a cilindrului nu prezint acelai grad de dependena fa de poziia obturatorului. Ca atare, trebuie introduse corecii suplimentare n ceea ce privete reglarea cantitaii de benzin (cum ar fi temperatura aerului aspirat i altitudinea). Corecii ale debitului de benzin injectat n cilindru sunt reclamate i de o serie de regimuri tranzitorii de funcionare a motorului, precum i de temperatura lichidului de rcire.

Pompa de alimentare este de regul imersat n benzina din rezervor i este acionat electric Presiunea benzinei n amontele injectoarelor este meninut constant cu ajutorul unui regulator de presiune care permite returnarea ctre rezervor a excesului de benzin refulat de pompa de alimentare (figura 1.3).

a. ramp de combustibil cu presiune variabil

b. ramp de combustibil cu presiune constant

Fig. 1.3. Sistem de injecie cu i fr retur de combustibil din ramp

Injectoarele electromagnetice, asociate fiecrui cilindru al motorului, sunt deschise prin impulsuri electrice provenite de la unitatea electronic de comand. Durata impulsurilor de comand depinde de depresiunea din colectorul de admisie, turaia motorului, precum i de o serie de alte mrimi de corecie. Aceste mrimi sunt sesizate cu ajutorul traductoarelor mecano-electrice, fiind transmise unitii electronice de comand sub form de mrimi electrice.

8

Dup acest principiu de baz poate fi dezvoltat o varietate nsemnat de echipamente de injecie cu comand electronic, n stare s rspund att cerinelor de sporire a performanelor de putere ale motoarelor, reducerii consumului de combustibil i a emisiilor de produi poluani din gazele de evacuare, ct i cerinelor de pre de cost scazut, fiabilitate, durabilitate, adaptabilitate etc.

Indiferent de tipul lor constructiv, sistemele de injecie controlate electronic sunt dezvoltate dup structura unui sistem automat de control, care este de fapt o ordonare pe trei grupe mari de obiecte fizice : bloc de intrare, bloc de procesare i bloc de ieire-execuie.

Blocul de intrare e constituit din senzori/traductoare ce convertesc mrimi mecanice, termice sau chimice n mrimi electrice. Blocul de procesare a semnalelor de intrare (ECU), care conine i interfaa de intrare cu rol de formare a semnalelor de intrare, efectueaz operaii de integrare, derivare, sumare, comparare a acestor semnale, n vederea generrii unor comenzi ctre elementele de execuie electro-mecanice. Interfaa de ieire adapteaz semnalele de ieire din circuitele de procesare la valori majorate din punctul de vedere al valorilor curenilor capabili s comande circuitele din blocul de ieire. Blocul de ieire-execuie/actuatorii/elementele de acionare conin(e) elementele cu rol de execuie a unor procese i cu rol de afiare-vizualizare a unor caracteristici sintetice pentru supravegherea si diagnosticarea sistemului.

Senzori:

2 senzor de poziie a arborelui cotit

4 senzor de poziie a arborelui cu came

5 senzor poziie clapet obturator

Actuatori:

13 injectoare

14 bobina de inducie pentru aprindere

15 motor pas cu pas

pentru clapeta obturator

16, 29 electrovan EGR

Vecinti motor: 1 disc danturat pentru

reperaj poziie AC 3 reperaj arbore cu

came

21 filtru de aer

23 corp clapet

9

6 senzor de presiune in

colectorul de admisie

7 senzor de temperatur a aerului proaspt 8 senzor de temperatur a lichidului de rcire 9 senzor de poziie a vanei EGR

10 sond amonte catalizator

11 senzor aval catalizator

12 senzor de detonaie 22 debitmetru aer

17 pomp de combustibil

18 electrovan canistr carbon

19 pomp de aer pe circuitul de eapament 20 bujiile de aprindere

obturator

24 camer de linitire 25 catalizator

26 regulator de presiune

carburant

27 ramp de injectie 28 canistr carbon 30 sistem de injecie aer n eapament

Fig. 1.4. Structura general a unui sistem de injecie electronic de benzin

Actualele sisteme de injecie de benzin controlate electronic se bazeaz pe utilizarea unui bloc electronic de comand care folosete un microprocesor conceput sa lucreze n sistem de codificare binar; de aceea toate semnalele recepionate i emise de el vor fi de tip digital. Interfaa de intrare mai are rolul ca pe lng operaiile de filtrare, limitare a amplitudinii etc, s transforme semnalele de tip analog n semnale de tip digital. La ieirea din microprocesor, interfaa de ieire trebuie s transforme marimile digitale emise spre ieire, n semnale de tip analog, pe care le amplific la valoarea care asigur acionarea elementelor de execuie (injectoare, relee electromagnetice etc.). Figura 1.5 reprezint, foarte simplificat, modul de circulatie a semnalului n sistemele de control electronic.

Fig. 1.5. Modul de circulaie a semnalelor

Principala caracteristic a semnalului electric transmis de la blocul electronic de comand injectoarelor, este durata impulsului, durat care determin cantitatea de benzin necesar dozajului corect. Trebuie menionat faptul c se folosesc sisteme de control electronic la care semnalul de ieire poate fi comparat cu semnalul de ieire pretins a fi realizat, o parte a semnalului instantaneu de ieire fiind prelucrat direct (uneori acest semnal este furnizat de un traductor al marimii mecanice de ieire) pentru a servi drept semnal de corecie aplicat blocului de procesare, care efectueaz o corecie n

10

sensul anulrii diferenei ntre semnalul de ieire real i semnalul de ieire dorit. Acest sistem este unul cu reglare n bucl nchis (e.g. control dozaj pentru = 1, control turaie de mers n gol, control avans aprindere la limita detonaiei), considerat mai performant dect sistemul cu reglare n bucl deschis (e.g. stabilirea avansului la aprindere n funcie de punctul de funcionare prin preluare din cartograma de avans, mbogirea amestecului pentru evitarea depirii limitelor termomecanice ale componentelor plasate pe circuitul de evacuare).

Fig. 1.6. Controlul dozajului n bucl nchis i EOBD

Microprocesorul este realizat sub forma unui circuit integrat de o foarte

mare complexitate funcional i constructiv, a crui funcie final este determinat de o secven de instruciuni (numit program). Instruciunile individuale permit microprocesorului s efectueze o funcie de mare complexitate, n mod pas cu pas.

n cazul injeciei controlate electronic, este necesar programarea sistemului electronic de control cu toate informaiile utile formrii duratei precise de injecie. De exemplu, memoria poate contine 16 parametri de sarcin i 16 parametri de turaie (matrice de 1616 puncte) i n fiecare cuadruplu de puncte se pot obine 16 valori de interpolare, ceea ce permite realizarea a 161616 = 4096 valori ale duratei injeciei bazate pe combinaia acestori valori stocate n memorie. Microprocesorul trebuie s in seama i de ali parametri, cum ar fi cei legai de pornirea la rece i de perioada de ncalzire a motorului, de reprize, de deceleraii etc.

Porturile de intrare permit accesul datelor de intrare furnizate de traductoare i de comenzile manuale, n sistem. Microprocesorul interpreteaz datele de intrare i implementeaz deciziile de ieire n conformitate cu programul stocat n memorie. Porturile de ieire procur microprocesorului cile de transmitere a semnalelor ce controleaz elementele de execuie (i.e. actuatorii). Microprocesorul va comunica cu celelalte elemente ale sistemului intern prin transmiterea si receptionarea unor coduri

digitale binare prin conductori numii magistrale. Ca i n cazul altor echipamente de control electronic al altor sisteme ale motorului

sau ale automobilului, (controlul frnrii, controlul traciunii, controlul aprinderii), unele sisteme de control electronic al injeciei de benzin stocheaz n memorie diagrame spaiale complicate (cartograme), sub forme tabelare.

O funcie foarte important efectuat de microprocesor este aceea de a rspunde prioritar la modificarea valorilor unor semnale de intrare ori de ieire (n cazul

11

sistemelor ce lucreaza n bucl nchis de reacie), considerate importante. Aceste semnale sunt tratate prioritar, n sensul c acestea stopeaz execuia subrutinei pe care tocmai o avea n lucru la primirea semnalului prioritar, i execut un salt la subrutina destinat manipularii condiiei care a generat semnalul de ntrerupere.

Decizia privind momentul declanrii injeciei i a duratei acesteia este rezultatul achiziiei i prelucrrii unor date din proces. Operaiile de achiziie i prelucrare a datelor necesit un anumit timp a crui valoare depinde de frecvena de lucru a microprocesorului. Fiecare instruciune se efectuiaz ntr-o durat calculata n funcie de frecven. Frecvenele tipice sunt cele cuprinse ntre 12 si 20 MHz, dar se folosesc i microprocesoare prototip cu frecvente de 30...32 MHz.

2. SISTEMUL DE ALIMENTARE CU COMBUSTIBIL LA MOTORUL CU APRINDERE

PRIN COMPRIMARE

1. SISTEMUL DE INJECIE DIRECT DE NALT PRESIUNE DE TIP COMMON RAIL

Performanele actualelor motoare diesel se datoreaz n bun msur sistemului de injecie direct de nalt presiune de tip Common Rail (figura 2.1). Acest sistem este asemntor din punct de vedere funcional i componen cu sistemul de injecie benzin multipunct: combustibilul este presurizat ntr-o ramp comun (common rail), iar injectoarele sunt comandate electric de ctre calculatorul sistemului.

Schema de principiu a sistemului de injecie diesel common rail se red n figura 2.1:

Fig. 2.1. Componena unui sistem Common Rail

Aceste sisteme folosesc o pomp de joas presiune (mecanic ori electric), cu scopul de a alimenta cu combustibil pompa de nalt presiune. Presiunea maxim cu care se alimenteaz rampa comun este de cca. 1350 bar, pentru sistemele din prima generaie, iar pentru cele din cea de-a doua generaie, de cca. 1600 bar.

12

Sistemul este gestionat electronic de ctre un calculator (e.g. Bosch Electronic Diesel Control). Calculatorul controleaz, de asemenea i presiunea din rampa de injecie pe care o adapteaz la condiiile de funcionare ale motorului i la cererile din partea conductorului. Exist posibilitatea de a avea multiple injecii (preinjecii, injecie principal i postinjecii), ce au ca efect reducerea nivelului de zgomot i a gradului de poluare chimic.

Avantajele sistemului de injecie diesel common rail sunt: Presiunea de injecie i avansul la producerea injeciei sunt independente de

turaia motorului (comparativ cu pompele de injecie cu distribuitor rotativ); Sistemul fiind controlat electronic, presiunea de injecie i avansul la injecie sunt

optimizate funcie de condiiile de lucru ale motorului i de cerinele din partea conductorului;

Este posibil realizarea unor injecii multiple pe ciclu i cilindru cu efecte benefice asupra gradului de poluare fonic i chimic a motorului;

Durata diferitelor faze de injecie i separarea lor pot fi ajustate funcie de condiiile de lucru ale motorului.

Presiunea nalt din rampa de injecie coroborat cu orificiile injectoarelor de diametre foarte mici permit obinerea unei foarte bune pulverizri a combustibilului cu efecte pozitive asupra vaporizrii i omogenizrii amestecului carburant.

2. SISTEMUL BOSCH CP1

Componena sistemului (figura 2.2) este urmtoarea:

Circuitul de joas presiune,

Circuitul de nalt presiune,

Unitatea de comand (ECU), captorii i actuatorii

Fig. 2.2. Componena sistemului Bosch CP1

Componena circuitului de joas presiune este: Rezervorul de combustibil Pompa de joas presiune Conductele de joas presiune

13

Ansamblul filtru de combustibil

Pompa de joas presiune

Este de tip electric i are rolul de a alimenta cu combustibil pompa de nalt presiune (figura 2.3). Avantajul acionrii electrice const n posibilitatea amorsrii rapide a circuitului de carburant.

Fig. 2.3. Pompa electric de joas presiune

Presiunea creat de pomp este ntre 2,5 i 4 bar. Plasarea pompei se face fie n compartimentul motor, fie n rezervor. Debitul pompei este de 80 -100 l/h.

Conductele de joas presiune

n toate cazurile, aceste conducte sunt prevzute cu conectori rapizi i sunt realizate din material plastic transparent. Acestea se vor nlocui n cazul apariiei unei neetaneiti. Pe perioada funcionrii motorului nu trebuie s apar bule de aer la interiorul conductelor.

Filtrul de combustibil

Sistemul de injecie Diesel Common Rail este extrem de sensibil la impuritile ce pot exista la interiorul echipamentului i de aceea, o atenie deosebit trebuie acordat consemnelor de curenie prevzute n manualele de reparaie sau notele tehnice nainte de orice intervenie.

14

1 ieire ctre pompa de nalt presiune 2 intrare de la pompa de joas presiune 3 ieire ctre intrarea pompei de joas presiune 4 retur de la pomp HP i injectoare 5 ieire ctre rezervor

6 purj pentru decantrile de ap 7 robinet 8 termostat 9 regulator de joas presiune

Fig. 2.4. Filtrul de motorin Filtrul de combustibil are un rol hotrtor n privina proteciei circuitului de nalt

presiune contra impuritilor i de aceea trebuie s i se acorde o atenie maxim. Filtrul se nlocuiete funcie de prevederile manualului de ntreinere sau de specificaiile tehnice.

n cazul sistemelor CP1, ansamblul filtrului de combustibil are o construcie particular. La interiorul ansamblului se gsete un regulator de presiune i un termostat. Rolul termostatului este de a face legtura ntre returul pompei de nalt presiune i rezervorul de combustibil n cazul n care motorina atinge o anumit temperatur, iar sub acest prag de temperatur se creeaz o legtur ntre returul pompei de nalt presiune i partea de admisie a pompei de joas presiune. Datorit faptului c pompa de nalt presiune comprim mai mult combustibil dect este necesar pentru funcionarea motorului, surplusul ce este eliminat ctre partea de retur are o temperatur ridicat ce poate fi de 90C. Din acest motiv combustibilul trebie rcit nainte de a ajunge n rezervor. n situaia n care combustibilul are o temperaur sczut, motorina din circuitul de retur este trimis ctre partea de aspiraie a pompei de joas presiune.

Un robinet special se afl pe ansamblul filtrului cu rolul de a permite aerisirea rapid a sistemului n cazul cnd se nlocuiete filtrul sau cnd avem o pan de combustibil.

Componena circuitului de nalt presiune este urmtoarea: Pompa de nalt presiune CP1, Regulatorul de presiune,

15

Conductele de nalt presiune, Rampa de injecie , Injectoarele.

Pompa de nalt presiune

Antrenarea pompei se face de ctre motor prin intermediul curelei/lanului de distribuie. Pompa conine trei elemente de pompare, fiecare prevzut cu cte o supap de admisie i una de evacuare. Alimentarea pompei CP1 se face cu combustibil la 2,5 bari prin pompa de joas presiune.

Fig. 2.5. Seciune prin pompa de nalt presiune Bosch CP1

Arborele principal al pompei, ce se rotete cu jumtate din turaia motorului, este prevzut cu un excentric ce acioneaz asupra elementelor de pompare, astfel la fiecare rotaie a arborelui pompei, n fiecare element se va produce nalta presiune. Admisia

16

combustibilului n elementul de comprimare se face prin supapa de admisie, cnd pistonul ncepe cursa descendent, datorit presiunii de 2,5 bar, furnizat de pompa de joas presiune. Cnd pistonul urc, supapa de admisie se nchide i combustibilul este comprimat. Supapa de evacuare se va deschide n momentul n care presiunea din rampa de injecie este inferioar celei create de elementul de comprimare. Pompa poate produce presiune pn la 1350 bar. Lubrifierea i rcirea echipamentului de injecie este asigurat de ctre combustibil.

Regulatorul de presiune

Modularea presiunii la nivelul rampei se face prin intermediul unui regulator de

presiune, ce se monteaz la nivelul pompei de nalt presiune. Pe perioada de pornire a motorului, presiunea n ramp trebuie s fie de minim 200 bar. Calculatorul EDC controleaz foarte fin presiunea din sistem pe baza informaiei primite de la senzorul de presiune montat pe rampa de injecie. Pompa de nalt presiune comprim mai mult combustibil dect este necesar pentru funcionarea motorului urmnd ca surplusul s fie returnat spre rezervor. La una din extremitile rampei de nalt presiune se gsete o supap de securitate care se deschide n cazul n care presiunea n sistem atinge 2000 bar. Prin aceast supap, motorina ajunge n circuitul de retur. Rampa de injecie este realizat din oel forjat care cedeaz n cazul n care presiunea n interiorul acesteia atinge 6000 bar.

Regulatorul de presiune este plasat n aval de supapele de evacuare ale elemenilor de comprimare (figura 2.6). Fora de presiune a motorinei acioneaz asupra supapei, dar acestei fore i se opune fora arcului plus fora generat de electromagnet. Prin variaia forei electromagnetice se poate controla presiunea din rampa de injecie. Regulatorul este comandat n semnal RCO/PWM.

17

Fig. 2.6. Regulatorul de presiune

n cazul n care regulatorul nu este comandat electric, presiunea n ramp este minim deoarece fora de presiune nvinge fora arcului.

Circuitul de retur prezentat n figura 2.2 permite controlul echipamentului diesel prin msurarea debitului de retur n anumite condiii.

Rampa de injecie

Pe lng rolul de acumulator de combustibil presurizat, rampa are i rolul de amortizare a pulsaiilor hidraulice ce apar n circuit i din acest punct de vedere, ea

18

trebuie s aib un volum apreciabil. Totui, un volum ct se poate de redus este de dorit pentru a se realiza o amorsare rapid a rampei, pe perioada de pornire a motorului, astfel c, n final, constructorul apeleaz la un compromis. Volumul rampei este de cca. 18 cm

3.

Captorul de presiune este ataat rampei i nu poate fi nlocuit separat. n caz de defect al captorului de presiune se va nlocui complet rampa.

Injectoarele

Injectoarele ntlnite la CP1 sunt identice din punct de vedere funcionare cu cele de la CP3, fiind electromagnetice i controlate de ctre EDC. La alimentarea cu impulsuri de tensiune injectoarele se deschid. Timpul lor de alimentare este stabilit de EDC pe

baza informaiilor primite de la senzorii sistemului. Injectoarele sunt controlate secvenial.

nchiderea injectoarelor

Combustibilul ptrunde n camera de comand prin intermediul unui orificiu. Meninerea presiunii n aceast camer este asigurat de ctre o supap cu bil. Tot la aceei presiune se afl i combustibilul din camera inferioar a injectorului. n aceste condiii acul injectorului este meninut pe scaunul de ctre fora arcului su (figura 2.7, a).

Deschiderea injectorului

Prin crearea unui dezechilibru de presiune ntre camera inferioar i cea de control, acul injectorului se va ridica de pe scaunul su. Reducerea presiunii la nivelul camerei de control, i deci ridicarea acului, se face prin alimentarea cu 12 V a electromagnetului cu care este prevzut injectorul. n aceast situaie, reducerea de presiune este stpnit datorit orificiului de diametru foarte mic prin care se face alimentarea acestei camere. n cazul ntreruperii alimentrii electrice a electromagnetului, bila se va aeza pe scaunul su, dup care se restabilete echilibrul de presiune ntre camera de control i cea inferioar.

19

a. injector nchis b. injector deschis Fig. 2.7. Funcionarea injectorului electromagnetic

3. SISTEMUL BOSCH CP3

Sistemul CP3 deriv din sistemul CP1, iar principalele diferene sunt:

n pompa de nalt presiune este ncorporat o pomp mecanic de alimentare, de joas presiune;

Sistemul nu este prevzut cu pomp electric de alimentare, dar exist i excepii cnd avem pomp electric ce funcioneaz numai la punerea contactului cu rolul de amorsare al circuitului de joas presiune;

Regulatorul de presiune (actuator de debit) este plasat la intrarea combustibilului n pompa de nalt presiune, astfel nct pompa va comprima doar cantitatea de combustibil necesar; n acest fel, pompa de nalt presiune va consuma mai puin energie, crescnd astfel eficiena motorului termic;

Temperatura combustibilului pe partea de retur scade fa de cea de la CP1, astfel rcirea motorinei este eliminat.

Pompa mecanic de joas presiune

Aceast pomp, de tipul cu roi dinate, alimenteaz pompa de nalt presiune prin intermediul unei supape regulatoare. Antrenarea pompei se face de ctre arborele pompei de nalt presiune, ce preia energie mecanic de la motorul termic prin intermediul curelei/lanului de distribuie. Pompa este prevzut la interior, pe partea de refulare, cu o supap (supapa pompei de transfer), ce are rolul de a modula presiunea combustibilului la intrarea n pompa de nalt presiune.

20

Filtrul de combustibil

n cazul sistemelor CP3, ansamblul filtrului de combustibil nu mai conine termostatul i regulatorul de presiune combustibil. n plus acum avem un dispozitiv de nclzire al motorinei de la nivelul filtrului cu scopul de a combate obturarea filtrului n perioada rece.

Temperatura combustibilului

La sistemele CP3, temperatura combustibilului pe retur este apropiat de cea ambiental (datorit cantitii mai reduse ce este comprimat n pompa de nalt presiune) i, din acest motiv, nu este necesar rcirea sa nainte de trecerea n rezervor. n mod normal, pe retur temperatura motorinei este de cca. (30 35) C.

Actuatorul de debit

Actuatorul de debit este plasat ntre pompa mecanic de joas presiune i cea de nalt presiune. Acest actuator are rolul de a modula debitul de combustibil admis n pompa de nalt presiune, cu scopul de a obine o presiune variabil la ieirea acesteia (figura 2.8).

Dac actuatorul nu este alimentat electric de ctre calculator, avem comunicare ntre orificiile A i B. n aceast situaie, presiunea la ieirea din pomp crete rapid i poate atinge 2000 bari. Cnd calculatorul detecteaz acest lucru se oprete funcionarea motorului. Actuatorul de debit este comandat de EDC prin semnal de tip RCO/PWM.

4. SISTEMUL LUCAS DELPHI

Schema de principiu a sistemului se red n figura urmtoare:

Fig. 2.8. Actuatorul de debit pentru CP3

21

Fig. 2.9. Sistemul Lucas Delphi

Sistemul LUCAS Delphi este asemntor cu CP3 i conine urmtoarele elemente: - o pomp mecanic de joas presiune ncorporat n pompa de nalt

presiune (n aceast situaie, nu exist pomp electric de alimentare), - un regulator de presiune, poziionat la intrarea n pompa de nalt presiune

cu rolul de a modula cantitatea de combustibil admis n pomp , - un ajutaj Venturi este montat pe returul de la pomp.

Funcionare

Pompa de nalt presiune, antrenat de motor prin intermediul curelei de distribuie, creeaz n rampa de injecie o presiune de maxim 1600 bar. Presiunea la nivelul rampei este modulat prin intrermediul actuatorul de debit, ce modific umplerea pompei de nalt presiune. Presiunea minim necesar la pornirea motorului este de minim 200 bar.

Controlul cu precizie al presiunii n rampa de injecie se face de ctre EDC, pe baza informaiei primite de la senzorul de presiune, montat n rampa de injecie. Tot prin intermediul EDC se face i controlul injectoarelor; acionarea acestora este de tip electric prin punere la mas.

Circuitul de retur este format din circuitul de retur al injectoarelor i circuitul de retur de la pompa de nalt presiune.

Pentru prevenirea surplusului de carburant n cilindri, pe returul injectoarelor se utilizeaz un tub Venturi.

Pompa de nalt presiune

Construcia pompei de nalt presiune este de tipul cu pistonae radiale, acionate de ctre un inel cu came aflat ntr-o o micare de rotaie permanent.

Lubrifierea pompei i rcirea intern sunt realizate prin intermediul combustibilului.

22

Fig. 2.10. Pompa de nalt presiune cu pistonae radiale

Rampa de nalt presiune

Rampa este realizat din oel forjat i are o construcie sferic (figura 2.11), cu scopul de a ocupa ct mai puin spaiu i de a amortiza eficient pulsaiile de presiune ce pot aprea n sistem.

23

Fig. 2.11. Rampa central sferic

Injectoarele

Injectoarele (figura 2.12) lucreaz pe acelai principiu cu cele de la BOSCH. Acestea au, suplimentar, rolul de securizare a sistemului, n cazul excesului de presiune.

Injectoarelor au fiecare cte un cod ce este atribuit la fabricaie CII sau C2I. Acest cod este de tip alfanumeric (ex. 46AC644A769273) i are rolul de a corija comenzile date de EDC.

a. injector nchis b.primire semnal electric

c. deschiderea

injectorului

d. injector nchis

Fig. 2.12. Injectorul

24

nainte de apariia sistemelor common rail, durata injeciei era definit de cantitatea de combustibil stabilit i debitat prin pompa de injecie. La sistemele common rail durata injeciei este dat de timpul de alimentare al injectorului de ctre calculator. Durata injeciei depinde de doza calculat de calculator i de presiunea din rampa de injecie

Pentru stabilirea dozei de combustibil ce trebuie injectat n motor, parametrii de baz luai n considerare sunt poziia pedalei de acceleraie i turaia motorului. Rezultatul obinut se corecteaz n funcie de anumii parametrii cum ar fi: temperatura aerului i a lichidului de rcire, masa de aer, vitez vehicul, etc.

Avansul la producerea injeciei depinde de durata injeciei (doz combustibil), turaia motorului i de informaia provenit de la accelerometrul montat pe blocul motor. Valoarea rezultat se corecteaz n funcie de: temperatur aer, temperatur lichid rcire, presiune atmosferic, vitez vehicul.

Tipul injeciei (cu sau fr preinjecie) este funcie numai de turaia motorului. Pentru reducerea nivelului de zgomot, calculatorul controleaz individual fiecare

injector. Acesta calculeaz durata i avansul preinjeciei ce se produce anterior injeciei principale. Timpul dintre preinjecie i injecia principal este controlat funcie de turaia motorului.

3. SISTEMUL DE TURBO SUPRAALIMENTARE A M.A.I.

Turbosupraalimentarea utilizeaz energia gazelor de evacuare care n mod normal sunt deversate n atmosfer. Debitul de gaze evacuate antreneaz turbina care, la rndul su, antreneaz compresorul ce este montat pe un arbore comun cu aceasta.

Prin procedeul de supraalimentare, presiunea n colectorul de admisie este superioar celei atmosferice, ajungnd uneori i la 2,5 3,0 bar presiune absolut. Creterea cantitii de aer este acompaniat de creterea dozei de combustibil injectate, ce are ca rezultat creterea puterii motorului. Astfel, tehnica supraalimentrii motoarelor permite creterea puterii litrice. Exemple de notorietate, n acest sens sunt: VW TSI 1.4 l: 170 CP, Renault dCI 2.0 l: 140 170 CP, etc.

Figura 3.1. prezint o schem de principiu a tehnicii de turbosupraalimentare. Se observ c turbina este o main rotativ centripet, n timp ce compresorul este o main centrifug.

25

Fig. 3.1. Schema de principiu a turbosupraalimentrii

Turbina este realizat din aliaj nichel crom, datorit faptului c aceasta trebuie s suporte temperaturi ce pot depi chiar 1000C. Compresorul este confecionat din aliaj aluminiu-siliciu.

Principalele avantaje ale supraalimentrii sunt urmtoarele:

Reducerea consumului de combustibil

Comparativ cu un motor aspirat normal de aceeai putere, turbosupraalimentarea permite reducerea consumului de combustibil, ca urmare a faptului c destinderea gazelor arse este mai complet, ea continundu-se n turbin. Totodat, tehnica turbosupraalimentate permite motoarelor obinerea unui anumit nivel de putere cu o cilindree mai redus, comparativ cu motoarele aspirate natural, ceea ce nseamn pierderi prin frecare mai reduse, deci un randament mecanic superior.

Reducerea raportului putere / greutate motor

Acest raport este superior celui care caracterizeaz motoarele aspirate natural.

Puterea motorului nu este afectat de altitudine

Odat cu creterea altitudinii, la motoarele aspirate natural puterea este afectat prin reducerea eficienei volumetrice. La motoarele supraalimentate, refacerea puterii este posibil datorit modificrii regimului de lucru al turbinei.

26

Lagrele turbocompresorului

Lagrele au rolul de a susine i unge arborele turbosuflantei, ce se poate roti cu turaii ce pot depi 200.000 rot/min.

Lagrele pot fi de tipul inelelor sau de tip semicuzinei.

Fig. 3.2. Lagrele turbocompresorului. Detalii

n cazul lagrelor de tip inel (buc), acestea se rotesc cu jumtate din turaia arborelui turbosuflantei. ntre inel i arbore, precum i ntre carcas i inel, exist n permanen ulei sub presiune din sistemul de ungere al motorului.

n cazul lagrelor tip semicuzinei, acetia sunt asigurai contra rotirii i beneficieaz de ungere sub presiune similar cu lagrele arborelui cotit al motoarelor. n cazul ungerii insuficiente, lagrele se distrug rapid; debitul de ulei necesar este de 8-10 litri/min, iar presiunea de cca. 4 bar.

n ultima perioad, se manifest un interes pentru utilizarea lagrelor tip rulmeni cu ace.

Controlul presiunii de supraalimentare

Dac turbosuflanta ar fi proiectat s produc maximum de putere la turaia maxim a motorului, aceasta ar avea dimensiuni sporite si o greutate apreciabil a pieselor n micare de rotaie, ceea ce ar afecta timpul de rspuns n cazul turaiilor reduse de funcionare.

Micorarea dimensiunilor agregatului este, prin urmare, de dorit, dar acest lucru se face astfel nct s produc un nivel acceptabil de putere n cazul turaiilor reduse i s rspund prompt solicitrilor de sarcin.

27

Pe de alt parte, utilizarea unui turbocompresor de dimensiuni reduse (turaie ridicat de funcionare) creaz riscul producerii unei suprapresiuni. n aceast situaie, trebuie redus turaia de funcionare a turbinei, lucru realizabil prin intermediul unei supape ce limiteaz debitul de gaze.

Aceast supap denumit wastegate este acionat prin intermediul unei tije ce face legtura cu o capsul pneumatic (figura 3.3).

a. wastegate montat pe turbin b. wastegate montat pe compresor

Fig. 3.3. Controlul presiunii de supraalimentare

Turbina cu geometrie variabil (VNT)

Sistemul de control al turbinei permite variaia debitului de gaze arse ce trece prin turbin Acest lucru este posibil prin variaia seciunii de trecere a gazelor la intrarea n turbin, n concordan cu regimul de funcionare al motorului. Dup cum se observ n figura 3.4, variaia seciunii de intrare a gazelor n turbin este posibil ca urmare a existenei unui ansamblu platou turnant-volei orientabili.

28

Fig. 3.4. Turbina cu geometrie variabil

n zona turaiilor reduse, seciunea de trecere a gazelor arse este redus. Voleii mecanismului de variaie a seciunii sunt spre poziia nchis, limitnd debitul de gaze arse. n zona turaiilor ridicate, debitul de gaze arse devine important, iar voleii ocup poziii ce permit seciuni sporite de trecere pentru gazele de evacuare.

Rcitorul intermediar/Intercooler

Odat cu comprimarea aerului de ctre compresor are loc i nclzirea sa, ceea ce afecteaz densitatea i, odat cu ea, eficiena umplerii. Pentru a combate acest fenomen se apeleaz la rcirea aerului refulat de compresor prin intermediul unor rcitor denumite intercooler.

Fig. 3.5. Rcirea aerului refulat de compresor

29

Cel mai adesea se utilizeaz intercoolere de tip aer aer, caracterizate de o reducere a temperaturii cu valori care ating uneori chiar 100 C.

4. SISTEME DE DEPOLUARE CHIMIC A MOTOARELOR

Necesitatea postratrii gazelor de evacuare

Actualmente, una din problemele majore cu care se confrunt automobilul o reprezint poluarea mediului ambiant. Ca urmare, normele Europene tot mai severe (tabelul 1) au impus dezvoltarea unor procedee complexe care s asigure perfecionarea proceselor de lucru ale motoarelor cu aprindere prin scnteie. Constructorii i-au orientat cercetrile pe dou direcii fundamentale. O prim direcie o reprezint depoluarea la genez prin metode ce au ca scop mbuntirea formrii i arderii amestecului (controlul calitii combustibilului i a formrii amestecului, controlul organizrii micrii aerului n cilinru, optimizarea arhitecturii camerei de ardere, faze variabile de distribuie, creterea presiunii de injecie, optimizarea avansului la aprindere, etc.). Cea de-a doua direcie presupune adoptarea unor sisteme de posttratare a gazelor evacuate. n acest context experiena a artat c reactorul catalitic cu trei ci (TWC Three Way Catalyst) i filtrul de particule (FAP-Filtre Particule) sunt elemente indispensabile n structura sistemului de depoluare a unui motor destinat traciunii rutiere. Cercetri de anvergur sunt legate, de asemenea, de arhitectura de implementare a acestor sisteme pe

autovehicul i de comportamentul n exploatare. n tabelul 1 sunt detaliate limitele impuse de normele EURO i evoluia acestora.

Tabel 4.1. Evoluia normelor EURO

Poluani CO [g/km] HC

[g/km]

HC+NOx

[g/km] NOx [g/km] Particule [g/km]

Norme Diesel

Benzina Benzina Diesel Diesel

Benzina Diesel Benzina

ID/IDI ID/IDI ID/IDI ID/IDI ID

Euro 3

(2000/2001) 0,64 2,3 0,2 0,56 0,5 0,15 0,05 -

Euro 4

(2005/2006) 0,5 1 0,1 0,3 0,25 0,08 0,025 -

Euro 5a

(2009/2011) 0,5 1 0,1 0,23 0,18 0,06 0,005 0,005

Euro 5b

(2011/2014) 0,5 1 0,1 0,23 0,18 0,06 0,0045 0,0045

Euro 6b

(2014/2016) 0,5 1 0,1 0,17 0,08 0,06 0,0045 0,0045

ID injecie directa IDI injecie indirecta

30

Reactorul catalitic elemente constructive i performane funcionale

Reactorul catalitic este o component a sistemului de tratare a gazelor evacuate ntlnit att la motoarele cu aprindere prin scnteie cu injecie n poarta supapei de admisie, ct i la cele cu injecie direct de benzin (n cilindrul motorului).

n general, un reactor catalitic presupune urmtoarele pri componente: carcas metalic, material de izolare i meninere pentru suportul ceramic/metalic, suport ceramic/metalic (denumit i monolit) acoperit cu alumin de mare suprafa n care s-a impregnat materialul activ, constituit din metale nobile (platin, paladiu, rhodium) i cerin (CeO2) cu rol de stocare a oxigenului.

n figura 4.1 este exemplificat sintetic construcia unui reactor catalitic. Monoliii ceramici au structur sub form de fagure i sunt obinui prin presare-

sinterizare. Pot avea diferite forme: rotund, oval, dreptunghiular. Grosimea pereilor celulelor este de circa 0,3 mm. Din punct de vedere funcional se urmrete ca structura monolitului s nu conduc la contrapresiuni de natur s compromit performanele dinamice i economice. Temperatura de lucru a monolitului ceramic nu trebuie s depeasc 900 C, avnd punctul de topire la 1355 C.

Cu titlu de exemplu, pentru un autoturism de clas medie principalele caracteristici ale unui reactor catalitic sunt urmtoarele:

- volum total: 1,4 l; volum prima zona: 0,5 l; volum a doua zona: 0,9 l;

- diametru: 125 mm; suprafa geometric specific: 3 lm /2 ;

- densitatea materialului: 1,7 3/ cmg ; numr de celule/ 2cm : 60.

Un parametru funcional important l reprezint cantitatea de cldur necesar pentru nclzirea de la 0 la 100 C, raportat la volumul de lucru al reactorului catalitic. Experiena a artat c pentru un monolit ceramic acest parametru atinge valori medii de 60 - 65 kJ/l.

31

Fig. 4.1. Construcia unui reactor catalitic cu trei ci

Trebuie subliniat faptul c n general costurile de fabricaie ale unui astfel de reactor catalitic sunt importante i sunt distribuite dup cum este indicat n figura 4.2.

Fig. 4.2. Structura costului de fabricaie pentru T.W.C.

Monolitul metalic este folosit din ce n ce mai mult n ultima perioad, deoarece prezint urmtoarele avantaje:

- cantitatea de cldur necesar pentru nclzirea de la 0 la 100 C pentru un monolit de 1 litru este de 31 kJ, ceea ce reduce semnificativ timpul de amorsaj al reactorului

catalitic,

- fiabilitate mbuntit fa de cel cu suport ceramic, - are volum mai mic ca urmare a scderii grosimii pereilor, ceea ce duce la o

contrapresiune mai mica pe tronsonul de evacuare,

32

- construcie simplificat (nu mai necesit sisteme de fixare), - funcioneaz la temperaturi mai ridicate ( 1100C);

Dezavantaje: rcirea mai rapid la sarcini sczute, datorit masei sczute i a conductivitii termice ridicate; acest dezavantaj se elimin parial prin montarea n apropierea motorului. Suprafaa catalitic activ este o depunere de metale nobile (platin, paladiu, rhodiu). La catalizatorul cu trei ci este utilizat de obicei un amestec de platin-rhodiu. Efectul acestor metale nobile asupra poluanilor este redat sintetic n tabelul 4.2.

Tabelul 4.2. Efectul materialelor nobile asupra poluanilor

Noxe

Material nobil HC CO Nox

Pt (platin) + + + + + +

Pd (paladiu) + + + + + + + +

Rh (rhodiu) + + + + + + +

+ + + eficacitate mare; + + eficacitate medie; + eficacitate mic

Rolul reactorului catalitic cu trei ci este acela de a trata trei componente de noxe rezultate n urma arderii amestecului aer-combustibil (figura 4.3): HC (hidrocarburi nearse), CO (monoxid de carbon), NOx (oxizii de azot, NO i NO2), rezultnd elemente nenocive: H2O (vapori de ap), CO2 (dioxid de carbon) i N2 (azot).

Fig. 4.3. Reaciile de tratare catalitic din T.W.C.

Reaciile au loc n dou faze: n prima faz, CO i HC sunt tratate prin oxidare, oxigenul necesar arderii fiind extras ca oxigen rezidual, datorat arderii incomplete, iar n faza a doua are loc reducerea oxizilor de azot (NOx). Reactorul catalitic ndeplinete i o funcie suplimentar, aceea de stocare a oxigenului. Aceast funcie este asigurat prin prezena cerinei n compoziia materialului depus pe suprafaa catalitic activ. Cerina acioneaz ca regulator al concentraiei de oxigen n cazul amestecurilor srace (cerina

33

stocheaza oxigenul), iar n cazul amestecurilor bogate aceasta furnizeaz oxigen pentru oxidarea CO i HC n CO2 .

Experiena arat c gradul de conversie al T.W.C este puternic influenat de calitatea amestecului admis n cilindrii motorului. Calitatea amestecului este caracterizat prin coeficientul excesului de aer, , sau prin coeficientul excesului de

combustibil, /~ 1 denumit uneori i mbogire (richesse). Aa cum se observ n figurile 4.4 i 4.5, pentru ca reactorul catalitic s funcioneze

cu o eficacitate maxim (circa 98%) se impun dou cerine fundamentale: valorile lui

respectiv ~ sa fie stabilizate n plaja 0301 , (fereastr de reglaj), iar temperatura de lucru

(de amorsare) s fie peste 300-350C.

Prima condiie este ndeplinit prin utilizarea reglajului n bucl nchis prin intermediul calculatorului de injecie (ECU). Elementul cheie care asigur meninerea lui n zona ferestrei de reglaj este sonda Lambda traductorul care msoar coninutul de oxigen din gazele evacuate.

Fig. 4.4. Corelaia dintre eficacitatea de conversie i calitatea amestecului

Fig. 4.5. Corelaia dintre eficacitatea de conversie i temperatur

Metode de amorsare i efectul asupra performanelor de depoluare

n general, sunt ntlnite dou metode de amorsare: metoda reducerii avansului la aprindere i metoda injeciei de aer n amontele reactorului catalitic.

Prima metod conduce la extinderea procesului de ardere ctre cursa de destindere astfel c gazele care ajung la T.W.C au o temperatur ridicat. Evident c metoda presupune un sacrificiu de performane dinamice i de consum.

n figura 4.6 este prezentat corelaia dintre temperatura de funcionare a T.W.C i reducerea avansului la aprindere, iar n figura 4.7 este evideniat efectul asupra concentraiei de HC.

34

Fig. 4.6. Influenta reducerii avansului

asupra

temperaturii de funcionare a TWC

Fig. 4.7. Influenta reducerii avansului

asupra HC

Se constat c o uoar ntrziere la declanarea scnteii electrice (230 RAC dup punctul mort superior - PMS) conduce nu numai la intrarea rapid n regimul de lucru a reactorului catalitic ci i la atingerea unui minim de concentraie pentru HC. Se adaug la aceasta i o diminuare a concentraiei de NOx (efect cunoscut la reducerea avansului la aprindere).

Acest mod de amorsare are avantajul simplitii constructive, dar are dezavantajul creterii consumului de combustibil.

Cea de-a doua metod presupune injectarea unei cantiti de aer n amontele T.W.C. folosind un sistem alctuit din urmtoarele elemente (figura 4.8): pomp de aer, injector de aer i clapet antiretur. Aerul injectat asigur oxigenul necesar reaciilor de post-oxidare pentru CO i HC astfel c se obine o cretere rapid de temperatura ca urmare a acestor reacii exoterme. n acest mod T.W.C. reuete s ajung uor la temperatura de regim.

35

Fig. 4.8. Schema de principiu pentru un sistem de amorsare cu injecie de aer

Cercetrile experimentale efectuate pe standul cu rulouri, n cazul unui autoturism de clas medie, rulnd dup ciclul urban (NEDC), au evideniat faptul c aceast soluie conduce la o reducere semnificativ a timpului de amorsare (figura 4.9). Graficele au urmtoarele semnificaii:

- curba 1 reprezint temperatura gazelor la intrarea n reactorul catalitic, - curba 2 reprezint temperatura primului miez catalitic, - curba 3 - temperatura celui de-al doilea miez din reactorul catalitic iar curba 4

reprezint prima secven, respectiv a doua secven de rulaj-vitez automobil ca funcie de timp - pe ciclului European (NEDC).

Se constat c, primul miez catalitic intr n regim termic (300C) dup circa 20 secunde, iar al doilea miez, dup circa 35 secunde, n condiiile n care viteza autovehiculului nu depete 15 km/h.

Prin urmare, soluia permite amorsarea rapid a T.W.C n regimurile foarte joase de sarcin i turaie ale motorului cu aprindere prin scnteie, adic n regimurile critice n ceea ce privete emanaiile de noxe (CO si HC).

36

Fig. 4.9. Corelaia dintre temperatura TWC i timpul de amorsare dup nregistrat

n urma rulrii dup ciclul urban (NEDC)

Date constructive si de funcionare ale FAP/DPF

Filtrul de particule este un sistem de filtrare utilizat pentru a reine particulele fine, cu efect cancerigen, coninute n gazele de evacuare. Aceste particule de funingine sunt n mod esenial compuse din carbon i au mrimi tipice cuprinse ntre 10 nm i 1 m. Particulele mai fine (nanoparticulele) nu pot fi reinute in totalitate de actualele soluii constructive pentru FAP/DPF.

Studiile experimentale au artat c hidrocarburile aflate la temperaturi ridicate (mai mari de 1500C) i n prezena unei cantiti mici de oxigen (amestec bogat, coeficientul excesului de aer,

37

Dac astzi normele actuale prevd limite cu privire la masa de particule, n viitor normele vor trebui s prevad limite i pentru dimensiunile acestora, precum i pentru numrul lor, deoarece este bine cunoscut faptul c PM cele mai mici sunt cele mai periculoase. n figura 4.10 este prezentat dependena dintre procentul de particule absorbite n cile respiratorii i dimensiunile acestora. Se observ c cel mai mare procent de absorbie l au PM de dimensiuni de aproximativ 0,1 microni.(zona ncercuit din figura 4.10).

Fig. 4.10. Fraciile absorbite n cile respiratorii raportate la dimensiunile

particulelor

Mecanismul de formare al acestor particule este redat schematic n figura 4.11, iar structura lor este redata n figura 4.12.

Compoziia unei particule mecanice depinde de perfeciunea procesului de ardere (micarea organizat din camera de ardere, supraalimentarea, raportul aer/combustibil), calitatea motorinei (coninut de sulf, cifr cetanic), temperaturile de postratare ale sistemului reactor catalitic filtru de particule.

Fig. 4.11. Mecanismul de formare al particulelor mecanice

38

Fig. 4.12. Structura particulei mecanice

n construcia filtrelor de particule (FAP/DPF) se folosesc materiale ceramice poroase de tipul carburii de siliciu (figura 4.13) sau cordieritei (figura 4.14), iar mai nou

se folosesc fibrele metalice (figura 4.15).

Fig.4.13 Carbura de siliciu Fig.4.14 Cordierita Fig.4.15 Fibre metalice

Monoliii ceramicii sunt permeabili la gaze i au o porozitate (volumul total al porilor raportat la volumul total al corpului) de 52% (mai mica de 9-10 m). n general, pentru o porozitate de 52% , monoliii au urmtoarele densiti :

pentru ceramica de tip cordieritic: 490g/l; pentru carbura de siliciu: 720 g/l.

Ceramic din cordierit Carbura de siliciu

Fig. 4.16. Monolii utilizai la construcia FAP/DPF

Diferena major ntre cele dou tipuri de monolii utilizai o constituie temperatura de topire care este aproape de 1355C pentru suportul ceramic cordieritic, iar pentru carbura de siliciu, aceasta depete 2000C. n figura 4.16 sunt prezentai aceti monolii, iar n figura 4.17 este redat schematic structura interioar a unui monolit utilizat la construcia FAP/DPF.

39

Fig. 4.17 Seciune longitudinal - FAP Fig. 4.18. FAP cu fibre metalice

Filtrul de particule constituit din fibre metalice este realizat dintr-un pachet de foi

metalice, poroase, nesinterizate, redate schematic n figura 4.18. Pentru o bun funcionare aceste filtre impun utilizarea de carburani cu

concentraie de sulf mai mic de 500 ppm. n aceste condiii FAP reuete s rein peste 90% dintre particulele mecanice emise. Spre deosebire de monoliii ceramici, filtrele cu fibre metalice nu sunt casante i au temperatura de topire caracteristic nichelului sau titanului, metale constituente.

O problem special o reprezint regenerarea FAP. Regenerarea presupune aducerea acestuia la starea de a fi capabil sa rein particule i s asigure evacuarea lor. Pentru a avea o regenerare eficace trebuie ndeplinite dou condiii de baz:

temperatura la intrare n FAP s fie cuprins ntre 550C i 650C;

procentul de O2 din gazul care traverseaz filtrul s fie cuprins ntre 5% si 10%. Metode de regenerare a FAP

Pentru a avea o regenerare eficace trebuie ndeplinite dou condiii de baz: temperatura la intrare in FAP s fie cuprins ntre 550C si 650C i procentul de oxigen din gazul care traverseaz filtrul s fie cuprins ntre 5% si 10%. n general sunt cunoscute dou modaliti prin care se poate realiza regenerarea FAP i anume:

- regenerare pasiv (natural), realizabil prin funcionarea motorului la regimuri de sarcin si turaie ridicate (regenerarea este consecina temperaturilor ridicate atinse de gazele din tronsonul de evacuare);

- regenerare activ, care presupune fie injecie de combustibil n amontele FAP, fie injecie ntrziat (post injecie) n camera de ardere, comandat electronic. Post injecia se acordeaz cu creterea de temperatur dat de reaciile catalitice de oxidare i cu cantitatea de oxigen controlat prin intermediul unui volet.

Principalele probleme ntlnite la implementarea FAP - ului pe vehicul sunt legate de reciclarea FAP - urilor vechi, durata de via limitat i de constrngerile legate de arhitectura vehiculului.

Sunt ntlnite mai multe metode de regenerare activ:

40

a) Regenerarea prin aditivare cu Ceriu (Ce) a motorinei

Experiena a artat c prin aditivarea motorinei cu ceriu (numai n perioada de regenerare), particulele formate i colectate de FAP pot fi oxidate prin ardere la o temperatur mai cobort. Soluia a fost dezvoltat pe unele motoare din gama Peugeot Citron (figura 10). Are ns o serie de dezavantaje: cost ridicat de ntreinere i de reciclare, durat de via redus, dificulti de implementare pe vehicul.

Fig. 4.19. FAP cu aditivare de Ceriu

1-motor; 2- camera de ardere; 3- injecie de tip ramp comun; 4- rezervor combustibil;

5- injector + regulator; 6- pomp joasa presiune; 7- aditiv; 8- calculator motor; 9- captori; 10- rezonator; 11- pre-catalizator; 12- FAP; 13- post combustie; 14-

regenerare; 15- gaze filtrate.

b) Regenerarea activ cu post injecie n cilindru

n figura 4.20 sunt prezentate schematic diferenele dintre modul normal de injecie si modul de regenerare. n zona ncercuit cu verde injecia principala si post-injecia au rol de a produce cuplu.

Fig. 4. 20. Moduri de injecie

Zona roie (post - injecia trzie) este folosit pentru a crete temperatura la intrare n FAP datorit reaciei exoterme din interiorul reactorului catalitic. Experiena a artat

41

ns c post - injecia trzie are impact puternic asupra diluiei uleiului, cu efecte nedorite n ceea ce privete concentraia de HC.

c) Regenerarea activ cu post injecie n amontele FAP ului

Se folosesc dou tehnologii de injecie de combustibil n amontele filtrului de particule, prezentate in figura 4.21.

Fig. 4.21. Schema de regenerare activ cu post injecie

n figura 4.21, varianta a, se injecteaz combustibilul n amonte de catalizator prin intermediul unui injector, iar n varianta b, motorina este vaporizat cu ajutorul unei bujii prenclzite, asemntoare unui tub cu o rezisten electric. Aceast metod de regenerare este destul de costisitoare, iar injectorul sau bujia trebuie s funcioneze n condiii de solicitri termice i chimice severe, fapt ce duce la o fiabilitate redus.

d) Regenerarea activ mixt (cu postinjecie n amontele FAP i postinjecie n cilindru)

Aceast metod const n conlucrarea postinjeciei trzii cu injecia de combustibil n tronsonul de evacuare. Prin aceasta se ncearc reducerea efectului de diluie al uleiului datorit prelungirii arderii n destindere i suplinirea necesarului termic pentru o regenerare optim prin intermediul injectorului montat n eapament. Dezavantajul major al acestei metode l constituie introducerea unui nou actuator care trebuie comandat i introdus n sistemul de calcul al calculatorului de injecie, precum i o cretere a consumului de combustibil.

Datorit tehnologiei de fabricaie i materialelor utilizate, filtrele cu fibre metalice pot fi regenerate prin aceleai metode ca i filtrele de particule constituite din monolii ceramici. In plus acestea mai prezint avantajul posibilitii regenerrii prin nclzire electric a fibrelor.

Soluii de implementare a FAP n sistemul de tratare a gazelor evacuate de m.a.i.

42

n funcie de modalitatea de regenerare aleas, pe vehicul trebuie implementat o anumit soluie de arhitectur a sistemului de post tratare a gazelor de evacuare. Principalele soluii de implementare utilizate pe vehicule sunt:

a) FAP/DPF amplasat sub planeu n aval de DOC

Fig. 4.22. FAP/DPF sub planeu

La aceast soluie, temperatura necesar regenerrii FAP-ului se obine prin utilizarea post injeciei n cilindru. Datorit funcionrii motoarelor cu aprindere prin comprimare cu amestecuri srace, reactorul catalitic C1, denumit DOC Diesel Oxidation Catalyst ndeplinete dou funcii principale: pe de o parte asigur depoluarea clasic (transform prin oxidare CO n CO2 i HC n H2O i CO2), iar pe de alt parte asigur obinerea necesarului termic pentru regenerare (datorit reaciilor exoterme de oxidare din catalizator). Pe de alt parte, datorit distanei mari dintre turbin i FAP, cel de al doilea reactor catalitic, C2 ar trebui s readuc temperatura gazelor la valorile necesare regenerrii. Controlul regenerrii se face cu ajutorul calculatorului de injecie pe baza informaiilor primite de la traductoarele de temperatur i presiune. Sistemul de reglare n bucl nchis asigur meninerea temperaturii la intrare n FAP cuprins ntre 550 - 650C pentru a declana regenerarea i limiteaz temperatura maxim la 670C pentru a evita distrugerea FAPului. n figura 4.22 s-au folosit notaiile: TC - traductor pentru msurarea temperaturii la intrare in catalizator; S - sond lambda; TFAP - traductor pentru msurarea temperaturii la intrare n FAP; PFAP- traductor pentru msurarea presiunii nainte i dup FAP.

Informaiile primite de la aceste traductoare sunt folosite pentru controlul si gestionarea regenerrii, precum si pentru verificarea strii de funcionare a sistemului de postratare.

Aceast soluie are ca avantaje amorsarea rapid a DOC (130 150C). Ca dezavantaje importante amintim: temperatura necesar regenerrii se atinge greoi (ceea ce face ca regenerarea s fie dificil i creterea diluiei uleiului), cost ridicat datorit utilizrii a dou reactoare catalitice.

Soluia se regsete pe aplicaii ale constructorilor Fiat, Saab sau Opel.

b) FAP amplasat sub turboagregatul de supraalimentare

43

Fig. 4.23. FAP/DPF sub turbo

Aceast soluie a fost agreat de Mercedes si BMW i are ca avantaje pierderi termice minime ntre agregatul de turbosupraalimentare i reactorul catalitic. Ca urmare, regenerarea este mai uoar. Prezint ns dezavantajul dificultilor de montaj.

c) FAP amplasat dup NOx -TRAP + injector la eapament

Fig. 4.24. Sistem cu NOx -TRAP + FAP + injector la eapament

Soluia utilizat de Renault i Toyota este prezentat n figura 4.24. Pentru a se reduce efectul de diluie datorat degradrii arderii prin post injecie, aceast soluie propune adugarea injeciei de carburant n tronsonul de evacuare. Se menine ns i o post injecie redus pentru ca temperatura gazelor de evacuare s rmn la o valoare care s permit vaporizarea motorinei injectate n tronsonul de evacuare. Lanul de depoluare mai include i un reactor catalitic cu stocare de NOx, denumit NOX-TRAP. Acesta ndeplinete funciile unui DOC asigurnd atingerea temperaturii de regenerare, i, n plus, ndeplinete i funcia de reducere a NOX. Construcia acestuia este similar catalizatoarelor clasice, diferena major constnd n aceea c materialul activ conine pe lng metalele nobile utilizate (platin, rodiu) i bariu sau zirconiu. Funcionarea NOX-TRAP presupune dou faze:

- faza de absorbie, are loc n perioada de funcionare normal a motorului; n aceast faz, n urma reaciei cu platina NO este transformat n NO2, iar oxidul de bariu leag moleculele de NO2, rezultnd un compus, nitratul de bariu, Ba(NO3)2, reinut pe suprafaa monolitului acoperit cu materialul active;

- faza de reducere, este caracterizat de o funcionare a motorului apropiat de =1, adic cu o cantitate de aer minim pentru a avea o ardere complet a motorinei. La

44

finele acestei faze se produce eliminarea sub form de N2 n atmosfer. Elementul chimic responsabil de reducerea NOX i eliminarea acestora, n principal, este rodiul.

Cele doua faze de funcionare sunt prezentate n figura 4.25.

Fig. 4.25. Fazele funcionrii sistemului NOX-TRAP

Aceast soluie ofer ca avantaj o bun vaporizare a motorinei pe tronsonul de evacuare. Prezint ca dezavantaj faptul c este necesar o regenerare la intervale de parcurs reduse (cca. 100 km), iar injectarea motorinei n tronsonul de evacuare conduce la creterea consumului de combustibil; pe ansamblu, cost ridicat. Reducerea NOx cu ajutorul sistemului EGR

Acest sistem coboar temperature de ardere prin nlocuirea excedentului de oxigen cu gaze de evacuare reapirate n cilindru, (cantitatea de NOx formaat crete exponenial cu temperatura i depinde de prezena de oxigenului n camera de ardere). Primul sistem EGR a fost introdus pe motoare n anul 1973, iar astzi marea majoritate a motoarelor dein un astfel de sistem. Cantitatea de gaze de evacuare introduse n galeria de admisie este de aproximativ 6 10% din ntreg amestecul. n figura 4.26 se prezint schema principiului de funcionare a sistemului EGR.

Fig. 4.26. Schema principiulu de funcionare a EGR

Sisteme de depoluare de tip SCR (selective Catalist Reduction) folosite pe autocamioane

Tehnologia SCR utilizeaz un aditiv denumit AdBlue injectat n gazele de evacuare, nainte ca acestea s treac print catalizator. n catalizator, oxizii de azot sunt apoi

45

transformai n azot i vapori de ap inofensivi. Substana activ a aditivului AdBlue - ureea - este extras din gaze naturale. Ureea este o pudr cristalin de culoare alb care se gsete i n mediul nconjurtor. Este o substan stabil i inofensiv, fr restricii la depozitare sau transport. AdBlue este un lichid stabil, netoxic, nepericulos i neinflamabil, asemntor apei, dezvoltat pentru tratarea ulterioar a gazelor de eapament ale autovehiculelor, camioanelor i autobuzelor diesel. Lichidul este o soluie lichid compus din carbamid i ap, n care procentul carbamidei este cca. 32,5%. Sistemul SCR, realizeaz pulverizarea n aer comprimat adaosul AdBlue, direct naintea catalizatorului.

Fig. 4.27. Sistemul SCR

La temperatur nalt din carbamid se formeaz amoniac. n a II-a treapt monoxidul de azot aflate n gazul de eapament intr n reacie cu amoniacul, pe suprafaa catalizatorului SCR. Temperatura optim de lucru este de 180350. Catitatea de AdBlue injectat este gestionat de unitatea electronic de comand (ECU), i ine cont de turaia motorului, de cuplul solicitat, temperatura gazelor de eapament, temperatura lichidului de rcire, cantitatea de NOx i umiditatea aerului la admisie (figurile 4.27 i 4.28). Senzorul de umiditate este situat pe galeria de ieire din filtrul de aer. Acesta are rolul de a transmite la ECU informaia umiditii prezente n aer, necesar pentru calculul emisiilor de azot.

Senzorul de temperatur gaze are funcia de a transmite ECU valorile de temperatur ale gazelor de eapament n punctele de intrare i de ieire din catalizator, pentru calcularea cantitii de AdBlue (uree) necesar spre a fi injectat .

46

Fig. 4.28. Sistemul SCR si reactiile chimice ce au loc

Sistemul asigur ncadrabilitatea n normele de depoluare EURO 4 i EURO 5.

ANEX GALERIE FOTO

47

AUDI 5 supape/cilindru

Dubla aprindere (Twin Spark): Chrysler/Alfa Romeo

48

Injector tip piezoelectric

Renault - Injecii multiple

Swirl

49

Turbosupraalimentare dubluetajat (PSA-FORD, BMW, OPEL)

Acionare electric a ansamblului platou turnant-volei orientabili (BMW)

AUDI V6 Bi-Turbo

50

2.TRANSMISIA AUTOVEHICULELOR

1. TRANSMISIA AUTOMOBILELOR

1.1. Rolul transmisiei in construcia automobilului Pentru ca un automobil s se poat deplasa cu o anumit vitez Va, este nevoie de o

anumit putere la roile motoare-PR i de o anumit mrime a forei la roile motoare-FR. Rezistenele la naintare ale automobilului sunt foarte diferite, ele depinznd de o

multitudine de factori, cum sunt: viteza de deplasare, starea de ncrcare, calitile i geometria cii de rulare etc. Toate acestea conduc la modificarea rezistenelor la naintare ntr-o plaj foarte larg de valori, rezistene care trebuie nvinse de fora de traciune dezvoltat la roile motoare ale automobilului

Legtura ideal dintre aceste mrimi, a crei exprimare grafic este prezentat n figura 1.1,. este cunoscut sub numele de "parabola ideal de traciune" i se exprim prin relaia:

PR = FR Va [W] (1.1)

Legtura ideal dintre viteza automobilului Va i fora la roat FR, figura 1.1 , se explic prin faptul c la creterea rezistenelor la naintarea automobilului, odat cu scderea vitezei Va, fora la roat FR crete, iar automobilul poate rula n siguran, n orice regim de deplasare.

Motoarele cu ardere intern cu piston, cu aprindere prin scnteie sau prin comprimare, constituie sursele energetice

ale majoritii automobilelor actuale. Caracteristicile de funcionare, la

sarcina total, ale acestor motoare, sunt.prezentate n figura. 1.2., cu ajutorul lor fiind definite performanele lor funcionale.

Criteriul de apreciere a gradului de

suplee al motorului, adic al posibilitilor sale de a face fa modificrilor sarcinii exterioare, respectiv al modificrilor rezistenelor la naintare, este coeficientul de adaptabilitate ca , care msoar gradul de suplee al motorului, definit prin raportul:

)(

max

rp

aMM

MC (1.2)

Fig.1.1. Parabola ideal de traciune

51

unde: Mmax momentul motor maxim; Mp momentul corespunztor puterii maxime la m.a.s; (Mr momentul corespunztor puterii de regulator la m.a.c).

Se tie c la m.a.s: ca = 1,1-1,3, iar pentru m.a.c.: ca = 1,05-1,15.

Dup cum se observ din figura 1.2., dei turaia motorului se poate modifica n limite foarte largi, n intervalul [n0, nmax], respectiv [n0, nr], momentul motor efectiv se modific n limite foarte reduse , n intervalul M.

Avnd n vedere posibilitile limitate ale m.a.s.- urilor sau m.a.c.- urilor de a rspunde tuturor

modificrilor rezistenelor la naintare, a aprut necesitatea introducerii, ntre motor i roile

motoare ale automobilulului, a unui "modul" format dintr-un lan cinematic care s adapteze permanent momentul motor la roile motoare n funcie de momentul motor rezistent, generat de rezistenele la naintare.

Rolul acestui "modul" de adaptare l joac transmisia automobilului.

m.a.s. m.a.c.

Fig.1.2. Caracteristica exterioar la m.a.s. i m.a.c.

52

Transmisia este format din: ambreiaj A; cutia de viteze - CV, care poate avea un numr finit sau infinit de trepte de viteze (transmisiile clasice, respectiv transmisiile continue); reductor-distribuitor (numai la automobilele cu traciune integral); transmisia longitudinal.-TL i din transmisia principal - TP, montat n puntea motoare - PM a automobilului ( figura 1.3.).

Un important dezavantaj pe care-l au motoarele cu ardere intern este acela c nu pot fi pornite sub sarcin, motiv pentru care pe transmisia automobilului trebuie s existe un alt modul, care este ambreiajul i care are rolul s cupleze i s decupleze lin, progresiv, motorul de transmisie, ori de cte ori este nevoie de acest lucru.

Primul subansamblu pe lanul cinematic al transmisiei, care modific valoarea momentului motor transmis ctre roile motoare, este cutia de viteze - CV, care poate avea un numr finit sau infinit de trepte de viteze.

Cutia de viteze mecanic obinuit, nu rezolv dect incomplet, discontinuu i neeconomic problema adaptrii momentului motor, dezvoltat de motor, la cerinele de traciune ale automobilului.

n cutia de viteze multiplicarea momentului motor primit este dat de raportul dintre turaia arborelui de intrare i turaia arborelui de ieire, exprimat prin relaia:

iCV = nintrare / niesire (1.3)

Acest raport se schimb n funcie de treapta cuplat n cutia de viteze. Mrimea i numrul treptelor de viteze influeneaz performanele de dinamicitate i economicitate ale automobilului.

Fig.1.3. Schema transmisiei unui automobil 4x2

53

Al doilea subansamblu pe lanul cinematic al transmisiei, care modific valoarea momentului motor transmis ctre roile motoare, este transmisia principal TP. n transmisia principal raportul de multiplicare i0 al momentului motor primit este dat de relaia:

i0 = ZC / ZP (1.4)

n care: ZC reprezint numrul de dini ai coroanei diferenialului, iar ZP reprezint numrul de dini ai pinionului de atac din puntea motoare.

1.2. Momentul la roata motoare

n regimul nominal de funcionare motorul M dezvolt puterea efectiv Pe, momentul motor efectiv Me i turaia efectiv ne. Prin intermediul transmisiei, fluxul de putere al motorului ajunge la roile motoare RM, unde regsim puterea la roat - PR, momentul motor la roat - MR i turaia roii motoare - nR

Dac ambreiajul A are rolul s cupleze sau s decupleze transmisia de motor iar cutia de viteze CV asigur o prim multiplicare a momentului motor , transmisia longitudinal - TL, cu raportul de transmitere mediu unitar, are rolul s transmit fluxul de putere ntre doi arbori neconcureni, de la cutia de viteze CV la transmisia principal TP. De la transmisia principal fluxul de putere ajunge, prin intermediul diferenialului i a arborilor planetari, la roile motoare RM.

Datorit frecrilor care apar ntre elementele transmisiei (frecrile din lagre, frecrile cu elementele de etanare, pierderile prin barbotarea uleiului din cartere) la roile motoare ale automobilului nu ajunge toat puterea dezvoltat de motor, o parte din aceasta pierzndu-se pe transmisie. Notnd cu t randamentul total al transmisiei puterea disponibil la roile motoare PR se poate calcula cu relaia:

PR = tPe = tMee [W] (1.5)

Fig.2.5.1.Schema transmisiei unui automobil

54

unde: Pe, Me, i e reprezint, respectiv, puterea efectiv, momentul efectiv i viteza unghiular a arborelui cotit al motorului.

Viteza unghiular a roilor motoare, R,se msoar n [rad\s] i se calculeaz n funcie de viteza unghiular a arborelui cotit al motorului. e, cunoscnd raportul total de transmitere al transmisiei it= iCV iRD iO, astfel:

R = t

e

i

=

ORDCV

e

iii

[rad\s] (1.6)

unde iRD reprezint raportul de transmitere al reductorului central ( n cazul traciunii integrale)

Cunoscnd puterea la roata motoare PR, calculat cu rel.1.5. i viteza unghiular a roii motoare R, dat de rel.1.6., se poate calcula mrimea momentului motor MR, dezvoltat de roile motoare, cu relaia:

MR = R

RP

= Me iCV iRD iO t [Nm] (1.7)

Din rel. 1.7. se poate observa c momentul motor MR dezvoltat la roata de propulsie a automobilului este mai mare dect momentul motorului Me avnd n vedere c produsul:

it = iCV iCD iO >> 1 iar t = 0,82 - 0,935.

Puterea se msoar n Watt [W] Momentul motor se msoar n Newton metru [Nm] .

2. AMBREIAJE

a) Introducere

Ambreiajul este inclus n transmisia automobilului n vederea compensrii principalelor dezavantaje funcionale ale motorului cu ardere intern precum i ale cutiei de viteze mecanice n trepte, astfel acesta trebuie s asigure:

cuplarea progresiv a motorului cu restul transmisiei la pornirea din loc a automobilului;

decuplarea temporar a transmisiei la: - pornirea motorului termic, n vederea atingerii regimului de funcionare stabil a acestuia;

- schimbarea treptelor de vitez; - frnarea automobilului pn la oprire;

limitarea valorii maxime a momentului de torsiune din organele transmisiei i motorului (cuplaj de siguran);

55

izolarea ntre motor i transmisie a vibraiilor torsionale provenite din funcionarea motorului i din deplasarea automobilului pe cale.

Starea cuplat a ambreiajului corespunde existenei legturii de cuplare, iar starea decuplat corespunde desfacerii legturi de cuplare (figura 2.1). Trecerea ambreiajului din starea decuplat n starea cuplat se obine n urma aciunii de ambreiere, iar trecerea din starea cuplat n starea decuplat se obine n urma debreierii.

Dup felul legturii de cuplare se deosebesc:

ambreiaje mecanice la care legtura de cuplare este reprezentat de forele de frecare ce iau natere n suprafeele frontale de contact ale prilor conductoare i condus sub aciunea unor fore normale de apsare dezvoltate n sisteme mecanice rigide sau

elastice;

ambreiaje hidrodinamice (hidroambreiaje):

ambreiajele la care legtura de cuplare se obine printr-un lichid, dup principiul de lucru al mainilor hidraulice rotative;

ambreiaje electromagnetice: ambreiajele la care legtura de cuplare este consecina unui cmp electromagnetic indus ansamblului condus de amsamblul conductor.

b) Cerine funcionale ce trebuiesc ndeplinite de ambreiaj Un ambreiaj bine conceput i corespunztor reglat, trebuie s ndeplineasc urmatoarele cerine functionale: la decuplare, s asigure desfacerea rapid i total a legturii dintre motor i transmisie, pentru a da posibilitatea schimbrii treptelor de vitez fr ocuri i pentru a prentmpina uzura prematur a ambreiajului prin existen frecrii mecanice din suprafeele de contact, atunci cnd automobilul este oprit cu motorul n funciune i dintre cutia de viteze cuplat; la cuplare, s asigure cuplarea lin i complet a motorului cu transmisia, adic s permit o cretere progresiv a momentului pe care l transmite, pentru a se evita pornirea brusc din loc a automobilului i apariia unor solicitri dinamice nsemnate n transmisie. Cum n fazele cuplrii ambreiajului o parte din energia motorului se transform prin patinarea ambreiajului n cldur, ambreiajul trebuie s fie capabil s preia ntreaga cldur rezultat, fr a se produce creteri periculoase de temperatur, i s o cedeze cu uurin mediului exterior;

a) b)

Fig. 2.1.

a-starea cuplat a ambreiajului; b-starea decuplat a ambreiajului

56

n stare cuplat, n toate condiiile normale de funcionare ale automobilului, s asigure transmiterea integral a momentului maxim al motorului, fr patinare, iar n regimurile n care pot aprea suprasarcini dinamice s limiteze, prin patinare, creterea momentului, evitndu-se astfel suprasolicitarea organelor transmisiei. De asemenea, fa de caracterul periodic variabil al momentului motorului i aleator variabil al rezistenelor la naintare, ambreiajul trebuie s asigure izolarea transmiterii vibraiilor de torsiune ntre motor i transmisie.

n afara condiiilor impuse ambreiajului n diversele faze de funcionare, acesta trebuie s mai ndeplineasc urmtoarele: momentul de inerie al prii conduse, solidare la rotaie cu arborele primar al cutiei de viteze, s fie ct mai mic, un moment mare prelungind durata de egalizare a vitezelor unghiulare ale roilor dinate ce urmeaz a fi cuplate; pe toat durata de funcionare, parametrii de baz s varieze ct mai puin, eventualele reglaje impuse de corectarea parametrilor urmnd s se menin timp ndelungat; s aib o durat de serviciu i o rezisten la uzur ct mai mari; s aib dimensiuni geometrice i mase ct mai reduse; s confere siguran n funcionare printr-o construcie simpl i ieftin.

2.1. Construcia i funcionarea ambreiajelor mecanice La ambreiajele cu arc central diafragm, n funcie de sensul de acionare al forei de decuplare, se disting dou tipuri: ambreiajul cu arc diafragm decuplabil prin comprimare, numit i ambreiaj de tip apsat i ambreiajul cu arc diafragm decuplabil prin traciune, numit i ambreiaj de tip tras.

Construcia ambreiajului cu arc diafragm de tip apsat (fig.2.2.) utilizat la majoritatea autoturismelor de talie mic i medie, precum i a autoutilitarelor uo