1. Emisiile poluante ale motoarelor cu ardere internă............................................................ 2

1.1. Legislaţia privind emisiile poluante ........................................................................... 2

1.1.1. Nocivitatea emisiilor .......................................................................................... 2

1.1.2. Măsurarea produşilor poluanţi ........................................................................... 3

1.1.3. Tehnici de măsurare ........................................................................................... 6

1.2. Standardele pentru emisiile poluante ......................................................................... 9

1.3. Originea emisiilor de hidrocarburi şi oxizi de azot la motoare cu aprindere prin

scânteie ................................................................................................................................... 9

1.3.1. Originea emisiilor de hidrocarburi ..................................................................... 9

1.3.2. Influenţele unor factori asupra emisiilor poluante ........................................... 10

1.3.3. Originea emisiilor la motorul Diesel ................................................................ 14

1.3.4. Influenţele unor factori asupra emisiilor de hidrocarburi şi oxizi de azot........ 15

1.4. Reactoare catalitice pentru substanţe gazoase.......................................................... 15

1.4.1. Neutralizarea emisiilor poluante din gazele de evacuare ................................. 15

1.4.2. Catalizatori de oxidare ..................................................................................... 16

1.4.3. Catalizatorul cu triplă acţiune .......................................................................... 17

1. Emisiile poluante ale motoarelor cu ardere internă

1.1. Legislaţia privind emisiile poluante

Cunoaşterea efectelor nocive ale emisiilor poluante emise de motoarele cu ardere

internă a impus limitarea lor treaptată. Această acţiune a început în anul 1959 în statul

american California când s-au stabilit primele standarde de reducere a emissiilor poluante

pentru concentraţiile de CO şi hidrocarburi. Acţiunea a continuat şi în anii următori cu

emisiile de evaporare din carburator şi rezervorul de combustibil, apoi densitatea fumului şi

aşa mai departe pentru toate gazele ce fac parte din emisiile poluante.

1.1.1. Nocivitatea emisiilor

HC – hidrocarburi Aceste substanţe nu au un efect direct asupra sanătăţii, cu

excepţia hidrocarburilor policiclice aromate, despre care este stabilit caracterul lor cancerigen.

S-a stabilit că aceste hidrocarburi nearse care sunt evacuate de motoarele cu ardere internă au

un rol important în formarea smogului fotochimic.

Smogul fotochimic reprezintă o ceaţă, caracteristică unor regiuni geografice

(California, Tokyo). Denumirea provine de la combinarea cuvintelor de origine engleză

smoke + fog şi este produs în atmosferă sub acţiunea razelor solare, în specil datorită

hidrocarburilor şi oxizilor de azot. Smogul este iritant pentru ochi şi mucoase, reduce mult

vizibilitatea şi este un pericol pentru traficul rutier. Mecanismul de formare este generat de 13

reacţii chimice catalizate de prezenţa razelor solare.

Aldehidele Substanţe organice prezente în gazele de evacuare în proporţie relativ

scăzută pentru combustibili clasici de natură petrolieră, dar cu o pondere mult mai mare

pentru combustibilii proveniţi din alcoli. Sunt substanţe iritante pentru organism, iar dintre

acestea formaldehida are un important potenţial cancerigen.

CO (oxidul de carbon) – are unefect toxic generat de fixarea hemoglobinei în sânge

prin care se împiedică alimentarea cu oxigen a creierului. O mare influenţă o are la persoanele

cardiace, care pot avea crize cardiace cu o frecvenţă mult mai mare.

Oxizii de azot NO şi NO2 Oxizii de azot au efecte dăunătoare prin contribuţia adusă

la formarea smogului, precum şi prin efect direct asupra omului. Principalele efecte sunt

legate de fixarea hemoglobinei şi prin efecte mai ales la bolnavii pulmonari. De asenenea,

oxizii de azot împreună cu oxizii de sulf contribuie la formarea ploilor acide.

Particulele nemetalice Aceste particule, în special cele de carbon, sunt emise mai ales

de motoarele diesel. Aceste particule pot fi inhalate în plămâni, unele din ele putând avea şi

efect cancerigen. Efectul particulelor se poate manifesta şi asupra clădirilor.

Particulele de plumb Acţiunea plumbului este foarte dăunătoare asupra omului şi este

bine cunoscută încă din antichitate. Concentraţii scăzute de plumb provoacă tulburarea

albuminelor şi glucidelor, atacă rinichii şi sistemele nervos şi central. Intoxicaţia cronică de

Pb se numeşte saturnism şi provoacă colită, insuficienţă renală,etc. Plumbul se găseşte în

combustibilii etilaţi pentru motoarele cu aprindere prin scânteie.

Bioxidul de carbon este prezent în aerul atmosferic, iar la concentraţii de până la 3-4

la mie este util în procesul de fotosinteză. Aspectul îngrijorător al creşterii concentraţiei de

bioxid de carbon este dat de apariţia efectului de seră (reducerea cantităţii de energie radiate

de pământ către spaţiul cosmic, datotorită reţinerii căldurii în unele gaze). Acest efect de seră

poate conduce la creşterea temperaturii medii la nivelul solului, iar motoarele cu ardere

internă au o mare pondere în creşterea concentraţiei de bioxid de carbon.

1.1.2. Măsurarea produşilor poluanţi

La motoarele cu ardere internă măsurarea produşilor poluanţi se poate face în mai

multe moduri:

Concentraţia gazelor poluante în gazele de evacuare (exprimat în părţi pe

milion ppm sau procentual)

Concentraţia de emisie poluantă a unui motor care echipează un autovehicul

raportat la unitatea de distanţă parcursă (g/km sau g-milă) pentru a determina mai exact efectu

produs de autovehicolul respectiv.

Pentru motoarele diesel staţionare de putere mare se poate utiliza o unitate de

măsură raportată la energia produsă (g/(CPh) sau g/(kWh))

Legătura care există între cantitatea de emisii evacuată în atmosferă şi regimul de

funcţionare al motorului a impus elaborarea unor norme de definire a ciclurilor funcţionale

considerate reprezentative pentru condiţiile obişnuite de funcţionare. De asemenea sunt

standardizate tehnica de măsurare experimentală, metodele de prelevare a probelor de gaz şi

prelucrarea rezultatelor.

Cicluri standard de funcţionare

În Uniunea Europeană se aplică ciclul standard ECE+EUDC pentru autovehiculele şi

autoutilitarele de până la 3.5 tone. Acest ciclu este definit prin variaţia vitezei vehiculului în

intervalul de probă.

Figură 1 Ciclul urban

Prima parte a ciclului modelează condiţiile de trafic din un oraş european (ciclul

urban) şi este format din un element de ciclu cu durata de 195 s (vmax=50 km/h cu o viteză

medie de 18.7 km /h, parcurgere a unui echivalent de 1,013 km, cu staţionare 31% din timp);

acest ciclu este reprodus de 4 ori. Prelevarea începe la pornirea de la rece a motorului. Partea

a doua a ciclului are durata de 400s şi modelează deplasarea interurbană (vmax=120 km/h,

viteza medie 62,6 km/h, parcurs echivalent de 6.755 km). Un ciclu complet se obţine din

repetarea de 4 ori a ciclului urban şi un ciclu interurban.

În general aceste măsurători se desfăşoară pe un stand cu role cu acţionare automată şi

nu pe o pistă de încercări. Gazele de ardere prelevate sunt diluate cu aer şi apoi sunt trecute

prin un schimbător de căldură pentru a fi răcite în scopul îngheţării reacţiilor chimice. Pentru

determinarea performanţelor automobilului se vor determina rezultatele testului în g/km.

Ciclul utilizat în SUA şi Canada (FTP 75) simulează condiţiile de trafic în o zonă

metropolitană americană (viteza maximă 91.2 km/h viteza medie 34.1 km/h distanţa parcursă

17.85 km) şi se aplică vehiculelor care au maxim 12 pasageri şi camioanelor mai mici de 3.8

tone. Ciclul, cu o durată de 1877s cuprinde trei faze:

Prima fază de funcţionare a motorului rece în regim tranzitoriu are o durată de

505s.

Faza a doua, în regim stabilizat, are o durată de 806s.

Faza a treia, în regim tranzitoriu, cu motorul cald, are o durată de 506s.

Între primele două faze şi cea de-a treia fază motorul va fi oprit timp de 10 min pentru

a putea efectua măsurarea emisiilor obţinute prin evaporare în incintă închisă.

Gazele de evacuare, împreună cu aerul de diluare, sunt aspirate de o pompă cu debit

constant. O a doua pompă, tot de debit constant, asigură prelevarea probelor pentru analiză

din curentul principal. Se prevede prelevarea separată a trei probe în trei saci pentru fiecare

fază a ciclului de funcţionare. Rezultatele se exprimă în unităţi de masă raportate la unuităţi

de lungime (g/milă).

Pentru motoarele diesel care echipează autovehicule grele normele comunităţii

europene prevăd un număr de 13 regimuri stabilizate, la trei turaţii : mers în gol, o tuaţie

intermediară (circa 60% din turaţia maximă) şi turaţia nominală. Testul se execută pe un stand

de probe pentru motoare şi rezultatul se exprimă în unităţi de masă ale emisiilor raportate la

energia produsă (g/kWh).

În SUA şi Canada se aplică normele EPA care prevăd pentru această categorie un ciclu

tranzitoriu de încercare, cu o durată de 1200s. Regimurile de funcţionare se înscriu în

domeniul de funcţionare cuprins între turaţia minimă stabilă şi o turaţie care depăşeşte cu 12%

turaţia nominală, sarcini cuprinse între mersul în gol şi sarcina maximă. Ciclul se parcurge

după o pornire la rece şi o pornire la cald, rezultatele fiind o medie ponderată a celor două

cicluri.

În figura de mai sus se compară determinările effectuate pentru un motor cu un ciclu în

13 puncte şi ciclul tranzitoriu EPA. Considerând pentru ambele teste valorile exprimate în

g/kWh se observă că acestea sunt în general apropiate, cu excepţia celor de hidrocarburi.

Testul EPA necesită un echipament mai complex. Unele firme au dezvoltat cicluri de

măsurare proprii (de casă), care permit evaluarea rapidă a performanţelor motorului (astfel

firma AVL propune un test în 8 puncte).

1.1.3. Tehnici de măsurare

Emisiile motoarelor cu ardere internă reprezintă o gamă largă de substanţe în fază

gazoasă, lichidă sau solidă. Compuşii gazoşi sunt în general în concentraţii reduse, dar se

înscriu în un domeniu foarte larg care depăşeşte 105ppm la limita superioară şi scade sub 10-3

la limita inferioară. Necesitatea măsurării acestor componente a dus la dezvoltarea unor

metodici şi echipamente de analiză de mare varietate şi complexitate, cu performanţe de

precizie adecvate specificului analizei.

Pentru studiul emisiilor gazoase se folosesc cele mai precise metode ale chimiei

analitice. Pentru unele din ele, mai dificil de dedectat, se utilizează o măsurare globală, pentru

întraga familie, nu şi pentru specii. Principalele metode sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Substanţa Metoda de analiză Metoda de

prelevare

Sensibilitatea Timpul

de

răspuns

Observaţii

Analiza spec-

troscopică FDIR

Continuă sau

discontinuă

10 ppm Rapid Nu este

admisă de

standarde.

Analiza prin

ionizare în flacără

Continuă sau

discontinuă

Părţi pe

miliard

Rapid Impusă de

standarde

Cromatografie în

faza gazoasă

Discontinuă Părţi pe

miliard

Lent Tehnică de

investigaţie

Hidrocarburi

Spectroscopia de

masă

Continuă sau

discontinuă

Părţi pe

miliard

Rapid Tehnică de

investigaţie

Oxidul de

carbon

Analiza spec-

troscopică FDIR

Continuă sau

discontinuă

10 ppm Rapid Impusă de

standarde.

Analiza

spectroscopică

FDIR

Continuă sau

discontinuă

10 ppm Rapid Nu este

admisă de

standarde.

Analiza

spectroscopică în

ultraviolet

Continuă sau

discontinuă

5 ppm Rapid Nu este

admisă de

standarde.

Analiza prin

chemiluminiscenţă

Continuă sau

discontinuă

10 ppmd Rapid Impusă de

standarde.

Oxizii de

azot

Spectroscopia de

masă

Continuă sau

discontinuă

Părţi pe

miliard

Rapid Tehnică de

investigaţie

Oxizii de sulf Analiza

spectroscopică

FDIR

Continuă sau

discontinuă

50 ppm Rapid Tehnică de

control

Analiza se efectuează în general pe probe prelevate din gazele de evacuare, în mod

continuu sau discontinuu, din un punct care se găseşte la o anumită distanţă de locul de ieşire

al gazelor din cilindru. Diferenţele care apar între gazele prelevate şi cele din cilindru

determină diferenţele între situaţia compuşilor din cilindru şi a celor analizaţi.

Probleme speciale le ridică măsurarea emisiilor de fum negru din gazele de evacuare

ale motoarelor diesel. Emisia este formată din o dispersie de particule de dimensiuni variate

constituite din materie carboanoasă de dimensiuni variate de o mare instabilitate.

Pentru măsurătorile standard gazele de evacuare sunt diluate cu aer şi răcite, iar pentru

prelevarea de particule gazele sunt trecute prin un filtru de particule care vor fi măsurate

pentru a putea caracteriza masa acestora. Metodele care se bazează pe prelevarea de gaze sunt

în general costisitoare şi durează mult. În paralel cu acestea s-au dezvoltat şi metode simple

bazate pe procedee optice, care se împart în două variante pentru fumul negru:

Se măsoară reducerea procentuală a radiaţiei vizibile la trecerea printr-o

coloană de gaze arse, de lungime standard (opacitatea coloanei);

Se măsoară reducerea procentuală a luminii incidente pe care o reflectă o

hârtie de filtru (reflectanţa suprafeţei) care a reţinut particulele din o probă standard de gaze.

Aceste aparate se numesc fummetre.

Fummetrul Bosch, actualmente cel mai răspândit, aplică ultimul principiu. O scală

convenţională cuprinsă între 0 (filtru perfect curat) şi 10 (filtru absoarbe lumina). Există o

corelaţie posibilă între concentraţia de fracţiuni insolubile cu cifra de fum în unităţi Bosch

(vezi figura de mai jos). O altă corelaţie propusă este: 206.1)))10/(10(ln(565 CFCp −=

Grafic de conversie

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Densitate de particule

Cifr

a de

fum

UB

1.2. Standardele pentru emisiile poluante

În decursul ultimilor ani s-au elaborat standarde pentru reglementarea nivelurilor

maxime de emisii poluante pe care le poate emite un motor cu ardere internă. Acestea sunt

aplicabile pentru diverse ţări sau grupe de ţări. Se limitează următoarele grupe de emisii

poluante: hidrocarburi,NOx, oxidul de carbon CO, Particule, evaporare a combustibilului.

Valorile admisibile pentru un test EURO sunt următoarele:

Emisie HC CO NOx Particule

EURO 1 1.1 4.5 8.0 0.36

EURO 2 1.1 4.0 7.0 0.15

EURO 3 0.9 3.8 5.0 0.1

1.3. Originea emisiilor de hidrocarburi şi oxizi de azot la

motoare cu aprindere prin scânteie

1.3.1. Originea emisiilor de hidrocarburi

Concepţia clasică asupra originii emisiilor de hidrocarburi

Atunci când s-a pus problema apariţiei hidrocarburilor în gazele de evacuare ale

motoarelor cu aprindere prin scânteie cercetările s-au orientat pe cauze posibile de întrerupere

a propagării flăcării: răcirea locală a amestecului şi compoziţia locală necorespunzătoare. S-a

considerat că prima din cauze poate să intervină în apropierea pereţilor şi acest fenomen a fost

denumit stingerea flăcării la perete. Cealaltă cauză posibilă a fost numită stingerea flăcării în

masa gazelor. Apariţia hidrocarburilor în gazele arse este determinată şi de posibilitatea ratării

aprinderii (atunci amestecul proaspăt trece în totalitate în gazele de ardere). Cele două

fenomene expuse mai sus au fost evidenţiate experimental de către diverşi cercetători.

Dar aceste fenomene au fost infirmat în anii 80 de un studiu teoretic, care în cadrul

modelului au luat în considerare mai multe fenomene: stingerea flăcării la perete în stratul

limită, difuzia ulterioară a acestora în stratul de stingere a gazelor, oxidarea hidrocarburilor în

camera de ardere şi în poarta supapei corespunzătoare unor reacţii globale. Concentraţiile

calculate au fost cu un ordin de mărime mai mici decât cele experimentale. În acest context s-

a trecut la realizarea unor experimente de detaliu privind originea hidrocarburilor. Din aceste

experimente s-a ajuns la concluzia că substanţele care se sting la perete difuzează rapid în

masa de gaze fierbinţi şi sunt oxidate, având o pondere neglijabilă la formarea hidrocarburilor.

Studiile teoretice şi experimentale indică alte surse pentru emisiile de hidrocarburi, în primul

rând spaţiile înguste din cilindru.

Rolul spaţiilor înguste

Camera de ardere a unui motor cu aprindere prin scânteie cuprinde mai multe spaţii

înguste, din care cel mai important este cel inelar format între piston, cilindru şi primul

segment de compresie. La acesta se adaugă spaţiul din jurul electrodului central al bujiei,

dintre bujie şi locaşul său din chiulasă, volumul cuprins între blocul cilindrilor şi chiulasă.

Însumat, volumul total al acestor spaţii reprezintă cîteva procente din volumul total al camerei

de ardere. Fiind caracterizate prin un raport mare dintre suprafaţa laterală şi volum, răcirea

amestecului proaspăt este puternică în aceste zone. Curgerea spre şi dinspre aceste zone este

laminară, conducând la stratificarea gazelor în aceste spaţii, la pătrunderea succesivă a gazelor

arse şi amestecului proaspăt, reducînd amestecarea lor, care conduce la absenţa oxidării

hidrocarburilor.

Absorbţia şi desorbţia în particula de ulei

Emisiile de hidrocarburi ale motoarelor cu aprindere prin scânteie se măresc în

prezenţa peliculei de uleidin camera de ardere. Aceasta realizează o absorbţie a

hidrocarburilor în perioada de comprimareşi o eliberare a acestora după terminarea arderii.

Datorită scăderii concentraţiei vaporilor de combustibil din gazele din cilindru din timpul

arderii o parte din vaporii absorbiţi în pelicula de ulei vor fi eliberaţi şi se vor oxida în contact

cu flacăra.

Absorbţia şi desorbţia în depozitele solide

Depozitele solide au acelaşi rol ca şi pelicula de ulei. În final, din toate aceste zone se

eliberează hidrocarburile ce vor fi evacuate în gazele de ardere.

Formarea oxizilor de azot

Măsurătorile efectuate au arătat că oxidul de azot se formează prin oxidarea locală a

azotului atmosferic. Astfel, in condiţiile în care oxigenul este în exces se dezvoltă o reacţie de

oxidare a azotului şi în final se obţin compuşii cunoscuţi sub simbolul NOx.

1.3.2. Influenţele unor factori asupra emisiilor poluante

1.3.2.1. Calitatea amestecului

Deoarece emisiile poluante sunt produse ale arderii calitatea amestecului combustibil

are o influenţă fundamentală asupra concentraţiei acestora.

Emisia de noxe

0

20

40

60

80

100

120

0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3

Excesul de aer

Valo

ri ra

port

ate

1,4

Puterea CO HC NOX Proporţia de hidrocarburi din gazele de evacuare se reduce sensibil odată cu sărăcirea

amestecului, până la o anumită valoare a excesului de aer. Aceasta se explică mai ales prin

reducerea masei de hidrocarburi care vor fi absorbite în pelicula de ulei şi spaţiile înguste din

cilindru. Sărăcirea în continuare a amestecului peste această limită va duce la creşterea bruscă

a emisiilor de hidrocarburi datorită instabilităţii aprinderii amestecului şi/sau propagării

incomplete a arderii.

Variaţia emisiilor de NOx în funcţie de calitatea amestecului este determinată de

efectul combinat al temperaturii şi concentraţiei de oxigen din gazele de ardere. În cazul

amestecurilor bogate formarea de oxizi de azot este frânată de cantitatea reduşă de oxigen

existentă în gaze, iar la amestecurile sărace cantitatea de oxigen disponibilă nu participă la

formarea oxizilor de azot datorită temperaturilor şi presiunilor mai reduse din camera de

ardere.

După cum se observă şi din figură, calitatea amestecului, element determinant în

formarea compuşilor poluanţi, are efecte contrare pentru diversele elemente ale procesului.

Dacă îmbogăţirea amestecului conduce la reducerea emisiilor de oxizi de azot, hidrocarburile

şi oxidul de carbon cresc. La sărăcirea amestecului emisiile de NOx cresc, în timp ce celelalte

scad. Ca o concluzie, nu există un exces de aer favorabil pentru toate cele trei componente.

1.3.2.2. Proporţia de gaze arse în amestecul proaspăt

Gazele arse prezentă în amestecul proaspăt influenţează formarea de oxizi de azot prin

acţiunea lor asupra temperaturii flăcării. Prin aceasta reducere de temperatură formarea inţială

de oxizi de azot este mult diminuată, dar şi performanţele motorului.

1.3.2.3. Sarcina

Măsurătorile efectuate indică faptul că în mod practic conţinutul de hidrocarburi din

gazele arse este independent de sarcină. Aceasta se poate explica prin combinarea mai multor

efecte care se anulează reciproc. Odată cu reducerea sarcinii se produce, pe de o parte,

reducerea presiunii, cu efect scăderea cantităţii de HC reţinute în spaţiile înguste şi în pelicula

de ulei, pe de altă parte reducerea temperaturii conduce la scăderea oxidării finale, mai ales la

amestecuri bogate.

Influenţa sarcinii asupra concentraţiilor de oxizi de azot este diferită. La creşterea

sarcinii regimul termic al motorului se măreşte, rezultând o activare a reacţiilor de oxidare ale

azotului, dar odată cu această creştere are loc şi o reducere a excesului de aer. Ca o concluzie

se poate spune că odată cu creşterea sarcinii cantitatea de oxid de azot creşte, dacă excesul de

aer are valori vaforabile pentru formarea acestuia.

Concentraţia de CO este maximă mai ales la mersul în gol, unde dozajele sunt bogate.

1.3.2.4. Turaţia

Experienţele indică o reducere a concentraţiei de HC din gazele de evacuare odată cu

creşterea turaţiei. Această influenţă este legată de tendinţa de creştere a duratei de ardere şi de

faptul că temperatura în destindere este mai ridicată, ceea ce conduce la o intensificare a

reacţiilor de oxidare a hidrocarburilor.

Modificarea turaţiei are efecte opuse asupra proporţiei de NOx din gazele de evacuare

în funcţie de calitatea amestecului. Dacă se menţine constant avansul la producerea scânteii

electrice, arderea se deplasează în destindere la creşterea turaţiei. Presiunea maximă se reduce

micşorând astfel gradul de comprimare al gazelor arse formate în prima parte a arderii. În

consecinţă, se reduce temperatura, şi odată cu ea şi concentraţia de oxizi. La dozaje bogate, cu

viteze ridicate de ardere, există tendinţa de creştere a temperaturii de ardere cu formare mai

intensă de oxizi de azot.

Variatia concentratiei de noxe

0

20

40

60

80

100

120

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

lamda = 1.3 lamda = 0.95 lamda = 0.81 lamda = 1.3 lamda = 0.95 lamda = 0.81

1.3.2.5. Avansul la declanşarea scânteii electrice

Variatia emisiilor cu avansul

0

20

40

60

80

100

120

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20

Avans

HC Nox lamda 1,02 Nox lamda 1.16 Reducerea avansului duce la scăderea concentraţiilor de NO şi HC datorită scăderii

presiunilor şi temperaturilor maxime şi este o metodă simplă de control al acestora.

1.3.3. Originea emisiilor la motorul Diesel

1.3.3.1. Originea emisiilor de hidrocarburi

Gazele de evacuare ale motoarelor cu aprindere prin comprimare cuprind un spectru

larg de hidrocarburi care se pot grupa în două categorii: hidrocarburi care provin direct din

gazele de ardere şi cele care rezultă din transformarea combustibilului în timpul ardererii.

Prezenţa hidrocarburilor originare din combustibilul iniţial poate fi atribuită mai

multor cauze generale:

Compoziţia locală excesiv de bogată sau excesiv de săracă a

amestecului, care nu poate susţine reacţia de autoparindere şi cea de propagare a

flăcării.

Existenţa unor zone de amestec care prezintă un raport mare suprafaţă

volum, determinând pierderi exagerate de căldură. Aceste condiţii apar datorită

neomogenităţii amestecului din camera de ardere a motorului.

Cantitatea relativă de combustibil din zona amestecurilor preformate neinflamabile

depinde de proporţia de combustibil injectat în perioada de întârziere la declanşarea arderii şi

de viteza de amestecare. Mărirea întârzierii va coduce la tendinţa de creştere a emisiilor de

hidrocarburi.

Modificarea caracteristicilor sistemului de injecţie, cu reducerea cantităţii de

combustibil injectat în perioada întârzierii la autoaprindere apare ca un mijloc de reducere a

emisiilor de hidrocarburi. S-au obţinut reduceri de peste 50% a emisiilor de hidrocarburi prin

metoda reducerii vitezei medii de injecţie.

O altă sursă de hidrocarburi este combustibilul de la coada jetului, în special

combusibilul introdus la finele injecţiei prin post injecţie. Acesta va conduce la nearderea

acestui şi trecerea lui direct în gazele de evacuare.

1.3.3.2. Formarea oxizilor de azot

Mecanismul cinetic al formării de NOx în motorul Diesel este controlat de procesele

specifice ale formării amestecului şi arderii, care determină variaţii mari în timp şi spaţiu a

temperaturii şi concentraţiei de oxigen. Amestecurile preformate cuprinse de flacără se înscriu

în intervalul larg de concentraţii din limitele de inflamabilitate, în timp ce în faza arderii

difuzive amestecurile sunt mai apropiate de raportul stoichiometric. Amestecarea turbulentă

modifică concentraţia locală şi viteza de formare a amestecului de azot.

1.3.4. Influenţele unor factori asupra emisiilor de hidrocarburi şi oxizi de azot

1.3.4.1. Sarcina şi turaţia

Influenţa sarcinii asupra concentraţiei emisiilor de hidrocarburi din gazele de evacuare

nu este semnificativă. Dacă emisiile se raportează la doza de combustibil pe ciclu, atunci

variaţia cantităţii formate este importantă, reducându-se proporţia odată cu sarcina.

Cantitatea de oxizi de azot formată în cilindru depinde de sarcina şi turaţia motorului

care controlează nivelul general de temperatură. La turaţie constantă concentraţia emisiilor de

NOx creşte odată cu sarcina. Influenţa turaţiei la sarcină constantă este mai dificil de definit.

1.3.4.2. Avansul şi caracteristica de injecţie

Pentru ambii compuşi poluanţi reducerea avansului conduce, la fel ca la m.a.s. la o

scădere a concentraţiei lor. Aceasta rămâne o opţiune simplă pentru reducerea emisiilor.

1.3.4.3. Recircularea de gaze arse

Introducerea de gaze arse recirculate conduce la diluarea amestecului şi introducerea

unei mase inerte importante cu efecte benefice privind reducerea emisiilor de oxizi de azot.

Gazele arse recirculate se determină cu o relaţie de tipul CRG=(masa gaze arse)/(masa gaze

arse+masa aer), cu CRG este coeficientul de gaze arse reciculate. Influenţa recirculării este

determinată de efectul termic al acestora, temperatura având o creştere mai redusă. Aceste

gaze au rolul unei mase inerte de capacitate calorică crescută care nu se vor mai încălzi atât de

mult în perioada de ardere.

Introducerea de gaze arse recirculate avantajează reducerea de fum negru şi de aceea

este utilă numai la sarcini reduse cu un exces de aer ridicat.

1.4. Reactoare catalitice pentru substanţe gazoase

1.4.1. Neutralizarea emisiilor poluante din gazele de evacuare

Compoziţia chimică la care poate ajunge un sistem chimic la o anumită temperatură

corespunde echilibrului chimic. Dacă la un motor s-ar atinge starea de echilibru chimic

emisiile poluante ar fi mult mai reduse. Prezenţa compuşilor poluanţi în gazele de evacuare

indică faptul că echilibru chimic nu este atins.

Substanţele poluante gazoase care sunt combustibile (HC,CO) pot fi principial

eliminate prin oxidare înainte de evacuarea lor în atmosferă, dacă sunt îndeplinite următoarele

condiţii:

Există suficient oxigen pentru oxidare şi este distribuit omogen în masa

de gaze arse;

Există o temperatră suficientă a gazelor pentru a asigura o reacţie

potrivită. La hidrocarburi temperatura optimă este de 600 grade şi la CO 700 grade.

În anii 1970 au fost concepute reactoare termice menite să menţină o temperatură

ridicată a gazelor de evacuare. Efectul termic a fost obţinut prin izolarea termică a

catalizatorului şi fixarea sa pe chiulasă şi insuflarea de aer în catalizator.

O altă abordare a fost aceea a prelucrării emisiilor din gazele de evacuare prin

utilizarea catalizatorilor, care pot duce la o creştere importantă a vitezei de reacţie. Oxidarea

catalitică este posibilă şi la 250 de grade şi aceasta este posibilă şi la emisiile de fum negru.

1.4.2. Catalizatori de oxidare

Un catalizator de oxidare are rolul de promovare a reacţiei de oxidare a hidrocarburilor

şi a oxidului de carbon. Oxigenul necesar pentru reacţiile de oxidare se poate asigura prin

funcţionarea motorului cu dozaje sărace, în cazcontrar se poate prevedea o pompă pentru

introducerea suplimentară a aerului suplimentar în coloana de gaze.

Catalizatorii cei mai eficienţi sunt metalele nobile: platina, paladiul şi rodiul. La

temperatură ridicată platina are o activitate specificămai intensă la oxidarea hidrocarburilor

parafinice, iar paladiul pentru oxidarea metanului, olefinelor şi oxidului de carbon.

În domeniul temperaturilor reduse factorul de conversie este redus acesta crescând

odată cu creşterea temperaturii. Pentru creşterea eficienţei catalizatorilor este necesar ca

suprafaţa de contact să fie mare şi de aceea acestea se disipează pe un material ceramic de

mare porozitate.

După o perioadă eficienţa catalizatorului scade prin un mecanism combinat care

include:

Aglomerarea prin care dimensiunile iniţiale ale particulelor cresc, odată

cu reducerea suprafeţei totale;

Interacţiunea cu stratul învecinat şi tendinţa de migrare a metalului

nobil (pierderea catalizatorului prin formarea de oxizi). Un catalizator are un termen

de durabilitate de circa 150000 km.

O altă modalitate de degradare este legată de otrăvirea fizică şi chimică în urma

contactului cu anumite elemente, din care se pot cita ca cei mai activi agenţi sunt plumbul şi

fosforul. De aceea, la motoarele care folosesc aceste catalizatoare se utilizează numai benzină

neetilată.

1.4.3. Catalizatorul cu triplă acţiune

Dacă motorul funcţionează în un domeniu îngust de dozaje (λ=0.99...1.01) gazele de

ardere pot fi aduse în condiţii apropiate de echilibru chimic. Se realizează oxidarea aproape

completă a CO şi HC şi reducerea cu peste 90% a emisie de NOx. Catalizatorul se numeşte cu

triplă acţiune.

Controlul riguros al dozajului pe care îl reclamă catalizatorul a impus formarea

amestecului prin injecţia de combustibil cu un reglaj automat al excesului de aer cu ajutorul

unei sonde lamda. Catalizatorul cu triplă acţiune conţine mai mule metale nobile (două sau

trei).