Sistematizarea surselor de poluare - particulele emise de motoare auto

CONSIDERATII GENERALE

Din punct de vedere al poluarii mediului este foarte importanta sistematizarea surselor de poluare legate de transporturi in finctie de :

Modul de transport;

Mijlocul de propulsie (motoare cu ardere interna,motoare electrice;

Locul specific al transportului (urban:rutier si pe sine; interurban: rutier si pe sine.aerian si naval; international: rutier ,pe sine,naval,aerian);

Atentia principala trebuie acordata transportului auto.Se apreciaza ca la un drum de 1000 km un singur autoturism consuma oxigenul a patru personae pe an,in afara altor produse poluante rezultate.

Emisiile poluante produse de motoarele autovehiculelor se inpart in doua clase:

substante primare;

substante secundare;

Substantele primare sunt substante nocive emise direct de motor si cumprind mai multe varietati in stare gazoasa : oxidul de carbon (CO);hidrocarburile (HC);oxizii de azot (No);

in stare solida: particulele de plumb la MAS,particulele organice care alcatuiesc fumul la MAC;

in stare lichida : cand motorul diesel este rece,unele hidrocarburi se evacueaza sub forma de particule de lichid;

Cantitatea si calitatea emisiilor poluante depind de natura si consumul de combustibil precum si de doua procese fundamentale: procesul de amestecare si procesul de ardere.Cercetarea si proiectarea concentreaza eforturi considerabile pentru controlul acestor procese precum si pentru imbunatatirea combustibilului in vederea satisfacerii normelor antipoluante.

particulele emise de motoare

2.1 Originea particulelor

Fata de emisiile existente in gazelle de evacuare ale MAS,gazelle produse de MAC cuprind un poluant definit prin metoda de masurare si anume particulele diesel,poluant a carui monitorizare urmareste determinarea emisiilor solide si lichide din gazelle de evacuare printr-un procedeu de masurare mai riguros decat masurarea opacitatii fumului.Problema fundamentala a particulelor din gazelle de evacuare.

Particulele sunt definite implicit prin metoda de masurare ca totalitatea materiei colectate pe un filtru de teflon la trecerea gazelor arse emise de motorul cu aprindere prin comprimare,gaze care au fost diluate cu aer filtrat pentru mentinerea temperaturii acestora sub 52*C.

Extinderea definitiei particulelor pentru MAS este formata nefiind impusa de prevederi legislative concrete,datorita faptului ca emisia de particule MAS este de 40-100 de ori mai mica decat aceea a MAC,pentru motoare similare.Din punct de vedere a compozitiei chimice patriculele MAS contin pe langa carbon Pb,P,aditivi organici din ulei si benzina.

Revenind la cazul particulelor emise de MAC se apreciaza din punct de vedere cantitativ ca din cele 0,3% din gazelle arse care sunt daunatoare sanatatii 0,005%sunt particule.

Particulele provin din procese similare cu cele ale genezei funinginei si hidrocarburilor.

Funinginea

Se formeaza prin suprapunerea amestecurilor bogate la  temperaturi inalte.Cu cat amestecul este mai bogat sau cu cat temperatura este mai ridicata,cu atat creste funinginea produsa din carbonul existent in combustibil.Emisia de funingine este legata de cantitatea de combustibil injectata in cea de-a doua faza a arderii,dupa perioada de intarziere la autoaprindere.Combustibilul injectat inaintea aprinderii are timp sa se amestece in conditii mai sarace inainte ca temperatura sa creasca.

Hidrocarburile HC

Provin din trei surse principale:

amestecuri sarace neinflamabile;

volumul sacului injectorului;

amestecuri bogate formate tarziu in ciclul motor;

Cea mai mare parte a combustibilului injectat este consumata de reactiile rapide la valori ale coeficientului de exces de aer apropiate de unitate care practice nu genereaza hidrocarburi.Acestea apar cand temperaturile sunt prea mici sau exista o lipsa locala de oxygen, cand amestecul este prea sarac sau prea bogat pentru a fi consumat de reactiile rapide stoechiometrice.

2.2Compozitia particulelor

Particulele sunt alcatuite din o fractiune insolubila de carbon sub denumirea de funingine compusi metalici si o fractiune solubile formata din combustibil si ulei nears.

In fig.1 sunt prezentate compozitia tipica si provenienta particulelor in gazelle de evacuare.

Compozitia particulelor depinde de tipul constructive al motorului procentele componentelor fiind prezentate in tabelul 1.

Tabelul 1 Variatia compozitiei particulelor functie de tipul MAI

2.3Dimensiunile particulelor

Exista mai multe referiri asupra dimensiunilor particulelor emise de motoarele Diesel:

Diametrul mediu 0,1-0,3 um.cele micipot fii de 10 mm;

Mai mult de 50%dintre particule au diametrul mai mic de 1um;

90% dintre particule au diametru mai mic de 1um,iar 70%sub 0,3um;

0,03-0,6um,conform distributiei tipice dimensionale;in plus dimensiulie particulelor emise de MAS sunt mai mici decat cele emise de MAC:0,01-0,05 um in cazul MAS cu catalizator si 0,01-0,1um in MAS fara catalizator.

Particulele emise de MAC sunt foarte mici si nu au intrat pana de curand in atentia legislatorilor decat prin prisma masurarii fumului si a compozitiei chimice a gazului de esapament.

Efectele asupra sanatatii produse de particule depinde de dimensiunile acestora,de modul in care acestea patrund in organism ca si de capacitatea organismului de a le elimina sau neutraliza.Particulele MAC sunt suficiend de mici pentru a se depinde in traiectul respirator.Particulele mai mari de 0,3um sunt eliminate din traiectul respirator in timp ce restul pot patrunde in plamani.Tor materialul sub forma suspendata solid sau lichid poate fi denumit patricule si clasificat dupa marime.Particulele ultrafine cunoscute sub denumirea de nanoparticule sau particule submicronice care apar in numar foarte mare dar in cele din urma acestea au o contributie mica asupra masei totale a particulelor .Patriculele ultrafine sunt mai periculoase din cauza capacitatii acestora de a patrunde adanc in sistemul respirator si de a depozita in zona alveolara a plamanului.

Dimensiunile particulelor variaza cu regimul de functionare al motorului constatandu-se ca la turatie constanta cresterea sarcinii a dus la cresterea diametrului mediu al particulelor iar la cresterea turatiei diametrele medii au scazut datorita scaderii timpului de stationare a particulelor in motor si a anihilarii fenomenelor de aglomerare.

Pentru studiul dimensional al particulelor s-a folosit microscopia electronica cu ajutorul careia s-a analizat imaginea particulelor emise de motorul D2156 MTN 8,in regimul de functionare caracterizat de 100%sacrina si la turatia de 1800 rot/min.Depunerea particulelor s-a facut pe pastille de aluminiu lustruite chimic,acestea fiind mentinute in curentul de gaze arse un timp foarte scurt,pentru a se evita depunerile in straturi a particulelor.Potografiile confirma aspectul de conopida al particulelor.

CAP III.

TIPURI CONSTRUCTIVE DE FILTRE

Problema fundamentala a particulelor din gazelle arse este ca sunt prea diluate pentru a putea arde de aceea cea mai raspandita metoda este concentrarea lor intr-un filtru.Functionarea filtrului implica doua faze de lucru:

Perioada de filtrare si acumulare a particulelor;

Perioada de regenare prin care particulele sunt fie oxidate fie inlaturate astfel incat filtrul sa poata lucra din nou;

Filtrele de particule sunt dispozitive proiectate inca de la sfarsitul anilor “70 in scopul retinerii oxidarii particulelor continute in gazelle de evacuare ale motoarelor diesel.

Clasificarea filtrelor:

dupa procedeul de colectare a particulelor;

prin retinere mecanica (structuri celulare sau fibroase avand suprafete mari de deupnere si canalizatii inguste pentru trecerea gazelor arse);

prin retinere electrostatica(prin procedeul efectului Corona particulele electrizate se aglomereaza si pot fi colectate);

dupa natura materialului filtrant:

filtre metalice;

filtre ceramice;

dupa tipul regenerarii:

regenerarea termica (cu aport de energie,in scopul cresterii temperaturii gazelor arse pana la valori de 550 . 600 grade C);

regenerare electrica cu resistor de incalzire;

regenerare cu microunde:

regenerare cu arzator de combustibil suplimentar:

regenerare cu obturarea admisiei:

regenerare cu obturaea evacuarii:

regenerare chimica(cu reactii catalice care produc oxidarea particulelor la temperaturi mai scazute ale gazelor de evacuare);

regenerare cu depunderi sau injectare de catalizatori in filtru:

Document online: Hazardele naturale si calitatea mediului in perspectiva dezvoltarii durabile in Carpatii si Subcarpatii de la curbura Referat: Indici normalizati de diferentiere

regenerare combinata (termica sau chimica);

regenerare mecanica;

dupa periodicitatea regenerarii:

regenerare periodica;

-regenerare continua;

dupa locul de producere a regenerarii:

regenerare externa (oxidarea particulelor din filtru are loc dupa colmatarea acestuia prin folosirea unui arzator extern);

regenerare interna (oxidarea particulelor are loc in filtru prin actiunea sistemului propriu de regenerare);

Filtre de particule urmaresc retinerea particulelor urmata de curatarea periodica prin diferite procedee.Functie de procedeul de retinere a particulelor s-au dezvoltat mai multe tipuri de filtre si procedee de regenerare,dintre care s-au dovedit mai eficiente in functionarea pe autovehicule urmatoarele:

filtre de particule cu retinere mecanica;

filtru monolit ceramic;

filtru metallic poros;

filtre electrostatice de particule;

CAP IV.

FILTRE DE PARTICULE CU RETINERE MECANICA

In general filtrarea mecanica se imparte in filtrare bidimensionala fi siltrare tridimensionala (in volum).Daca dimensiunea particulei este mai mare decat cea a celulei filtrului,particular nu poate trece prin porii filtrului.Ca rezultat particulele sunt filtrate si exista numai pe suprafata peretelui filtrului.Acesta este mecanismul filtrarii bidimensionale care are o eficienta mare si o cadere de presiune mare.In cazul filtrarii tridimensionale desii dimensionea particulei este mai mica decat cea a porului si particular poate trece,ea este retinuta pe fibra filtrului din cauza fortei inertie specifice curgerii gazului.Particulele nu exista numai la suprafata ci si pe suprafata interioara a peretelui filtrului.

Functie de dimensiunea particulelor,exista trei mecanisme de a captura a acestora;

-captura prin difuzie (particulele sufficient de mici pentru a intra in miscare browniana cauzata de ciocnirea cu molecule de gaz);

-captura prin interceptie (particulele considerate prea mari pentru a mai fi supuse miscarii browniene dar prea mici pentru a avea inertie proprie);

-captura prin impact inertial (particulele mai mari cu suficienta inertie);

Mecanismele de captare a particulelor prin impact si difuzie sunt predominante la filtrele cu fibre ceramice sau cu lana de sarma (wire mesh).Particulele mai mari adera dupa impact cu suprafata filamentelor sau cu depunerile de pe acestea.Unele dintre particulele mici migreaza (prin mecanismul de difuzie) pe suprafetele filamentelor.Acest tip de filtru se mai numeste neblocabil (gazelle de evacuare pot razbate permanent spre iesire).Filtrele au avantajul unei caderi mici de presiune  dar dezavantajul unei eficiente relativ reduse.

Intreceptia este principalul mecanism de captare in filtrele din material poros iar difuzia poate la randul ei sa sporeasca eficienta.Particulele mai mari ca diamentru mediu al porilor sunt deci interceptate si retinute de monolit.Aceste filtre se numesc blocabile avand in consecinta o cadere sporita de presiune si o viteza mai mare de crestere a acestei caderi de presiune.

4.1 FILTRUL MONOLIT CERAMIC

Filtrul ceramic pentru retinerea particulelor este format dintr-un corp ceramic cu sectiune circulara sau ovala care are aspect de figure datorita canalelor care il strabat Materialul ceramic din care este alcatuit se numeste cordierit si contine in principal oxid de magneziu (MgO),oxid de aluminiu (Al2O3) si dioxid de siliciu (SiO2).Exista si o varianta de aliaj ceramic mai simplu numit mullit.Forma de figure este data de un numar foarte mare de canale longitudinale de sectiune patrata.

Canalele longitudinale sunt obturare alternativ la capete cu obturatoare din ceramica iar retinerea particulelor se realizeaza in momentul trecerii gazelor dintr-un canal in altu prin strabaterea peretilor porosi ai monolitului – filtrare prin trecere prin perete – Wall Flow.

Din acest motiv se impune regenerarea filtrului care inseamna arderea particulelor depuse.Matrita ceramica necesita o tehnologie de executie speciala foarte costisitoare in present existand numai doua firme care o produc.Montarea matritei trebuie sa se faca intr-o retea de tesaturi metalice isolate in lana ceramica pentru a micsora tensiunile mecanice si pentru a asigura izolvatia termica.Acest system de filtrare a particulelor asigura un grad de retinere de pana la 80-90% cu un consum suplimentar de energie de 2%.Tehnica regenerarii solicita dispozitive electronice si senzori fiabili caci exista pericolul distrugerii monolitului la socuri termice si mecanice de aceea se studiaza si alte variante de monoliti ceramici.

Din punct de vedere al eficientei filtrarii filtrele se impart in filtre cu pori mari (diamentrul mediu al porului dp>15um)si filtre cu pori mici ( diamentrul mediu al porului<15u).Prin timp de filtrare se intelege timpul de functionare al filtrului pana la atingerea unei / p impuse,fiind practice durata de functionare intre doua regenerari acest parametru este de dorit sa fie cat mai mare.Prin dublarea grosimii peretilor timpul de filtrare se injumatateste pentru filtrele cu pori maici si se reduce la 1/5 . 1/10 pentru filtrele cu pori mari.

Dublarea lungimii filtrului semnifica dublarea suprafetei de filtrare iar timpul de filtrare creste.Capacitatea de incarcare a filtrului se determina prin cantarirea particulelor colectate in filtru la atingerea / p date.Practic aceasta marime se determina prin diferenta dintre valorile masei filtrului incarcat si valorile filtrului curat.

4.2FILTRE CU FIBRE CERAMICE

Pentru retinerea particulelor s-au dezvoltat in ultimul timp fibre din materiale refractare denumite generic filtre cu fibre ceramice care rezista la temperaturi mari de 1000 grade C si care asigura filtrarea buna a particulelor submicronice diesel.Aceste materiale se disting prin urmatoarele proprietati:

rezistente si module de elasticitate ridicate (rezistenta creste cu micsorarea diamentrului fibrei);

temperaturi de lucru pana la 1000 grade C, in functionare de durata;

proprietati electrice care acopera domeniul de buni izolatori pana la materiale conductibile;

rezistenta chimica foarte buna;

posibilitati de finisare a suprafetei si a structurii interne;

Principalele materiale din care se pot confectiona astfel de fibre sunt:carbonul,carbonul activ,sticla,cuartul,materialele ceramice(mullitul),oxizii de aluminiu,carbura de siliciu.Fibrele fara selectionare sunt apoi tricotate sau tesute rezultand o structura volumica cu pori deschisi.Impletitura este pretensionata in procesul de formare a ochiului tricotului.

Utilizarea acestor filtre la motoarele diesel se bazeaza pe urmatoarele caracteristici:

grad inalt de separare in domeniul submicronic;

repartizare uniforma a particulelor:

capacitate mare de inmagazinare a materialului inert;

rezistenta la temperaturi inalte;

insensibilitate la socuri termice;

amortizare buna a zgomotului;

usurinta regenerarii passive;

simplitatea caracasarii;

Constructiv exista mai multe variante determinate de tipul autovehiculului.Pentru autoturisme la care spatial de instalatia de evacuare este redus s-a dezvoltat un filtru cu fibre ceramice de tipul “teava in teava”, in care gazelle arse parcurg dinspre interior spre exterior un tub perforat pe suprafata caruia s-a infasurat o impletitura din fibre ceramice.Cartusele filtrante se pot configura in serie.La motoarele supraalimentate se recomanda plasarea filtrului de particule inaintea turbosuflantei, nu numai din motivul temperaturii mai ridicate a gazelor ci si datorita efectului considerabil mai mic al pierderii de presiune asupra consumului de combustibil.Dezavantajul este dat de masa inertial termica a filtrului,care este plasata inaintea turbinei si care inrautateste comportamentul acesteia la variatia sarcinii.Pentru autoturisme acest dezavantaj persista pentru autocamioane si autobuze dezavantajul se diminueaza considerabil datorita proprietatii de inmagazinare termica a filtrului.Vulnerabilitatea filtrului monolit la socuri termice si la incercari vibratorii inalte asigura un ascendent net al fibrelor cu fibre ceramice.

4.4REGENERAREA FILTRELOR

Functie de procedeul de retinere a particulelor s-au dezvoltat mai multe procedee de regenerare:

regenerare termica (cu aport de energie in scopul cresterii temperaturii gazelor arse pana la valori de 550 . 600grade C);

regenerare electrica cu resistor de incalzire;

regenerare cu microunde;

regenerare cu arzator de combustibil suplimentar;

regenerare cu obturarea admisiei;

regenerare cu obturarea evacuarii;

regenerare chimica (cu reactii catalice care produc oxidarea particulelor la temperaturi mai scazute ale gazelor de evacuare);

regenerare cu depuneri sau injectare de catalizatori in filtru;

regenerare combinata (termina si chimica);

regenerare mecanica;

dupa periodicitatea regenerarii:

regenerare periodica;

regenerare continua;

dupa locul de producere a regenerarii:

regenerare externa (oxidarea particulelor din filtru are loc dupa colmatarea acestuia prin folosirea unui arzator extern);

regenerare interna (oxidarea particulelor are loc in filtru prin actiunea sistemului propriu de regenerare);

Conditiile impuse sistemului de regenerare sunt:

regenerarea filtrului trebuie sa aiba loc automat in functionarea normala fara a deranja conducatorul sau fara a necesita interventia acestuia;

sistemul trebuie sa evite recurgerea la piese aflate in miscare in curenti calzi;

modul de incalzire si oxidarea incarcaturii trebuie sa se faca cu minimum de energie si de poluare secundara;

sistemul trebuie sa poata substitui toba de evacuare si sa produca aceeasi atenuare sonora fara cadere de presiune exagerata.

4.4.1 Regenerare termica

O metoda de recuere a particulelor este oxidarea lor pe traseul evacuarii,fiindca gazelle contin oxygen,particulele pot fi oxidate daca temperatura este sufficient de inalta si timpul de ardere sufficient de lung.Regenerarea necesita o anumita temperatura si un anumit continut de oxygen pentru a se initia,timpul de regenerare depinde de temperatura filtrului care la randul ei depinde de:

Cantitatea totala de particule accumulate;

Densitatea particulelor si distributia lor in filtru;

Reactivitatea funinginei;

Debitul de gaze evacuate;

Pierderile de caldura ale fitrului;

In general regenerarea depinde de temperatura gazelor mai mare de 480 C , continutul de oxygen peste 2% timp sufficient pentru ardere completa.Cresterea temperaturii gazelor necesita o cantitate mare de energie,energie care daca nu poate fi recuperata duce la consumuri inacceptabile.

Regenerarea termica este specifica filtrului monolit si se realizeaza prin oxidare sau piroliza care se amortizeaza la 500-600 C si in conditiile unui exces de O2.Piroliza trebuie controlata si amorsata in cele mai multe cazuri temperatura gazelor arse nu atinge 550 C ramanand in jur de 300 C.

La functionarea la sarcini mari se atinge aceasta temperatura,dar gazelle arse nu mai contin sufficient oxygen pentru producerea oxidarii.Cum cele doua conditii (temperatura inalta si prezenta oxigenului nu sunt indeplinite niciodata simultan,s-au folosit metode de crestere a temperaturii gazelor cum ar fi incalzirea lor prin intermediu unui arzator cu motorina sau a unui resistor electric sau cu microunde,folosirea unei supape pe traseul de admisie sau evacuare cu rod de a izola si de a mentine temperatura inalta evacuarii dupa functionarea la sarcini mari.

Cea mai buna solutie s-a dovedit a fi incalzitorul electric sau arzatorul cu motorina care duce la cresterea consumului de combustibil cu 1-2%,regenerarea fiind comandata cand comatarea filtrului o impune in timplul functionarii motorului.Controlul regenerarii este dat de o unitate electronica de comanda care primeste semnale electrice de la traductoarele de presiune si de temperatura montati in filtru.

Pentru perioada cat filtrul se regenereaza gazelle arse sund deviata printr-un by_pass in conducta de evacuare nefiind filtrare.De aceea pentru motoarele de autobuze s-au contruit sisteme de filtrare duble,astfel incat pe toata durata functionarii autobuzului gazelle arse sa fie filtrate.Pentru cercetarea procesului de regenerare este interesanta variatia paramentrului /p.Variatia /p in procesul de regenerare este reprezentata in figura 5.Dupa ce se ating conditiile stationare de functionare prin conducta de by_pass gazul trece prin filtru ducand la o crestere a /p pe filtru,fiindca se incalzeste in regimul de curgere in debit total.Dupa aprindere apare o scadere a /p.Este dificil de a aprecia care este timpul total al reactiei mai ales la incarcari mici ale filtrului sau la temperaturi de regenerare scazute.

Durata procesului de regenerare este puternic influentata de temperature gazelor arse; pentru un filtru dat, procesul de regenerare poate dura intre 10 minute, la temperature de 650 C si 300 de minute, la temperatura de 450 C; la temperatura cea mai probabila a regenerarii, de 550 C, durata regenerarii este de 95 de minute. Semnalarea regenerarii se face prin scaderea presiunii si prin cresterea temperaturii in filtru, dar si prin variatia brusca a CO si O

Aprinderea particulelor depinde atat de temperature gazelor, cat si de continutul de oxigen; pentru un filtru dat in functie de acestti doi parametri se poate trasa curba aprinderilor care delimiteaza zonele in care particulele se pot aprinde de cele in care ele nu se aprind. Astfel, daca temperature nu poate fi crescuta artificial, o metoda de asigurare a aprinderii este injectia de oxygen in filtru.

4.4.2Regenerare catalitica

Aceasta metoda urmareste inceprerea regenerarii prin folosirea unei reactii catalitice in filtru, care are ca efect combusia particulelor la o temperature mai scazuta. Exista doua tipuri de filter de particule care folosesc afectul catalitic:

Unul foloseste catalizatori care sunt depusi sau injectati in filtru,

Unul utilizeaza aditivi care sunt introdusi in combistibil;

Filtrele cu depunere de catalizatori nu au fost larg dezvoltate, datorita faptului ca motoarele ale caror gaze le filtreaza sa foloseasca motorina cu continut foarte mic de sulf si efectul catalitic nu a fost prea puternic, datorita contactului dintre catalizator si particule. Un astfel de filtru este folosit pentru retinerea componentelor puternic mirositoare din gazelle de MAC.

Metoda de obtinere a filtrului este:

Prepararea solutiei pentru stratul intermediar prin macinarea a 100 parti de zeolit si 80 parti de silica, impreuna cu apa si acid azotic;

Imersarea in solutie a monolitrului in cuptor;

Acoperire cu un strat de zeolit;

Imbibarea monopolului cu o solutie apoasa de acetate de cupru,

O noua uscare si coacere a monolitrului in cuptor;

Componentele puternic mirositoare, precum aldehidele, avand un punct de fierbere coborat sunt absorbite de zeolit cand temperature gazelor arse sub 200 C, retinandu-se totodata si fumul alb si albastru. La valori mai mari ale temperaturii gazelor arse, componentele puternic mirositoare sunt oxidate catalitic, transformandu-se in compusi mai putin mirositori.

Regenerarea catalitica se aplica mai ales la filtre cu fibre ceramice, acestea avand o serie de propietati care favorizeaza regenerarea pasiva.

O alta metoda este regenerarea catalitica prin aplicarea unui strat active pe fibre. Acestea sunt acoperite cu un catalizator CuO, care prin injectarea unui activator chimic (acetil-acetona), coboara temperatura de piroliza a particulelor de la 600 C la 200 C. Pentru activarea catalizatorului se injecteaza, dupa oprirea motorului, cu ajutorul unui system electronic de comanda si dupa racirea filtrului 10ml acetil-acetona. Dupa pornirea motorului se incepe regenerarea, la atingerea temperaturii de 250 C.

Emsisia de particule se reduce in proportie de 80-90%, toate procesele decurg automat, rezervorul de acetil-acetona de la 9 l ajunge pe o ruta de 60000 Km sau pe durata de functionare de mai mult de un an a autobuzului. Acest lichid activator, acetil-acetona, este responsabil de poluari secundare; si pierdere de cupru este primejdioasa, desi, in medie, ea este sub valoarea impusa de legislatie, concentratia locala urbana este destul de mare si poate pune sub semnul intrebarii imunitatea pietonilor. In figura 7 este ilustrata schema generala a instalatiei, iar in figura 8, aspectul filtrului cu bujii cu infasurari filamentare din fibre ceramice.

Acest filtru este alcatuit din mai multe cartuse filtrare care sunt tuburi din material refractar, perforate si infasurate cu fibre ceramice. Unul din capetele cartusului este obturat fortand gazelle arse sa treaca prin cartus. Fibrele ceramice sunt fibre continue, robuste si elastice, bobinate pe tub cu respectarea unor parametrii specifici cum ar fi unghiul de bobinare, pasul, tensiunea de infatisare. Fibra se infasoara pe suportul tubular alternand pentru doua straturi successive sub unghiuri de +45 fa’[ de generatoarea cilintrului metallic. Zona perforata este acoperita in intregime de fibre.

Pentru ca sistemul sa raspunda tuturor conditilor de incarcare termica si mecanica, rezistenta fibrelor ceramice la temperaturi inalte este completa de utilizarea otelurilor inoxidabile pentru tuburile sport si pentru carcasa filtrului. Toata aceste particulalitati constructive conduc la obtinerea unui filtru cu rezistenta remarcabila la solicitarile termice si mecanice, cu aficienta si durabilitate mari ca si cu posibilitatea efectuarii regenerarii pe motor.

Regenerarea chimica cu aditivarea combustibilului permite oxidarea particulelor la o temperature relative scazuta a gazelor arse. Oxidarea particulelor se face continuu, o data cu depunerea lor in filtru, prin egalizarea vizitei de ardere regenerative cu viteza de retinere a particulelor; se obtin astfel valori constante ale presiunii in filtru.

In ultimii ani s-au studiat multi aditivi,fiind evaluate proprietatile acestora de a reduce temperatura de aprindere a particulelor.

Principalele contributii ale aditivilor in procesul de regenerare catalica sunt urmatoarele:

aditivii reduc temperatura de aprindere a funinginei pana la valori de 400 C in conditii de laborator;

aditivii nu aduc temperaturile maxime de regenerare ain acelasi mod;

calitatea regenerarii nu este imbunatatita dupa depasirea unei anumite concentratii limita;

activitatea catalica a aceluias aditiv difera substantial cu tipul si regimul motorului

temperatura de evacuare,concentratia de oxygen si continutul de HC sunt parametrii importanti ai procesului de regenerare.

Aditivii ramasi in competitie dupa multi ani de studiu sunt: cuprul,manganul,fierul si cerimul.

4.4.3 Regenerare aerodinamica

Regenerarea aerodinamica utilizeaza pulsuri scurte de aer comprimat care parcurg filtrul in sens invers gazelor de evacuare;aerul este continut intr-un rezervor de presiune de 4-6 atm si presiunea l intrare in filtru de 1-2 atm.Funinginea se colecteaza intr-o camera amplasata sub monolit si care se curata fie prin ardere,fie prin colectare intr-un aspirator.Astfel de filtre cu regenerare aerodinamica pot asigura un current de gaze arse racit necesar pentru recircularea gazelor arse.Regenerarea se efectueaza periodic cand se atinge o valoare limita a caderii de presiune.Rezervorul de aer comprimat este mentinut la 5 atm iar la intrarea in filtru presiunea aerului este de 1,5 atm

In timpul regenerarii.Aceasta ultima valoare trebuie mentinuta caci la valori mai mici filtrul nu se curata sufficient de bine.

Funinginea este retinuta in incinerator si particulele sunt arse sau extrase cu un aspirator printr-un orificiu special.

4.4.4 Regenerare prin alte masuri aplicate motorului

Situarea temperaturii de regenerare la 400 C prin folosirea aditivilor nu este suficienta,aceasta temperatura nefiind atinsa decat in anumite zone de functionare ale motorului.Pentru cazul unui motor de 12 l cuinjectie directa si supraaalimentare,cartograma temperaturilor este reprezentata in figura.

Pentru functionarea motorului in zonele critice este necesar sa se aplice o serie de procedee de crestere a temperaturii gazelor arse,crestere provocata si comandata de echipamentul de control al motorului.

Principalele tehnici ultiziate sunt:

Cresterea temperaturii aerului aspirat de motor (este cea mai sipla metoda pentru motoarele supraalimentate si cu racier intermediara,obtinandu-se prin intreruperea circulatiei in racitorul intermediary prin by-pass fie al aerului,fie al lichidului de racire);

Aplicarea recircularii gazelor arse;

Variatia avansului la injectie prin modificarea cartogramei de avans din pompa de injectiei comandata electronic;

Cresterea caderii de presiune in sistemul de evacuare (se realizeaza simplu cu o supapa fluture)se poate adapta pentru motoarele fara control electronic al motorului;

Descresterea presiunii de supraalimentare prin deschiderea supapei de descarcare la motoarele supraalimentate;

Cresterea depresiunii aerului pe traseul de admisie prin aplicarea unei supape fluture.

Prin combinarea catorva din tehnicile enumerate,linia temperaturilor coboara foarte mult in domeniul regimurilor de sarcini foarte mici,regenerarea cu cerium fiind posibila practice in orice conditii reale de functionare a motorului.Cresterea temperaturii gazelor arse inrautateste randamentul motorului si creste consumul de combustibil cu circa 30% pe perioada regenerarii.Durata scurta a regenerarii fata de durata totala nu duce la cresteri semnificative ale consumului de combustibil.

CAP. V

FILTRE ELECTROSTATICE DE PARTICULE

Aceste filtre produc devierea intr-un camp electrostatic a particulelor agglomerate spre o zona de captare sau aglomerarea particulelor prin incarcare electrica pentru a putea fi separate mechanic prin efectul “ciclon’’.Particulele colectet pot fi adunate intr-un sac asemanator unui sac de aspirator menajer sau pot fi rorientate in cilindrul motorului pentru a fi arse din nou.

Firma Wolkswagen adopta acest principiu pe un filtru prorpiu care are avantajul de a putea extrage si oxida particulele deviate de campul electric.Dispozitivul este foarte fiabil si nu necesita intretinere.Specialistii prevad ca un astfel de filtru este capabil sa resolve problema emisiei de particule la toate vehiculele in functiune.

Instalatiile de filtrare electrostatice au avantajul de a putea retine particule mai mici de 0 um. Dimensiunile particulelor fiind mai mici de 1um,acest procedeu este preferabil separatoarelor clasice.

Aceste instalatii pot asigura un grad de filtrare de 90%,dezavantajul lor este volumul constructiv relativ mare care a impiedicat pana acum utilizarea lor pe autovehicule.

Filtrele electrice pot fi :

Cu placi;

Tubulare;

Filtrul tubular seamana cu un condensator cilindric la ai carui electrozi se aplica o tensiune inalta.Intre acestia se formeaza un camp electrostatic care fiind parcurs de gaz in directia axiala duce la devierea in camp pe directie radiala a particulelor incarcate electric,care adera la electrodul de polaritate opusa.

Gazul care paraseste cilindrul este curatat de particule,daca acestea sunt incarcate electric in fig.9 se prezinta un filtru electrostatic.Gazele arse inainte de a intra in filtru au trecut printr-un recipient de linistire.Electrodul median este sustinut de un isolator central care este montat pe partea de gaz purificat.Pe el sunt montate discurile de descarcare care pentru a favoriza descarcarile de tensiune mare trebuie sa aiba varfuri cu raza de curbura cat mai mica.Aceasta cerinta este impusa de faptul ca particulele care se depun pe varfuri tind sa le toceasca si calitatea descarcarii se inrautateste.

Alimentarea cu curent se face prin interiorul izolatorului.

Se observa ca reducerea concentratiei rezidulae a particulelor este neglijabila la cresterea numarului de discuri peste 20,iar cresterea intensitatii campului electric favorizeaza reducerea particulelor.

Indepartarea particulelor depuse trebuie sa se faca prin ardere la bordul autovehiculului caci masa acumulata de particule este destul de mare.Arderea particulelor este problematica deoarece dupa aprinderea stratului de particule depus pe perete cu ajutorul unei bujii incadescente aceasta se aprinde de pe perete si se stinge.De aceea cea mai eficienta metoda de ardere a particulelor este arderea lor in motor prin atntrenarea in aerul de admisie.