Protecția mediului - autovehicule rutiere

COMPARAREA EMISIILOR M.A.S. si M.A.C.Transporturile rutiere, cea mai frecventa aplicatie a m.a.i., folosesc doua tipuri de motoare cu ardere interna, motoarele cu aprindere prin scanteie (m.a.s.) si motoarele cu aprindere prin comprimare (m.a.c). M.a.s. au fost folosite mai ales la autoturisme, unde este necesara o putere specifica mare. Pentru vehiculele mai mari, cum ar fi camioanele si autobuzele, m.a.c. sunt folosite aproape in exclusivitate datorita economicitatii si a durabilitatii crescute. In ultimii ani, s-au dezvoltat m.a.c. de capacitate mica si s-a redus diferenta de pret, observandu-se treptat trecerea la folosirea lor, mai ales la autoturisme si autoutilitare. Concentratiile de monoxid de carbon, oxizi de azot si hidrocarburi esapate de catre m.a.s. si m.a.c, in raport cu unul dintre cei mai importanti factori de influenta, coeficientul excesului de aer λ, dovedeste ca m.a.c. este mai putin poluant decat m.a.s.Substantele nocive reprezinta in cazul m.a.s. circa 1% din total gaze esapate In cazul m.a.c. substantele nocive reprezinta circa 0,3% din total gaze .Motoarele diesel erau considerate numai dupa caracteristicile exterioare (fumul negru si mirosul neplacut al gazelor) ca fund principalul pericol asupra mediului, motorul cu aprindere prin scanteie, datorita emisiilor sale invizibile, parand a fi motorul „curat" Masurarile efectuate asupra acestor doua tipuri de motoare au aratat ca, in ciuda fumului si a mirosului, gazele emise de m.a.c. sunt mai putin toxice decat HC si CO emise de m.a.s.; testele efectuate asupra autoturismelor dotate cu m.a.c. si m.a.s. au scos in evidenta faptul ca m.a.s. emite de 10 ori mai mult CO, de 12 - 14 ori mai mult HC, aproximativ de 2 ori mai mult NOx . M.a.c. are emisii mult mai mari de particule (de circa 3 ori) si de SOx (de circa 4 ori) fata de nivelurile m.a.s. Nivelul de emisii absolut pentru cele doua tipuri de motoare; sunt prezentate comparativ, ca valoare, nivelul emisiilor pentru m.a.s. conventional (fara catalizator trivalent), m.a.s. cu catalizator si m.a.c. M.a.c. inregistreaza emisii mai reduse de CO, HC, NOxdecat m.a.s. standard (fara catalizatorul trivalent) ; totusj, pentru PT, emisiile m.a.c. sunt mult mai mari decat cele ale m.a.s.. Comparatia intre m.a.c. si m.a.s. cu catalizator arata ca emisiile gazoase legiferate sunt apropiate. Referitor la emisiile nelegiferate, s-a constatat ca, in general, m.a.c. emit mai putine hidrocarburi usoare decat m.a.s. cu catalizator, cu cateva exceptii notabile : etilena, propilena si 1-butena care sunt cunoscute ca avand un rol important in formarea ozonului. S-a constatat ca emisiile autovehiculelor sunt mai mari in cazul functionarii cu motorul rece. Pe vreme calda, un vehicul cu m.a.s. va trebui sa fie condus circa 10 km in oras pentru a se incalzi si a functiona eficient in conditii similare, vehiculul cu m.a.c. necesita numai 5 km. Emisiile de CO si HC, atat pentru m.a.s. standard cat si cu catalizator, cresc cu intensitatea traficului, in timp ce emisiile m.a.c. raman foarte scazute. Trasatura pozitiva a motoarelor diesel este randamentul termodinamic mai ridicat decat al m.a.s. si deci emisiile mai mici de C02 pe kilometru. Ele emit, de asemenea, mai putine gaze care produc efect de sera, metan si N02, contribuind intr-o masura mai mica la efectul global de incalzire. Principalele avantaje ale m.a.c. comparativ cu m.a.s. cu catalizator sunt urmatoarele: produc mai putin CO si HC;emisiile evaporative sunt reduse;randament termodinamic mai mare;emisie mai mica de C02, N02 §i CU,.Principalele dezavantaje ale m.a.c. sunt emisiile mari de NOx si PT, mai ales pentru motoarele cu injectie directa (DI - ,JDirect Injection").

Catalizatorul cu 3cai. Metode pasive de reducere a poluantilor mas. Solutia pasiva cea mai utilizata si cea mai eficienta este cea care foloseste cataliza si catalizatorii. Au fost concepute sisteme catalitice denumite reactoare catalitice sau convertoare catalitice in care reactiile de oxidare si/sau de reducere pot avea loc cu ajutorul unor substante chimice promotoare. Actiunea catalizatorilor se bazeaza pe proprietatea acestora de a reduce substantial pragul energetic, pentru declan§area reactiilor de oxidare si de reducere si de a accelera viteza de reactie a acestor procese. Astfel, temperatura necesara pentru producerea acestor reactii se reduce semnificativ.

Eficienta unui catalizator este apreciata prin gradul de conversie definit cu formula:E = (ci ~ce)/ci in care:ci este concentratia poluantului inaintea catalizatorului;ce este concentratia poluantului dupa catalizator.Principalii parametri care influenteaza gradul de conversie sunt: coeficientul de exces de aer si variatia acestuia;temperatura gazelor arse; viteza spatiala (debitul gazelor arse raportat la volumul catalizatorului).In prezent, in Europa se foloseste aproape in exclusivitate catalizatorul trivalent sau cu tripla actiune (sau cu trei cai) cu suport ceramic

Structura catalizatorului: 1 - suportul; 2 - stratul intermediar ; 3 - stratul catalitic activ.

Suportul formeaza in ansamblu cu carcasa corpul propriu-zis al convertorului. Suportul ceramic este o constructie de tip fagure cu sectiunea rotunda sau ovala, cu canale patrate, dispuse perpendicular pe directia de curgere. Materialul ceramic, denumit cordierit, este refractar. Materialul are conductibilitate termica mica, rezistenta mecanica, rezistenta gazodinamica redusa si sectiune transversala mare. Stratul intermediar este compus din alumina si este depus printr-un procedeu special pe suport, in vederea intensificarii activitatii catalitice a stratului nobil. Acest strat intermediar are o suprafata specifica mare si contine promotori care maresc capacitatea de acumulare a oxigenului la catalizatorul trivalent si care ajuta reactiile de reformare a vaporilor de apa si a vaporilor de hidrocarburi. Stratul catalitic activ consta din metale nobile cum sunt platina, paladiul si rodiul. In timp ce platina promoveaza reactiile de oxidare, rodiul contribuie la reducerea NOx. Catalizatorii ceramici monoliti au depus oxid de aluminiu peste care se aplica pentra reactori oxidanti platina si paladiu iar pentru cei cu trei componente, platina, pentru hidrocarburi, platina si rodiu pentru NOx.Continutul de metale nobile poate fi redus la 2-3g pe un reactor. Domeniul optim de functionare este 400...950°C, peste 800°C existand pericol de compromitere termica, pana la aceasta valoare putandu-se folosi si 100 000 km fara probleme. La defectiuni, mai ales in sistemul de aprindere, reactorul poate ajunge la 1400 °C, cand se compromite rapid mai ales exfolierea substantei active. Este interzisa folosirea benzinelor cu Pb. Daca se face totusi o astfel de alimentare, este permis eventual un singur rezervor, se va decupla sonda lambda, se va alimenta apoi cu 2-3 rezervoare cu benzina verde, tot fara sonda si apoi se va reintroduce sonda in functiune. Pentru aceasta situatie, gradul de murdarire al reactorului este suportabil. Este indicata totusi o verificare la o statie service autorizata.

Sonda lambda functionand in conditiile utilizarii benzinei cu Pb, respectiv la reactor partial murdar, da informatii eronate despre calitatea amestecului, ceea ce face ca motorul sa functioneze cu amestec bogat, cu penalizari atat la consum cat si la noxe. Daca sonda lambda este scoasa din functiune, eficacitatea de reducere a noxelor scade la 30%. Sonda lambda instalata in sistemul de evacuare masoara continutul de oxigen al gazelor arse. In cazul amestecurilor sarace tensiunea in senzor este de lOOmV, iar la amestecuri bogate tensiunea creste la 800mV. Pentru amestecul stoechiometric tensiunea senzorului scade brusc de la o valoare la cealalta. Se observa ca in domeniul amestecurilor sarace catalizatorul nu mai are efecte benefice in ceea ce priveste diminuarea oxizilor de azot si datorita disponibilitatilor excesive de oxigen.