sisteme de injectie common rail

97
E E A A Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Iaşi din Iaşi Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informa Tehnologia Informa ţ ţ iei iei lectronică pentru lectronică pentru utomobile utomobile Prelegerea nr. 14 Prelegerea nr. 14 SISTEME ELECTRONICE PENTRU MOTOARE DIESEL SISTEME ELECTRONICE PENTRU MOTOARE DIESEL

Upload: emil-emy

Post on 08-Nov-2015

106 views

Category:

Documents


11 download

DESCRIPTION

Sisteme de alimetnare common rail

TRANSCRIPT

  • E A Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia Informaiei

    lectronic pentruutomobile Prelegerea nr. 14 SISTEME ELECTRONICE PENTRU MOTOARE DIESEL

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiNecesitile n cretere privind o economicitate mai mare, nivel de noxe mai mic, mpreun cu cerinele de reducere a zgomotului motoarelor Diesel nu mai pot fi realizate prin folosirea sistemelor de injecie cu control mecanic. Pentru a ndeplini cerinele de mai sus sunt necesare presiuni de injecie foarte mari, n coresponden cu o curb precis a vitezei de descrcare i cantiti injectate de motorin dozate cu exactitate.Sistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Sistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail)

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul nu are nici o problem cu ndeplinirea celor mai severe norme legislative actuale privind noxele de evacuare i nici cu cele privind specificaiile de viitor.Sistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Una din noile dezvoltri n domeniu cuprinde un sistem cu acumulator de motorin, aa-numita "ramp" ("common-rail") care este n permanen sub presiune, un sistem special de alimentare la nalt presiune, injectoare i un sistem de control electronic care ndeplinete cu precizie funcii de control dintre cele mai complicate.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiCu alte cuvinte, obinerea naltei presiuni i injecia au loc n mod independent. Aceast tehnologie face posibil satisfacerea acelor cerine ce afecteaz n mod favorabil consumul i emisiile de noxe. Presiunea nalt este n acest mod disponibil chiar i la turaii reduse ale motorului.Structura sistemului ramp comun (common-rail) Sistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) n sistemele de injecie Diesel cu injecie direct, pompa produce presiune nalt n motorin de fiecare dat cnd are loc injecia. n sistemul cu ramp comun, nalta presiune se dezvolt n mod independent de ordinea de injecie i este permanent disponibil n conducta de motorin.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiLa ramp se conecteaz injectoarele (duze cu ase orificii). nceputul injeciei i dozarea cantitii de motorin (sfritul injeciei) sunt controlate cu un singur electroventil cu vitez mare de comutare.Sistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Cea mai important condiie pentru acest mod de lucru este prezena unui acumulator n care nalta presiune de injecie este pstrat constant la o valoare care s nu scad niciodat sub 1350 bari (generaiile noi sub 1600 bari). Aceast funcie revine conductei comune de motorin (rampa).

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Avantajele sistemului cu ramp comun: sincronizarea i cantitatea de motorin injectat sunt controlate printr-un singur electroventil;libertate de alegere a presiunii de injecie (n domeniul caracteristicii);presiuni de injecie nalte la turaii reduse;flexibilitatea nceputului injeciei - avansare i ntrziere;reglaje uoare pentru adaptare la condiiile de funcionare ale motorului;se poate folosi injecie pilot ce asigur o cretere lin a presiunii i o ardere mai calm (vibraii mai mici), precum i noxe de evacuare mai reduse datorit unei arderi mai complete.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Pentru generaiile noi de sisteme common-rail, cu presiuni de injecie de 1600 - 2000 bari se folosesc n locul injectoarelor electrohidraulice (Bosch) injectoare piezoelectrice (Siemens). Acestea asigur timpi de comutaie mai mici, ceea ce permite satisfacerea celor mai stricte condiii din standardele privind gazele de evacuare. n plus, sistemul are perspectiva real de a deveni din ce n ce mai economic. n figura 13.37 se prezint structura unui sistem de injecie common-rail, iar n figura 13.38 o imagine sugestiv cu amplasarea principalelor pri componente.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.37

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.381 pomp de nalt presiune;2 sensor de presiune; 3 radiator motorin; 4 regulator de presiune; 5 injector; 6 ramp comun (common-rail).

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Sistemul de injecie cu ramp comun i injectoare piezoelectrice cu acionare direct. Sursa: Delphi

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) nalta presiune este produs de o pomp de nalt presiune cu funcionare radial. Pentru un anumit punct de funcionare, presiunea din sistemul de nalt presiune este controlat de o supap de control a presiunii. Controlul electronic al motorului regleaz presiunea de injecie funcie de turaie i de sarcin. Informaia de la sensorul de micare a arborelui cotit (turaie i poziie unghiular) i a axei cu came (sensor de poziie - cilindrul 1 n faza de compresie) servesc unitii electronice de control a motorului ca baz pentru stabilirea unei valori precise a presiunii de injecie.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Sensori de temperatur informeaz despre temperatura aerului, motorinei i motorului. Valorile lor afecteaz de asemenea nalta presiune din ramp. Cererea de acceleraie de la conductorul auto este identificat cu ajutorul unui sensor de acionare (deplasare) a pedalei de acceleraie (sistemul "e-gas"). Microcomputerul calculeaz durata de deschidere a electro-injectoarelor - i astfel cantitatea de motorin injectat - ca o variabil ce depinde de condiiile de funcionare sau de puterea cerut. Cnd controlul nchide electroinjectoarele, injecia se oprete imediat.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Construcia pompei de nalt presiune este specific sistemului i cuprinde trei pistoane radiale decalate la 120. Pistoanele sunt comandate de un excentric printr-un pinion intermediar antrenat de cureaua de distribuie. Pompa de nalt presiune Pompa de nalt presiune alimenteaz rampa comun, iar debitul su este dependent de turaia motorului. nalta presiune este controlat de un regulator de presiune conectat la captul rampei. n figura 13.39 se prezint structura pompei de nalt presiune.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.394 supap de intrare; 5 supap; 6 aspiraie; 1 canal de refulare; 2 mpingtor; 3 excentric 7 supap; 8 piston; 9 resort; 10 supap de ieire.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.39Funcionarea pompei, conform figurii 13.39 care prezint un detaliu cu unul din cele trei pistoane, cuprinde faza de aspiraie a motorinei (stnga) i faza de refulare (dreapta).

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Destinaie. Pentru a furniza unitii electronice de control tensiune de semnal ce corespunde presiunii aplicate, sensorul de presiune din ramp trebuie s msoare presiunea instantanee din ramp: Sensorul de presiune din ramp Proiectare i construcie. Sensorul de presiune din ramp cuprinde urmtoarele componente (figura 13.40): cu acurateea corespunztoare;ct mai rapid posibil.un sensor integrat sudat pe fitingul de presiune;plac de circuit imprimat cu circuitul electric de evaluare;un corp pentru sensor cu conector electric.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.401 conexiune electric; 2 circuit de evaluare; 3 diafragm metalic cu sensor; 4 racord de nalt presiune; 5 filet de montare.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.40Motorina curge spre sensorul de presiune din ramp printr-o deschidere din ramp, a crei capt este nchis de diafragma sensorului. Motorina sub presiune ajunge la diafragma sensorului printr-o gaur nfundat. Elementul sensor (dispozitiv semiconductor) pentru conversia presiunii la semnal electric este montat pe aceast diafragm. Semnalul generat de sensor este aplicat unui circuit de condiionare, care l amplific i l trimite unitii electronice de control (ECU).

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.40Funcionare. Sensorul de presiune din ramp funcioneaz dup cum urmeaz: cnd forma diafragmei de modific, se schimb i rezistena electric a stratului ataat diafragmei. Schimbarea formei diafragmei (aproximativ 1 mm la 1500 bari) ca rezultat al creterii presiunii sistemului, modific rezistena electric i provoac o schimbare a tensiunii ntr-o punte de rezistene alimentat la 5 V. Variaia de tensiune este n domeniul 0 70 mV (funcie de presiunea aplicat) i este amplificat de circuitul de evaluare la 0,5 4,5 V.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.40Msurarea cu precizie a presiunii din ramp este esenial pentru corecta funcionare a sistemului. Aceasta este una din raiunile pentru care msurarea presiunii aplicate sensorului de presiune din ramp se face cu o acuratee de aproximativ 2% din diapazon. Dac sensorul de presiune se defecteaz, valva de control al presiunii este declanat n mod "orb" folosind o funcie de urgen (limp-home) i valori fixe.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Destinaie. Supapa limitator de presiune are aceeai funcie ca i o supap de suprapresiune. n cazul unei presiuni excesive, supapa limitator de presiune limiteaz presiunea din ramp prin deschiderea unei canalizaii de scpare. Supapa permite o presiune maxim n ramp de scurt durat, de exemplu, de 1500 bari. Supapa limitator de presiune Proiectare i construcie. Supapa limitator de presiune (figura 13.41) este un dispozitiv mecanic ce cuprinde urmtoarele componente: corp cu filet exterior pentru nfiletare n ramp;conexiune la conducta de retur spre rezervor;piston mobil;arc.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.411 racord de nalt presiune; 2 supap; 3 pasaje de curgere; 4 piston plonjor; 5 arc; 6 opritor; 7 corp supap; 8 retur motorin.n captul de conectare la ramp, corpul este prevzut cu o trecere ce este nchis cu captul n form de con al pistonului apsat n scaunul de etanare din interiorul corpului. La presiuni de funcionare normale (pn la 1350 bari), pistonul este apsat de un arc pe scaun i rampa rmne nchis.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.41De ndat ce presiunea maxim din sistem este depit, pistonul este ridicat de presiunea din ramp ce nvinge fora arcului. Motorina sub presiune poate scpa, curgnd prin trecerile din interiorul pistonului, de unde este dirijat napoi n rezervor printr-o conduct colectoare. Cnd supapa se deschide motorina iese din ramp, astfel nct presiunea din ramp este limitat.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Destinaie. Limitatorul de debit previne injecia continu n eventualitatea, foarte puin probabil, n care un injector ar rmne deschis permanent. Pentru a realiza aceast funcie, limitatorul de debit nchide conducta injectorului n discuie de ndat ce cantitatea de motorin ce iese din ramp depete un nivel bine definit. Limitatorul de debit Proiectare i construcie. Limitatorul de debit cuprinde un corp metalic cu filet exterior pentru nfiletare n ramp (nalt presiune) i un filet exterior pentru nfiletare n conductele injectoarelor. Corpul are cte o trecere la fiecare capt care asigur conectare hidraulic la ramp i la conducta injectorului. n interiorul corpului limitatorului de debit se gsete un piston ce este apsat de un arc n direcia acumulatorului de motorin (common-rail).

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Regulatorul de presiune este n esen o supap electromagnetic. El regleaz presiunea din ramp n funcie de curentul primit ce este livrat de unitatea electronic de control. Intensitatea curentului determin fora de nchidere a supapei regulatorului de presiune. Excesul de motorin este returnat n rezervor. Regulatorul de presiune

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) n sistemele de injecie ramp comun se folosesc dou tipuri de injectoare: electromagnetice i piezoelectrice. Injectorul n figura 13.42 se prezint structura injectorului electromag-netic, iar n figura 13.43 un detaliu privind montarea injectorului.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.421 retur; 2 conector electric; 3 bobin electromagnet; 4 racord alimentare cu motorin; 5 supap electromagnetic; 6 bil supap; 7 canalizaie spre supap; 8 derivaie de nalt presiune; 9 pistonul supapei; 10 canalizaie injecie; 11 acul injectorului.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Figura 13.42Figura 13.43

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Folosirea acionrii piezoelectrice n noile sisteme Diesel common-rail are drept rezultat motoare mai puin zgomotoase i mai puin poluante. Producia lor de serie a fost lansat de firma Siemens n 11 septembrie 2001.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail)

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) n general, o nalt presiune mai mare produce o pulverizare mai fin a motorinei, care astfel arde mai bine i mai curat. Aceste ameliorri, asigurate de o valoare mai mare a naltei presiuni, se regsesc ntr-un consum mai redus i performane mai bune ale motorului. n prima generaie de sisteme common-rail, ntreg volumul de motorin injectat este mprit ntr-o injecie pilot de durat fix i injecia principal. Dac motorina poate fi mprit n mai multe pri pe durata unui singur ciclu de combustie, procesul de ardere este mai armonios.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Aceasta este raiunea pentru care au fost dezvoltate dispozitivele de acionare piezoelectrice. Cum aceste elemente de comutaie funcioneaz mult mai rapid dect supapele electromagnetice convenionale, este posibil s se mpart volumul de motorin i n cinci (sau ulterior n mai multe) pri.Strategiile de management ale motorului pot include dou pre-injecii cu volume foarte mici de motorin, urmate de injecia principal i dou post-injecii mai mici.Pre-injecia servete n primul rnd pentru a se dezvolta o presiune uniform n camera de ardere, ceea ce reduce zgomotul din timpul arderii. Post-injeciile sunt prevzute pentru post-tratamentul gazelor de evacuare, permind reducerea emisiilor poluante ale motorului.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Sistemele de acionare piezoelectrice sunt elemente de comutaie folosind comportarea specific a cristalelor piezoelectrice. Cnd o sarcin electric este conectat la un astfel de cristal, reeaua cristalin a materialului i schimb forma n cteva fraciuni de milisecund i se dilat. Numai cnd sarcina electric este descrcat, materialul revine la dimensiunile sale originale. Aceast proprietate poate fi folosit i la construcia injectoarelor pentru injecia de motorin. Pentru elementul activ al injectorului piezoelectric se utilizeaz o structur de tip multistrat, asigurndu-se astfel curs util mai mare.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) i alte componente ale injectorului satisfac cerinele foarte pretenioase impuse pentru injecia Diesel. De exemplu, orificiile din duza injectorului pot avea valori reduse ale diametrului, de ordinul 0,12 mm. Tolerana admis pentru prelucrarea acestor orificii este mai mic de 0,003 milimetri. Se poate estima c viitorul injeciei de motorin aparine acionrii piezoelectrice. Sistemele common-rail de mare vitez i precizie au realizat (nc din 2001) condiiile prealabile necesare pentru ndeplinirea normei Euro 5 (aplicat din 2009). Aceast soluie a fost folosit din finalul anului 2001 de automobile ale grupului PSA (Peugeot-Citron) sub denumirea comercial HDI, cu presiuni de injecie de pn la 1500 bari, moderniznd varianta anterioar cu injectoare electro-magnetice.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) n 2008 sistemele de injecie cu ramp comun de la Delphi au evoluat semnificativ prin utilizarea injectoarelor piezoelectrice cu acionare direct DFI3. n acest sistem de injecie, care lucreaz cu presiuni de pn la 2000 de bari, acul injectorului este acionat direct de dispozitivul de acionare piezoelectric i nu de un sistem de control hidraulic cu supape acionate electric.Foto: Delphi

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) n aceast abordare dispare necesitatea coductei de retur de la injector, ceea ce reprezint o simplificare semnificativ a prii hidraulice. Un astfel de sistem de injecie Diesel are exact aceeai structur ca i cea folosit pentru injecia de benzin, diferena fiind doar presiunea sub care se gsete carburantul.Foto: Delphi

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Dispozitivul de acionare piezoelectric acioneaz foarte rapid asupra acului injectorului, independent de presiunea combustibilului din rampa comun. Aceast facilitate conduce la reducerea emisiilor poluante i a consumului de combustibil, precum i la creterea densitii de putere i a cuplului motor. De asemenea,controlul injeciilor multiple este optimizat deoarece nu mai apar oscilaii de presiune n injector. Injectorul DFI3 este capabil s execute pn la 7 injecii pe ciclu ntr-un timp mai scurt, comparativ cu injectoarele cu solenoid i acionare electro-hidraulic.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Injectoarele DFI3 sunt proiectate s funcioneze fr pierderi hidraulice i din acest motiv nu au conduct de retur (de joas presiune). Astfel se economisete pn la 1 kW de putere disipat, comparativ cu sistemele de injecie cu retur de combustibil.Foto: Injectorul piezoelectric cu acionare directa DFI3 - seciune Sursa: Delphi

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) 1. racord de nalt presiune2. conector electric3. carcasa injectorului4. dispozitiv de acionare piezoelectric (piezo-ceramic)Foto: Injectorul piezoelectric cu acionare direct DFI3 elemente componente Sursa: Delphi5. acul injectorului

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Foto: Injectorul piezoelectric cu acionare direct DFI3 elemente componente Sursa: DelphiAcul injectorului (5) este acionat de dispozitivul de acionare piezoelectric (4) atunci cnd acesta este alimentat cu curent electric. Prin racordul (1) injectorul este alimentat cu combustibil de la rampa de nalt presiune. Calculatorul de injecie comand injectorul prin intermediul conectorului electric (2).

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Foto: Injectorul piezoelectric cu acionare direct DFI3 detaliu Sursa: Delphi1. orificii de injecie2. canale de curgere combustibil3. carcasa injectorului4. dispozitiv de acionare piezoelectric5. acul injectorului

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Foto: Injectorul piezoelectric cu acionare direct DFI3 detaliu Sursa: DelphiInjectorul piezoelectric cu acionare direct se remarc prin faptul c este nconjurat de combustibil, n volumul dintre carcasa (3) i dispozitivul de acionare piezoelectric (4) fiind combustibil sub presiune.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Foto: Injectorul piezoelectric cu acionare direct DFI3 detaliu Sursa:DelphiPrezena volumului de combustibil din injector acioneaz ca un acumulator de presiune, evitndu-se astfel crearea de unde de presiune ntre injector i ramp n momentul deschiderii acului injectorului (5). Combustibilul (motorina) intr n camera acului injectorului prin canalele (2) i este injectat n cilindru prin intermediul orificiilor (1).

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Avantajele ce se obin prin utilizarea injectorului piezoelectric cu acionare direct n raport cu injectorul cu acionare electro-hidraulic rezult din urmtoarea analiz.Foto: Seciune printr-un injector cu solenoid (A) i unul piezoelectric (B) schem de principiu Sursa: Delphi

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) A injector cu acionare electro-hidraulic (solenoid).Foto: Seciune printr-un injector cu solenoid (A) i unul piezoelectric (B) schem de principiu Sursa: Delphi1. dispozitiv de acionare cu solenoid (electromagnet)2. supap de control3. circuitul hidraulic de acionare4. acul injectorului

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) B injector piezoelectric cu acionare direct.Foto: Seciune printr-un injector cu solenoid (A) i unul piezoelectric (B) schem de principiu Sursa: Delphi1. dispozitiv de acionare piezoelectric2. rezervor (volum) de combustibil3. amplificator hidraulic de micare4. acul injectorului

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Foto: Seciune printr-un injector cu solenoid (A) i unul piezoelectric (B) schem de principiu Sursa: Delphin cazul injectorului cu acionare electro-hidraulic (A) acul injectorului (A.4) nu este acionat direct de dispozitivul de acionare cu solenoid (A.1), ci se deschide ca urmare a diferenelor de presiune ce se formeaz n circuitul hidraulic (A.3).

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Foto: Seciune printr-un injector cu solenoid (A) i unul piezoelectric (B) schem de principiu Sursa: DelphiModificarea presiunilor se datoreaz deschiderii supapei de control (A.2). Astfel, comanda electric a calculatorului de injecie alimenteaz dispozitivul de acionare cu solenoid care deschide supapa de control, se modific presiunile din circuitul hidraulic de comand i implicit se deschide acul injectorului.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Foto: Seciune printr-un injector cu solenoid (A) i unul piezoelectric (B) schem de principiu Sursa: DelphiInjectorul piezoelectric cu acionare direct are avantajul c acul injectorului (B.4) este acionat direct de dispozitivul de acionare piezoelectric (B.1). ntre acul injectorului i dispozitivul de acionare nu este legtur mecanic direct, micarea fiind transmis i amplificat hidraulic (B.3). Deoarece combustibilul este incompresibil (compresibil n mic msur) i el se afl n injector la presiune nalt, la alimentarea cu energie electric a dispozitivului de acionare piezoelectric, micare este transmis instantaneu acului injectorului.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Foto: Seciune printr-un injector cu solenoid (A) i unul piezoelectric (B) schem de principiu Sursa: DelphiDatorit deschiderii foarte rapide a acului injectorului, n cazul injectorului piezoelectric, se pot efectua pn la 7-8 injecii pe ciclu fr timpi de ateptare ntre ele. Comparativ cu un injector cu solenoid deschiderea i nchiderea unui injector piezoelectric este de aproximativ 3 ori mai rapid.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Aceast caracteristic poate fi observat ntr-un studiu comparativ al imaginilor cu evoluia unei injecii pentru cele dou soluii tehnologice. 0 s 100 s 200 s 300 s

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Pentru sistemele de injecie cu injectoare piezoelectrice cu acionare direct Delphi se utilizeaz o pomp de injecie de nalt presiune care poate ridic presiunea combustibilului pn la 2000 de bari. Pompa, antrenata de motorul cu ardere intern, are dou pistoane i poate funciona pn la o turaie de 5000 rot/min.Foto: Sistemul de injecie cu ramp comun i injectoare piezoelectrice cu acionare direct Sursa: Delphi

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Avantajele acestui sistem de injecie, comparativ cu injectoarele electro-hidraulice, sunt remarcabile:creterea randamentului motorului datorit lipsei pierderilor hidraulice ale injectoarelor (lipsa returului);injecii multiple (7-8) i rapide;timpul de deschidere i nchidere al injectoarelor este independent de presiunea din rampa comun de nalt presiune.reducerea emisiilor de oxizi de azot i particule cu aproximativ 30%, creterea cuplului i a puterii motorului cu aproximativ 10%, datorita mbuntirii pulverizrii combustibilului injectat i a controlului mai precis a cantitii de combustibil injectat;

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Datorit acestor caracteristici motoarele cu 4 cilindri echipate cu sisteme de injecie cu injectoare piezoelectrice cu acionare direct i sistem de supraalimentare cu turbocompresor n dou etaje pot obine performane similare cu cele ale unui motor n 6 cilindri.De asemenea acest sistem de injecie faciliteaz atingerea nivelului Euro 6 (ncepnd cu septembrie 2014) pentru emisii poluante.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Tehnologia common-rail se bazeaz pentru cartografiere pe controlul timpului de injecie. Unitatea electronic de control folosete semnalele de intrare preluate cu ajutorul sensorilor i, funcie de multiplele informaii primite, genereaz semnale de ieire condiionate de criteriile de funcionare ale motorului. Pentru a adapta cantitatea de motorin, unitatea electronic de control acioneaz fie asupra presiunii din ramp, fie asupra duratei de acionare a electroventilelor injectoarelor, sincroniznd cu acuratee aceste aciuni.Cantitatea de motorin injectat depinde de comanda electroventilelor, de viteza de deschidere i de nchidere a acului injectorului, de presiunea carburantului n ramp, de cantitatea trecut prin injector i de ridicarea acului.Unitatea electronic de control

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiSistemul de injecie de motorin cu acumulator ramp comun (Common-Rail) Unitatea electronic de control folosete semnale privind:nalta presiune din ramp;turaia;presiunea din galeria de admisie;temperatura lichidului de rcire;poziia pedalei de frn;nivelul uleiului;poziia unghiular a arborelui cotit;poziia pedalei de acceleraie;debitul masic de aer (sensor cu pelicul nclzit);temperatura aerului.De asemenea se schimb informaii i cu alte sisteme de control ale automobilului: ABS, antifurt, climatizare, traciune, etc. De exemplu, sistemul de control al traciunii are nevoie de anumite informaii transmise de calculatorul ce controleaz injecia common-rail.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia Informaiein tablelul urmtor se prezint substanele ce rezult prin arderea motorinei n motorul Diesel: CONTROLUL NOXELOR DIN GAZELE DE EVACUARE Controlul noxelor din gazele de evacuare

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Pe timpul arderii motorul Diesel determin apariia de CO, HC, NOx i particule de funingine, care sunt substane poluante. Particule Diesel. n ciuda consumului redus i a polurii reduse, motorul Diesel este adesea criticat din cauza particulelor i a fumului emis. Particulele constau din sfere microscopice din carbon cu un diametru de aproximativ 0,05 m la care ader hidrocarburi i ulei, rezultnd o structur consolidat. La suprafa ader de asemenea ap i sulfai. Aceste particule msurate n curentul gazelor de evacuare prezint un diametru de aproximativ 0,09 m. Aceast valoare este independent de tehnologia de realizare a motorului i condiiile de funcionare, care afecteaz numai numrul de particule formate. Particulele pot fi separate cu filtre folosind aglomerri de molecule avnd o dimensiune de la 0,1 la 1 m.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Formarea particulelor. n motorul Diesel, arderea motorinei are loc cu aprindere prin compresie a amestecului eterogen aer-motorin. Calitatea arderii depinde de modul n care se formeaz amestecul aer-motorin. Motorul Diesel funcioneaz n principiu cu aceeai cantitate de aer; puterea ce se dorete a fi obinut este controlat prin intermediul cantitii de motorin injectat. n anumite condiii de funcionare (n particular la accelerare) amestecul din camera de ardere se mbogete ntr-o anumit msur. Astfel arderea rmne incomplet din cauza oxigenului insuficient, ceea ce are drept efect formarea de particule.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Gazele de evacuare Diesel conin hidrocarburi aromatice policiclice, considerate a avea efect cancerigen. Funinginea este nc prezent n mod natural, chiar dac se observ mai puin.Aceasta se explic prin normele legislative privind poluarea cu gaze de evacuare ce sunt din ce n ce mai stricte. Astfel, dup 1.1.2000 (norma euro 3) nu au mai fost permise particule dect ntr-o cantitate de 0,05 g/km. Pentru CO se impunea valoarea de 0,64 g/km, pentru NOx 0,5g/km, iar (HC + NOx) limita era pn la 0,56 g/km. n tabelul urmtor se prezint comparativ prevederile diferitelor norme (euro) privind noxele din gazele de evacuare Diesel. n tabel s-a notat cu DI = injecia direct. Valorile sunt precizate n g/km.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Reducerea relativ a nivelului noxelor (raportat la norma EURO 3 anul 2000) pentru perioada 2000 2014 se prezint astfel:

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Evoluia relativ a nivelului noxelor (raportat la norma EURO 3 anul 2000) pentru perioada 1992 2014 se prezint astfel:

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Componentele poluante din gazele de evacuare, problemele i modul de rezolvare sunt prezentate n cele ce urmeaz. CO i (HC + NOx ). De la norma euro 2, pn la norma euro 4, a trebuit s se realizeze o reducere de 10% pentru HC + NOx, iar la CO reducerea este de 50%. Pentru ndeplinirea acestor cerine, s-au avut n vedere urmtoarele mijloace: Poluanii din gazele de evacuare Diesel oxidarea catalitic, ce scade nivelul pentru CO i HC, dar nu i pentru NOx (care trebuie supus unei reacii chimice de reducere);control electronic pentru a se reduce temperatura din camera de ardere i astfel emisia de NOx;folosirea injeciei pilot, care printre altele scade nivelul de NOx i asigur un mers mai calm al motorului;

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare presiuni de injecie nalte, ce reduc nivelul noxelor n gazele de evacuare;catalizator din zeolit (silicat natural complex din anumite roci vulcanice) mpotriva NOx;tehnologie cu patru supape pe cilindru, cu injector plasat central, mpreun cu o form corespunztoare a degajrii din capul pistonului ce mbuntete formarea amestecului aer-motorin, asigurndu-se o ardere mai bun i astfel un nivel mai sczut al noxelor.Particulele de funingine. Acestea apar din cauza arderii incomplete. Hidrocarburile aromatice policilice sunt considerate cancerigene. Reducerea impus de norma euro 4 (2005) fa de euro 2 este de circa 40%. Filtrele de particule asigur o reducere cvasi-complet.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Fumul de acceleraie. Se poate reduce folosind turbin cu geometrie variabil pentru compresorul de supraalimentare sau compresor mecanic auxilar i rcirea aerului admis (intercooler). Sulful. n prezent concentraia de sulf n gazele de evacuare este de 350 ppm. Sulful formeaz depuneri n catalizatorul cu acumulare de NOx, impunnd o ardere liber. Diminuarea cantitii de sulf asigur o funcionare mai eficient a filtrului de particule cu regenerare i a catalizatorului de oxidare. Ca urmare, de exemplu Volkswagen impune o valoare de 10 ppm pentru sulf. Rezult deci necesitatea reducerii cantitii de sulf din motorin.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Camera de ardere. Nivelul emisiilor de evacuare este afectat de construcia camerei de ardere. Motoarele ce folosesc camer de ardere divizat (antecamer, camer cu turbulen) produc nivele mai reduse de oxizi de azot dect motoarele cu injecie direct. Pe de alt parte, motoarele cu injecie direct asigur un consum de motorin mai mic. Influena construciei motorului Diesel asupra nivelului noxelor Forma turbulenei aerului din camera de ardere i forma n care se descarc motorina pot fi adaptate pentru o compatibilitate reciproc maxim, avnd drept rezultat un amestec aer-benzin mai eterogen i o ardere mai complet. Temperatura de ardere trebuie s fie suficient de ridicat pentru a asigura o aprindere sigur.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Injecia de motorin. Sincronizarea i secvenele injeciei, precum i pulverizarea motorinei au efect asupra nivelului emisiilor polunate. Punctul la care ncepe arderea este una din funciile eseniale ale sincronizrii injeciei. ntrzierea injeciei conduce la reducerea nivelului de poluare cu NOx, iar o intrziere excesiv are drept rezultat un nivel mai nalt al hidrocarburilor n gazele de evacuare. O deviaie de 1 (rotire arbore cotit) a momentului de ncepere a injeciei poate duce la creterea emisiilor de NOx cu pn la 5%, n timp ce emisiile de HC cresc cu pn la 15%. Acest nalt nivel de sensibilitate arat importana preciziei de reglare a sincronizrii injeciei. Sistemele electronice de control sunt capabile s menin o sincronizare optim cu un nalt grad de precizie.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Cu un astfel de sistem electronic de control (EDC), elementul care st la baza controlului poziionrii dispozitivului de sincronizare este un punct de referin al arborelui cotit. O precizie extrem de ridicat se poate obine prin monitorizarea direct a momentului de ncepere a injeciei la nivelul duzei prin intermediul unui sensor de micare a acului (controlul momentului de ncepere a injeciei).Orice cantitate de motorin ce intr n camera de ardere dup ce procesul de ardere s-a terminat poate fi descrcat direct n sistemul de evacuare sub fom nears, ceea ce crete nivelul emisiilor de hidrocarburi. Pentru a preveni ca acest lucru s se ntmple, volumul de motorin rmas ntre scaunul duzei i captul orificiului de descrcare este meninut la o valoare minim. De asemenea este esenial s se evite picurarea i post-injecia.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare O pulverizare fin a motorinei promoveaz un amestec intim ntre aer i motorin, ceea ce contribuie la reducerea emisiilor de funingine (particule) i de hidrocarburi. Acest tip de pulverizare fin se realizeaz folosind presiuni de injecie ridicate i o geometrie optim a orficiului de descrcare. Debitul maxim de motorin pentru o anumit cantitate de aer din admisie trebuie limitat cu scopul de a preveni ca motorul s formeze emisii sub form de funingine. Din acest motiv este necesar un factor de exces al aerului de 10 20 % ( = 1,1 1,2).

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Temperatura aerului din admisie. O temperatur mai mare a aerului din admisie este nsoit de temperaturi de ardere mai mari, cu o cretere observabil a emisiilor de NOx. La motoarele supraalimentate cu turbocompresor, rcirea aerului din admisie (cu intercooler) reprezint un mijloc eficient de inhibare a formrii de NOx.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Recircularea gazelor de evacuare (EGR). O anumit cantitate din gazele de evacuare poate fi readus n aerul de admisie pentru a reduce cantitatea de oxigen din ncrctura proaspt, ceea ce crete i cldura specific. n acest mod se produc temperaturi de ardere mai reduse (ceea ce limiteaz producerea NOx) i se reduc emisiile de evacuare. O recirculare excesiv a gazelor de evacuare duce la emisii mai ridicate de funingine, monoxid de carbon i hidrocarburi, din cauza insuficienei oxigenului. Ca urmare, cantitatea de gaze recirculate trebuie limitat pentru a fi siguri c n camera de ardere ajunge suficient oxigen pentru a asigura arderea motorinei injectate.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare n cele ce urmeaz sunt prezentate principalele ci de reducere a nivelului de noxe emise de motorul Diesel. O atenie deosebit este acordat problemei polurii cu particule, principala critic adus motorului Diesel, alturi de funcionarea zgomotoas. Procesul de ardere. Camera de ardere pentru un sistem cu injecie direct este proiectat ntr-o manier care s mbunteasc eficiena aerodinamic i termodinamic. Dac turbulena aerului este insuficient modelat prin construcie, poate rezulta un amestec omogen care favorizeaz formarea de particule. Posibiliti de reducere a emisiilor motorului Diesel

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Carburantul. Calitatea carburantului joac un rol crucial n emisia de particule. Creterea cetonelor i reducerea fraciunilor poliaromatice limiteaz numrul de particule format. Un coninut mai redus de sulf scade i nivelul polurii cu sulf. Oxidarea catalitic. Tratamentul care urmeaz prin oxidare catalitic provoac o reducere a particulelor din hidrocarburi. Filtrele de particule. Pentru a elimina numai particulele din gazele de evacuare se folosesc filtre speciale. Procesele de reducere. Reacia chimic de reducere, folosit pentru diminuarea proporiei de NOx din gazele de evacuare, se poate realiza n mai multe variante:

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Catalizatorul cu acumulare de NOx. Oxizii de azot se prezint ca i cum ar fi acumulai ntr-un burete. Ca urmare, catalizatorul trebuie s fie curat periodic ntruct sulful l contamineaz.Catalizatorul cu uree catalizator cu reducere selectiv (SCR = selective catalytic reduction). Sistemul SCR (catalizator cu reducere selectiv) reduce NOx la N2 i H2O cu o eficien de 60%. Procedeul folosete uree. Se utilizeaz un catalizator ceramic n care se injecteaz soluie de uree n ap. Alimentarea cu uree se face separat. La contactul ureei cu gazele de evacuare de temperatur ridicat rezult amoniac (NH3), care reacioneaz cu NOx. Ca aspect important, catalizatorul de acest tip funcioneaz eficient i cu motorin cu coninut ridicat de sulf, o cantitate de 6 kg de uree fiind suficient pentru aproximativ 20.000 km.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Catalizatorul cu amoniac. n cazul camioanelor, Daimler-Chrysler are n vedere o soluie alternativ la utilizarea ureei. n acest caz, pentru reducerea NOx se folosete drept agent amoniacul. Amoniacul este stocat n rezorvoare speciale ntr-o cantitate de 10 kg i se folosete direct n form gazoas. Sistemul este nc n faza de dezvoltare, fiind impuse condiii severe de siguran n funcionare, ntruct amoniacul este toxic.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Filtre cu regenerare pentru funingine i sulf. Regenerarea filtrului se bazeaz pe arderea particulelor. n general se realizeaz o ardere la anumite intervale de timp, folosind O2 la temperatura gazelor de evacuare de peste 500C. Aceasta provoac o cretere a consumului i volumului de gaze evacuate. Sunt cunoscute mai multe tipuri de filtre, dezvoltate de diferii productori. Astfel compania Volkswagen a dezvoltat sistemul CRT (Continous Regeneration Trap) separator cu regenerare continu, n care arderea se face n mod constant n prezena NO2 , filtrul fiind ncrcat numai pn la 30%. Temperatura necesar este de 300C. nclzirea se face prin post-injecie sau electric, iar controlul necesit sensori de presiune i temperatur.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Compania PSA (Peugeot, Citron) folosete sistemul FAP (Filtre Particules). Funcionarea se face la temperaturi peste 450C. Se folosesc aditivi speciali (cu ceriu) pentru a reduce tempe-ratura de descompunere a particulelor. Consumul de motorin crete cu circa 5% (din cauza utilizrii post-injeciei). Aditivii sunt stocai ntr-un rezervor auxiliar i ajung pentru 80.000 km. Filtrul nu se schimb i se cur la fiecare 80.000 km, atunci cnd se face i umplerea rezervorului suplimentar pentru aditivi. Un Diesel common-rail modern fr filtru de particule eman la 80.000 km parcuri aproximativ 3 kg de funingine, iar cu filtru FAP produce mai puin de 100 g.n figurile 13.44, 13.45 i 13.46 se prezint cteva configuraii utilizate pentru tratamentul gazelor de evacuare la motoare Diesel.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Figura 13.44

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Figura 13.45

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Figura 13.46

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare n aceast soluie se utilizeaz o valv EGR (Exhaust Gas Recirculation = recircularea gazelor de evacuare), cu ajutorul creia se introduce n curentul aerului de admisie o anumit cantitate de gaze arse din circuitul de evacuare. Funcionarea valvei poate fi controlat electronic conform unei cartograme caracteristice. Scderea temperaturii de ardere, ce se obine prin diminuarea concentraiei de oxigen din amestecul carburant, determin o reducere a concentraiei de NOx n gazele de evacuare. CO i HC se pot diminua, dup cum s-a vzut, folosind catalizatorul cu oxidare care are o construcie mult mai simpl dect catalizatoarele cu reducere. Recircularea gazelor de evacuare

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Dac gazele de evacuare folosite pentru amestecul cu aerul din admisie sunt n prealabil rcite, se poate obine o scdere suplimentar a concentraiei oxizilor de azot.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Utilizarea n producie de serie a filtrului FAP. Sistemul cu filtru FAP (Filtre Particules) a fost utilizat n premier de grupul PSA Peugeot Citron la nceputul anului 2000, odat cu lansarea motorului cu codificarea DW12 TED4. Acesta este un motor de vrf, cu cpacitatea cilindric de 2,2 litri ce dezvolt o putere de 98 kW (133 CP) i un cuplu de 315 Nm. Performanele sunt superioare unui motor Diesel modern de 2,5 litri.HDI un exemplu de rezolvare a problemelor legate de noxele emise de motorul Diesel

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Cu o concepie constructiv optimizat pentru a limita emisiile poluante, acest motor este caracterizat prin: 4 supape pe cilindru;un dispozitiv "swirl" (de turbionare) variabil ce acioneaz asupra micrii aerului n cilindru i n camera de ardere;un turbocompresor cu geometrie variabil;un sistem evoluat de recirculare a gazelor de evacuare (EGR) ce include un rcitor pentru gazele recirculate (intercooler).

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Un bilan de mediu convingtor. Sistemul FAP se nscrie ntr-o strategie de ansablu ce urmrete reducerea emisiilor poluante. El d motorului HDI un avantaj ecologic determinant, completnd cu eficien perfomanele sale intrinseci prin eliminarea particulelor i a fumului. Sistemul FAP este activ, indiferent care ar fi condiiile de utilizare ale vehiculului. Regenerarea se efectueaz ntr-o manier neobservabil de ctre conductorul auto, n timp ce performanele vehiculului sunt conservate.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Utilizarea practic a sistemului FAP. Regenerarea filtrului este controlat de logica de comand a motorului. Un sensor de presiune urmrete starea de colmatare a filtrului i declaeaz, ori de cte ori este necesar, operaia de regenerare. Regenerarea se face datorit postarderilor controlate ce menin temperatura gazelor de eapament la 450 500 C la intrarea n filtru. O regenerare complet necesit de la dou la trei minute. Operaiunea se efectueaz la fiecare 400 500 km.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Suportul de filtrare. Filtrul de particule (FAP) este o structur poroas ce conine canale organizate ntr-o manier ce foreaz gazele de eapament s traverseze pereii. Realizat din carbur de siliciu, aceast structur se caracterizeaz prin: Acest filtru rmne eficace pe toat durata de via a vehiculului. La fiecare 80.000 km se efectueaz o curie cu ap sub presiune pentru a elimina depunerile de ceriu (substana activ din aditiv). o eficacitate foarte mare a filtrrii;o pierdere de sarcin redus;o rezisten foarte bun la solicitrile termice, mecanice i chimice;o mare capacitate de reinere a particulelor, ceea ce limiteaz frecvena regenerrilor

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Controlul cuplului. Utilizarea postcombustiei pe durata operaiunilor de regenerare antreneaz o cretere a cuplului motorului. Pentru ca operaiunea s fie insezizabil pentru conductorul auto, au fost puse la punct tehnici de control speciale a cuplului. Acestea acioneaz prin: Numai flexibilitatea sistemului "common-rail" permite efectuarea injeciilor de carburant ce asigur o regenerare eficace a filtrului, pstrnd n acelai timp o bun comportare n conducere. o comand optimizat a fiecrei injecii elementare, pre-injecii, injecii principale i post-injecii;un control al presiunii de supraalimentare (de la turbocompresor).

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Sistemul de aditivare. Substana activ, ceriu, este utilizat dizolvat ntr-o soluie organic stocat ntr-un rezervor suplimentar plasat lng rezervorul de carburant.Pentru a injecta o cantitate de aditiv proporional cu volumul de carburant introdus cu ocazia umplerii rezervorului a fost dezvoltat un sistem special de aditivare. Acesta se compune din: un dispozitiv de extragere cu detectarea nivelului minim n rezervorul de aditiv;un sistem de injectare a aditivului n rezervorul principal de carburant;un computer special pentru generarea funciei de aditivare.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Pentru un plin de 60 litri, sistemul va injecta 37,5 ml de soluie ce conine 1,9 g de ceriu. Rezervorul de aditiv, cu o capacitate de 5 litri, asigur o autonomie de 80.000 km. Refacerea plinului cu aditiv se va face n acelai timp cu curirea fitrului.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Principiul de regenerare a filtrului de particule. Regenerarea const din arderea periodic a particulelor acumulate de filtru. Aceste particule sunt formate n principal din carbon i hidrocarburi. n prezena oxigenului, regenerarea filtrului prin arderea particulelor captate de fitru se face la o temperatur de 550 C. Cele 550 C sunt foarte ndeprtate de valorile de temperaturi observabile n domeniul de utilizare a motorului HDI. Pe de o parte, progresele realizate n ceea ce privete randamentul motorului au redus energia disipat prin eapament. Pe de alt parte, n ora, motorul este puin solicitat din punct de vedere termic i temperatura n eapament variaz n general de la 150 la 200 C.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Trebuia deci s se dezvolte o strategie de regenerare a filtrului FAP, care s asigure anumite caracteristici: s menin uurina i plcerea conducerii, indiferent de condiiile de rulare;s fie compatibil cu normele antipoluare n vigoare;s fie uor de ntreinut;s nu introduc constrngeri pentru utilizator.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Sistemul filtrului de particule conine:un suport filtrant din carbur de siliciu asociat cu un pre-catalizator plasat n amonte;sensori pentru controlul temperaturii i presiunii;o logic de comand i control a sistemului integrat n computerul de management al motorului "common-rail". Aceast logic constituie inima sistemului. Ea controleaz regenerarea filtrului i asigur auto-diagnosticarea sistemului;un sistem de aditivare a carburantului, integrat pe vehicul, care injecteaz n rezervor, la fiecare plin, o cantitate corespunztoare dintr-un aditiv pe baz de ceriu.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Supleea tehnologiei "common-rail' este cea care permite utilizarea injeciilor multiple care genereaz, ori de cte ori este necesar, o cretere a temperaturii gazelor de ardere cu peste 300 C. Printr-o gestionare corespunztoare a sistemului de injecie "common-rail", operaiunea de cretere a temperaturii se efectueaz n dou etape: o post-injecie de carburat n faza de detent ce creaz o postardere n cilindru i antreneaz o cretere a temperaturii cu 200 la 250 C;o postardere complementar, produs de un catalizator de oxidare plasat naintea filtrului, ce trareaz hidrocarburile nearse ce rezult din post-injecie. Temperatura poate astfel s mai creasc suplimentar nc cu peste 100 C.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare Chiar n codiiile de rulare cele mai defavorabile n care motorul nu are timp s-i creasc temperatura, aceste operaiuni, odat declanate, permit s se depeasc pragul de 450 C n gazele de ardere. Aditivarea carburantului. Pentru atingerea pragului de regenerare, carburantul este aditivat cu un produs denumit comercial Eolys, un compus pe baz de ceriu pus la punct de societatea Rhodia, care coboar temperatura de ardere a particulelor la 450 C, cu circa 100 C mai puin dect temperatura natural de ardere. Numeroase teste de mediu au demonstrat c aditivul nu creaz probleme de poluare.

  • PRELEGEREA nr. 14 Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din IaiFacultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia InformaieiControlul noxelor din gazele de evacuare O imagine sugestiv a principiilor folosite n motorul "common-rail" HDI cu filtru de particule (FAP) este prezentat n figura 13.47. Figura 13.47