ingineria si protectia mediului in industrie - studiu tehnic privind poluarea produsa de transporturile rutiere

 

INGINERIA SI PROTECTIA MEDIULUI IN INDUSTRIE

STUDIU TEHNIC PRIVIND POLUAREA PRODUSA DE TRANSPORTURILE RUTIERE

INTRODUCERE

Autovehiculele stau la baza stilului nostru de viata datorita faptului ca faciliteaza interactiunea sociala si o distributie sigura a bunurilor pe intregul continent. Lantul complex de valori din industria autovehiculelor joaca un rol important in economia europeana, iar importanta sa rezulta, in mare parte, din legaturile sale cu structurile economice interne si internationale.

Industria autovehiculelor este prezenta in intreaga lume si este unul dintre promotorii globalizarii, fiind caracterizata de o deschidere rapida a pietelor mondiale si de o diversitate si crestere ulterioara in ceea ce priveste circulatia capitalului. Revolutia tehnologica in curs de desfasurare transforma industria autovehiculelor dintr-un sector bazat in mod traditional pe productie intr-unul bazat din ce in ce mai mult pe informatie. Pe plan national, industria vehiculelor face pasi importanti, adesea dificili, spre optimizarea bazei de cost si a proceselor de productie, dand nastere la temeri privind restructurarea si schimbarea locului de productie

Acesti factori, asociati cu nevoia de a proteja mediul natural, sanatatea si vietile oamenilor si de a opera intr-un mediu cu un pret ridicat al petrolului, au creat pentru industria autovehiculelor noi provocari, responsabilitati si ocazii care ar putea aduce modificari atat industriei in sine, cat si produselor acesteia [4].

Consiliul European din iunie 2006 a confirmat in mod unanim ca "in conformitate cu strategia UE privind emisiile de CO₂ provenite de la vehicule utilitare usoare,nivelul mediu de emisii de CO₂ pentru parcul de automobile noi trebuie sa atinga 140 g CO₂/km (2008/09) si 120 g CO₂/km (2012)". Parlamentul European a solicitat "o politica de masuri solide pentru a reduce emisiile provenite din transport, inclusiv limite obligatorii ale emisiilor de CO₂ provenite de la vehiculele noi, in ordinea de 80-100 g CO₂/km pentru vehiculele noi, pe termen mediu, care se vor obtine prin comercializarea emisiilor intre producatorii de autoturisme".

In Planul de actiune pentru eficienta energetica din octombrie 2006⁴, Comisia a reamintit ca "in hotararea de a se referi la eficienta energetica si la emisiile de CO₂ provenite de la autoturisme, va propune, daca este cazul, adoptarea in 2007 a legislatiei necesare pentru a se asigura ca obiectivul de 120g CO₂/km va fi atins pana in 2012 printr-o abordare cuprinzatoare si consecventa, in conformitate cu obiectivele agreate ale UE". In pachetul privind energia si schimbarile climatice din ianuarie 2007, Comisia a subliniat ca "masuri ulterioare de abordare a emisiilor de CO₂ provenite de la autoturisme vor fi cuprinse in urmatoarea Comunicare, in scopul atingerii, printr-o abordare cuprinzatoare si consecventa,

a obiectivului de 120g CO₂/km pana in 2012. Vor fi, de asemenea, explorate optiunile pentru reduceri ulterioare, dupa 2012"

In absenta unei actiuni efective, cresterea emisiilor provenite din transportul rutier de calatori va continua in anii urmatori, periclitand eforturile UE de a-si reduce emisiile de gaze cu efect de sera sub nivelul stabilit in Protocolul de la Kyoto, si chiar mai mult, lasand astfel alte sectoare, la fel de sensibile la concurenta internationala, sa duca greul efortului. In mod invers, prin confruntarea cu emisiile provenite de la autoturisme se va contribui la lupta impotriva schimbarilor climatice si se va diminua dependenta noastra de combustibilul provenit din import, imbunatatindu-se calitatea aerului si, astfel, sanatatea cetatenilor europeni. Imbunatatirea eficientei combustibililor pentru autoturisme combinata cu cresterea utilizarii combustibililor alternativi, in special biocombustibili, va reprezenta cheia atingerii acestui obiectiv.

In ceea ce priveste combustibilii, Comisia a propus introducerea unor reglementari obligatorii avand ca scop eliminarea continutului de carbon din combustibilii utilizati in transporturi, printr-o rectificare a Directivei privind calitatea combustibililor. In plus, s-a raportat recent la punerea in aplicare a directivei privind biocombustibilii si va adopta in scurt timp o propunere de revizuire a acestei directive. In aceasta comunicare, Comisia propune, de asemenea, axarea pe folosirea crescanda a biocombustibililor ca element de abordare integrata de reducere a emisiilor de CO₂ provenind de la autoturisme. In ceea ce priveste autoturismele, Comisia a identificat un numar de masuri care pot contribui la atingerea obiectivelor UE, in special niveluri mai stricte de eficienta a combustibililor pentru autoturisme si vehicule utilitare usoare, precum si alte imbunatatiri tehnologice [6].

Luand in considerare punctul de vedere ecologist "un om curat intr-o lume curata", exista nemultumiri privind impactul m.a.i. asupra ambiantei terestre pe care o polueaza prin emisii de gaze nocive si zgomot, in principal, dar si prin alte inconveniente, aparent de o mai mica insemnatate, cum ar fi scurgeri de uleiuri si combustibili, deseuri din procesul de fabricatie sau de reciclare al vehiculelor, perturbatii electromagnetice.

Atentia deosebita acordata sectorului de transporturi rutiere cu un grad ridicat de motorizare este justificata prin aceea ca in prezent acesta consuma circa 20% din productia de petrol extras anual, folosind 25-30% din energia mondiala. Activitatea de transport este responsabila de circa 35% din totalul emisiilor de CO₂. In centrul marilor aglomerari urbane, traficul rutier este generatorul a 90-95% din concentratiile de CO si Pb regasite in aer, 60-70% din cele ale noxelor si hidrocarburilor, precum si un important procent de particule aflate in suspensie [5].

Poluarea aerului relizata de autovehicule prezinta doua mari particularitati: in primul rand eliminarea se face foarte aproape de sol, fapt care duce la realizarea unor concentratii ridicate la inaltimi foarte mici, chiar pentru gazele cu densitate mica si mare capacitate de difuziune in atmosfera. In al doilea rand, emisiile se fac pe intreaga suprafata a localitatii, diferentele de concentratii depinzand de intensitatea traficului si posibilitatile de ventilatie a strazii. Ca emisii care realizeaza poluarea aerului, formate dintr-un numar foarte mare (sute) de substante, pe primul rand se situeaza gazele de esapament. Volumul, natura, si concentratia poluantilor emisi depind de tipul de autovehicul, de natura combustibilului si de conditiile tehnice de functionare. Dintre aceste substante poluante sunt demne de amintit particulele in suspensie, dioxidul de sulf, plumbul, hidrocarburile poliaromatice, compusii organici volatili (benzenul), azbestul, metanul si altele.

Motoarele cu aprindere interna, folosite in transporturi, genereaza o poluare a aerului pe unitatea de energie mai mare decat orice alt consumator energetic. Prin folosirea acestor tipuri de motoare se produc emisii de substante in cantitati si de natura sa cauzeze efecte daunatoare eco-bio-sistemelor atat la nivel local cat si la nivel global.

Datorita activitatii de transport cu vehicule motorizate neelectrice, se emit numerosi poluanti care contribuie la realizarea efectului de sera. In acest secol rezultatul acestui efect a condus la incalzirea suprafetei terestre cu aproape 2,3 W/m².

Efectul poluant cel mai important al m.a.i se datoreaza emisiilor de gaze nocive existente in gazele de evacuare, emisii care apar datorita arderii defectuoase, incomplete, a combustibilului in m.a.i. Arderea ideala a combustibililor se realizeaza prin evidentierea compusilor prezenti in schema din fig.1.

Ardere ideala

Combustibil

O₂, N₂, CO₂, H₂O,

gaze nobile

O₂, N₂, CO₂, H₂O,

gaze nobile

Fig. 1. Arderea ideala

Ardere reala

Combustibil NOx (NO+NO2), HC

O₂ , N₂, CO₂, H₂O,

gaze nobile

O₂ , N₂, CO₂ , H₂O, CO, SO_x (SO₂+SO₃),

gaze nobile Pb si compusi (m.a.s.),

particule - PT (m.a.c.), fum

Fig. 2. Arderea reala

Poluantii se gasesc in principal in gazele de evacuare, dar si in gazele de carter si emisiile evaporative ( la motoarele cu aprindere prin scanteie). In camera de ardere a unui m.a.i., arderea are un caracter real datorita timpului foarte redus de reactie, dificultatilor de formare a amestecului, pierderilor de caldura si altele.

Din cele aproximativ 1000 de substante distincte existente in gazele de evacuare, din cauza efectului nociv dovedit, s-au limitat prin reglementari legislative urmatoarele:

- hidrocarburile - HC;

- monoxidul de carbon - CO;

- oxizii de azot - NOx ( NO + NO₂ );

- particulele - PT (doar pentru motoarele cu aprindere prin comprimare - m.a.c.);

- fumul - masura a efectului vizibil produs de gazele arse [12].

Efecte nocive incontestabile produc si alte substante, pentru care sunt in discutie unele propuneri de limitari:

- dioxidul de carbon - CO₂ , considerat pana de curand un produs "curat" al arderii, este acuzat in prezent de producerea efectului de sera, cu consecinte nefaste asupra mediului inconjurator; singura metoda de a limita acest poluant fiind reducerea consumului specific de combustibil. Din pacate, jumatate din dioxidul de carbon ajuns in atmosfera intre 1900 - 1970 se gaseste inca aici, neputand fi prelucrat de catre clorofila plantelor;

- oxizii de sulf - SOx ( SO₂ + SO₃ ), impreuna cu NOx cauzeaza ploile acide, care distrug vegetatia; metoda de limitare a acestor poluanti consta in reducerea continutului de sulf din combustibil;

- plumbul si compusii sai; este cunoscut pentru nocivitatea sa foarte mare; se impune evitarea folosirii tetraetilului de plumb ca aditiv antidetonant si gasirea unor inlocuitori nepoluanti;

- benzo(a)pirena si alte substante chimice din grupa HC au efecte cancerigene sau mutagene dovedite.

Capitolul 1

NATURA SI EFECTELE EMISIILOR PRODUSE DE    MOTOARELE CU ARDERE INTERNA

Literatura de specialitate arata ca efectele cele mai periculoase ale poluarii produse de m.a.i. se manifesta la nivelul atmosferei prin emisiile de gaze nocive.

Compusii care se formeaza in gazele de evacuare contribuie la poluarea aerului, atat global cat si local, direct sau indirect, prin reactii chimice in atmosfera. Schimbarea compozitiei locale a atmosferei poate produce efecte asupra starii de sanatate a populatiei, cum ar fi cele produse de emisia de CO, particule si ozon. La nivelul intregii planete, cresterea concentratiei de gaze care produc efectul de sera va conduce la incalzirea globala, cu consecinte imprevizibile asupra mediului si a vietii.

Factorii care afecteaza nivelul emisiilor poluante sunt numerosi, iar cei mai importanti sunt prezentati succint in cele ce urmeaza :

1. Regimul functional:

- turatia;

- sarcina ( dozajul );

- regimul termic al motorului.

2. Caracteristicile injectiei:

- avansul la injectie;

- legea de injectie;

- constructia echipamentului de injectie:

- tipul pompei de injectie;

- marimea presiunii de injectie;

- tipul injectorului si pozitia sa;

- constructia pulverizatorului ( diametru, lungime, numar si orientare a orificiilor pulverizatorului );

- volumul sacului de sub acul injectorului.

3. Particularitati constructive ale motorului:

- intensitatea curentului de aer ( turbulente din camera de ardere );

- cantitatea de gaze reziduale ( functie de caderea de presiunea la evacuare );

- numarul de supape pe cilindru ( tipul chiulasei: cu 2 sau 4 supape );

- arhitectura camerei de ardere:

- camera de ardere unitara;

- camera de ardere divizata.

- forma camerei de ardere si dimensiunile ei;

- caracteristica de transfer termic a camerei de ardere:

- raportul suprafata / volum al camerei de ardere;

- proprietatile de conductibilitate a peretilor.

- supraalimentarea ( presiunea aerului aspirat in cilindru - pa );

- racirea intermediara a aerului de admisie ( temperatura aerului aspirat - Ta );

- caracteristicile instalatiei de ungere:

- consum de ulei;

- calitatea uleiului;

- scurgeri de ulei;

- conceptia instalatiei de ungere;

- dimensiunile principale ale cilindrului:

- D - diametrul cilindrului;

- S - cursa;

- raportul S/D;

- raportul de compresie;

- fazele de distributie;

- dispozitivele de pornire la rece;

- gradul de recirculare a gazelor arse;

- debitul variabil de aer.

4. Caracteristicile combustibilului:

- continutul de sulf;

- densitatea;

- volatilitatea;

- cifra cetanica;

- compozitia fractionata;

- continutul de hidrocarburi aromatice.

Structura noxelor inregistrate la arderea unui kilogram de combustibil - motorina si benzina, este prezentata in tabelul 1 [12].

Strucura noxelor Tabelul 1

Uniunea Europeana - dirijor si autor in politica de mediu (la nivel national, regional si international), orientata catre dezvoltarea durabila1, a stabilit o serie de reglementari privind emisiile autovehiculelor: standardele Euro 1 - Directiva 91/441/EEC sau 93/59/EEC; standardele Euro 2 - Directiva 94/12/EC sau 96/69/EC; standardele Euro 3/4 (2000/2005) - Directiva 98/69/EC cu modificari in 2002/80/EC (standardul Euro 4 in vigoare de la 1 ianuarie 2005); standardele Euro 5 (2009/2014) - reglementate in decembrie 2005; standardele Euro 6 - propunerea limitelor pentru Euro 6 publicate in decembrie 2006 in Parlamentul European (T6-0561/2006), ce vor intra in vigoare in anul 2014 [2].

In figurile 1.1. si 1.2 , care prezinta emisiile standard ale autoturismelor pe benzina, respectiv pe motorina, conform Euro 1 - Euro 4, se observa tendinta acestora de scadere permanenta, cu referire si la tehnologiile existente.

Fig. 1.1. Emisiile standard ale autoturismelor pe benzina

Fig. 1.2. Emisiile standard ale autoturismelor pe motorina

Spre exemplu, normele de poluare pentru autovehicule Euro 5, obligatorii din 1 septembrie 2009, vor reduce emisiile de particule (PM) ale motoarelor pe benzina cu 25 %, ale motoarelor diesel cu 80 % si emisiile de oxid de azot cu 20 %, fiind percepute ca procente optime de substante nocive pentru mediul inconjurator

5. Starea tehnica a motorului:

- marimea jocurilor dintre piese ( uzura );

- starea echipamentului de injectie:

- obturarea orificiilor pulverizatorului;

- scaderea presiunii de injectie;

- colmatarea filtrelor de combustibil.

1.1. Caracterizarea principalelor grupe de substante daunatoare

Caracterizarea principalelor grupe de substante daunatoare, bazata pe efectele pe care acestea le produc asupra sanatatii oamenilor, asupra vegetatiei si asupra mediului inconjurator, este prezentata in continuare.

1.1.1. Hidrocarburile. In aceasta categorie intra produsele gazoase ale arderii incomplete si componentele din combustibil care se pot vaporiza. S-au identificat circa 400 de compusi individuali in gazele de evacuare, care reprezinta majoritatea claselor de compusi organici, incluzand hidrocarburi alifatice saturate si nesaturate, hidrocarburi aromatice si compusi policiclici, compusi oxigenati cum sunt aldehidele, cetonele, alcoolii, eterii, acizii si esterii, precum si compusi azotati, sulfati si organometalici.

Compusii emisi includ multi dintre compusii existenti in combustibil si care au trecut neschimbati prin motor. Exista diferente in compozitia hidrocarburilor din gazele de evacuare ale motoare cu aprindere prin scanteie (m.a.s.) si motoare cu aprindere prin combustie (m.a.c.); in general, m.a.c. contin o proportie mai mare de hidrocarburi cu masa moleculara mare.

S-a observat ca prin combustia unui singur compus - izooctanul - au rezultat 11 hidrocarburi distincte, demonstrand complexitatea produsilor organici ai arderii amestecurilor de combustibili cum sunt motorinele.

Intrucat metanul contribuie foarte putin la formarea rapida a ozonului, legislatorii americani au introdus categoria hidrocarburilor fara metan (NMHC), pentru ca restul componentelor sa aiba relevanta sporita in aprecierea tendintei de formare rapida a ozonului. Aceasta categorie nu include compusii oxigenati, cum ar fi aldehidele, alcoolii, eterii si cetonele. Categoria gazelor organice fara metan (NMOG) include insa acesti compusi, avand o contributie mai mare decat NMHC la formarea ozonului [9].

Hidrocarburile, privite ca un ansamblu numeros de compusi chimici, considerate ca si substante primare care rezulta din procesul nemijlocit de schimb de gaze si de ardere in m.a.i., au nocivitate foarte diversa, cuprinzand componenti netoxici, cum ar fi metanul, dar si componenti foarte toxici, cum ar fi 4-hidroxibifenilul. Unele sunt iritante si au efecte sistemice reduse, in timp ce altele pot avea consecinte toxicologice grave, cum ar fi disfunctionalitatea sistemului nervos central si a cailor respiratorii, efecte cancerigene s.a.

Ca substante poluante secundare care rezulta prin interactiunea dintre substantele primare sau dintre acestea si aer in anumite conditii de umiditate, temperatura si radiatia solara , HC sunt un factor important in formarea smogului fotochimic. Smogul fotochimic, specific unor zone cu circulatie verticala redusa a aerului si insolatie puternica (Tokio, California), se produce in urma a circa 13 reactii, la care participa peste 200 compusi. Mecanismul acestor reactii nu se cunoaste, ceea ce nu a permis reproducerea sa in laborator. Smogul uscat sau fotochimic se instaleaza brusc, reducand vizibilitatea la zero si este daunator mai ales pentru persoanele cu suferinte cardio-respiratorii.

Cercetarile biologice ale nocivitatii hidrocarburilor,in special si a altor substante poluante, in general, se desfasoara in doua categorii de studii biologice:

a) studiul in vitro pe lame de laborator, care se bazeaza pe corelatia dintre efectul cancerigen si mutatiile genetice provocate de bacterii ; cel mai cunoscut este testul Ames (1975), care comporta tratarea cu substantele considerate cancerigene a unui mamifer, care metabolizeaza substanta, pentru ca, apoi, pe anumite componente ale ficatului sa se aplice culturi de bacterii (Salmonella), care evidentiaza mutatiile genetice; acest test este foarte raspandit, iar rezultatele sale sunt considerate relevante.

b) studii in vivo, care urmaresc capacitatea substantelor considerate cancerigene, introduse prin piele subcutanat sau prin sistemul respirator al animalelor de studiu, de a provoca tumori canceroase. Transferarea acestor rezultate asupra oamenilor prezinta un grad variabil de incertitudine; totusi, exista studii epidemiologice care arata o frecventa mai inalta a cancerului pulmonar la categoriile profesionale expuse inhalarii gazelor de evacuare.

1.1.2. Compusii organici volatili (COV)

Compusii organici volatili (COV) cuprind o gama larga de substante:

- hidrocarburi ( alcani, alchene, compusi aromatici );

- halocarburi ( tricloretilena );

- compusi oxigenati (alcooli, aldehide, cetone).

Toti acestia sunt compusi organici carbonati suficient de volatili pentru a exista sub forma de vapori in atmosfera. Majoritatea masurarilor de COV se fac in functie de continutul lor de carbon, fara analiza componentelor individuale.

Nu se pot face generalizari ale efectelor asupra sanatatii produse de aceste substante; unele sunt toxice si chiar suspectate de a fi cancerigene.

Multe dintre VOC contribuie la formarea secundara a poluantilor si la reducerea stratului de ozon stratosferic.

1.1.3. Aldehidele. Aldehidele reprezinta substantele cu contributia cea mai mare la formarea ozonului. In special formaldehida si acetaldehida sunt prezente in gazele de evacuare; ele sunt toxice si posibil cancerigene.

1.1.4. Olefinele. Sunt compusi nesaturati foarte reactivi, cu multi atomi de carbon in molecula si care pot accepta atomi de hidrogen sau de clor ; ei au tendinta de a forma ozon si sunt foarte toxici. Una dintre olefinele cele mai periculoase este 1,3-butadiena.

1.1.5. Compusii aromatici. Sunt compusi ai carbonului, in care atomii de carbon formeaza inele ciclice hexagonale; compusii cu doua sau mai multe inele, hidrocarburile aromatice policiclice (PAH) se formeaza ca rezultat al pirolizei, in timpul arderii.

Unii compusi aromatici formeaza ozon si sunt toxici. Benzenul este substanta cu efect cancerigen dovedit asupra oamenilor, conform aprecierii facute de IARC (Agentia Internationala de Cercetare a Cancerului), incadrandu-se in grupul 1 (conform cu tabelul 2).

Grupe de substante cancerigene Tabelul 2

Pe baza testelor "in vivo" s-a dovedit ca benzo(a)pirenul si dibenz(a,h)antracenul sunt cei mai cancerigeni compusi aromatici care se gasesc frecvent in aer.

1.1.6. Oxizii de azot (NOx). Oxizii de azot se formeaza prin reactia oxigenului atmosferic cu azotul la temperaturi si presiuni mari, specifice camerei de ardere. Pe masura ce creste temperatura, creste si ponderea NOx in gazele de evacuare.

Dintre diversii oxizi, NO este constituentul principal. In gazele de evacuare este prezenta si o anumita cantitate de dioxid de azot, NO₂, cantitate ce sporeste la iesirea NO in atmosfera, prin oxidarea lui suplimentara.

NO₂ este considerat in general ca fiind cel mai important pentru sanatatea omului, astfel ca statisticile asupra riscurilor de imbolnavire si asupra concentratiilor ambiante, precum si normele si standardele, sunt exprimate adesea cu referinta directa la NO2 si nu la categoria mai generala a NOx . Dioxidul de azot este astfel considerat daunator, avand efecte toxice moderate prin inhalarea de catre om, producand disfunctii pulmonare, afectiuni respiratorii acute, iritarea ochilor si in general a mucoaselor, ca substanta primara; ca substanta secundara, efectele daunatoare asupra mediului pe care le produc NO₂ si restul NOx includ ploile acide, cu consecinte nefaste asupra vegetatiei. NOx sunt esentiali in formarea ozonului. Cand NO₂ este supus radiatiei ultraviolete solare, un atom de oxigen se separa de molecula, iar daca el se combina cu o molecula de oxigen (O₂), se formeaza ozonul (O₃). Emisiile de NOx constituie al doilea component ca pondere, care contribuie la producerea efectului de sera, dupa CO₂ si, de asemenea, au o contributie importanta la formarea smogului fotochimic.

1.1.7. Monoxidul de carbon. Monoxidul de carbon este un gaz incolor, inodor si insipid, care este mai putin dens decat aerul ; este un compus relativ stabil si participa in mica masura la reactiile chimice atmosferice. CO este un produs intermediar prin care trec toti compusii carbonului cand sunt oxidati. In prezenta unei cantitati suficiente de O₂, CO produs in timpul arderii este imediat oxidat, obtinandu-se CO₂ , dar acest lucru nu se intampla in cazul functionarii motorului in regim de mers in gol sau de decelerare. In conditii obisnuite de functionare, motoarele diesel produc cantitati mici de CO, comparativ cu motoarele cu benzina.

Afinitatea CO de a se combina cu hemoglobina este de 220 de ori mai mare decat pentru O₂ , rezultand carboxihemoglobina, ceea ce produce, chiar si pentru doze mici, afectiuni ale sistemului nervos, respirator si cardiovascular. Reactia este reversibila si expunerea intoxicatilor timp de cateva ore la aer curat duce la eliminarea gazului din corp. Regula lui Henderson si Haggard arata ca exista o corelatie stransa intre concentratia gazului si timpul de expunere. Produsul dintre parti CO / 10 000 si timpul de expunere, in ore, da o cifra orientativa cu privire la toxicitatea gazului.

CO participa, ca substanta secundara, la o serie de reactii atmosferice incluzand si formarea ozonului, in mod indirect, prin reactia cu radicalii hidroxili (OH) pe care ii consuma si care ar fi contribuit la neutralizarea unor gaze cu potential mai mare de producere a efectului de sera, cum ar fi metanul.

Intoxicatia cu CO conduce la dureri de cap, oboseala, ameteli, tulburari de vedere, irascibilitate, palpitatii, voma, lesin, coma, moarte.

1.1.8. Particulele.

Particulele reprezinta un amestec de substante organice si anorganice prezente in atmosfera atat in forma lichida, cat si solida si care provin din gazele arse; definirea particulelor se face implicit prin procedeul de masurare a acestora, fiind in cazul m.a.c. "materia colectata pe un filtru special la trecerea gazelor arse emise de un motor cu aprindere prin comprimare, gaze diluate cu aer curat pana la obtinerea temperaturii acestora de maximum 52 °C " .

Dupa marime, se considera particule mari acele particule care au un diametru mai mare de 2,5 μm, iar particule mici cele sub 2,5 μm diametru. Emisia de particule a m.a.c. este mult mai mare decat a m.a.s., chiar utilizand benzine etilate. Raportul acestor emisii variaza intre 6 si 22 (4 - 7 g / l pentru autovehicule grele, fata de 0,65 g / l pentru motoarele cu benzina), iar daca raportarea se face in g / km, valoarea emisiei de particule m.a.c./ m.a.s. este 500 : 1.

Exista o ingrijorare crescanda asupra efectelor pe care le produc particulele asupra sanatatii. S-au facut cercetari asupra fractiunii de carbon din particule ; carbonul nu este toxic, dar proprietatile sale fizice pot afecta functia celulara a plamanilor. Particulele de carbon emise de motoarele diesel sunt foarte mici si penetreaza adanc in plamani, unde se acumuleaza. In timp, acumularea carbonului poate intarzia mecanismul de curatare pulmonara.

1.1.9. Ozonul si peroxiacetil-nitratul (PAN). Ozonul este forma triatomica a oxigenului molecular ; este unul dintre agentii oxidanti cei mai puternici, fapt care il face puternic reactiv. PAN este un agent de oxidare format de reactia compusilor organici cu radicalul OH si apoi cu O2 si NO2. Ozonul si ceilalti oxidanti produc o serie de efecte cum ar fi iritatii ale mucoaselor, insuficiente respiratorii, tuse, dureri de cap etc.

Prin "rupturile" in stratul de mare altitudine de ozon ce din pacate se extind, nu mai este filtrata radiatia ultravioleta, ceea ce conduce la cresterea incidentei cancerului de piele in ultimul timp.

1.1.10. Compusii cu sulf . Petrolul nerafinat contine o fractiune de compusi cu sulf; deoarece acestia sunt concentrati in fractiunile grele, exista in cantitati mai mari in motorina decat in benzina. Cantitatea de sulf din motorina depinde de titeiul din care este extrasa motorina si de masura in care aceasta este tratata pentru reducerea sulfului. Cand combustibilul este ars, majoritatea sulfului se transforma in bioxid de sulf, iar o cantitate mica (2 %) este oxidata pana la trioxid de sulf, care se combina cu apa si cu alti compusi ai gazelor de evacuare, formand acidul sulfuric si sulfatii, ce contribuie la emisia totala de particule.

Transporturile rutiere reprezinta un contribuant minor la emisia de compusi de sulf, iar presiunea de a reduce continutul de sulf din motorina izvoraste mai mult din necesitatea de a limita particulele decat din necesitatea de a limita bioxidul de sulf .

Deoarece limitele emisiei de particule sunt din ce in ce mai mici, producatorii de motoare pot utiliza aplicarea unor sisteme de post-tratare a gazelor arse, in scopul respectarii reglementarilor. O tehnica eficienta de reducere a particulelor si a COV este folosirea catalizatorilor de oxidare. Cand acestia sunt utilizati, ei favorizeaza oxidarea bioxidului de sulf in trioxid de sulf, care este emis sub forma de particule. Daca continutul de sulf este, de exemplu, in jur de 0,3 %, atunci emisia totala de particule poate creste de 3 ori cand se folosesc catalizatori, desi se obtine o reducere importanta a fractiunii alcatuite din hidrocarburi.

1.1.11. Dioxidul de carbon (CO₂).

CO₂ nu joaca un rol semnificativ in producerea ozonului si nu este toxic; el contribuie la producerea efectului de sera, in proportie de 50 %, caci absoarbe energia radiata de suprafata terestra.

Cu toate ca nu este o noxa, dioxidul de carbon, este considerat, de curand, ca poluantul cel mai periculos al planetei noastre, perturband clima, topind gheturile eterne si icebergurile, prin efectul de sera pe care il produce.

S-a calculat ca automobilele introduc in atmosfera circa 4 tone CO₂ pe an si km². Fara a se tine seama de rolul dioxidului de carbon in procesul de fotosinteza si de actiunea clorofilei plantelor, se poate arata ca numai respiratia umana introduce anual 300 kg CO₂ pe locuitor, ceea ce pentru o densitate de 100 locuitori pe km² duce la 30 t pe an. Aceasta inseamna ca, in limitele valorilor acceptate, automobilul produce o emisiune de dioxid de carbon de 12 %, ceea ce nu poate fi considerat actualmente ca o calamitate, dar poate deveni, date fiind tendintele tot mai accentuate de motorizare

1.2. Calitatea aerului si toxicologie clinica

Normele de puritate a aerului se stabilesc pe baza unor criterii ale Organizatiei Mondiale a Sanatatii. Indicii de puritate a aerului sunt valori de concentratie si durata de expunere, corespunzand unor efecte specifice pe care diferite grade de poluare atmosferica pot sa le aiba asupra omului si mediului.

Indicii de puritate au patru nivele :

1. Concentratia si durata de expunere sunt egale sau inferioare valorilor la care nu pot fi observate nici un efect direct sau indirect, nici o modificare a reflexelor sau reactii de protectie.

2. Concentratia si durata de expunere sunt mai mari sau egale cu valorile la care se va observa probabil o iritare a organelor de simt, efecte nocive asupra vegetatiei, reducerea vizibilitatii sau alte efecte defavorabile asupra mediului.

3. Concentratia si durata de expunere sunt mai mari sau egale cu valorile corespunzatoare la care vor avea loc probabil fie o atingere a functiilor fiziologic normale, fie alterari care risca sa produca boli cronice sau moarte prematura.

4. Concentratia si durata de expunere sunt mai mari decat valorile la care va avea loc probabil o boala acuta, cronica sau moartea prematura la grupele vulnerabile de populatie.

Categoriile de concentratii definite in toxicologie, raportate la expunerea inhalatorie sunt :

CMA - concentratia maxim admisa - reflecta gradul maxim de contaminare atmosferica cu un anumit toxic, peste care nu se admite efectuarea de activitati fizice in mediul respectiv ; acest parametru semnifica nivelul pana la care expunerea umana nu are repercusiuni medicale.

CmA - concentratia medie admisibila obtinuta prin medierea temporala a esantioanelor toxice emanate in diferite momente ale zilei ; acest parametru reflecta gradul expunerii la toxic raportat la timpul de lucru (produsul - timp).

Respectarea CMA si CmA este obligatorie, caci depasirea CMA produce intoxicatii acute importante, iar depasirea CmA reflecta o crestere prelungita a expunerii la toxic, cu efecte majore in special la toxicele cu caracter cumulativ. Pornindu-se de la aceste date prin care nu se apreciaza nivelurile la care trebuie stabilite concentratiile maxime admisibile, in diferite tari valorile difera, uneori foarte mult. In Romania, valorile concentratiilor maxime admisibile sunt cuprinse in STAS 12574 - 87 " Aer din zonele protejate - conditii de calitate " ; acest standard se refera la aerul atmosferic si stabileste concentratiile maxime admise ale unor substante poluante in aerul zonelor protejate.

Prin concentratia medie lunara (CML) sau anuala (CMa) se intelege media aritmetica a concentratiilor medii zilnice obtinute in perioada respectiva. Pentru CML sunt necesare minimum 15 valori medii zilnice, iar pentru CMa sunt necesare minimum 100 valori medii zilnice, uniform repartizate pe perioada respectiva de timp [8].

In cazul in care in aer exista mai multi poluanti, fiecare avand propriile CMA, concentratia maxima admisa pentru substantele cu actiune sinergica prezente simultan in aer se calculeaza cu formula :

+ + + (1.1)

in care:

- C_i este concentratia substantei i ;

- CMA_i - concentratia maxima admisa pentru substanta i in aer.

Normarea substantelor cancerigene este mai dificila caci, pentru substantele cancerigene nu exista inca un consens in ceea ce priveste oportunitatea, necesitatea si metodologia normarii. Dupa opinia toxicologilor sunt necesare norme, adica baza juridica a actiunilor de reducere sau eliminare a substantelor cancerigene.

Dupa opinia oncologilor, pentru substantele cancerigene nu poate fi vorba de norme, respectiv de CMA, datorita complexitatii carcinogenezei. Refuzul de a admite existenta unei doze prag este justificat prin faptul ca ceea ce particularizeaza substantele cancerigene este caracterul cumulativ al efectelor lor asupra organismului. Din acest punct de vedere substantele toxice (necancerigene), a caror actiune este reversibila, s-ar deosebi in mod radical de substantele cancerigene.

Daca la substantele necancerigene se pot fixa doze sub care nu ar exista practic nocivitate pentru organism, pentru cele cancerigene nu se pot stabili doze nenocive certe.

Substantele cumulative sunt de doua feluri : unele se acumuleaza in organism (acumulare materiala de substanta) sau acumulare functionala (de efecte) pana cand ating cuantumul necesar declansarii manifestarilor morbide, iar altele au capacitatea de a atinge concentratii crescute (din ce in ce mai mari) in lantul alimentar. Din prima categorie fac parte hidrocarburile aromatice policiclice (HAP).

Formula cuantumului necesar declansarii manifestarilor morbide (k) functie de doza de toxic (D) si de timpul de expunere (t) este :

D∙ tⁿ = k,   (n>1) (1.2)

Efectele aditive si ireversibile ale acestor substante fac sa nu existe nici o garantie de protectie a organismului, chiar cand concentratiile lor medii sunt mult sub valoarea prag admisa.

Experientele efectuate cu benzoapirenul au confirmat modelul matematic al relatiei doza - efect :

(1.3)

in care :

Y este procentul de animale cu tumori;

Xn - doza de substanta cancerigena ( mg );

X - doza maxima inactiva ( mg ).

Cu ajutorul acestui model se poate stabili riscul de aparitie a unei tumori la o doza data (de exemplu, pentru 0,02 mg de benzoapiren riscul este de 0,023 - 3 %).

In stabilirea CMA, pentru substante cancerigene si pentru toxicele obisnuite apar unele similitudini: la ambele exista dependenta efectului toxic de doza si, respectiv, de durata de expunere (sau frecventa si ritmul de administrare).

Specialistii germani de la Institutul de Toxicologie din Hanovra s-au preocupat de incadrarea gazelor de evacuare emise de motoarele diesel in categoriile de substante stabilite de IARC. Concluziile acestora au aratat ca gazele arse sunt substante, "probabil cancerigene". Testele toxicologice efectuate pe sobolani au dovedit ca gazele arse produc cancerul drept efect al depunerii particulelor ca pulbere fina in plaman (efect epigenetic) si nu prin efectul chimic.

In figura 1.3 este ilustrata incidenta tumorilor canceroase datorita expunerii la gazele de evacuare diesel, conform determinarilor facute de diferiti specialisti.

Indicele de expunere [ mg/m³ x h/saptamana ]

Fig. 1.3. Corelatia dintre doza si efect indicata de studiile consacrate asupra inhalarii gazelor de evacuare ale m.a.c.

Desi dreptele de dependenta nu au aceeasi panta datorita conditiilor diferite in care s-au desfasurat testele de laborator, ele arata periculozitatea inhalarii gazelor arse prin faptul ca este mult depasita incidenta spontana a tumorilor.

In prezent, sunt stabilite valori limita admise in legislatia antipoluare pentru CO, HC, NOx si PT (particule), pe baza studiilor de toxicitate; stabilirea unui prag de nocivitate este foarte dificila datorita metodelor incerte de apreciere a riscului de imbolnavire, asa cum s-a mai mentionat. In viitorul apropiat se vor introduce norme mai severe de limitare a poluantilor, functie de gradul de toxicitate dovedit (experimente in vivo si in vitro pentru determinarea efectului mutagen si cancerigen) sau de potentialul distructiv estimat asupra mediului inconjurator.

Problema masurarii emisiilor nu este simpla, fiind necesara dezvoltarea unor metodologii de inventariere a emisiilor. In general, indiferent de tipul emisiei sau de mediul afectat, inventarul trebuie sa includa urmatoarele informatii:

- metoda de masura a emisiilor;

factorii care influenteaza emisiile;

surse de emisii (pozitii, activitate, procese, cote);

statistica activitatii care genereaza emisia (folosirea energiei, productia,

populatia implicata);

- referinte ale surselor de date folosite;

- comentarii asupra ipotezelor facute la prelucrarea datelor.

Inventarul cuprinde distributia emisiilor raportate la tehnologiile relevante si la sectoarele socio-economice, distributia spatiala a emisiilor ca si tendintele de variatie a emisiilor in timp. Sursele mari de poluare (termocentrale, rafinarii, fabrici) sunt adesea incluse separat in inventar ca surse punctuale. In schimb, sursele mai mici, dar mai difuze, (incalzitul caselor, autovehiculele, agricultura) sunt tratate ca surse de suprafata, fiind raportate la suprafata unui oras sau a unei zone industriale. In unele inventare, autovehiculele pot fi tratate ca surse liniare, avand forma drumurilor [8].

1.3. 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. sunt folosite cu predilectie la motociclete, autoturisme si autoutilitare mici si mijlocii, iar m.a.c. la autoturisme, autoutilitare, autocamioane si autobuze.

M.a.s. au fost folosite mai ales la autoturisme, unde este necesara o putere specifica mare. Ele sunt mai ieftin de executat si ofera performante mai bune de accelerare decat m.a.c. echivalente. 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. Multe din aceste vehicule usoare au fost dotate cu m.a.c. supraalimentate, pentru cresterea puterii specifice.

In ultimul deceniu, vehiculele echipate cu motoare diesel au devenit din ce in ce mai raspandite, reducandu-se astfel decalajul fata de vehiculele echipate cu motoare cu benzina, in ceea ce priveste performantele, zgomotul si pretul de cost [1].

Pentru o apreciere globala comparativa intre 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 , in fig.1.4. este reprezentata aceasta interdependenta, constatandu-se ca, cel putin in raport cu noxele la care ne-am referit, m.a.c. este mai putin poluant decat m.a.s.

Fig.1.4. Alura curbelor de concentratie ale principalelor emisii m.a.s./m.a.c.

Substantele nocive reprezinta in cazul m.a.s. circa 1% din total gaze esapate conform schemei din fig.1.5.

Fig. 1.5. Compozitia gazelor de ardere la m.a.s.

In cazul m.a.c. substantele nocive reprezinta circa 0,3% din total gaze esapate - fig.1.6 .

Fig.1.6. Compozitia gazelor de ardere la m.a.c.

Din punct de vedere al emisiilor poluante, exista pareri divergente in ceea ce priveste aprecierea gradului de toxicitate al m.a.c. si m.a.s. Pana nu demult, motoarele diesel erau considerate numai dupa caracteristicile exterioare (fumul negru si mirosul neplacut al gazelor) ca fiind principalul pericol asupra mediului, motorul cu aprindere prin scanteie, datorita emisiilor sale invizibile, parand a fi motorul "curat" al viitorului.

Masurarile efectuate de firma italiana VM 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 [1].

In cele ce urmeaza se detaliaza 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. Referitor la emisiile legiferate, tabelul 3 ilustreaza comparativ valorile medii ale emisiilor produse de un motor incalzit in NOx decat m.a.s. standard (fara catalizatorul trivalent) ; totusi, 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.

Emisiile motoarelor cu si fara catalizator    Tabelul 3

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.

Compusii aromatici, pe langa efectul fotochimic important, au o semnificatie aparte datorata efectului cancerigen potential. De exemplu, emisia de benzen este de trei ori mai mare la m.a.s. cu catalizator decat la m.a.c.. Pentru toluen, diferenta este de un ordin de marime, dar 1,3- butadiena este prezenta in gazele emise de m.a.c. in concentratii mai mari decat la m.a.s. cu catalizator.

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. Tabelul 4 prezinta cresterea de emisii datorata pornirii la rece in functionare urbana. Cresterea pentru m.a.c. si m.a.s. standard este similara, dar pentru m.a.s. cu catalizator se observa o crestere cu un ordin de marime la CO si HC, datorita faptului ca in catalizator nu s-au atins temperaturile de regim.

Emisii datorate pornirii la rece    Tabelul 4

Asupra emisiilor poluante, traficul intens are urmatoarea influenta : s-au comparat emisiile in doua teste urbane, unul fiind cel european urban, iar celalalt fiind un ciclu de trafic urban intens. Rezultatele au aratat ca efectul congestionarii este mai mare decat cel al functionarii la rece, pentru acelasi traseu simulat. 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.

In trafic aglomerat, emisia de NOx a m.a.c. este similara celei a m.a.s. standard si mult mai mare decat aceea a m.a.s. cu catalizator.

Vehiculele care nu sunt intretinute corespunzator consuma mai mult combustibil si emit mai mult CO si HC decat vehiculele revizuite periodic. Este mai probabil ca emisiile m.a.c. sa varieze in mai mica masura raportat la durata de viata a vehiculului decat cele ale m.a.s., datorita reglajelor specifice, care necesita mai multe lucrari de intretinere, a echipamentelor antipoluare adaugate si a degradarii catalizatorilor.

In concluzie, in ultimii ani au fost multe discutii privind efectele asupra mediului pe care le au m.a.s. si m.a.c., discutii care urmareau promovarea m.a.c. la autoturisme; cantarirea diferitelor avantaje si dezavantaje nu este simpla, iar raspunsul este inca echivoc.

In timp ce autoturismele diesel sunt considerate a avea emisii mai mici comparativ cu m.a.s. conventionale, in comparatie cu m.a.s. cu catalizator avantajele devin mult mai putin marcante, iar unele dezavantaje devin mai evidente. Adesea se pune intrebarea, de catre cei neavizati in domeniu : sunt autoturismele diesel mai poluante decat autoturismele cu benzina ? Raspunsul nu este simplu, caci intre ele exista doua diferente majore. Mai intai, este greu sa se stie exact ce tipuri anume de vehicule se compara, astfel incat sa fie compatibile m.a.s. si m.a.c. dupa criterii cum ar fi capacitatea cilindrica, puterea motorului, turatia maxima sau alti parametri. Ignorand dificultatile de comparare fiecare cu fiecare, se ridica, in al doilea rand, problema: care poluant este mai periculos ? In general, autoturismele diesel comparate cu autoturismele m.a.s. cu catalizatori au emisii mai reduse de CO si CO₂ , dar mai crescute de NOx si PT, chiar daca in general numai cota de NO₂ este mai redusa.

Care din aceste emisii sunt mai importante? Raspunsul este greu de gasit. Mai ales ca este greu de spus care criteriu este mai important.

Daca criteriul "sanatatea oamenilor" este considerat a fi criteriul dominant, atunci, din nou, nu se poate spune care dintre m.a.s. sau m.a.c. este mai daunator, datorita lipsei unei legaturi plauzibile din punct de vedere biologic dintre cauza si efect, lipsa care persista, in ciuda numarului mare de studii efectuate. In ipoteza ca acest criteriu este cel mai important, s-au facut o serie de considerente de ierarhizare a poluantilor functie de efectul lor daunator asupra oamenilor si asupra mediului inconjurator [1] .

Daca criteriul dominant este, de exemplu, depunerea de carbon de pe cladiri, atunci se poate spune cu certitudine ca m.a.c. este sursa cea mai mare de emisii de fum negru in orase. Trasatura pozitiva a motoarelor diesel este randamentul termodinamic mai ridicat decat al m.a.s. si deci emisiile mai mici de CO₂ pe kilometru. Ele emit, de asemenea, mai putine gaze care produc efect de sera, metan si NO₂ , 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 CO₂, NO₂ si CH₄.

Principalele dezavantaje ale m.a.c. sunt emisiile mari de NOx si PT, mai ales pentru motoarele cu injectie directa (DI - "Direct Injection").

1.4. Zgomotul la autovehicule

Nivelul global al zgomotului unui autovehicul este produs de numeroase surse sonore care actioneaza, in majoritatea cazurilor, simultan. Aceste surse sunt foarte variate, atat ca mod de emisie, cat si in ceea ce priveste intensitatea si forma spectrului zgomotului generat. Zgomotele care apar in timpul mersului unui vehicul provin, in principal, din :

functionarea ansamblului motor;

functionarea organelor de transmisie;

caroserie si sasiu;

sistemul de rulare.

Pentru a se mentine cat mai redus nivelul global de zgomot al autovehiculului, considerandu-l un sistem elastic format din principalele sale subansamble, se urmareste ca frecventele proprii ale acestor subansamble sa fie diferite intre ele, pentru a se evita aparitia rezonantei. Pentru exemplificarea surselor si a valorilor nivelului de presiune ale acestora, in figura 1.7 se prezinta rezultatele masurilor de reducere a zgomotului aplicate asupra unui autocamion avand sarcina utila de 44 tone si puterea motorului de 450 CP [8].

Fig. 1.7. Rezultatele masurilor de reducere a zgomotului aplicate asupra unui autocamion

Asa cum reiese din acest exemplu, motorul se dovedeste a fi sursa cea mai importanta de zgomot si asupra lui trebuie concentrate eforturi de diminuare a zgomotului; acest fapt rezulta din legea compunerii logaritmice a zgomotului, care arata ca pentru reducerea zgomotului unui ansamblu format din mai multe surse trebuie scazut, cu prioritate, zgomotul produs de sursele sonore cele mai puternice.

De exemplu, zgomotul total dupa modificarile constructive, se calculeaza:

(1.4)

1.4.1. Zgomotul motorului

In functie de natura fenomenelor implicate, zgomotul produs de motor poate fi :

mecanic, datorat in principal contactului pieselor;

aerodinamic, datorat curgerii fluidelor;

termic, datorat fenomenelor sonore produse in timpul procesului de ardere.

Zgomotul termic va fi numit in cele ce urmeaza zgomotul combustiei. Pentru motorul de baza, fara instalatii anexe, deci fara contributia zgomotului aerodinamic, s-a incercat estimarea zgomotului combustiei in raport cu zgomotul total . Metoda folosita este simpla si consta in maasurarea zgomotului mecanic prin antrenarea motorului din exterior (fara ardere). Diferenta logaritmica dintre zgomotul total al motorului si zgomotul mecanic reprezinta zgomotul combustiei. Cea mai importanta omitere a acestei metode aproximative este faptul ca zgomotul produs de piston descreste cu cresterea sarcinii, datorita jocurilor care se reduc. Rezultatele arata ca zgomotul combustiei scade fata de zgomotul mecanic o data cu cresterea turatiei, observandu-se ca sarcina are si ea o influenta clara asupra cressterii zgomotului Cele doua componente ale zgomotului total, zgomotul mecanic si zgomotul combustiei, se compun, observandu-se ca la turatii mici zgomotul total este determinat in principal de combustie, iar la turatii mari de zgomotul mecanic. Sursele de zgomot ale motorului se mai pot clasifica si dupa sistemul sau instalatia care il genereaza si vor fi prezentate in continuare.

1.4.1.2. Zgomotul evacuarii

Cel mai semnificativ component al zgomotului total produs de motor este considerat a fi zgomotul evacuarii si de aceea se vor face mai multe consideratii asupra sa. Cauzat de pulsatiile si de eliminarea cu viteze mari a gazelor arse in timpul evacuarii, principala posibilitate de reducere consta in montarea de atenuatoare de zgomot ( tobe de evacuare sau amortizoare de zgomot ) pe traseul conductelor respective.

Masa tobelor de evacuare trebuie sa fie minima, pentru a nu spori masa autovehiculului; pentru motoarele de autocamioane fabricate in Romania, masa variaza intre 10 −30 kg.

In afara acestor parametrii, la proiectarea si constructia tobelor de evacuare mai trebuie sa se tina cont de impactul unor factori exteriori foarte importanti :

- pretul de cost;

- materiale si tehnologie de executie care sa asigure o durata de viata comparabila cu a produsului ;

- vecinatatea cu alte componente (incadrarea intr-un spatiu disponibil pe autovehicul);

- efecte asupra altor sisteme (de exemplu : efectul vibroacustic asupra cabinei in cazul prinderii tobei de aceasta; orientarea extremitatii evacuarii pentru a preveni scaderea vizibilitatii soferului; colmatarea filtrului de aer de tip uscat etc).

Zgomotul admisiei

Zgomotul admisiei este produs intr-un mod analog cu cel al evacuarii. Nivelul sau este considerabil mai scazut datorita variatiilor mai mici de presiune si datorita temperaturii mai scazute a aerului de admisie comparativ cu gazele de evacuare.

1.4.1.5. Zgomotul produs de instalatiile motorului

Cercetarile efectuate asupra zgomotului motoarelor au evidentiat faptul ca ventilatorul este o sursa importanta de zgomot, cu nivel comparabil cu cel al ansamblului motor si, in unele cazuri, cu nivel de zgomot mai mare decat al motorului. Din aceste considerente se desprinde clar necesitatea ameliorarii constructive si functionale ale ventilatoarelor, in conditiile mentinerii performantelor impuse de instalatia de racire [8].

Zgomotul emis de pompa de injectie este compus din zgomotul mecanic creat de pompa, ca si din zgomotul produs de vibratiile motorului care se transmit pompei. Contributia zgomotului pompei de injectie in raport cu zgomotul total emis de suprafetele motorului este in general mica si de obicei nu depaseste 10% din intensitatea totala sonora. Pentru turatii reduse, in special in cazul functionarii in gol a motorului, zgomotul produs de pompa de injectie nu poate fi neglijat, influenta lui putand ajunge la 20% din intensitatea sonora a zgomotului total specific acestei functionari. Pompa de injectie poate fi considerata un ecran acustic pentru zgomotul produs in blocul cilindrilor.

1.4.1.6. Zgomotul pieselor conectate la motor

La motoarele existente, zgomotul pieselor conectate la motor este mult mai mic decat zgomotul radiat de suprafetele motorului. Zgomotul structurii care sustine motorul depinde de metoda de montare, de dimensiunile si constructia motorului ca si de constructia suportilor insisi.

Zgomotul agregatelor antrenate de motor, de exemplu, al transmisiei, este compus din doua componente similare celor dezvoltate de pompa de injectie. Primul este zgomotul creat de agregatul insusi si al doilea este creat de transmiterea vibratiilor motorului in aceste agregate.

1.4.1.7.Zgomotul emis de suprafata motorului

Zgomotul radiat de suprafetele motorului este determinat de principiul de functionare si de constructia motorului. Puterea acustica radiata de suprafete este 10⁺⁶ din puterea nominala a acestuia, iar zgomotul cu 20−30 dB mai mic decat zgomotul evacuarii fara toba de evacuare. Cu o toba de evacuare eficienta, zgomotul evacuarii devine egal cu cel al zgomotului suprafetelor si similar cu cel produs de ventilator.

Zgomotul radiat de suprafetele motorului se datoreste fluctuatiilor periodice ale presiunii din cilindru, impactului mecanic produs de piston asupra cilindrilor ca si impactului mecanic care apare in mecanismul biela-manivela, in mecanismul de distributie si in antrenarile celorlalte piese. Vibratiile structurale produse de aceste componente in motor se transmit prin structura interioara a motorului catre suprafetele sale exterioare si catre piesele atasate, de unde radiaza zgomotul in mediul inconjurator [8].

Zgomotul rezultant depinde de proprietatile vibratorii ale pieselor care compun suprafata motorului ca si de raportul lor de transmitere a radiatiei. In cazul solutiilor constructive ale motoarelor actuale, care au legaturi rigide intre piese, practic toate componentele exterioare contribuie la radiatia zgomotului.

Capitolul 2

METODE DE REDUCERE A POLUARII PRODUSA DE TRANSPORTURILE RUTIERE

Metodele de reducere a poluantilor se impart in metode aplicate combustibililor, metode pasive (care actioneaza asupra emisiilor dupa formarea acestora, mai ales prin post-tratarea chimica si mecanica a poluantilor in instalatia de evacuare) si metode active (care actioneaza inca din faza de geneza a emisiilor, combatandu-le chiar din procesul de combustie).

2.1. Metode aplicate combustibililor

Studii efectuate de diverse institutii de cercetare, producatori de motoare, cat si de specialistii din industria petrochimica au relevat influenta compozitiei combustibililor asupra emisiilor poluante. Cercetarile s-au desfasurat de cele mai multe ori separat, iar conditiile particulare pentru fiecare test au dus la obtinerea unor rezultate comparabile numai din punct de vedere calitativ. Problema gasirii compozitiei optime a combustibilului este dificila datorita :

− variatiei mari a comportamentului motoarelor la schimbarea calitatii combustibilului;

− interdependentei diferitelor variabile ale combustibilului;

− rezultatelor, adesea contradictorii, ale multor studii din acest domeniu.

Exista cel putin trei avantaje in folosirea unor combustibili mai curati : mai intai, combustibilii mai curati pot fi folositi la toate motoarele chiar si la cele mai vechi, apoi, reducerea semnificativa a particulelor si de asemenea reducerea emisiilor ca urmare a posttratarii din instalatia de evacuare.

2.1.1.Metode aplicate benzinelor

Benzinele auto sunt reformulate adica sunt modificate in sensul reducerii efectelor poluante si de unificare a caracteristicilor lor pe plan mondial. Principalele directii de modificare sunt:

- Reducerea continutului de sulf, de la 500 ppm in anul 2000, la 50 ppm in 2005 si catre 10 ppm in 2008.

- Reducerea continutului de benzen de la 5% la 1% sau chiar 0,2% pentru a scadea nivelul de toxicitate ( benzenul este cancerigen) si tendinta de formare a smogului fotochimic.

- Reducerea continutului de olefine fiindca acestea sunt componente foarte volatile, de la18% la 10% in 2008.

- Reducerea continutului de plumb -cerinta pietei ca acesta sa fie eliminat total si cat mai rapid din benzine.

- Cresterea continutului de oxigen prin adaugare de etanol sau eteri de tipul ETBE, MTBE,dar nu mai mult de 2,7% oxigen.

- Mentinerea densitatii intr-o plaja ingusta de valori

- Reducerea temperaturii finale de distilare si a temperaturii de distilare a 90% din volum va conduce la reducerea hidrocarburilor din gazele de evacuare cu circa 20% [8].

2.1.2. Metode aplicate motorinelor

Definirea larga a motorinei auto ca fiind amestecul de hidrocarburi care rezulta din distilarea petrolului in procesul de rafinare la temperaturi cuprinse intre 170 si 370 °C a dus la variatii importante ale proprietatilor de baza, care au o influenta considerabila la formarea emisiilor.

Principalele proprietati ale motorinelor, care influenteaza semnificativ emisiile sunt : densitatea, cifra cetanica, continutul de aromate, continutul de sulf, curba de distilare, viscozitatea, ca si aditivarea; multe dintre aceste proprietati sunt cuplate, fiind dificila studierea efectului fiecareia.

Principalele concluzii care se contureaza sunt urmatoarele:

1. In viitorul apropiat, combustibilii fosili raman principala sursa de energie care va pune in miscare motoarele pentru autovehicule; combustibilul motoarelor diesel va fi tot motorina, care pentru a satisface cerintele ecologice necesita a fi reformulata.

2. Desi potentialul reducator al emisiilor poluante dat de aplicarea metodelor active si pasive specifice motoarelor diesel este foarte mare, este neindoielnic faptul ca factorul combustibil are resurse considerabile de scadere a emisiilor, resurse care, in conditiile aspririi legislatiei antipoluare, trebuie exploatate.

3. Cercetari efectuate de mai multe firme au condus la concluzia ca parametrii combustibilului sunt in mare masura intercorelati si, de aceea, sunt foarte dificil de separat efectele modificarii fiecarui parametru; acest lucru esteposibil numai prin realizarea unor combustibili cu caracteristici extreme, neobisnuite, care implica dificultati tehnologice in procesul de rafinare.

4. Efectul de diminuare se manifesta cel mai puternic asupra emisiilor de particule si intr-o mult mai mica masura asupra emisiilor poluante gazoase : CO, HC, NOx .

5. S-au facut multe incercari de gasire a variabilelor independente care caracterizeaza relatia emisia de particule−parametrii combustibilului; cele mai multe dependente sunt liniare si au ca variabile unele din marimile: S%, A%, CC (cifra cetanica), d, T₉₀, T₁₀ (temperaturile la care a distilat 90% respectiv 10% din volumul total de benzina, temperaturi notate cu T₉₀ si T₁₀).

6. Sensul variatiei parametrilor combustibililor si efectele lor sunt urmatoarele :

Reducerea sulfului are cea mai mare contributie asupra scaderii particulelor; functie de ciclul de incercare si de tipul motorului, sursele bibliografice apreciaza reducerea particulelor cu 30% la o scadere a sulfului de la 0,3 la 0,05%; reducerea sub acest prag nu este nici economica si nu mai duce la reduceri semnificative ale particulelor. Asupra emisiilor poluante gazoase nu s-au inregistrat modificari.

Reducerea aromatelor, desi contestata de cercetarile firmei Shell, a fost adoptata de legislatia californiana (A ≤ 10%), apreciindu-se ca reducerea acestora de la 30% la 10% duce la scaderea particulelor cu 15 - 20%.

Cresterea CC duce la micsorarea intarzierii la autoaprindere, producand o ardere mai lina si zgomot redus. S-a inregistrat o scadere semnificativa a duratei de pornire. Cresterea CC duce la scaderea particulelor cu 5 - 20%, functie de pozitia si marimea intervalului de crestere pe scara CC; marirea CC are efecte diferite asupra emisiilor gazoase, functie de marimea motorului si ciclul de incercare corespunzator: pentru autoturisme (ciclurile europene si ale S.U.A.) s-au constat scaderi ale HC, CO, NOx , mentinandu-se aproximativ constant; pentru autovehicule grele (ciclul din Regulamentul 49 si din testul S.U.A. tranzitoriu ) s-a constatat scaderea NOx cu 6 - 11 % la cresterea CC cu 10 unitati. Prin aditivare se obtin aceleasi efecte de micsorare a emisiilor poluante, ca si in cazul cresterii naturale a CC, cuantificate prin scaderea particulelor cu 7,5 %, a NOx cu 2,5% si a CO cu 13,8% (ciclul din Regulamentul 49).

Micsorarea densitatii intr-un anumit interval ( 0,845 la 0,825 kg / l ) duce la scaderea particulelor (5 - 15% in ciclul tranzitoriu si 0 - 5% in ciclul din Regulamentul 49 ), dar produce si o scadere a puterii produse pe ciclu; se dovedeste importanta mentinerea valorilor densitatii intr-un interval ingust care duce la dispersii foarte mici ale cantitatii de combustibil injectate pe ciclu; in acest scop se recomanda folosirea injectiei electronice.

Micsorarea viscozitatii duce la imbunatatirea calitatii amestecului, controland marimea picaturii din jetul de combustibil si implicit a emisiilor poluante .

Scaderea T₉₀ cu 50°C duce la scaderea particulelor cu 8 - 10 %, dar duce la pierderi considerabile in procesul de rafinare ( 3 - 15 % ).

Aditivarea pentru regenerarea filtrelor de particule serveste ca metoda pasiva de scadere a particulelor ( asupra acestora se actioneaza dupa ce s-au produs in procesul de combustie ) obtinandu-se eficiente de reducere de 70 - 90 %.

7. O tendinta noua in constructia motoarelor diesel o reprezinta adaptarea unor dispozitive care sa realizeze variatia unor parametri ai motorului, functie de caracteristicile combustibilului. In acest sens se pot folosi sonde pentru masurarea continutului de oxigen, senzori de densitate, senzori ai presiunii din camera de ardere, care sa urmareasca corelarea fenomenului de ardere cu CC, prin modificarea inceputului de injectie.

8. Din punct de vedere economic, reformularea implica tehnologii sau pierderi care maresc costul motorinei; s-a dovedit ca, in prezent, numai reducerea sulfului prin hidrogenare este acceptabila ca pret, restul modificarilor fiind inca nerentabile. Calculele economice facute de industria prelucratoare din S.U.A. arata ca reducerea sulfului din combustibil pana la 0,05% mareste costul tonei cu 6,6 $, reducerea aromatelor pana la 10% mareste costul cu 43,5 $, iar realizarea unei compozitii fractionate usoare ridica costul tonei de combustibil cu 66 $. Scaderea T₉₀ duce la pierderi de 3 - 15 % in procesul de rafinare, ceea ce duce, de asemenea, la cresterea pretului .

9. Din punct de vedere ecologic, reformularea implica consumuri suplimentare de energie, care inseamna emisii marite de CO₂. Exista pericolul ca efectul global de poluare a atmosferei prin emisia de CO₂ sa fie mai mare decat reducerea emisiilor poluante obtinute prin modificarea combustibilului [8].

2.2. Metode pasive de reducere a poluantilor

2.2.1. Metode pasive de reducere a poluantilor m.a.s.

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 declansarea 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 (2.1)

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), din traducerea termenului din limba engleza three way catalyst) cu suport ceramic, catalizator integrat in sistemul descris anterior ca apartinand generatiei a treia .

Fig. 2.1. Catalizatorul trivalent sau cu tripla actiune

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 (200-600 celule pe inch²). Materialul ceramic, denumit cordierit, este refractar. Materialul are conductibilitate termica mica, rezistenta mecanica, rezistenta gazodinamica redusa si sectiune transversala mare. Suportul cu 400 cel/inch2 reprezinta cel mai bun compromis al acestor proprietati [9].

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 (10-25m²/g) si contine asa-numitii 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 . Un exemplu de depunere a unui catalizator existent este caracterizat de urmatoarele date : raportul platina rodiu de 5 la 1, concentratia totala de metal nobil de 40-50 g/ft³.

Catalizatorii ceramici monoliti au depus oxid de aluminiu peste care se aplica pentru 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, suprafata activa ajungand la 20 000 m².

Domeniul optim de functionare este 400950°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 prin 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 inca suportabil. Este indicata totusi o verificare la o statie service autorizata.

2.2.2. Metode pasive de reducere a poluantilor m.a.c.

Dezvoltarea tehnicilor catalitice a dus la punerea la punct a unor metode de tratare catalitica pentru reducerea NOx din gazele de evacuare ale m.a.c. Metodele de reducere s-au impartit in reducere catalitica neselectiva, NSCR ( Non-Selective Catalytic Reduction ) si reducere catalitica selectiva, SCR ( Selective Catalytic Reduction ).

2.2.2.1. Metoda reducerii catalitice selective

Reducerea catalitica selectiva

Rezultate bune de reducere a NOx din gazele de evacuare a motoarelor diesel se obtin prin folosirea unui agent care reactioneaza preferential cu NOx (selectiv). Reducerea catalitica selectiva (SCR) foloseste injectarea unui agent reducator in gazele arse evacuate (amoniac sau uree, mai rar alcooli) si apoi trecerea acestora printr-un catalizator de reducere. Agentul reducator poate fi fie amoniac gazos sau in solutie apoasa, fie uree in solutie apoasa. Cand se foloseste ureea se produce piroliza -hidroliza, pana se obtine amoniac, dupa pulverizarea in sistemul de evacuare. La folosirea SCR pot aparea produsi secundari (NH₄)₂SO₄ si NH₄HSO₄, care acoperind suprafata catalizatorului il pot inactiva.

Eficienta reducerii de NOx depinde de tipul catalizatorului, de temperatura gazelor arse (inaintea intrarii in catalizator) si de scaparile de amoniac acceptate.

Filtre de particule

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. Acest nou poluant astfel definit cuprinde practic toate emisiile solide si lichide cuprinse in gazele de evacuare ale motoarelor cu ardere interna, care sunt apreciate gravimetric, mai exact decat masurarile opacitatii fumului.

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

Particulele sunt alcatuite din o fractiune insolubila de carbon, cunoscuta sub denumirea de funingine, compusi metalici si o fractiune solubila, formata din combustibil si ulei nears. Compozitia particulelor depinde de regimul de functionare al motorului, observandu-se ca o data cu cresterea sarcinii si, intr-o anumita masura, cu cresterea turatiei, are loc scaderea procentului reprezentat de fractiunea organica solubila ( SOF ) si cresterea fractiunii insolubile, alcatuita in principal din carbon amorf.

Particulele emise de m.a.c. 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. Or, expertii in medicina estimeaza ca ele provoaca sau intretin boli cum ar fi astmul, bronsita cronica sau emfizemul pulmonar; de asemenea, dupa clasificarea internationala a substantelor chimice, ele sunt incadrate in grupa substantelor care au probabilitate mare de a produce cancerul. Efectele asupra sanatatii produse de particule depind de dimensiunile acestora, de modul in care acestea patrund in organism, ca si de capacitatea organismului de a le elimina sau neutraliza. Particulele m.a.c sunt suficient de mici pentru a se depune in traiectul respirator. Particulele mai mari de 0,3 m sunt eliminate din traiectul respirator, in timp ce restul ( 70 % masic ) pot patrunde in plamani [9].

Problema fundamentala a particulelor din gazele 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 si perioada de regenerare, prin care particulele colectate 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 si oxidarii particulelor continute in gazele de evacuare ale motoarelor diesel.

Catalizatori de oxidare

Sunt dispozitive antipoluante utilizate pentru reducerea HC, CO si a fractiunii solubile a particulelor din gazele de evacuare ale motoarelor diesel.

Constructiv, catalizatorii de oxidare sunt fixati pe un reactor catalitic (denumit si convertor catalitic), avand aceleasi particularitati ca si convertorul catalitic trivalent (denumit catalizator triplu sau mai impropriu, catalizator cu trei cai, conform traducerii cuvant cu cuvant din limba engleza), folosit la motoarele cu aprindere prin scanteie.

Partile componente sunt: suportul, stratul intermediar, stratul catalitic activ si carcasa.

Suportul ceramic poros (sau metalic) este acoperit cu un strat intermediar, cu scopul de a mari suprafata de asezare a catalizatorului, care este din platina, paladiu, rhodiu sau oxizi metalici.

Suportul ceramic este un cilindru monolit cu sectiunea circulara sau eliptica, avand structura celulara, cu forma celulei, de regula, patrata. Materialul este un aliaj ceramic, alcatuit din oxizi de magneziu, aluminiu si siliciu.

Suportul metalic este alcatuit din pachete de foi din tabla din otel inoxidabil, distantate prin intermediul unor foi din tabla ondulata, pachete care sunt rulate in forma de spirala.

Stratul intermediar este din oxizi de aluminiu, de regula Al2 O3 (alumina), care au rolul de a imbunatati reactivitatea chimica a stratului activ si de a oferi o suprafata de depunere foarte mare.

Stratul activ se suprapune peste stratul intermediar si contine metale pretioase - platina, paladiu, rhodiu - dar si oxizi metalici (de titan vanadiu, molibden si niobiu).

Eficienta reducerii unui poluant se defineste :

E = ( ci - ce) / ci    (2.2)

in care ci este concentratia poluantului inaintea catalizatorului; ce - concentratia poluantului dupa catalizator.

Eficienta catalizatorilor de oxidare depinde de o multitudine de variabile : natura stratului catalitic activ, compozitia stratului intermediar si a materialului suportului, densitatea celulelor, rezistenta gazodinamica, continutul de aditivi din uleiul de ungere, continutul de sulf din combustibil, pozitia catalizatorului, viteza spatiala, ciclul de incercari, dar, mai ales, de temperatura gazelor arse la intrarea in catalizator. Acest ultim parametru este hotarator pentru eficacitatea reducerii particulelor solubile, o temperatura prea mare favorizand producerea reactiilor de formare a sulfatilor, in timp ce o temperatura prea mica nu reduce suficient particulele solubile organice [9].

Performantele catalizatorilor de oxidare, in principal eficienta si durabilitatea, sunt influentate de parametrii care depind de catalizator, de motor, precum si de combustibilul folosit.

2.3 Metode active de reducere a poluantilor

2.3.1 Metode active de reducere a poluantilor m.a.s .

Conditiile de functionare a motoarelor cu aprindere prin scanteie, determinante pentru noxele esapate, vor fi tratate prin prisma parametrilor ce guverneaza functionarea motorului.

a) Influenta turatiei

Daca turatia creste, lucrul mecanic de frecare creste, consumul orar se majoreaza, randamentul mecanic si puterea efectiva se diminueaza, consistenta noxelor devenind mai severa. Trebuie retinut ca, la o turatie mai mare, obtinerea puterii se face cu un consum de combustibil mai mare decat la turatie mica, consum de combustibil majorat insemnand inclusiv cresterea noxelor.

b) Influenta sarcinii

Sarcina, definita prin coeficientul de sarcina χ are urmatoarele efecte : daca se majoreaza temperatura fluidului din cilindru, se reduce efectul de stingere a flacarii in masa de gaze, se imbunatateste arderea moderata, scade continutul de hidrocarburi si monoxid de carbon, dar creste cel de oxizi de azot.

c) Influenta vitezei de deplasare a vehiculului

Daca aceasta viteza creste, puterea efectiva creste, consumul orar de combustibil creste, ceea ce ar determina, in general, majorarea noxelor. Avand insa in vedere ca la cresterea vitezei automobilului creste si sarcina motorului, putem aprecia ca hidrocarburile si monoxidul de carbon nu cresc cu acesta, majorandu-se insa cantitatea de oxizi de azot datorita regimului termic mai sever.

d) Efectele functionarii in regim tranzitoriu a motorului

Dificultatile de dozaj in regim tranzitoriu determina majorarea noxelor. Deschiderea brusca a obturatorului atat la carburatie, cat si la injectia monopunct, faciliteaza separarea combustibilului din aer si cu aceasta necesitatea imbogatirii suplimentare a amestecului, crescand consumul de combustibil si noxele. Numai injectia multipunct poate rezolva aceasta problema, cu atat mai mult cu cat nu mai este vorba de spatii de volume mari care trebuie umplute si golite de amestec proaspat. Cu cat tranzitia este mai severa cu atat injectia multipunct este mai avantajoasa pentru consumul de combustibil si pentru noxe.

Emisiile poluante depind de excesul de aer si de avansul la scanteier .Apelandu-se la masurari de stand , aprecierile se vor face in corelatie cu coeficientul excesului de aer λ, fiind necesara si luarea in considerare a avansului la producerea scanteii electrice β, cei doi parametrii fiind cu cea mai mare influenta asupra noxelor.

e) Influenta excesului de aer asupra emisiilor poluante este urmatoarea :

1. Emisiunile de monoxid de carbon CO.:

Pentru amestecurile bogate CO depinde liniar de λ. In domeniul λ<1, daca λ creste, continutul de monoxid scade deoarece combustibilul isi gaseste aerul necesar desavarsirii arderii, astfel ca pentru λ≥1 continutul de CO este practic independent de coeficientul excesului de aer. Dozarea stoechiometrica uniforma la toti cilindrii (λ≈1) este avantajoasa, ceea ce impune injectia multipunct fata de carburatie sau injectia monopunct (mai ales la motoarele cu mai mult de 4 cilindri).

2. Emisiunile de oxizi de azot NOx. Pentru amestecurile bogate, daca coeficientul excesului de aer creste, consistenta NOx se majoreaza datorita disponibilitatilor mai mari de aer. In cazul amestecurilor sarace, daca λ creste, NOx scade deoarece se diminueaza temperatura in camera de ardere. Valorile maxime pentru oxizii de azot se obtin la λ=1,05 . 1,1, care este chiar domeniul in care continutul de monoxid de carbon si hidrocarburi din gazele de fum ating nivelurile minime.

3. Emisiunile de hidrocarburi HC. In cazul amestecurilor bogate daca λ creste, continutul de hidrocarburi se diminueaza. Pentru λ >1, daca λ creste, cantitatea de hidrocarburi esapate se majoreaza datorita stingerii flacarii in masa de gaze sau chiar a rateurilor de aprindere.

Motoarele cu aprindere prin scanteie obisnuite necesita amestec omogen. Daca picaturile nu sunt suficient de fine, viteza viteza de amestecare scade crescand sansa de stingere a flacarii in masa de gaze cu cresterea noxelor si a consumului de combustibil.

f) Influenta aprinderii exprimate prin valoarea avansului la scinteie asupra emisiilor poluante este urmatoarea :

1. Emisiunile de monoxid de carbon. Sunt aproape independente de avansul la producerea scanteii electrice β. De remarcat insa ca cifra octanica a benzinei , daca nu se coreleaza cu avansul β influenteaza pregnant emanatiile de CO.

2. Emisiunile de hidrocarburi. Daca avansul la producerea scanteii electrice creste, cantitatea de hidrocarburi continute in gazele evacuate se majoreaza, deoarece arderea moderata are loc la o temperatura mai mica. Pentru amestecurile sarace avansul β trebuie majorat, deoarece viteza de ardere se reduce foarte mult.

3. Emisiile de oxizi de azot. Cu cresterea avansului, continutul de NOx esapat se majoreaza deoarece gazele arse initial suporta o comprimare mai severa.

In ceea ce priveste consumul specific efectiv de combustibil se constata ca acesta se minimalizeaza pentru λ≈1 . 1,1 si creste cu reducerea avansului β, datorita tendintei de deplasare a arderii in destindere.

2.3.2 Metode active de reducere a poluantilor m.a.c.

In ultimele decenii, datorita importantei din ce in ce mai mari care s-a acordat calitatii mediului inconjurator, s-au derulat numeroase cercetari ce au urmarit stabilirea principalilor factori care influenteaza emisiile poluante produse de motoarele cu ardere interna. Desfasurate in paralel de institute de cercetare ca si de producatorii de motoare si autovehicule, aceste cercetari au relevat nu numai influentele determinante asupra emisiilor, ci au identificat si inovat o serie de masuri ( metode sau tehnici ) de reducere a poluantilor; corelatia factori − masuri a devenit atat de comuna incat la o privire mai putin atenta, poate genera confundarea celor doi termeni [1] .

Problema aplicarii unor masuri de limitare a emisiilor poluante se dovedeste a fi foarte delicata, datorita multitudinii factorilor ce influenteaza aceste marimi. Exista influente contradictorii ale unor factori asupra celor patru tipuri de poluanti legiferati, dar si efecte contradictorii ale aceluiasi factor asupra aceluiasi poluant, in cazul unor motoare diferite.

In general, masurile de reducere a celor patru poluanti limitati in legislatia existenta au generat cresteri ( relativ mici ) ale consumului de combustibil, ceea ce implica gasirea unei cai de compromis.

Si in cadrul grupului de poluanti enumerati ( HC, CO, NOx , particule ( PT ) ) apare necesitatea unui compromis intre valorile NOx , pe de o parte, si valorile PT, CO, HC, pe de alta parte. Dependenta inversa a acestor marimi se datoreaza temperaturilor dezvoltate in camera de ardere. Masurile de scadere concomitenta a NOx si a celorlalti poluanti sunt relativ putine si se aplica, de regula, in afara camerei de ardere.

1. Regimul functional. Datorita caracteristicilor de functionare a motoarelor diesel intr-o gama larga de regimuri de sarcini si turatii, optimizarea regimului functional este dificila; se poate recomanda evitarea functionarii indelungate in regim de mers in gol sau cu accelerari bruste. Pentru scaderea emisiilor poluante se determina caracteristicile emisiilor functie de sarcina si turatie care, corelate cu caracteristicile de consum de combustibil trasate in aceleasi coordonate, stau la baza alegerii curbelor de utilizare a puterii; caracteristicile amintite sunt utilizate la elaborarea programelor de reglare automata a regimurilor de functionare, la alegerea treptei de viteza, pentru delimitarea zonelor in care se interzice functionarea motorului din considerente ecologice. Pentru reducerea emisiilor trebuie folosit un echipament de injectie comandat electronic, care asigura injectarea dozei optime de combustibil, functie de sarcina si turatie, evitand functionarea motorului pe curbele de consum si emisii cu valori foarte mari.

2. Caracteristicile injectiei. Au o influenta importanta in procesul de limitare a emisiilor poluante.

Avansul la injectie este o variabila cu efecte contradictorii asupra NOx si HC. Reducerea avansului sub valoarea optima duce la scaderea NOx si la cresterea HC. Aceasta metoda este folosita in scopul reducerii NOx , cu pretul cresterii celorlalti poluanti, asupra carora se vor aplica metode pasive de reducere, adica pe traseul de evacuare, dupa ce au fost produse. Functia de corelare a unghiului de avans la injectie se realizeaza tot prin sistemul de injectie cu comanda electronica.

Legea de injectie, care este determinata de cantitatea de combustibil injectata functie de unghiul de rotatie, influenteaza considerabil emisiile, daca este corelata cu fazele arderii, faza initiala de ardere ( in intarzierea la autoaprindere ) genereaza o cantitate mare de HC, faza arderii rapide genereaza NOx , datorita temperaturilor mari si a rezervelor de O₂, iar faza arderii moderate genereaza o cantitate mare de CO.

Cresterea presiunii de injectie la valori in jur de 1500 bar, precum si folosirea unui pulverizator cu un numar mai mare de orificii, avand diametrul mai mic, de o anumita lungime si orientare, au efecte considerabile de scadere a emisiilor de particule.

Micsorarea volumului sacului de sub acul injectorului reduce cantitatea de combustibil post-injectat, cu scaderea HC, a fumului si a particulelor.

2.3.3. Particularitati constructive ale motorului

Organizarea miscarii aerului in camera de ardere, caracterizata prin raportul de vartej, are o influenta contradictorie asupra NOx si a fractiunii insolubile din compozitia particulelor de aceea trebuie facut un compromis la alegerea valorii optime; exista deja solutii de camere de ardere cu vartej ( "swirl" ) variabil.

Cantitatea marita de gaze reziduale din cilindru duce la micsorarea cantitatii de aer proaspat aspirat cu scaderea NOx si cresterea fumului, gazele arse ramase in cilindru micsoreaza cantitatea de O₂ disponibila, franand reactiile de formare a NOx. Influenta favorabila a gazelor reziduale asupra reducerii NOx a condus la metoda recircularii gazelor arse ( EGR − Exhaust Gas Recirculation ), care consta in reintroducerea unei fractiuni din gazele arse in cilindru; cresterea gradului de recirculare este extrem de eficienta din punctul de vedere al reducerii NOx, dar si al HC, ceea ce se explica prin faptul ca o parte din HC din gazele arse nu se evacueaza direct in atmosfera, ci se reintroduce in cilindru, astfel incat o parte din acestea vor arde in ciclul urmator; utilizand EGR se micsoreaza cantitatea de aer din fluidul proaspat din cilindru, aparand tendinta de crestere a fumului si a duratei arderii, ceea ce duce la marirea consumului de combustibil; aceste tendinte sunt mai puternice o data cu marirea sarcinii, astfel ca EGR se dovedeste o masura foarte buna de reducere a NOx si a HC, dar numai in conditiile corelarii corespunzatoare a EGR cu sarcina motorului si in limitele acceptabile ale cresterii consumului de combustibil [1].

Camerele de ardere divizate au nivelul global al emisiilor mai redus cu circa 10 % fata de cel al camerelor de ardere unitare, dar consumul de combustibil este mai mare cu aproximativ 10 %.

Forma camerei de ardere influenteaza semnificativ nivelul emisiilor, in special al particulelor. Se urmareste introducerea camerelor de ardere de tip re-entrant sau Quadram, care asigura o buna omogenizare a amestecului si se incearca reducerea la minimum a spatiilor moarte din camera de ardere, la care nu ajunge frontul flacarii in perioada intarzierii la autoaprindere .

Schimbul termic intens din camera de ardere si peretii acesteia duce la scaderea temperaturii procesului de ardere cu scaderea emisiilor de CO, HC, PT si cresterea corespunzatoare a NOx; fiindca scaderea NOx este mai greu de obtinut, se poate apela la metoda izolarii termice a camerei de ardere; prin aceasta izolare, se reduce intarzierea la autoaprindere.

Supraalimentarea motoarelor are ca efect cresterea presiunii si temperaturii aerului la intrarea in motor, deci un regim termic mai ridicat; debitul de aer mai mare decat al motoarelor aspirate natural explica formarea amestecurilor mai sarace si, in consecinta, emisiile de HC, CO si PT scad cu cresterea presiunii de supraalimentare; regimul termic ridicat duce la marirea sau micsorarea NOx ( functie de motor ), care poate fi redus multumitor prin aplicarea racirii intermediare a aerului de admisie.

Nivelul particulelor, mai precis al fractiunii solubile organice ( SOF ), depinde in proportie de 70 - 90 % de consumul de ulei al motorului. Scaderea SOF se poate obtine fie prin limitarea consumului de ulei la regimuri tranzitorii, fie prin imbunatatirea arderii uleiului care patrunde in camera de ardere.

Fazele de distributie influenteaza fenomenul de emisie a poluantilor prin durata deschiderii simultane a supapelor in jurul punctului mort superior.

2.3.4. Starea tehnica a motorului

Acestea influenteaza, intr-o masura semnificativa, poluantii emisi de motoare, in general emisii marite apar datorita dereglarilor echipamentului de injectie, colmatarii filtrelor de aer, ulei si combustibil, ca si uzurilor din cupla cinematica formata din piston - segmenti -cilindru. Studiul in regim de exploatare al emisiilor motoarelor diesel a dus la definirea unei categorii aparte de vehicule, foarte poluante (gross polluters) care, datorita starii tehnice defectuoase contribuie intr-o masura mult mai mare la emisia de poluanti ( 1% din cele mai poluante vehicule produce acelasi nivel de poluare ca cel produs de 40 % din vehiculele cel mai putin poluante ). Masurari ale nivelului de poluare efectuate pe vehiculele cu motorizare diesel din Romania au condus la constatarea ca 70 % din vehiculele testate depasesc nivelurile admise ( fum si CO ), fapt datorat in mare masura starii tehnice necorespunzatoare.

2.4. Posibilitati de reducere anivelului de zgomot la motoare

Masurile menite sa realizeze reducerea zgomotului pot fi aplicate direct atat la sursa care il produce, cat si la receptor sau pe calea de transmitere de la sursa la receptor. In tehnica de combatere a zgomotului se deosebesc mijloace de protectie activa, prin care se urmareste reducerea intensitatii sonore excesive a sursei si mijloace de protectie pasiva, prin care se urmareste marirea rezistentei pe care mediul de transmitere o poate opune undelor acustice.

Oportunitatea aplicarii mijloacelor de protectie activa si pasiva, in mod separat sau combinat, este in functie de rezultatele urmarite; solutiile tehnice aplicate in practica reprezinta de cele mai multe ori un compromis intre eficienta si costuri.

2.4.1. Mijloacele de protectie activa

Aceste mijloace de protectie activa se refera la acele metode de reducere a zgomotului care se aplica direct sursei care il produce si ele difera de la caz la caz, iar aplicarea lor presupune o analiza detaliata a problemei. Metodele de reducere se impart in metode de reducere a zgomotului aerodinamic, combustiei si a zgomotului mecanic. Aceleasi metode pot fi clasificate, functie de sursa asupra careia actioneaza in metode de reducere a zgomotului evacuarii si admisiei, accesoriilor, zgomotului transmis pieselor conectate cu motorul, zgomotului radiat de suprafetele motorului [8].

2.4.1.1.Reducerea zgomotului evacuarii si admisiei

Zgomotul de evacuare al motoarelor reprezinta cea mai mare sursa individuala de zgomot, care trebuie redusa pentru majoritatea aplicatiilor.

Zgomotul admisiei este mult mai mic, asupra lui se aplica aceleasi metode de reducere ca in cazul evacuarii, datorita similitudinii fenomenelor care se produc.

Spectrul zgomotului evacuarii si admisiei este complex si depinde de numarul de evacuari sau admisii pe secunda, de durata lor, de constructia sistemului si de puterea motorului. Energia acustica maxima a zgomotului este repartizata pe un numar mare de componente armonice ale unei frecvente fundamentale. Restul energiei acustice se afla repartizata, aproape uniform, pe un numar foarte mare de componente superioare frecventei de 2000 Hz, produse de formarea turbioanelor si de aparitia vibratiilor proprii la scurgerea gazelor prin orificiul supapelor de evacuare sau la admisia aerului prin orificiul supapelor de admisie (sunete de fanta). Cresterea puterii si a sarcinii mareste nivelul de tarie al zgomotului si numarul componentelor corespunzatoare sunetelor de fanta.

Principala posibilitate de reducere a zgomotului de evacuare si de admisie consta in montarea unor atenuatoare de zgomot pe traseul instalatiilor respective.

La alegerea si proiectarea atenuatoarelor de zgomot se va tine cont de atenuarea necesara, de componenta spectrala a zgomotului, de debitul de gaze sau aer care strabate atenuatorul, de influenta asupra randamentului motorului, precum si de marimea, greutatea si costul lor. In general, un atenuator trebuie sa se compuna dintr-un atenuator prin reflexie, pentru componentele de frecventa joasa si dintr-un atenuator prin absorbtie, pentru componentele de frecventa medie si inalta ale zgomotului.

Alta metoda de reducere a zgomotului aerodinamic este evitarea rezonantei coloanei de gaze sau aer din conducte, prin amplasarea corecta a atenuatorului pe traseul conductelor si prin izolarea conductelor la exterior cu un strat fonoabsorbant.

La sursa, zgomotul evacuarii, cauzat de pulsatiile de presiune produse de gazele arse, datorita deschiderii bruste a supapelor, poate fi redus prin reglarea optima a fazelor de distributie, prin dimensionarea corecta a supapei de evacuare, prin proiectarea optima a formei si configuratiei colectorului de evacuare. Dar aceste principii sunt limitate de alte criterii de proiectare, cum ar fi valoarea debitului de gaz, eficienta combustiei si cantitatea emisiilor poluante produse.

Pentru a evita transmiterea zgomotelor si vibratiilor instalatiilor de admisie si evacuare se recomanda montarea elastica a acestora pe sasiu sau pe cadrul folosit.

2.4.1.2. Reducerea zgomotului produs de accesoriile motorului

Printre elementele instalatiilor anexe care produc un nivel ridicat de zgomot se afla pompa de injectie si ventilatorul.

Reducerea zgomotului pompei de injectie. Masurarile efectuate in jurul motorului au

demonstrat ca nivelul de zgomot este mai ridicat pe partea pompei de injectie, desi zgomotul

echipamentului de injectie este abia perceptibil fata de zgomotul total al motorului.

Cercetarile facute asupra unor pompe de injectie in linie au demonstrat ca zgomotul emis este determinat in principal de urmatorii factori:

- turatia pompei de injectie;

- forma camelor;

- supapele de descarcare;

- cantitatea de combustibil injectat.

Ca modalitati concrete de reducere a zgomotului pompei de injectie se pot admite:

- montarea elastica a carcaselor;

- cresterea impedantelor mecanice de transmitere a vibratiilor prin utilizarea carcaselor de fonta, prin utilizarea lagarelor de alunecare executate din materiale plastice, metale sinterizate sau elemente de cauciuc si metal;

- reducerea varfurilor de presiune din camera de ardere prin optimizarea injectiei;

- utilizarea materialelor usoare, cum sunt titanul si beriliul, la constructia supapelor de

descarcare, ca si folosirea scaunelor supapelor din material combinat (otel-cauciuc-otel);

- folosirea supapelor de volum constant, in locul celor de presiune constanta;

- cresterea nivelului de ulei din carterul pompei de injectie.

Reducerea zgomotului produs de ventilator. Intrucat ventilatorul reprezinta o sursa de

zgomot importanta, inaintea prezentarii metodelor de reducere a zgomotului, trebuie cunoscuta originea acestuia. Sursele de zgomot ale ventilatorului se impart in surse aerodinamice si surse mecanice.

In cadrul ventilatoarelor de automobile se intalnesc urmatoarele surse de zgomot aerodinamic:

- neuniformitatea curgerii in rotor;

- darele;

- curgerea turbulenta.

2.4.3. Reducerea zgomotului suprafetelor motorului

Zgomotul suprafetelor motorului se datoreaza variatiilor periodice ale presiunii din cilindri, datorate combustiei, impactului mecanic produs de bataia pistonului, ca si a impactului mecanic care apare in mecanismul biela-manivela, in mecanismul de distributie si in mecanismele de antrenare a celorlalte agregate.

Reducerea zgomotului combustiei. Intr-un m.a.i., procesul combustiei produce o forta

excitatoare majora si adesea predominanta. Ponderea zgomotului combustiei din zgomotul total a motorului depinde de intensitatea zgomotelor mecanice, ca si de turatia motorului.

Linistirea arderii are ca efect o scadere a nivelului de zgomot al motorului cu 3dB (A) si poate fi obtinuta prin micsorarea vitezei de crestere a presiunii in cilindru, folosind procedeul sistemului de injectie indirecta si prin reglarea avansului optim al injectiei, tinand cont de faptul ca nivelul de zgomot al motorului scade o data cu micsorarea avansului la injectie.

Reducerea zgomotului transmis prin structura. Vibratiile structurii motorului sunt transmise suprafetelor exterioare de la structura interioara a motorului. Aceasta transmitere a vibratiilor reprezinta un proces complex, caci fortele excitatoare sunt create in diferite puncte, in diferite momente, uneori simultan si sunt transmise pe cai diferite. Determinarea fenomenului este dificila, fortele excitatoare nu pot fi determinate individual. Singura exceptie o constituie forta produsa de combustie, care poate fi cunoscuta prin simularea presiunii din cilindru. Folosind motoare experimentale s-a reusit evaluarea separata a transmiterii vibratiilor prin ambielaj, respectiv prin camasa si chiulasa catre suprafetele exterioare ale motorului. Rezultatele au aratat ca majoritatea vibratiilor structurii in gama de frecventa 1−4 kHz sunt transmise blocului prin ambielaj si numai vibratiile structurale din gama cea mai inalta sunt transmise prin chiulasa si camasa cilindrului. Transmiterea vibratiilor structurale poate fi controlata prin modificarea frecventei proprii a componentelor si prin cresterea amortizarii [8].

Reducerea substantiala a zgomotului structurii motorului a fost obtinuta prin rigidizarea peretilor blocului cilindrilor. Pornind de la constatarea ca multe zone ale blocului sunt intarite mai mult decat este necesar, datorita procesului de turnare si calitatii materialelor, s-au facut experimente pentru a determina influenta rigiditatii si a distributiei masei blocului, in vederea scaderii transmisibilitatii vibratiilor structurale. Studiile au determinat faptul ca rigiditatea la incovoiere in plan orizontal a blocului afecteaza esential zgomotul suprafetelor motorului. Se observa ca in zonele blocului in care rigiditatea este scazuta nivelurile de vibratii sunt ridicate si invers. Efectul rigiditatii crescute este cresterea frecventelor de rezonanta la valori mai mari, la care excitatia este de amplitudine mai scazuta. Rigidizarea crescuta a blocului se obtine printr-o nervurare mai puternica, cu o crestere a masei de 3% , care duce la scaderea nivelului de zgomot de 3,5 dB(A).

In prezent exista programe de apreciere din faza de conceptie a scaderii nivelului zgomot prin reproiectarea blocului cilindrilor . Proiectul analitic cuprinde :

- cercetarea prin metode de predictie a frecventelor proprii si modurilor de vibratii ale

structurii;

- determinarea valorilor absolute ale raspunsului dinamic al structurii la rezonanta;

- prezicerea caracteristicilor zgomotului pornind de la cunoasterea raspunsului dinamic al suprafetelor care radiaza zgomotul .

Reducerea zgomotului capacelor motorului. In afara zgomotului transmis prin piesele

incarcate ale motorului, o contributie importanta la transmiterea zgomotului structurii au capacele motorului, prin care se inteleg piesele care inchid mecanismele auxiliare ale motorului si care au rolul de a retine uleiul si apa necesare functionarii. Aceste capace nu contribuie la intarirea structurii, nici nu preiau incarcari.

Majoritatea motoarelor au trei capace principale: capacul chiulasei, baia de ulei si capacul rotilor de distributie. Cerinta de baza impusa de proiectarea capacelor este de a permite accesul usor la piesele motorului care solicita lucaari de intretinere. In general, desi capacele reduc zgomotul emis de suprafetele motorului, ele raspund si adesea amplifica vibratiile structurii la care sunt atasate. Aceste capace, care pot reprezenta pana la 60% din suprafata exterioara a motorului, pot deveni usor sursa predominanta de zgomot. In cea ce priveste compozitia, s-au experimentat, cu bune rezultate, capacele din materiale plastice si materiale combinate de tip sandwich, desi executia lor a ridicat probleme in productia de serie. O metoda de reducere a zgomotului capacelor o reprezinta realizarea capacului din doua bucati izolate intre ele cu un element elastic. Aceasta solutie a fost experimentata, cu bune rezultate, pe diferite capace turnate, determinandu-se pozitia optima a taieturii; cele doua parti sunt apoi fixate cu o garnitura de cauciuc lipita cu adeziv siliconic.

Reducerea zgomotului mecanic. Zgomotul mecanic al motorului este produs in principal in mecanismul biela -manivela prin contributia importanta a bataii pistonului si a lagarelor si in mecanismul de distributie, came, tije, dar si prin transmisiile prin curea, cu came sau prin angrenaje. Si alte mecanisme si instalatii pot constitui surse de zgomot (pompe, compresoare), dar ele sunt mai putin importante.

Reducerea zgomotului pistonului. Termenul bataia pistonului reprezinta formularea concisa a miscarii specifice a pistonului de pe o parte a cilindrului pe cealalta parte, in timpul curselor sale. In conditiile temperaturilor si presiunilor ridicate in care lucreaza pistonul, deoarece dilatatia termica a materialului pistonului este mai mare decat cea a camasilor din fonta, pistoanele necesita anumite valori ale jocurilor de montaj si de functionare, impuse de mersul motorului la fel de bun in regimul sarcinilor partiale si al sarcinilor totale.

Abaterile de la circularitate ale cilindrului, datorita deformarilor, trebuie, de asemenea, luate in consideratiessi contracarate prin cresterea jocului dintre piston si cilindru. Datorita fortei rezultante dintre compunerea vectoriala a fortei de inertie, pistonul schimba aceasta miscare, el avand nevoie de un spatiu. Forta activa accelereaza piesele in miscare, producand un impact in momentul in care intra din nou in contact. Aceste vibratii ale cilindrului si impulsurile care se transforma in zgomot reprezinta bataia pistonului. Amplitudinea impulsurilor astfel produse depinde de: forma pistonului (lungimea de ghidare, in special), pozitia centrului de greutate, locasul camerei de ardere, jocul dintre piston si cilindru, ca si de

filmul de ulei dintre ele [8].

In scopul reducerii zgomotului cauzat de piston, se pot lua urmatoarele masuri:

- reducerea jocului dintre piston si cilindru;

- pozitionarea dezaxata a boltului;

- utilizarea unor constructii speciale de piston;

- acoperiri de suprafata.

Reducerea jocului dintre piston si cilindru poate fi facuta prin mai multe procedee, cel mai des folosindu-se introducerea armaturilor de otel, in scopul controlarii dilatarii . Prin acest procedeu, jocul normal de 0,8 −1,5 % din diametrul pistonului (Dp) poate scadea pana la 0,4−0,7 % Dp. Jocurile reduse se pot obtine relativ usor cu pistoane de constructie speciala, care au dilatarea controlata.

La pistoanele conventionale, dintr-o singura bucata, functiiile de ghidare si etassare se

influenteaza reciproc, in sensul ca trebuie facute compromisuri cu privire la jocul optim masurat la manta sau la capul pistonului.

Reducerea zgomotului distributiei. Reducerea zgomotului distibutiei trebuie inceputa

chiar din stadiul de proiectare, caci este imposibil sa se atenueze zgomotul si vibratiile produse de functionarea distibutiei numai prin mijloace auxiliare sau prin diverse artificii. Atenuarea zgomotului distibutiei se obtine prin micsorarea jocurilor printr-un studiu cinematic amanuntit al comenzii supapelor, prin limitarea acceleratiilor la deschiderea si inchiderea supapelor in raport cu puterea motoarelor.

Dintre distibutiile cu supape, tipul celor montate in capul cilindrilor, folosite pe o scara larga, sunt mult mai zgomotoase decat cele cu comanda laterala sau cele comandate direct. Nivelul mai ridicat al zgomotului supapelor in cap provine din sistemul de comanda al acestora, prin parghia culbutorului tijei impingatoare, etc. care au miscari alternative, precum si din jocul lor de functionare.

Strans legat de zgomotul produs de distibutie este si zgomotul produs de arborele cu came, acesta este mai redus daca arborele ataca supapele direct sau daca se folosesc procedee hidraulice pentru corectarea automata a jocului de functionare. In scopul limitarii acceleratiilor care apar in comanda supapelor se pot folosi came cu profil Kurtz, profil constituit pe portiuni si determinat de functii polinomiale de ordin superior, care reduc substantial socurile din mecanism. Antrenarea arborelui cu came se recomanda a fi facuaa cu curele dintate, cu dinti pe ambele fete, solutie mai silentioasa decat antrenarea cu lant sau roti dintate.

2.4.4 Mijloace de reducere pasiva a zgomotului

Metodele pasive de reducere a zgomotului nu mai actioneaza asupra sursei, urmarind fie prin marirea distantei fata de sursa, fie prin introducerea unei bariere fonice reducerea zgomotului la receptor. Cum prima modalitate nu reprezinta o solutie, vor fi prezentate considerentele legate de atenuarea sonora.

Principalele metode pasive sunt ecranarea, capsularea, amortizarea si izolarea antivibratorie.

Ecranarea se bazeaza pe reducerea zgomotului radiat de diferite suprafete ale motorului, folosind capace sau panouri absorbante acustic. Aceste capace se prind foarte aproape de suprafata radianta si ii urmaresc conturul. Ele pot acoperi capacul chiulasei, baia de ulei, peretii laterali ai blocului cilindrilor. Folosirea panourilor absorbante este destul de eficienta, asigurand o reducere de 35 dB(A), functie de marimea suprafetei acoperite.

Eficienta atenuarii ecranarii depinde de atenuarea specifica a ecranului si de marimea suprafetei ecranate. Atenuarea specifica depinde de caracteristicile de atenuare acustica a materialului si de calitatea etansarii, izolarii ecranului. Pentru majoritatea motoarelor existente, suprafetele blocului sunt destul de complicate, facand operatia de ecranare destul de dificila. Din aceasta cauza limita superioara a atenuarii specifice ecranului obtinuta in practica

este de 14 dB(A), iar pentru a asigura o atenuare totala de 10 dB(A) ecranul trebuie sa acopere 90% din suprafata exterioara a motorului [8].

Capsularea reprezinta ecranarea totala a motorului, prin inchiderea acestuia intr-o carcasa; este metoda care asigura reducerea cea mai mare a zgomotului, apreciata dupa unii autori la 8−15 dB(A), iar dupa altii la 5−20 dB(A). Prin marirea spatiului cuprins in interiorul capsulei, ca si prin dublarea peretilor carcasei, se obtin reduceri semnificative ale zgomotului radiat.

La proiectarea carcasei se vor urmari cateva aspecte:

- prinderea carcasei pe motor se va face elastic pentru a evita preluarea vibratiilor structurii;

- capacele de vizitare vor fi cat mai mici;

- unele parti ale motorului trebuie sa strabata peretii carcasei (tubulatura de admisie si de evacuare ) si ele vor fi bine izolate la vibratii fata de carcasa;

- pentru a nu restrange disiparea caldurii, acolo unde este necesar, spatiul dintre motor si capsula va fi ventilat prin crearea a doi curenti de aer de catre un ventilator, curenti care au rolul de a raci pattile laterale ale motorului;

- folosirea materialelor fonoabsorbante in interiorul carcasei.

Amortizarea si izolarea antivibratorie se situeaza la granita dintre metodele pasive si cele active, deoarece in tratarea lor intervin caracteristici pasive ale sistemului de amortizare si de suspendare a motorului si caracteristici active determinate de frecventele proprii de vibratii ale motorului. Dispozitivul de rezemare elasica joaca un rol important in izolarea vibratiilor. Conform teoriei consacrate din acest domeniu, pentru a obtine o atenuare sonora cat mai mare trebuie ca factorul ß (raportul dintre pulsatia vibratiei fortate si cea a vibratiei libere) sa fie cat mai mare. Aceasta conditie poate fi realizata fie micsorand rigiditatea izolatorului (o susupensie elastica moale), fie marind masa sistemului, modalitate dezavantajoasa pentru cazul motoarelor de autovehicule.

2.5. Actiuni la nivel institutional

 Numeroase institutii s-au angajat in lupta impotriva poluarii aerului inconjurator si a poluarii fonice. In acest sens, un rol fundamental revine institutiilor Uniunii Europene, care au responsabilitatea de a promova si actualiza legislatia, statelor membre, care trebuie sa ia masuri de punere in aplicare a acesteia, autoritatilor locale, care au sarcina de a controla substantele poluante si zgomotul. Raspunderea pentru faptul ca progresele au stagnat este una comuna, fiind necesare mai multe eforturi, la toate nivelurile, pentru eliminarea sau reducerea la minimum a riscurilor la care sunt expuse sanatatea si bunastarea cetatenilor.

 Emisiile provenite din transportul rutier, privat, public sau de marfa provoaca boli grave si deterioreaza calitatea vietii, mai ales in zonele urbane, deci in cazul a peste 75 % dintre cetatenii europeni. In pofida initiativelor Comisiei care, inclusiv prin recentul "Pachet privind ecologizarea transporturilor", urmareste adaptarea legislatiei europene, se observa inca in tarile membre o stagnare a progreselor realizate in lupta impotriva poluarii atmosferice si a celei fonice, cauzate de traficul rutier [5].

Diferitele autoritati din Uniunea Europeana, din statele membre si din teritoriu ar putea intreprinde o serie de actiuni pentru a reduce efectele poluarii aerului inconjurator de catre mijloacele auto de transport:

raspandirea bunelor practici, precum cardul de mobilitate, prin care se ofera transport public gratuit;

utilizarea, in cadrul transportului public urban, a tramvaielor electrice si a troleibuzelor, alimentate in prezent si cu baterii, astfel incat sa poata fi utilizate in zone fara linii electrice aeriene;

limitarea traficului privat, prin imbunatatirea si dezvoltarea transportului public;

adoptarea unui sistem diferentiat de impozitare a autovehiculelor si a carburantilor, in functie de gradul de poluare, introducerea accesului cu taxa in centrul oraselor, pe baza de permise distribuite in functie de posibilitatile diferite de plata ale cetatenilor si de emisiile produse;

internalizarea costurilor externe, mai ales a celor legate de sanatatea cetatenilor;

elaborarea unor politici integrate de transport, prin determinarea gradului de durabilitate ambientala a diferitelor proiecte;

contributia la modificarea stilului de viata, in sensul promovarii sobrietatii si protectiei mediului;

incurajarea mobilitatii durabile, prin imbunatatirea infrastructurilor de care dispun pietonii si biciclistii, pentru parcurgerea traseelor scurte pe jos sau cu bicicleta;

evitarea deplasarilor inutile;

revizuirea gestiunii logistice si a productiei operative (just-in-time);

promovarea muncii la distanta, acolo unde aceasta este posibila;

fluidizarea traficului, prin utilizarea tuturor modurilor de transport, cu prioritate a transportului public;

sustinerea cercetarii si gasirea unor materiale si solutii tehnologice noi de reducere a agentilor poluanti produsi de trafic si de transportul rutier: de exemplu, pilele de combustie cu hidrogen pentru automobile, automobilele electrice si cele pe baza de hidrocarburi cu emisii scazute, precum gazele de sinteza, metanul, gazul petrol lichefiat etc.;

efectuarea unor controale periodice mai riguroase, in special in tarile in care parcul de autovehicule este mai invechit si mai poluant (in Polonia, de exemplu, 60 % din autovehicule au mai mult de 10 ani . ).

 Pentru a atenua impactul poluarii fonice, s-ar putea lua in considerare:

limitarea traficului privat nocturn in zonele rezidentiale;

limitatoare de viteza instalate pe suprafata carosabila;

asfalturi de calitate superioara;

panouri fonoabsorbante in zonele cu trafic intens;

sanctiuni cu un real efect disuasiv in cazul vehiculelor care depasesc nivelul maxim de emisii fonice, cu posibilitatea confiscarii vehiculului, o atentie speciala fiind acordata vehiculelor cu doua sau cu trei roti;

verificarea nivelului de zgomot, masurat in conditii "normale" de functionare a vehiculelor;

vizite medicale mai frecvente pentru cei expusi unui risc mai mare de poluare fonica;

interventii de fluidizare a traficului eficiente, cu o atentie speciala acordata benzilor prioritare si celor rezervate transportului public.

norme specifice si amenajari corespunzatoare pentru persoanele care lucreaza pe sosele, in aer poluat si/sau zgomot continuu.

 Metodele de evaluare LCA (Life Cycle Assessment - evaluarea ciclului de viata) ar trebui sa se aplice si emisiilor indirecte provenite din transport:

productia si transportul carburantului (extractie, transport la rafinarie, la statiile de benzina si, in cazul automobilelor cu baterie, emisiile rezultate din productia de energie electrica);

procesul de productie a autovehiculelor (emisii provenite din industrie, inclusiv din eliminarea deseurilor);

sosele si parcari (daca se construiesc pe locul unor parcuri sau al unor zone verzi, odata cu reducerea proceselor de fotosinteza va scadea si calitatea aerului) [5].

In prezent, politica privind autovehiculele din cadrul pietei interne reglementeaza trei categorii de vehicule (autoturisme, motociclete si tractoare). Aceasta are la baza sistemul de omologare CE de tip pentru intregul vehicul care s-a dovedit deosebit de eficient. Comisia considera ca aceasta politica ar trebui pastrata, iar avantajele sale extinse pentru a acoperi si alte produse din domeniul autovehiculelor (si anume, vehicule utilitare usoare, autobuze si camioane).

Comisia considera ca piata interna ar trebui sa functioneze mai eficient de indata ce vehiculul a ajuns pe piata. In mod special, problemele legate de controlul tehnic si de procedurile de inregistrare reprezinta in continuare o sursa de ingrijorare atat pentru cetateni, cat si pentru intreprinderi.

Capitolul 3

RECONDITIONAREA COMPONENTELOR MOTOARELOR

PENTRU UTILAJE DE TRANSPORT

3.1. RECONDITIONAREA ARBORILOR COTITI

3.1.1 Generalitati

Arborii cotiti sunt folositi in constructia motoarelor cu ardere interna,masinilor cu abur cu piston pompelor si compresoarelor cu piston preselor cu manivela masinilor agricole, etc., avand rolul de transformare a miscarii de translatie in miscare de rotatie sau invers.

Caracteristica principala care ii diferentiaza este rigiditatea astfel ca la motoare si compresoare se intalnesc arbori rigizi de mare precizie, iar la masini agricole (prese de balot, combine, selectoare,etc.), arbori nerigizi.

Conditiile tehnice impuse arborilor cotiti reconditionati trebuie sa fie aceleasi cu ale arborilor noi. Astfel, pentru arborii cotitii ai motoarelor precizia diametrelor fusurilor paliere si manetoane trebuie sa corespunda treptelor 6 . .7 ISO, ovalitatea fusurilor sa nu depaseasca 0,02 mm, iar conicitatea la 100 mm de 0,020,03 mm (la motorul SAVIEM 797 se prescriu o ovalitate si o conicitate maxima de 0,02 mm, la motorul MAN-D2156 HMN se prescrie valoarea maxima de 0,01 mm) [13].

Abaterea de la paralelism nu trebuie sa depaseasca 0,02 mm pe lungimea de 100 mm. De asemenea rugozitatea fusurilor trebuie sa aiba valori de 0,4 . 0,8 µm, iar duritatea acestora 52 . 64 HRC.

Pentru arborii cotiti ai masinilor agricole se prevad tolerantele diametrelor corespunzatoare treptelor 8 . ..9 ISO.

Arborii cotiti ai motoarelor sunt executati din materiale cu rezistenta mare la oboseala, ce asigura obtinerea unor duritati ridicate a suprafetelor fusurilor paliere prin tratamente de suprafata: OLC 45 (motor D110,D115), 33MoCr11(motor 797-05), 40Cr10 (compresor LP1848 si 1982), fonte aliate cu crom, nichel, molibden si fonte modificate cu grafit nodular (Dacia1300).

Arborii cotiti ai masinilor agricole sunt executati din oteluri de uz general (OL 50,OL 60) si mai rar din oteluri carbon de calitate (OLC 25, OLC 35), deoarece transmit sau preiau momente de incovoieresau rasicire de valori mici.

3.1.2. Defectiuni ale arborilor cotiti

Defectiunile caracteristice arborilor cotiti sunt: incovoiere, rasucire, infundarea canalizatiei de ungere, uzarea canalelor de pana, uzarea locasului pentru rulment (bucsa), uzarea fusurilor paliere si manetoane.

Arborii cotiti se rebuteaza cand sunt rupti, fisurati si rasuciti peste limitele admisibile.

Reconditionarea propriu-zisa este procedata de operatiile de curatare-spalare atat la exterior cat si a canalelor de lubrefiere.

Curatarea canalelor de lubrifiere se obtine prin trimiterea unui jet de petrol sau o solutie cu detergent si aer comprimat sub presiunea de 10Pa, urmata de suflare cu aer comprimat.

Arborii astfel curatati se supun controlului defectoscopic si dimensional.

Incovoierea arborilor cotiti poate fi cauzata de nerespectarea coaxialitatii fusurilor paliere si a marimii jocurilor intre fusurile paliere si cuzineti, in urma executiei sau reconditionarii.

Marimea sagetii de incovoiere se masoara cu un comparator cu cadran al carui palpator se pozitioneaza pe fusul palier din mijloc, iar fusurile de capat se sprijina pe prisme unghiulare.

Aceasta operatie se executa de obicei pe masa piesei de indreptat sau pe masina de rectificat fusuri paliere cu prinderea arborilor intre varfurile fixe ale masinii [8].

La verificarea intre virfuri a incovoierii arborelui se are in vedere starea orificiilor de centrare, pentru a se elimina posibilitatea introducerii de erori din caza gaurilor de centrare, (bataia radiala a palierelor de capat nu poate depasi valoarea de 0,05 mm). O data cu verificarea incovoierii se verifica si bataia axiala a flansei pentru fixarea volantei.O bataie mai mare de 0,05 mm impune reconditionarea prin rectificare frontala a flansei.

Arborii incovoiati se indreapta la prese hidraulice la care se indica forta aplicata in serii timp de 1..3 min. Un procedeu mai precis de indreptare a arborilor cotiti de dimensiuni mari si mijlocii cu defirmatii reduse se realizeaza cu ajutorul unui dispozitiv cu cap vibrator (fig. 3.1). Prin acest procedeu arborele se constata prin asezarea acestuia cu fusurile paliere de capat pe prisme unghiulare si controlul inaltimii de la placa de control la fusurile manetoane corespondente [13].

Canalele de pana uzate se pot incarca prin sudare si reface la dimensiuni nominale. Cand acest lucru ne este posibil se frezeaza un nou canal decalat la 90 grade sau 180 grade cu conditia sa se tina seama de implicatiileee asupra pieselor cu care se asambeaza.

Alezajele ovalizate din flanse pentru prinderea volantului se majoreaza sau se decaleaza cu acelasi unghi. Uzarea fusurilor paliere si manetoane este principala cauza care impune reconditionarea arborelui cotit.

Fig. 3.1. Dispozitiv de indreptare a arborilor cotiti prin ecruisare locala

1 - arbore cu cama rotativa; 2 - ciocan vibrator; 3 - arbore cotit

Fusurile se uzeaza datorita prelucrarii fortei de presiune a agentului de lucru si a fortelor de inertie datorate schimbarii sensului miscarii pieselor ce se deplaseaza liniar (in cazul motoarelor si compresoarelor aceste piese sunt: pistonul cu segmentti si capul mic al bielei cu boltul), ca in figura 3.2.

Fig. 3.2. Schema fortelor ce solicita arborele cotit

a) Forta de presiune a gazelor; b) Fortele de inertie ale pieselor in miscare de   translatie

Marimea uzarii se pune in evidenta prin masurarea cu micrometer de exterior, pasametre, etc. La capetele fusurilor, ovalitatea se determina ca diferenta intre valoarea cea mai mare si cea mai mica a diametrelor, masurate in plane de sectiune perpendiculare pe axele geometrice ale fusurilor paliere si menetoane.

Valorile minime masurate sunt cele care impugn treapta de reparatie sau reconditionarea prin aducerea la diametrul nominal.

Aceasta ultima metoda presupune incarcarea fusurilo paliere si manetoane prin diferite procedee, ca de exemplu: cromare, metelizare, sudare, urmate de prelucrari de finisare prin aschiere.

Procedeele de incarcare se aplica diferentiat, in functie de marimea uzarii si materialul arborelui cotit.

3.2 RECONDITIONAREA ARBORILOR CU CAME.

3.2.1. Generalitati

Arborii cu came sunt executati de regula din fonta nodulara aliata cu Mo, Cr, prin turnare sau din oteluri de calitate prin matritare. Cresterea rezistentei la uzare a camelor se obtine prin tratamente termice superficiale calire prin CIF, niturire, fosfatare, etc.). La un arbore cu came (fig. 3.3) pot apare urmatoarele defectiuni si uzari: incovoierea arborelui, uzarea fusurilor paliere, uzarea suprafetelor de lucru ale camelor, deteriorarea canalelor de pana si a filetului , uzarea excentricului sau pinionului de antrenare a pompei de ulei si ruptorului-distribuitor. Rebutarea arborilor cu came este impusa de fisuri, crapaturi, ciupituri sau exfolieri de dimensiuni mari, precum si de uzarea pinionului, excentricului sau camelor peste limitele admise [13].

Fig. 3.3. Arbore cu came

1 - Fusuri; 2 - Came

3.2.2. Consideratii teoretice

Majoritatea defectiunilor pot fi remediate prin metodele si procedeele folosite la arborii cititi . Conditiile tehnice privind abaterile de la conicitate si ovalitate (max 0,02 mm), rugozitate (max Ra:=0,8mm), duritate (54 HRC) ale fusurilor paliere impun valori foarte apropiate de cele ale arborilor cotiti.

La arborii de dimensiuni mai mari uzarea varfurilor camelor se remediaza prin incarcare si sudare. Pentru evitarea deformarii arborelui, acesta se mentine in apa tot timpul sudarii (fig 3.4.). Sudarea se poate executa electric cu electrozi din materiale dure sau oxiacetilenice. Pentru uzari mici ale camelor (sub 0,4 mm) se pot folosi procedee de incarcare prin cromare poroasa sau sudare cu arc electric vibrator dupa tehnologiile cunoscute.

Camele se rectifica la dimensiuni de reaparatii sau la dimensiuni nominale pe masini de copiat sau masini de rectificat exterior dotate cu dispozitive de copiat.

Aceste masini si dispozitive asugura urmarirea unui profil etalon.

Toate camele se rectifica la dimensiunea impusa unui profil de cama cea mai uzata. In urma rectificarii camelor la dimensiuni de reparatii se modifica unele dimensiuni, cea mai evidenta fiind inaltimea totala a camei.

Fig. 3.4. Sudarea camei cu imersarea sub apa

Modificarea inaltimii totale a camei nu va modifica legea de miscare a motorului din care face parte, deoarece inaltimea de ridicare a supapei ramine nemodificta.

Astfel:

Inaltimea de ridicare a camei neuzate va fi:

h=H-2R(mm) (3.1)

Inaltimea de ridicare a camei dupa rectificare la o treapta de reparatii va fi:

h=H-2R(mm) (3.2)

In timpul rectificarii, dimensiunile camei uzate se reduc pe tot profilul cu aceeiasi valoare DR egala cu suma uzarii constante si a adaosului de prelucrare rezultand:

H=H-2DR(mm) (3.3)

2R=2R-2DR(mm) (3.4)

inlocuind valorile Hsi 2Rin relatia (11.2.2) se obtine:

h=H-2DR-2R+2DR=H-2R=h (3.5)

Rezulta: h=h, adica inaltimea de ridicare a supapei in cazul camei rectificate dupa acelasi profil va fi egala cu inaltimea camei noi. Diferenta DR de la inaltimea totala va fi compensata prin suruburile de reglare a jocului termic al supapelor.

Pentru reconditionarea varfului camei prin incarcare folosind sudarea electrica la rece sau prin sudare oxiacetilenica se utilizeaza electrozi tip MONEL (EF-MB cu60% Ni si 25% Cu) sau vergele din otel cu invelis bazic (EF-Fe).Sudarea arborilor cu came din fonta se executa cu curenti redusi (I=100110A, pentru diametre de electrozi de 3,25mm).

3.2.3. Desfasurarea operatiilor pentru reconditionare

1. Arborele cu came curatat, avand fusurile si camele atent sterse si uscate, este analizat vizual in scopul indentificarii deprinderilor de material de pe suprafata activa camelor si fusurilor, trasaturilor si ruperii filetului, deformarea canalului de pana.

2. Masurarea diametrelor fusurilor si a dimensiunilor camelor se efectueaza asezand arborele in dispozitivul cu varfuri de centrare.

Cu ajutorul micrometrului se masoara diametrul fusurilor in doua plane perpendiculare intre ele si in doua sectiuni A-A si B-B, dispuse la circa 5 mm de marginile fusului.

3. Determinarea sagetii de incovoiere, calculul ovabilitatii si conicitatii fusurilor se face similar cu cele prezentate la reconditionarea arborilor cotiti.

4. Se va stabili intinerariul tehnologic pentru cazul in speta, in vederea reconditionarii suprafetei active a camelor.

Un proces de reconditionare tip pentru incarcarea prin sudare electrica cu arc descoperit, a camelor arborilor de distributie presupune urmatoarele etape:

-pregatirea piesei pentru incarcare, care consta din indepartarea oxizilor si a impuritatilor de pe suprafetele ce urmeaza a fi incarcate;

-pregatirea baii cu apa, unde se va mentine cufundat arborele pe tot parcursul incarcarii, avand peste nivelul apei varful camei, conform fig. 3.5 [13]:

Fig. 3.5. Masurarea diametrului fusurilor si dimensiunilor camelor

-uscarea electrozilor, inainte de incarcare, tmp de 2 ore la 250 .300;

-depunerea materialului de adaos pe suprafetele de reconditionare folosindu-se un regim de sudare adecvat:

aDiametrul electrodului ''d'' in functie de aria sectiunii transversale a cusaturii ''Ac''

d = Ac/(6 . .8)(mm) (3.6)

bTensiunea de ardere a arcului ''U'':

U = a+bl(V)    (3.7)

unde:

a=cadere de tensiune initiala; a=1012V

b=caderea de tensiune specifica pe unitatea de lungime a arcului;

b=2.3V/mm

cIntensitatea curentului de sudare ''Is''

Is = (A+B)d(A), (3.8)

unde:

A si B= coeficienti experimentali

A=6; B=20 daca s / d = 1,53

sau

Is = (U-20) / 0,04    (3.9)

dViteza de sudare ''Vs'':

a=coeficientul de depunere (g/Ah)

d=densitatea absoluta a metalului depus

A=se ia in cm

a= 7+0,04(r/Ah)  (3.10)

Temperatura maxima in zona influentata termic nu trebuie sa depaseasca 70C.

Se va utiliza curent continuu cuu polaritate directa(polul minus la electrod).

-racirea lenta a piesei;

-controlul vizual sau cu lichide penetrate;

-rectificarea suprafetelor incarcate.

Dupa reconditionarea, piesa are o durabilitate similara cu cea a piesei noi.

3.3. RECONDITIONAREA MECANISMELOR BIELA-MANIVELA-

PISTON

3.3.1. Reconditionarea bielelor.

Principalele defectiuni ale bielelor constau in:incovoiere sau rasucire,reziduri pe suprafata interioara a capului bielei; datorita rotirii cuzinetului, uzarea locasurilor din corpul sau din piciorul bielei, uzarea planului de separare a capului bielei, fisuri sau rupturi.

Controlul incovoierii sau rasucirii bielelor se executa cu un dispozitiv ca in figura 28.

Biela asamblata 1 se aseaza in pozitie verticala cu locasul cuzinetului pe un ax 2, fixat pe suportul dispozitivului 3, iar in bucsa din capul mic se introduce boltul de piston 5.

Deasupra boltului 5 se aseaza o prisma de control 4, care are pe suprafata frontala trei stifturi dispuse spre placa de control.

Atingerea placii de control numai de stiftul superior sau numai de cele inferioare indica ca biela prezinta incovoiere, iar atingerea numai de catre unul din stifturile inferioare indica ca biela este rasucita. Prin introducerea unor calibre de intersectii intre placa de control si stifturi se poate determina marimea deformarii [13].

Fig. 3.6. Dispozitiv de control al incovoierii sau torsionarii bilelor

Bielele se indreapta numai atunci cand deformatile nu sunt exagerate, in general pana la abateri de maximum 1,5.2 mm, in caz contrar acestea se rebuteaza. De asemenea, se rebuteaza bielele deformate care in urma controlului defectoscopic prezinta fisuri.

Operatia de reconditionare a bieleleor incovoiate se executa la o presa hidraulica sau cu surub, biela fiind asezata pe doua prisme din otel. Bielele rasucite se reconditioneaza numai daca au o lungime de pana la 300.359 mm si consta in fixarea bielei cu capul mare in menghina, incalzind zona rasucita la temperatura de 673723K si aducerea la forma initiala cu ajutorul unui levier cu furca.

Dupa terminarea procesului de reconditionare a bielelor deformate, se face un control defectoscopic, in vederea depistarii unor eventuale fisuri, ce au aparut ca urmare a tensiunilor interne. In final, se executa un tratament termic care consta in incalzirea bielei la temperatura de 673723 k, timp de 11.5 h, intr-un cuptor electric, urmata de o racire de aer.

Bielele mici (de exemplu, cele de la motoarele cu aprindere prin scanteie) care prezinta rizuri sau uzari pe suprafata interioara a capului bielei, de regula, nu se reconditioneaza mai ales daca aceste defectiuni sunt in numar mic si nu au afectat metalul de baza pe o adancime mai mare de 0,1mm. In acest caz, repararea consta din refacerea formei locasului de cuzinet, prin alezare si honuire, diametrul exterior al cuzinetului fiind marit corespunzator prin depunere electrolitica, de cadmiu sau de cupru.

Daca bielele sunt de gabarite mari, ca in cazul celor ale motoarelor navale sau stationare, reconditionare se poate executa printr-unul din urmatoarele procedee:

- prelucrarea prin alezare si honuire a locasului de cuzinet si utilizarea de cuzineti ce diametrul exterior marit prin depunere electrolitica sau prin metalizarea cu otel, cupru, aluminiu sau alama.

- incarcarea prin sudare electrica in mediu de gaz inert a suprfetei locasului de biela,urmata de un tratament de detensionare, prin incalzire in cuptor, la temperatura de 673723K si urmata de o rasucire lenta. In final, se executa o prelucrare prin strunjire si honuire la o dimensiune corelata cu diametrul exterior nominal al cuzinetului.

Prelucrarea prin aschiere a locasului de cuzinet din biela se va executa cu capacul strans la cuplul indicat in documentatie, respectandu-se totodata dimensiunile specifice, care vor asigura dupa montaj strangerea corespunzatoare a cuzinetului.

Daca locasul pentru bucsa capului mic al bielei este uzat, procesul tehnologic de reconditionare consta in alezarea locasului pana la refacerea formei initiale si executarea unei bucsi noi dintr-un material similar cu cel al bucsei originale.

Diametrul exterior al bucsei corespunde cu diametrul locasului dupa alezare, respectiv abaterile dimensionale initiale. Bucsa noua se introduce in capul bielei prin presare. In cazul bielelor mici, bucsa se introduce cu incalzirea capului bielei la temperatura de 423493K si prin subracire in cazul bielelor de dimensiuni mari.

Dupa introducerea bucsei aceasta se prelucreaza prin alezare pentru obtinerea paralelismului intre axe.

Bielele care prezinta uzari sau deteriorari ale planului de separatie a capului se reconditioneaza astfel:

- daca uzarea nu depaseste 0,150,2 mm, suprafata respectiva se reconditioneaza prin indepartarea stratului uzat, prin frezare. Se prelucreaza apoi interiorul capului bielei, prin alezare, la dimensiunea nominala.

- in cazul unor uzari mai mari, stratul uzat va fi indepartat prin polizare si apoi se incarca prin sudare electrica, in mediu de bioxid de carbon sau argon. Sarma folosita poate fi de tipul S 10 Mn 1 Si Mo Cr 1 sau S10 Mn 1 Ni 1.

In final, se prelucreaza planele de separare prin frezare sau rectificare si se alezeaza locasul cuzinetului.

3.3.2. Reconditionarea pistoanelor

In general, pistoanele motoarele rapide se executa din aliaje de aluminiu cu Si, Cu, Ni, Mg, iar pistoanele motoarelor mari si lente se executa din fonta aliata [13].

In ultima vreme, indeosebi, la motoarele navale mari cu turatii sub 200 rot/min, se folosesc pistoanele avand capul executat din otel slab aliat turnat. Acestea prezinta avantajele unor costuri reduse si posibilitatile multiple de reconditionare.

Principalele defectiuni care apar la pistoane constau in:

-uzarea mantalei pistonului;

-uzarea canalelor pentru segmenti care conduce la largirea si deformarea lor;

-fisurarea sau formarea de porozitati si adancituri pe suprafata frontala care vine in contact cu gazele;

-ovalizarea locasurilor boltului;

-aparitia fisurilor sau a rupturilor in zona fustei.

Pistoanele care prezinta uzari la manta , peste valorile admise, indicate de constructor, de obicei, nu se reconditioneaza ci se inlocuiesc cu altele noi. De asemenea, se recomanda sa se inlocuiasca pistoanele atunci cand se alezeaza cilindri de al o dimensiune de repartitie majorata.

3.3.2.1. Reconditionarea pistoanelor din aluminiu si aliaje din aluminiu

3.3.2.1.1. Reconditionarea mantalei uzate a pistoanelor

Cand pistoanele sunt executate din aliaje de aluminiu, mantaua se reconditioneaza prin metalizare, cu toate ca durata de functionare in exploatare a acestor pistoane este de 30-40% din durata de lucru a pistoanelor noi. Procedeul se intalneste la pistoanele motoarelor mici, cu aprindere prin scanteie.

Ca material de adaos se foloseste sarma de aluminiu, de compozitie apropiata cu materialul de baza, cu respectarea urmatoarei succesiuni tehnologice:

- Controlul defectoscopic sau cu lichide penetrante pentru depistarea eventualelor fisuri din manta;

- Prelucrarea prin stunjire, pentru asigurarea spatiului necesar depunerii. Operatia se executa numai pe manta, pana la o distanta de minim 4 mm de canalul ultimului segment inferior (fig. 3.7).

Fig. 3.7. Reconditionarea prin metalizare a pistoanelor din aliaje de aluminiu

- Unghiul sub care se face metalizarea (a=1520)

- Canalele segmentilor, intervalele dintre canale,locasul boltului si portiunile adiancente zonei ce se reconditioneza se vor proteja cu vopsea protectoare care sa impiedice aderarea particulelor pulverizate.

- Se depune stratul de lucru, folosindu-se unul din aliajele specifice mai sus.

Prelucrarea finala dupa metalizare se executa prin stunjire, urmata de lustruire.

Pistoanele executate din aluminiu se reconditioneaza prin sudare manuala, folosindu-se electrozi E A I S, dupa ce in prealabil acestia au fost uscati minimum doua ore la temperatura de 473C.

Sudarea se executa in pozitie orizontala, folosindu-se curent continuu (polul pozitiv al electrodului) si viteza mare de sudare.

Pentru a se evita topirea unei cantitati prea mari din materialul de baza, sudarea trebuie sa se execute cu electrozi subtiri, la o intensitate minima a curentului, folosindu-se un arc scurt. Daca este necesar sa se aplice un alt strat decat primul operatia se executa numai dupa ce mai intai cusatura sudarii a fost spalata cu apa rece si apoi curatata de zgura cu o perie de sarma.

In scopul obtinerii unor straturi de depunere, calitativ superioare, reconditionarea se executa in mediu de argon folosindu-se un electrod de sarma, continand 45% si 0,3%Mn,0,4%Mg si 0,1% Ti.

Indiferent de procedeul de sudare folosit, inaintea operatiei de sudare, pistoanele trebui incalzite la temperatura de 423523 K in cuptoare sau o alta sursa de caldura.

Cand suprafata frontala a pistonului are porozitati superficiale reconditionarea se executa prin metalizare, folosindu-se o sarma de aluminiu, avand compozitia 0,81,5% Mn; 0,3.0,4% Mg si 0,61% Si.

Daca insa, pistoanele au fisuri sau adancituri pe suprafata frontala, reconditionarea se executa prin sudare electrica, cu electrozi E A I S. Procesul se realizeaza in mediu de agregare, dupa ce anterior fisurile au fost localizate prin executatrea unor alezaje cu diametrul de 2..2,5 mm, la capetele fisurii.

Inainte de a se aplica sudarea, fisura se prelucreaza mecanic sub forma de V sau U, iar adanciturile se prelucreaza pana la metalul curat.

3.3.2.1.2. Reconditionarea canalelor de segmenti

Cand canalele segmentilor sunt deteriorate, forma geometrica a acestora poate fi restabilita prin strunjirea flancurilor canalelor, pana cind acestea redevin paralele, fara urme de uzare. Se va avea in vedere ca inaltimea canalelor sa fie corelata cu inaltimea segmentului si cu asigurarea jocului termic prescris de constructor [11].

Segmentilor li se monteaza un expandor din otel de inaltime normala (fig. 3.8), dupa ce, in prealabil, au fost corelate prin strunjire, eventualele denivelari canalelor. Acest lucru nu este permis in cazul reparatiilor de urgenta si numai cand constructorul recomanda acest lucru.

Fig. 3.8. Reconditionarea canalelor de segmenti cu ajutorul unui expandor

1 - Piston; 2 - Segment; 3 - Canalul segmentului; 4 -Expandor

Daca intervalul dintre segmenti este suficient de mare se folosesc port segmenti confectionati din otel sau fonta aliata, care se introduc in canale, dupa ce in prealabil acestea au fost prelucrate.

Cand reconditionarea canalelor se face prin incarcare cu sudura, consta in prelucrarea unuia sau ambelor flancuri (fig. 3.9) pana la indepartarea tuturor de zgura, fisuri, porozitati etc.

Fig. 3. 9. Modalitate de prelucrare a canalelor uzate

1 - Piston; 2 - Canal; 3 - Flancuri prelucrate

Unghiul de prelucrare a flancului canalului se recomanda sa fie de 810. Dupa incarcarea cu sudura, canalele se strunjesc la dimensiunile initiale. Pe flancurile reconditionate nu admit defecte de sudare, cum ar fi: porozitati, fisuri, stratificari sau incluziuni de zgura.

CONCLUZII

Autoturismele sunt o parte importanta din viata cotidiana a unui numar mare de europeni iar industria de autoturisme este o sursa semnificativa de ocupare a fortei de munca si de crestere in numeroase regiuni ale UE. Cu toate acestea, folosirea autoturismelor are impact semnificativ asupra schimbarilor climatice, circa 12% din emisiile totale din UE fiind reprezentate de dioxidul de carbon (CO₂), principalul gaz cu efect de sera, care provine de la combustibilul consumat de autoturisme. Desi s-au inregistrat imbunatatiri semnificative in tehnologia vehiculelor, in special in eficienta combustibilului, ceea cea inseamna, de asemenea, si emisii mai reduse de CO₂, acest lucru nu a fost suficient pentru a neutraliza efectul traficului crescut si a dimensiunilor mai mari ale autoturismelor. In timp ce UE si-a redus, pe ansamblu, emisiile de gaze cu efect de sera (GES) cu doar 5% in perioada 1990- 2004, emisiile de CO₂ provenite din transportul rutier au crescut cu 26%.

 Influentele negative ale traficului rutier asupra sanatatii publice sunt urmarea a doua fenomene principale: eliberarea de substante poluante in atmosfera si zgomotul. Principalele substante poluante provenite din trafic, care au efecte negative directe asupra sanatatii, sunt: oxidul si bioxidul de azot (NO si NO2), monoxidul de carbon (CO), bioxidul de sulf (SO2), amoniacul (NH3), compusii organici volatili (VOC) si pulberile in suspensie sau aerosolii. Acestea sunt substante primare, denumite astfel deoarece sunt produse direct de autovehicule, pe cand alte substante, cele secundare, apar ca rezultat al reactiilor din atmosfera. Printre acestea se numara: ozonul, azotatul de amoniu (NH₄NO₃), sulfatul de amoniu ([NH4]₂[SO4]) si aerosolii organici secundari.

 In UE-27, transportul rutier este principalul responsabil pentru emisiile de NOx (39,4 %), de CO (36,4 %), de NMVOC (17,9 %) (compusi volatili organici, cu exceptia metanului) si a doua sursa de emisii de PM10 (17,8 %) si de PM2,5 (15,9 %).

BIBLIOGRAFIE

Bataga, N., s.a. - Motoarele cu ardere interna, Editura Didactica si Pedagogica,

Bucuresti, 1995;

2. Bejan, M., Rusu, T., Balan, I. - Unele aspecte privind influenta transporturilor asupra mediului, Buletinul AGIR nr. 4/2009, Bucuresti, 2009;

3. C. C. E. - COM(2007) 19 final, Comunicarea Comisiei catre Consiliu si Parlamentul European: Rezultatele revizuirii Strategiei Comunitatii de reducere a emisiilor de CO2 provenite de la autoturisme si vehicule utilitare usoare , , 2007;

4. C.C.E. - COM (2007) 22, Comunicarea Comisiei catre Parlamentul European si Consiliu: Un cadru competitiv de reglementare privind autovehiculele pentru secolul XXI. Pozitia Comisiei privind raportul final al grupului la nivel inalt CARS 21. Contributie la strategia UE de crestere economica si ocupare a fortei de munca, 2007;

5. C.S.C.E. -Avizul Comitetului Economic si Social European privind emisiile provenite din transportul rutier - masuri concrete pentru depasirea situatiei de stagnare (aviz din proprie initiativa) (2009/C 317/04), 2009;

6. Comunicatul Comisiei - Plan de Actiune pentru eficientizarea energetica: a realiza potentialul , COM 545 final (2006), JO C 78 din 11 aprilie 2007;

7. Consiliul Uniunii Europene - Strategia de dezvoltare durabila a UE, revizuita, , 2006;

8. Manea. A., Manea, L., Sandu, V. - Motoare termice. Procese. Poluare, Ed. Matrix, Bucuresti, 2003;

9. Negrea V., Sandu V. - Combaterea poluarii mediului in transporturile rutiere, Editura Tehnica, Bucuresti, 2000;

10. Parlamentul European - Rezolutia Parlamentului European privind "Castigarea bataliei impotriva schimbarilor climatice globale" (2005/2049(INI), 2005;

11. Popescu, T., s.a. - Geometrie descriptiva, Tipografia Universitatii din Craiova, 2005;

12. Rusu, T., Bejan, M., Balan, I. - Monitorizarea factorilor poluanti la motoarele cu ardere prin scanteie, Buletinul AGIR nr. 4/2009 , Bucuresti, 2009;

13. Tica, B. - Tehnologia reparatiilor si reconditionarilor, Reprografia Universitatii din Craiova, 1997.