Rezumat proiect Capacitati Modul III - Cooperari bilaterale nr. 302/2009
Titlu proiect: "Aplicarea unor descarcari electrice la inalta presiune pentru obtinerea unei combustii de calitate"
Obiectivul principal al acestui proiect consta in conceperea si testarea unui nou sistem de aprindere care sa utilizeze un nou tip de bujie si o sursa de alimentare adecvata. La modul general s-a avut in vedere inlocuirea plasmei produse de catre o bujie clasica cu una care sa aiba un volum mai important, o omogenitate mai buna si un numar similar de specii active produse, astfel incat combustia unui motor termic pe benzina sa fie imbunatatita.
Testele experimentale au fost efectuate pe un reactor cu aer si pe un motor inclus intr-un stand de test si au urmarit diagnosticarea descarcarii electrice de tip scanteie produse cu sistemul de aprindere propus.
Dintre diferitele solutii tehnice propuse pentru un nou tip de bujie s-a retinut cea cu dubla scanteie, avand 3 electrozi. Unul dintre electrozi este cel de inalta tensiune, al doilea este conectat la impamantare, iar cel de-al treilea, fixat mecanic intre primii doi se afla la un potential flotant. Sursa de alimentare realizata este capabila sa furnizeze, prin implementarea unor versiuni de programe realizate, diverse tipuri de forme de unda ale impulsurilor, de durata reglabila, capabile sa influenteze aprinderea amestecului de combustibil, precum si comanda acesteia. Ea a fost realizata sub forma unui microsistem pe baza microcontrollerului AT89S52.
Activitatile partenerului roman in acest proiect au fost urmatoarele:
- punerea la punct a unei surse de comanda in impulsuri, bazata pe microcontrollerul AT89S52, care sa ofere diferite tipuri de impulsuri susceptibile de a avea efect asupra combustiei. Impulsurile generate au atat faza reglabila in raport cu semnalul de sincronizare care declanseaza intreruperile (echivalent unghiului de avans impus in functionarea unui motor termic), cat si durata (in vederea corelarii intre timpul de comanda al injectorului si durata impulsului aplicat pe bobina de inductie). S-au ales pentru experimente 3 tipuri principale: tren de impulsuri simple, avand durata si faza reglabila, tren de impulsuri duble, avand durata si faza reglabila, insa un timp fixat intre cele 2 impulsuri generate pentru fiecare intrerupere si tren de impulsuri duble avand durata fixa, faza reglabila si un timp reglabil intre cele 2 impulsuri generate pentru fiecare intrerupere.
- realizarea unor bujii cu dubla scanteie, ce au fost folosite pe de o parte la analiza spectroscopica in aer, la presiunea atmosferica si pe de alta parte pentru analiza functionarii motorului termic. Bujiile respective au fost realizate pornind de la modificarea unora clasice.
- proiectarea unei incinte in vederea studiului combustiei. Datorita accesului avut la un banc motor care permite prelevarea anumitor parametri specifici combustiei s-a decis de comun acord cu partenerul francez ca sa se realizeze o incinta metalica prevazuta cu un hublou, in care sa poata fi testate bujiile realizate la inalta presiune in aer comprimat (pana la 12 bari), si sa poata fi realizat un studiu spectroscopic asupra speciilor produse de scantei, considerat inedit, in locul incintei initiale in quartz. Proiectul cu dimensiunile a fost realizat de partenerul roman, iar executia practica a fost definitivata de partenerul francez spre sfarsitul proiectului.
- punerea in functiune a unui stand de tip EX1000, produs de firma DELTALAB, echipat cu un motor termic de tip Honda GX31, avand o injectie electronica si o functionare globala controlata in intregime de o schema electronica bazata pe un microcontroller de tip 68HC11. Cum standul nu era prevazut si cu o sonda lambda, s-a realizat o conexiune suplimentara in vederea analizei gazelor arse de esapament cu ajutorul unei sonde analizoare de gaze de tip TESTO 330-2.
- analiza spectroscopica preliminara a scanteii furnizate de bujia clasica alimentata cu diverse forma de impulsuri de unda descrise mai sus. Analiza spectroscopica completa a scanteii duble in aceleasi conditii de alimentare a fost realizata in al doilea an al proiectului.
- masurarea parametrilor electrici ai scanteii electrice, lucru care a mai fost realizat si anterior in cadrul temei proiectului.
- optimizarea functionarii sistemului de aprindere. Realizarea bujiei cu dubla scanteie a fost imbunatatita prin practicarea in materialul izolant a unei cavitati care sa ajute la fixarea mecanica a electrodului la potential flotant. Adoptarea acestei solutii a venit in urma analizei spectroscopice efectuate pe zonele de producere a plasmei.
- implementarea sistemului de aprindere propus pe un bloc motor. Standul motor avut in vedere pentru partea experimentala, de tip EX1000, a fost pus la dispozitie de partenerul francez din acest proiect fara insa ca sa fie proprietatea acestuia. Prin urmare interventiile asupra lui s-au limitat doar la inlocuirea unei bujii clasice cu una cu scanteie dubla, la compararea caracteristicilor motorului, precum si a gazelor arse rezultate in cele 2 cazuri de functionare. Luand in considerare rezultatele obtinute care nu demonstrau diferente notabile s-a luat decizia aprofundarii / definitivarii studiului spectroscopic comparativ pentru bujia simpla / bujia dubla, alimentate de la diverse tipuri de impulsuri.
- studiul oportunitatii cuplarii sistemului de aprindere cu un GlidArc supersonic in vederea reducerii emisiilor de noxe. Masurarea concentratiei gazelor arse rezultate prin folosirea bujiei clasice si respectiv a bujiei cu scanteie dubla nu a evidentiat diferente majore in cele 2 cazuri. In plus, datorita puterii foarte mici a motorului monocilindru cu care este echipat standul s-a concluzionat ca nu este oportuna folosirea unui GlidArc supersonic pentru ca va fi imposibil de demonstrat influenta acestuia pentru o concentratie ca cea masurata de gaze evacuate. Acest lucru este in legatura si cu faptul ca la functionarea in regim de motor, atunci cand sarcina impusa are o anumita valoare, exista o schema electrica care compenseaza / completeaza puterea relativ mica a motorului termic, deci evolutia gazelor de esapament nu poate fi pusa direct in concordanta cu gradul de incarcare al motorului. Prin urmare s-a decis ca directie principala a cercetarii analiza spectroscopica comparativa a plasmei produse de cele doua tipuri de bujii pentru diferite forme de unda ale impulsurilor furnizate de sursa de alimentare realizata.
Proiectul de cercetare a introdus elemente de noutate atat prin solutiile tehnice propuse (bujia cu dubla scanteie), cat si prin diagnosticul spectroscopic pe regiuni ale plasmei care a fost efectuat. Testele realizate pe standul experimental ce contine un motor monocilindru au demonstrat aplicabilitatea in conditii reale a bujiei cu dubla scanteie. Acest tip de bujie asigura o lungime si un volum mai mari ale plasmei produse in raport cu bujia clasica, ceea ce trebuie sa semnifice implicit si o calitate superioara a combustiei. Investigatiile fizico-chimice prevazute in continuare intre partenerii implicati in acest proiect, pe incinta la inalta presiune realizata, trebuie sa confirme acest lucru in principal printr-o analiza chimica bazata pe metoda cromatografica a gazelor arse rezultate in urma combustiei. In momentul de fata s-a demonstrat insa ca functionarea unui motor monocilindru presupune acelasi consum de combustibil pentru cele 2 tipuri de bujii folosite si ca emisiile de gaze de evacuare sunt de asemenea comparabile. Din punctul de vedere al analizei spectroscopice efectuate, s-au pus in evidenta atat diferente cu privire la componenta speciilor active existente in plasma (identificare pe lungimi de unda a elementelor atomice si benzilor moleculare), cat si la energia acestora (prin comparatia amplitudinilor razelor spectrale).
Pe baza rezultatelor experimentale obtinute, in urma definitivarii prelucrarii datelor, se vor propune inca doua lucrari stiintifice de diagnostic al plasmei produse de scanteie. Acest diagnostic se refera la determinarea temperaturii rotationale si vibrationale a particulelor, dar si a densitatii acestora in plasma. Prima lucrare va urmari influenta zonei de analiza spectroscopica asupra diagnosticului, iar cea de a doua influenta formei de unda si duratei impulsurilor aplicate de sursa de alimentare conceputa asupra aceluiasi diagnostic.
Pe de alta parte cei doi parteneri implicati in acest proiect au stabilit un program de continuare a activitatilor in care vor fi implicati 2 studenti francezi, in cadrul studiilor lor de licenta si un masterand roman, implicat deja in proiect, care va incepe o teza de doctorat in cotutela intre Universitatea din Orleans (Franta) si Universitatea Tehnica "Gh. Asachi" Iasi din anul 2011. In cadrul vizitei pe care directorul roman de proiect o va efectua in ianuarie - februarie 2011 ca profesor invitat in laboratorul partenerului francez, acesta va stabili si supraveghea programul de lucru pentru analiza fizica si chimica a combustiei realizata intr-o incinta metalica prevazuta cu toate sistemele de masura necesare in acest sens. Viitorul doctorand va beneficia in perioada februarie - mai a anului viitor de o actiune ERASMUS in cadrul Laboratorului GREMI - Site de Bourges corespunzatoare practicii efectuate in cadrul Masterului pe care il urmeaza in acest moment la Universitatea Tehnica "Gh. Asachi" Iasi. Rezultatele obtinute in urma acestui stagiu vor constitui lucrarea sa de dizertatie pentru Master.
In acelasi timp conducatorii celor doua echipe de cercetare doresc depunerea unui proiect european de tip FP7 in care sa mai fie implicate, in afara lor, inca 2 parteneri: primul de la o universitate din Polonia, iar cel de-al doilea de la o universitate din Republica Ceha. Discutiile pe aceasta tema se vor finaliza pana la sfarsitul anului.
