CARACTERISTICILE MAI

CARACTERISTICILE MAIRegimurile de functionareRegimul de lucru al unui MAI ce echipeaza un autovehicul este caracterizat de un ansamblu de indici de functionare:Sarcina Turatia arborelui cotitStarea termicaIn functie de conditiile de exploatare si particularitatile functionale ale autovehiculului variaza si regimul de lucru al MAICARACTERISTICILE MAIFactorul principal care caracterizeaza regimul de lucru al motorului este puterea efectiva (Pe) care la randul sau depinde de cuplul motor (Me) si de viteza de rotatie unghiulara a arborelui cotit () (respectiv turatia acestuia n).

,[W], unde Me in Nm, n in min-1 si in rad/s.

CARACTERISTICILE MAIIn conditii de exploatare atat cuplul motor cat si turatia arborelui cotit variaza in limite largi.Turatia minima este limitata de conditiile functionarii stabile a motorului iar cea maxima de calitatile procesului de schimbare a gazelor, de incarcarea termica a principalelor piese ale motorului, cresterea fortelor de inertie, cresterea pierderilor mecanice si de factorii ce determina durabilitatea si fiabilitatea motorului.CARACTERISTICILE MAIUn ansamblu de conditii functionale se poate reprezenta grafic pe o diagrama de tipul Me=f(n) sau Pe=f*(n).PePuIIIIIIIV1234ABCn 1n maxCARACTERISTICILE MAIRegimul de lucru la care indicii de functionare ai motorului (turatia, cuplul motor, starea termica etc.) nu variaza in timp se numeste regim stabilizat.Regimul de lucru este tranzitoriu daca turatia, cuplul motor si starea termica a motorului (sau numai unul dintre acesti parametrii) se modifica in timp.Regimul de lucru tranzitoriu este in general predominant la autovehicule, tractoare, masini de tractiune si transport etc.La ce tipuri de MAI avem regim stabilizat ?CARACTERISTICILE MAIFunctionarea MAI de autovehicul in regim tranzitoriu este caracterizata prin:Economicitate scazutaPierderi mecanice inertionaleInrautatirea procesului de formare al amestecului si a schimbului de gazeInrautatirea procesului de ardereImbogatirea amestecului la decelerareCARACTERISTICILE MAICaracteristicile motoarelor de autovehiculePrin caracteristica motorului se intelege in general variatia indicilor de functionare a acestuia (puterea, cuplul motor, consumul de combustibil orar si specific) in functie de parametrii regimului de functionare (turatia, sarcina).Pentru MAI utilizate la autovehicule prezinta interes urmatoarele caracteristici:Caracteristica de sarcinaCaracteristica de reglajCaracteristica de regulatorCaracteristica de detonatieCARACTERISTICILE MAICaracteristica de reglajCaracteristicile de reglaj stabilesc variatia puterii Pe si a consumului specific ce in functie de coeficientul de exces de aer sau unghiul de avans (la aprindere sau la injectie).Caracteristicile de reglaj pot fi trasate atat pentru sarcina totala cat si pentru sarcini partiale.Ridicarea acestor caracteristici este necesara pentru stabilirea conditiilor optime de functionare a motorului in raport cu factorii amintiti si aprecierea perfectiunii reglajelor motorului.CARACTERISTICILE MAICaracteristica de reglaj a MAI in functie de compozitia amestecului

Este trasarea curbelor Pe, Ch si ce in functie de coeficientul de exces de aer .Din analiza acestor caracteristici se constata ca regimul puterii maxime se obtine pentru valorile =0,8...0,92 iar consumul minim pentru valorile lui =1,05...1,15.CARACTERISTICILE MAICaracteristica de reglaj a MAS in functie de compozitia amesteculuiPe [kW]6058565452504846

Ce [g/kWh]380360340320300280Ch [kg/h]242220181614120,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 lPe maxCe minDPeDCeChCARACTERISTICILE MAIAtingerea puterii maxime pentru valorile lui =0,8...0,92 are loc pentru urmatoarele cazuri:A) la arderea cu lipsa de aer, cand viteza de propagare a flacarii creste atingand valoarea maximaB) la arderea amestecului cu lipsa de aer creste coeficientul de modificare a tensiunilor superficiale a moleculelor amestecului, marind presiunea gazelor din cilindru (prin urmare creste valoare pe si implicit Pe)CARACTERISTICILE MAIC) temperatura gazelor reziduale este mai mica in raport cu valorile lui >0,8...0,92 ceea ce duce la umplerea mai buna a cilindrului (creste Pe)

Obtinerea unui consum specific minim pentru valorile =1,05...1,2 este determinat de urmatoarele cauze:A) la cresterea >1, arderea amestecului are loc mai completCARACTERISTICILE MAIB) la saracirea amestecului (>1) creste cantitatea de gaze biatomice (O2, N2) care au o caldura specifica mai mica decat a celor poliatomice iar pierderea de caldura a gazelor de evacuare va fi mai mica (creste randamentul termic al ciclului si implicit scade consumul)Este important sa mentionam ca pentru >1,2 randamentul termic continua sa creasca dar eficienta economica scade brusc.CARACTERISTICILE MAIVariatia indicilor ciclului si motorului in functie de compozitia amestecului la MAS0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2mtiardardtimCARACTERISTICILE MAIFunctionarea MAS in afara regimurilor Pemax si cemin nu este rationala deoarece se produce concomitent scaderea puterii si scaderea economicitatii.La functionarea motorului pentru valorile Pemax are loc un consum specific efectiv cePemax mai mare cu 8...10% decat cemin.Analog, pierderea de putere pentru regimul economic cemin este de 10...12%.CARACTERISTICILE MAICaracteristica de reglaj a MAC in functie de compozitia amesteculuiLa MAC cantitatea de combustibil injectat la o turatie constanta depinde de pompa de injectie al carei debit depaseste debitul maxim necesar.Deoarece excesul de combustibil injectat poate inrautatii procesul de ardere pompele de injectie sunt prevazute cu dispozitive de limitare a cantitatii de combustibil injectat.CARACTERISTICILE MAIAlura curbelor de reglaj caracteristice MAC sunt asemanatoare cu cele ale MAS cu precizarea ca puterea maxima se atinge pentru amestecuri sarace (Pmax=1,05...1,10).Variatia consumului orar de combustibil (Ch) se realizeaza prin deplasarea cremalierei pompei de injectie iar turatia se mentine constanta prin modificarea incarcarii (sarcinii).Pentru un anumit consum orar de combustibil se inregistreaza puterea maxima dupa care orice marire a cantitatii de combustibil injectat duce la micsorarea puterii. In acest regim motorul functioneaza cu fum intens la esapament, cu temperaturi si presiuni ridicate (suprasolicitari termice si mecanice).CARACTERISTICILE MAICaracteristica de reglaj a MAC in functie de compozitia amesteculuiPe [kW]6058565452504846

Ce [g/kWh]380360340320300280 Chmin Chlim ChPe Ch [kg/h]l ceminPe maxCe minPe liml celim=1,21,5l =1.05...1.1CARACTERISTICILE MAIPentru a se evita o functionare caracterizata de suprasolicitari termice si mecanice debitul maxim al pompei de combustibil se regleaza astfel incat sa nu depaseasca consumul orar limita (Chlim) iar acest regim se numeste regimul puterii maxime limita.In regimul puterii limita se asigura o functionare mai economica cu solicitari termice si mecanice scazute.Pentru sisteme de injectie Common Rail dozele optime de combustibil injectate pe ciclu sunt comandate electronic in functie de turatia motorului si tin cont de conditia de functionare la regimul economic sau de putere impus.CARACTERISTICILE MAICaracteristica de reglaj dupa unghiul de avans la producerea scanteii la MASPentru obtinerea unui proces perfect de ardere la MAS este necesar modificarea momentului de producere a scanteii in functie de turatia si sarcina motorului.Caracteristica de reglaj dupa unghiul de avans la aprindere este formata din curbele de variatie ale puterii efective Pe, consumului orar Ch si consumului efectiv ce in functie de unghiul de avans la aprindere i.CARACTERISTICILE MAIPe,cePePe maxce minChLimitainceputuluidetonatieiceoptimii optimCARACTERISTICILE MAIAvansul optim este considerat pentru valorile maxime ale puterii corelate direct cu valorile minime ale consumului specific de combustibil.Explicatia acestui fenomen este bazata pe faptul ca la avansul optim procesul de ardere are loc in jurul PMS, in volumul CA cu pierderi termice minime.Cresterea avansului la aprindere fata de cel optim duce la aprinderea fluidului motor in conditii nefavorabile (p si T joase), ardere cu viteze mici si variatie mare a volumului cilindrului. Cresc pierderile termice, motorul functioneaza dur, scad puterea si economicitatea.CARACTERISTICILE MAIMicsorarea avansului la aprindere transfera arderea fluidului motor pe parcursul procesului de destindere, cresc pierderile termice, motorul se incalzeste, creste emisia de fum, scad brusc randamentul indicat, puterea si economicitatea.Din punct de vedere practic in analiza si incercarea unui MAS prezinta interes caracteristicile Pe=f(i) si ce=f(i).CARACTERISTICILE MAIPe=f(i)Pen1optim_4n2n3n4optim_1i_optim 1ii_optim 4CARACTERISTICILE MAIce=f(i)ce25%optim_450%75%100%optim_1i_optim 1ii_optim 4CARACTERISTICILE MAIPentru cazul in care sarcina este 100% se traseaza si caracteristica rezultanta a unghiurilor optime de avans in functie de turatie iar la turatie nominala caracteristica rezultanta a unghiurilor optime de avans in functie de sarcina.niSarcina %iCARACTERISTICILE MAICaracteristica de reglaj in functie de avansul la injectia combustibilului la MACMarirea avansului la injectie duce la cresterea presiunii maxime in cilindru, la functionarea dura a motorului, cresc solicitarile motorului si scade puterea si economicitatea motorului.La micsorarea unghiului de injectie procesul de ardere este transferat in cadrul procesului de destindere motorul se incalzeste, fumul este intens, scade randamentul indicat, puterea si economicitatea.CARACTERISTICILE MAICaracteristicile rezultante a unghiurilor optime de avans la injectie in functie de turatie si de sarcinaniSarcina %iCARACTERISTICILE MAICaracteristica de sarcina a MASStabileste dependenta consumului orar Ch si specific ce in functie de sarcina motorului la o turatie constanta.Variatia sarcinii la MAS se urmareste prin variatia pozitiei obturatorului (clapetei de aer) si a variatiei puterii efective a motorului Pe sau a coeficientului de sarcina.La mersul in gol Pe=0 consumul orar are valoare minima (Ch=10...30%) in functie de regimul de viteza al motoruluiCARACTERISTICILE MAI10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Pe [%]Ch ceCh ceMAS10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Pe [%]Ch ceCh ceRegimnominal defunctionareLimita de fumMACCARACTERISTICILE MAI10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Pe [%]v 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Pe [%]Regimnominal defunctionareLimita de fumMASMACi m v i m v v i i m m CARACTERISTICILE MAIPentru MAC spre deosebire de MAS la micsorarea sarcinii arderea se imbunatateste (creste excesul de aer) de aceea consumul specific de combustibil se mentine la valori reduse pana la sarcini reduse (50...60%).Acest avantaj fata de MAS de a fi mai economic la sarcini partiale este utilizat in tractiunea rutiera pentru autovehicule si autotrenuri de transport unde motorul functioneaza in majoritatea timpului in aceste regimuri.CARACTERISTICILE MAIcen=const.Ce_MASCe_MAC100 Pe [%]Sarcina, %190250 g/kWh260350 g/kWhOptimMASOptimMACCARACTERISTICILE MAICaracteristica de turatieCaracteristica de turatie prezinta variatia puterii efective Pe, a momentului motor Me, a consumului orar Ch si consumul specific efectiv ce in functie de turatia motorului n la sarcina constanta.Pe standurile de incercare variatia turatiei de la nmin pana la nnom se obtine prin variatia incarcarii franei (variatia momentului rezistent de incarcare).CARACTERISTICILE MAICaracteristica de turatie la sarcina totala a MASSe obtine pentru deschiderea completa a clapetei de acceleratie si la avans optim la aprindere pentru orice turatie.Pentru MAS turatia minima si nominala este limitata. (nmin) este turatia la care este stabila functionarea in sarcina iar (nnom) este limitata la aproximativ 10...15% dupa valoarea (nPemax).CARACTERISTICILE MAIDin relatiile ce definesc Pe si Me

, se pot explica forma curbelor de variatie din caracteristica de turatie la sarcina totala.

MePenMePen Me_maxn Pe_maxCARACTERISTICILE MAIValoarea turatiei nM este un indice deosebit de important deoarece domeniul cuprins intre turatiile nM si nP reprezinta domeniul stabil de functionare al motorului caracterizat de:coeficientul de adaptabilitatecoeficientul de elasticitatecoeficientul de rezerva al motorului).CARACTERISTICILE MAICoeficientul de adaptabilitate reprezinta raportul dintre cuplul motor maxim si cuplul motor la regimul puterii maxime (la MAS k=1,25...1,4)

Coeficientul de elasticitate este raportul dintre turatia momentului maxim si turatia puterii maxime (la MAS, e=0,4...0,7)

Coeficientul de rezerva a cuplului motor este definit de

, la MAS Kr=20...40%.

CARACTERISTICILE MAICompararea motoarelor cu diferite caracteristici de turatieMnMe2maxMe1maxMnPemaxnMmaxn1n2nPenMMe1maxM2Me2maxM3M112CARACTERISTICILE MAICaracteristica partiala la turatie la MASStudierea acestei caracteristici este deosebit de importanta pentru motoarele de automobile aceste functionand preponderent la sarcini partiale. (Cand functioneaza la sarcini totale ?)Particularitatile curbelor partiale de turatie constau in faptul ca punctele de maxim sau minim se deplaseaza spre stanga.CARACTERISTICILE MAIMPenMnChceChce123112223331PeCARACTERISTICILE MAICaracteristica de turatie la sarcina totala a MACLa MAC caracteristica de turatie la sarcina totala se ridica cu parghia de comanda a pompei de injectie fixata in pozitia limita corespunzatoare debitului maxim de combustibil.Pe caracteristica de turatie se reprezinta curbele de variatie in functie de turatie a puterii efective Pe, momentului motor M(e), consumul orar Ch si consumul specific ce.CARACTERISTICILE MAIMPeChceceChPeMnminnnnmaxnMmaxCARACTERISTICILE MAIPentru ameliorarea variatiei cuplului motor pompa de injectie a MAC este prevazut cu un dispozitiv de corectare a debitului care la reducerea turatiei mareste debitul de combustibil pe ciclu.MPecececorPecorMcornminnnCARACTERISTICILE MAICaracteristica de turatie cu 1-injectie maxima; 2-injectie la limita fumegarii; 3-injectie mai mica decat limita de fum.MPecenminnnMPece123112233CARACTERISTICILE MAITrasarea analitica a curbelor caracteristice de turatie pentru proiectarea unui motor nou

Puterea efectiva

[kW]Consumul specific efectiv

[g/kWh]

CARACTERISTICILE MAIConsumul orar

[kg/h]

Momentul motor

[Nm]

CARACTERISTICILE MAI, unde :Pe , Pex puterea maxima efectiva si momentanace , cex consumul specific la regimul puterii maxime si momentanenx/np raportul turatiei constante si turatiei regimului de putere maximaa,b,c,d,k constante ce tin seama de tipul motoruluiCARACTERISTICILE MAIMotorulConstante abcdkMAS

111,210,8MACCu camera unitara (injectie directa)

0,871,131,551,551,0Cu camera divizata (antecamera)0,61,41,351,351,0Cu camera de vartej0,71,31,21,21,0CARACTERISTICILE MAICompararea eficientei de functionare a MAS si MAC in conditiile caracteristice de turatie si sarcina se realizeaza tinand cont de valorile coeficientului de adaptabilitate, KMAC=1,1...1,5 si KMAS=1,25...1,4.

CARACTERISTICILE MAIIn cazul inlocuirii MAS-ului cu MAC, pastrand calitatile dinamice (MemaxMAC=MemaxMAS) puterea nominala a motorului MAC va fi cu 10..25% mai mare decat a MAS.Dar MAC functioneaza cu o economicitate de 20...30 % fata de MAS datorita unui grad de comprimare mai inalt si functionarii MAS-ului cu insuficienta de aer >1.CARACTERISTICILE MAICaracteristici complexeCaracteristicile complexe prezinta interdependenta mai multor parametrii functionali ai motorului, cuprinzand in general variatiile unui parametru functional (ex.moment motor) in functie de un parametru de regim (ex.turatia), peste care se suprapun curbele izometrice ale unor marimi interdependente cu cei doi parametrii anteriori (ex. Consumul specific de combustibil).50%75%100%110%50%75%100%110%ceMennCARACTERISTICILE MAIMChcenPoleconomicCARACTERISTICILE MAICorectarea caracteristicilorConditiile atmosferice exercita o mare influenta asupra puterii si economicitatii motoarelor de autovehicule.Astfel pentru raportarea parametrilor determinati in laboratoare de testare si incercare se utilizeaza factori de corectie, considerand drept conditii atmosferice de referinta presiunea de 100 kPa si temperatura de 25oC (298K).CARACTERISTICILE MAI

CARACTERISTICILE MAI, unde:p-presiunea atmosferica in conditiile de determinare experimentala [kPa]T-temperatura mediului ambiant in acelasi conditii [K]Pes-puterea raportata la conditiile atmosferice standardMes-momentul motor corectat pentru conditiile atmosferice standardCARACTERISTICILE MAI