Studiul Constructiv Functional al Sistemelor cu Injectie de Benzina

CAPITOLUL 2

STUDIUL CONSTRUCTIV-FUNCIONAL AL PRINCIPALELOR COMPONENTE ALE SISTEMELOR DE INJECIE

2.1. POMPE DE ALIMENTARE n instalaiile concepute pentru alimentarea MAS-urilor prin injecie de benzin, mai des ntlnite sunt pompele electrice centrifuge (cu palete), pompele electrice cu role i pompele cu vibrator electromagnetic.

POMPA ELECTRIC CENTRIFUG (CU PALETE)

La acest tip de pomp (figura 1a), rotorul 1 este antrenat n micare de rotaie, prin intermediul arborelui 3, de ctre motorul electric 2. Pe butucul rotorului sunt prevazute 4...8 palete (figura 1b), care, n timpul funcionrii, imprim benzinei o micare centrifug. Ca urmare, la intrarea n rotor ia natere o depresiune important, ce permite curgerea continu a benzinei din spaiul de aspiraie A ctre partea interioar a rotorului, cu viteze de 1,5...4,5 m/s. La ieirea din rotor, benzina centrifugat spre periferia acestuia, asigur realizarea unor depresiuni de refulare de 0.5...6 daN/cm2 sau chiar mai mari. Benzina este refulat continuu n spaiul de refulare R, amenajat n interiorul carcasei 5. Din spaiul R benzina trece ctre filtre i echipamentul de injecie, prin supapa de refulare 7. Meninerea constant a valorii presiunii de refulare este posibil prin intermediul supapei 9, montate n carcasa 8 (supapa dirijeaz excesul de benzin ctre rezervor). Motorul electric de antrenare este introdus n carcasa 6. Rcirea acestuia este asigurat de benzina din circuitul instalaiei de alimentare, prin inundarea spaiului interior al carcasei 6.

Pompele electrice centrifuge asigur debite de benzin de 0,510 kg/min. Debitul acestui tip de pomp este dat de relaia: Qpa=1510-4(D12-D02)c1v [kg/min] (1)n care: D1 este diametrul paletei n zona de intrare a benzinei n rotor, n mm; D0 este diametrul butucului rotorului, n mm;

c1-viteza absolut de intrare a benzinei n pomp, n m/s; -densitatea benzinei, n kg/dm3; v-randamentul volumetric al pompei.

Relaia de mai sus permite dimensionarea pompei centrifuge de benzin. Astfel, n condiiile n care diametrul Do= (1,2...1.25)Da , Da fiind diametrul arborelui - este cunoscut, din relatia (1) se poate determina diametrul paletei la intrarea benzinei n rotor:

D1=Qpa/(15c1v)+Do2 [mm] (2)Pentru viteza absolut de intrare a benzinei n pomp, se accept valorile uzuale de 2,0...3,5 m/s, iar pentru randamentul volumetric (v=0,7...0,9.Diametrul exterior al paletei se determin cu relaia:

D2=(60u2)/(np)102 [mm](3)

n care u2 este viteza de antrenare (viteza periferic) la ieirea paletei, n m/s, iar np-turaia arborelui pompei, n rot/min.

Pentru calculul vitezei de antrenare se utilizeaz relaia:

u2 =[(10ppag)/h](1+tg2ctg2) [m/s] (4)

n care ppa este presiunea de refulare a pompei, n daN/cm2; g-acceleraia gravitaional, n m/s2; h-randamentul hidraulic al pompei; unghiurile 2 si 2 sunt precizate n figura 1b

Presiunea de refulare constituie, de regul, o dat de proiectare. Valorile uzuale sunt cele menionate mai nainte. Pentru randamentul hidraulic se accept h= 0,6...0,7.

Limea paletelor n zona de intrare a benzinei n rotor, b1, i n zona de ieire din rotor, b2, se determin din relaiile:

b1=(104Qpa)/[60(D1-z /sin1)c1[mm] (5)

b2=(104Qpa)/[60(D2-z /sin2)vr[mm] (6)

n care z reprezint numarul de palete uniform distribuite pe rotor; -grosimea paletelor, n mm; vr-viteza radial la ieirea din palet, n m/s, precizat de relaia:

vr=(10ppag tg2)/(u2h)[m/s] (7)

Puterea motorului electric, necesar pentru antrenarea pompei, se determin cu relaia:

Ppa=(Qpa ppa)/(600) [kw] (8)

Randamentul pentru pompele centrifuge mici, are valori cuprinse ntre 0,5...0,7.

Pompele cu palete se confecioneaz n general din font. Sunt i construcii pentru realizarea crora se utilizeaz oelul carbon sau inoxidabil, aliaje pe baz de aluminiu sau bronz. Pentru micorarea pierderilor, prin scurgera de benzin din zona de presiune nalt n zona de presiune joas, se prevd labirini. Acetia se confectioneaza din bronz.

Etanarea pompelor cu palete se realizeaz cu inel alunecator. Acesta este format dintr-un inel fix din cauciuc sau teflon, montat n carcas, un inel metalic (font, bronz, aliaje dure, carburi) presat pe inelul fix cu ajutorul unui arc i al unui inel alunector cu micare de rotaie,precum i cu un inel de cauciuc montat pe arbore. POMPA ELECTRIC CU ROLE

Constructiv i din punct de vedere al principiului de funcionare, pompa cu role se aseamn foarte mult cu pompa cu palete (figura 2) utilizat n instalaiile de alimentare cu motorin. Paletele dispuse radial n locaurile din rotor sunt nlocuite, la pompa cu role, de o serie de corpuri cilindrice la care raportul l/d1. Corpurile cilindrice, denumite role, asigur o reducere important a frecrii cu suprafaa interioar a carcasei datorit contactului linear (pe generatoare).

Din acest motiv, pompele cu role pot fi utilizate n instalaiile de alimentare cu benzin, fr asigurarea ungerii ntre role i suprafaa interioar a carcasei. Uzura care apare la role se uniformizeaz n timpul funcionrii, ntruct rolele se pot roti liber n locaurile din rotor.

La pompa cu role, antrenarea n micare de rotaie a rotorului 1 se face cu ajutorul motorului electric 2. Rotorul este montat excentric n carcasa 3. n timpul funcionarii, rolele 7 se deplaseaz radial i, datorit forei centrifuge, ramn n permanen n contact cu suprafaa interioar a alezajului prelucrat n carcasa 3. Depresiunea creat la creterea volumului dintre doua role consecutive i alezajul din carcas, n zona spaiului de aspiraie A, determin accesul benzinei n

pomp. Scderea volumului respectiv n zona spaiului de refulare R determin creterea presiunii benzinei i refularea acesteia ctre supapa de refulare 4. Pompa este

prevazut i cu supapa de presiune constant 5. Motorul electric 2 este introdus n carcasa 3 i inundat de benzin, pentru rcire.

Pompele electrice cu role asigur debite de benzin de circa 2 kg/min, la presiuni de refulare de 2...4 daN/cm2. Pentru o pomp care asigur un debit de 2 kg/min i o presiune de refulare maxim de 4 daN/cm2, dimensiunile de gabarit sunt cele prezentate n figura de mai sus. Tensiunea de alimentare poate fi de 12 sau 24 V.

Carcasa pompelor se execut din font cenuie sau aliaje de aluminiu, iar rotorul i rolele din oel carbon de calitate. Etaneitatea motorului electric trebuie s fie perfect, astfel nct benzina care servete la rcirea acestuia s nu aib acces la nfurarea electric.

POMPA ELECTRIC CU VIBRATOR ELECTROMAGNETICElementul activ al pompei cu vibrator l formeaz pistonul 1 (figura 5.),care constituie miezul bobinei electromagnetice 2. Montajul este astfel realizat nct, atunci cnd fora electromagnetic din bobina 2 atrage pistonul 1, arcul 3 se comprim. Cursa pistonului, rezultat ca urmare a atraciei acestuia ctre bobin, permite deschiderea supapei de refulare 5 si trecerea benzinei, prin orificiul practicat n piston, n spaiul de refulare R. Ridicarea supapei 5 de pe scaunul su i vehicularea benzinei ctre spaiul de refulare R se produc datorit creterii presiunii benzinei n paharul 7, prin comprimarea acestuia n cursa de refulare a pistonului.

n paharul 7 benzina este aspirat din spaiul de aspiraie A, prin supapa de aspiraie 4, n cursa pistonului efectuat ca urmare a destinderii arcului 3. La finele cursei de aspiraie, pistonul 1 actioneaz contactul 8, care nchide circuitul prin bobina 2 , dnd natere forei electromagnetice de atracie. n acest moment pistonul este atras n poziia iniial, efectund o nou curs de refulare, concomitent cu comprimarea arcului 3.

Cursa pistonului este autoreglabil. La cretera presiunii de refulare n spaiul de refulare R, o parte din fora de destindere a arcului 3 este redus de fora care

acioneaz asupra pistonului. Ca urmare, cursa de aspiraie nu se mai efectueaz integral, iar pistonul nu mai inchide contactul 8. n aceasta situaie, cursa de refulare a ciclului respectiv nu se mai efectuiaz. Pompa intr din nou n aciune, dupa ce presiunea de refulare scade la valoarea prescris. Membrana elastica 9 i camera de aer 10 au rol de amortizare. Pompa este de construcie capsulat. Impuritile pot fi drenate pe la partea inferioar a pompei.Acest tip de pomp asigur debite de benzin de ordinul 0,5...5 kg/min i presiuni de refulare de circa 2 daN/cm2.

Debitul pompei se determina cu relaia:

Qpa=10-6s f v d2 / 4[kg/min]

(9)

n care d i s reprezint diametrul i cursa pistonului, n mm; f-frecvena pistonului, n oscilaii/min; -densitatea benzinei, n kg/dm3; v-randamentul volumetric al pompei.

Avand n vedere c pompele cu vibrator electromagnetic se construiesc cu curse mici ale pistonului vibrator (maximum 5 mm), deci raportul s/d =0,15...0,3 iar v=0,7 din relaia (9) se poate determina diametrul d.

Pistonul pompei se execut din materiale feromagnetice (oel), iar buca acestuia din materiale paramagnetice (teflon sau alam). Supapele de aspiraie i de refulare se execut din material plastic, iar carcasa pompei din oel.

Avnd o construcie capsulat, acest tip de pomp nu necesit ntreinere. Cnd debitul de benzin scade simitor, pompa se nlocuiete.

2.2. FILTRE DE BENZIN Vscozitatea mai scazut a benzinei face ca impuritaile solide coninute n aceasta s se decanteze de 40...50 de ori mai repede dect n cazul motorinei. Situaia a determinat, n cazul instalaiilor de alimentare cu carburator, eliminarea filtrului de benzin, filtrarea fiind asigurat prin decantare sau cu ajutorul unor site metalice plasate n diverse puncte ale instalaiei (rezervor, pomp de alimentare, carburator). n cazul instalaiilor de alimentare prin injecie de benzin, existena cuplurilor de piese n micare, cu jocuri mici, care vin n contact cu benzina, impune utilizarea unor filtre a caror elemente de filtrare trebuie s asigure o eficacitate sporit. Frecvent se utilizeaz filtrul de tip decantor (figura 6), n care se monteaz un cartu filtrant din hrtie micronic. Filtrul asigur filtrarea fin a benzinei (reine impuritaile mai mici de 10 m) i se monteaz n avalul pompei de alimentare.

n afar de acest filtru, instalaia de alimentare a mas-ului prin injecie de benzin mai este dotat cu un filtru n form de sit, care asigur filtrarea brut. Acest filtru se monteaz n amontele pompei de alimentare, n zona spaiului de aspiraie al pompei i n racordul de legatur la rezervor a conductei de alimentare. De asemenea, se prevd filtre preventive, n general din site de naylon, care, n funcie de construcia echipamentului de injecie, se monteaz n injectorul de benzin, la intrarea pompei de injecie sau la distribuitor-dozatorul de benzin, cum este cazul sistemului K-Jetronic. Aceste filtre rein impuritai cu diametrul de 15...25 m.

Filtrul fin (figura 6) este format din elementul filtrant din hrtie 1, care se monteaz ntre cilindrii 2, din tabl perforat sau carton perforat. Cartuul filtrant astfel format, prevazut la capetele frontale cu capacele 3 si 4 (executate din tabl sau carton neperforat), se introduce n carcasa 5 (executat din tabl). Capacul 4 se lipete pe toata circumferina de carcasa 5. ntre carcasa 5 i cilindrul exterior al cartuului circul benzin, care ptrunde n filtru prin orificiul de intrare i, prelucrat n racordul de intrare 8. O parte din impuritaile care ajung n filtru se decanteaza n carcasa 5, iar alt parte este reinut n hrtia filtrant 1.

Benzina filtrat iese din filtru pe la interiorul cilindrului mic al cartuului filtrant i este dirijat spre orificiul de ieire e, prin spaiul format ntre carcasa 5 i carcasa 6. Etanarea la exterior se asigur prin lipirea corect a carcasei 6 de carcasa 5, pe toata circumferina (sunt construcii la care aceast mbinare se face prin infiletare; n acest caz, etanarea la exterior trebuie asigurat prin garnituri).

Filtrul astfel rezultat constituie o construcie capsulat i, ca atare, nu implic operaii de intreinere. Dup expirarea duratei de funcionare (prescris n foaia tehnic a motorului), filtrul fin se nlocuiete.

Sitele care asigur filtrarea brut pot fi curaate prin splare i suflate cu aer. Dac sitele sunt deteriorate, se nlocuiesc cu altele noi. 2.3. DOZATOR - DISTRIBUITORUL DE BENZIN Schema constructiv i funcional a dozator-distribuitorului de combustibil este prezentat n figura 7. Piesele de baz ale acestui dispozitiv sunt: cilindrul 7, n care culiseaz pistonul-sertar 1, i elementul de reglare 2 (o supap de presiune diferenial).

n cilindrul 7 sunt practicate fantele F, ntr-un numr egal cu numrul de cilindrii ai motorului. Seciunea de curgere oferit de fantele F la deplasarea pistonului

sertar 1, permite reglarea debitului de benzin livrat injectorului, n concordan cu regimul de funcionare al motorului.

Elementul de reglare 2 este format din membrana de oel 4- care delimiteaz camera superioar s de camera inferioara i, supapa plan 3, fixat direct pe membrana de oel, i arcul 5. Scaunul supapei este fixat rigid n corpul dozator-distribuitorului, n camera superioar s, i se continu n conducta de injecie 6.

Elementul de reglare cu membran 2 menine constant cderea de presiune n dreptul fantelor de dozare F, independent de debitul de benzin, presiunea pompei de alimentare sau presiunea de deschidere a injectorului. Dac, de exemplu, prin deschiderea fantei F crete presiunea benzinei n camera s (caderea de presiune n dreptul fantei este mic), atunci se mrete seciunea de curgere la supapa 3, pn cnd presiunea n camera s scade, astfel nct s se restabileasc echilibrul de fore care acioneaz pe suprafeele interioar i exterioar ale membranei. Invers, dac presiunea combustibilului n camera s se situeaz sub valoarea impus, seciunea supapei 3 se micorez pn cnd, prin fora arcului, se obine echilibrul de fore pe suprafaa membranei.

Dozator-distribuitorul este astfel construit nct debitul de benzin care traverseaz fantele F prezint o variaie linear cu deplasarea pistonului-sertar. Astfel, debitul de benzin vehiculat prin fantele F, n unitatea de timp este:

Qb=F AF(2p/b)1/2, [l/min] (10)

unde: AF reprezint aria suprafeei de curgere a fantei de dozare (AF=sx; s-limea fantei, care este constant; x-cursa pistonului-sertar care este variabil); F-coeficientul de debit al fantei; p= pi-ps este cderea de presiune; pi-presiunea benzinei n camera inferioar; ps-presiunea benzinei n camera superioar; b-densitatea benzinei.

Din condiia de echilibru a membranei de oel se precizeaz dependena cderii de presiune p de caracteristicile constructive ale dozator-distribuitorului. Echilibrul membranei de oel este exprimat de condiia:

PiAm=ps(Am-As) + pciAs + P + kah kmh

(11)

n care: Ameste aria suprafeei utile a membranei; As-aria seciunii supapei plane; pci-presiunea n conducta de injecie; P-pretensionarea arcului; km-rigiditatea membranei; h-cursa supapei plane.

ntruct cursa h a supapei plane este foarte mic, termenii kah si kmh pot fi omii; de asemenea, ntruct AsAm i pciAspsAm, iar fore de frecare nu exist, relatia (11) se poate scrie:

p = P/Am (12)

Cderea de presiune p, care determin curgerea benzinei prin fantele de dozare, conform relaiei (12), nu depinde de debitul de benzin, de presiunea de alimentare sau de presiunea din conducta de injecie i nici de forele de frecare.

nlocuind relaia (12) n (10), se obine:

Qb = Fsx(2P/bAm)1/2 (13)

care arat c, pentru anumite caracteristici constructive ale dozator-distribuitorului, debitul de benzin vehiculat prin fanta de dozare are o dependena linear fa de deplasarea pistonului-sertar. Simplificat, nglobnd toate marimile invariabile ntr-o constant C1, relatia (13) poate fi scris:

Qb = C1x(14)

n figura 8 se prezint caracteristica de debit a distribuitor-dozatorului echipamentului de injecie K-Jetronic. Debitul de benzin variaz linear cu cursa pistonului-sertar; la valori mari ale debitului, caracteristica de debit i schimb panta, deoarece, n acest domeniu, seciunea de curgere a supapei plane se micoreaz i apare un efect de trangulare a curgerii, ceea ce determin scaderea debitului de benzin.

Beneficiind de avantajele oferite de proprietaile materialelor din care sunt construite supapa plan i membrana dozator-distribuitorului, caderea de presiune p poate fi reglat la valoarea de 0,1 daN/cm2 cu o precizie de 1%.

Aceasta impune valori de 0.1...0,2 mm pentru limea fantelor de dozare, care pot fi realizate cu precizie dimensional deosebit prin procedeul de prelucrare electroeroziv.

n figura 9 este prezentat ansamblul dozator-distribuitorului de benzin. Carcasa superioar 1 i carcasa inferioar 2 se confecioneaz din font cenuie, astfel nct coeficienii de dilatare ai materialului acestora s nu difere esenial de coeficientul de dilatare al oelului din care se execut membrana 3.

Cilindrul 4, n care sunt practicate fantele de dozare F, se execut din oel inoxidabil. Fantele F sunt prelucrate electroeroziv. O importan deosebit prezint precizia de form i dimensional la execuia fantelor pistonului sertar 5, n zona de obturare a fantelor, deoarece aceasta influieneaz direct debitul de benzin livrat injectorului. Legatura dintre camerele inferioare i superioare ale elementelor de reglare ale dozator-distribuitorului este asigurat printr-o serie de orificii interioare. Pentru etanarea la interiorul dozator distribuitorului, se folosesc inele O. Filtrarea benzinei, la trecerea dinspre camera inferioar spre fantele de dozare i camera superioar, se realizeaz cu site de naylon cu ochiuri de 25 m.

2.4. REGULATORUL DE PRESIUNE Pentru realizarea unor corecii suplimentare a dozajului cu sarcina, echipamentele de injecie din seria Jetronic, sunt prevazute cu un dispozitiv suplimentar, care modific valoarea presiunii de comand ce acioneaz asupra pistonului-sertar al dozator-distribuitorului, prin modificarea scprilor de combustibil ctre rezervor.

Membrana 1 a dispozitivului (figura 10) este acionat pe faa interioar de presiunea atmosferic, iar pe faa exterioar de depresiunea din spatele obturatorului. Prin talerul 2, arcurile elicoidale aferente i tija 3, micarea membranei 1 este transmis membranei 4. La sarcini mici, cnd depresiunea este mare, membrana 4 se apropie de capetele conductelor 5 si 6, micornd scprile de benzin din conducta 5 n conducta 6, spre rezervor.

Prin modificarea scprilor de benzin spre rezervor se modific presiunea de comand a pistonului-sertar al dozator-distribuitorului. Cnd presiunea de comand scade, crete cursa pistonului-sertar, sporete debitul de benzin livrat injectorului i amestecul se mbogaete. Cnd presiunea de comand crete, aciunea dispozitivului este n sens opus.

Regulatorul presiunii de comand este prevazut i cu un dispozitiv pentru pornirea motorului rece. O lamel bimetalic 7 apas iniial talerul 2 ndepartnd membrana 4 de capetele conductelor 5 si 6; scprile de benzin spre rezervor se amplific. Ca urmare, presiunea de comand scade sensibil, cursa pistonului-sertar crete i amestecul se mbogete. Dup pornire, lamela 7 este nclzit de un circuit electric 8 i las liber sistemul alctuit din membranele 1 si 4. n consecin, amestecul aer-combustibil srcete.

n figura 11 se prezint ansamblul regulatorului presiunii de comand. Corpul 2 este realizat din aliaj de aluminiu turnat sub presiune. Membranele 1 si 4 sunt confecionate din acelai oel din care sunt executate membranele elementelor de reglare ale dozator-distribuitorului. Lamela bimetalic 7 se fixeaz n consol prin intermediul axului 6, montat cu strngere, la +20oC, n alezajul practicat n corpul 2. Lamela comport circuitul electric de nclzire. Regulatorul de presiune se montez pe motor astfel nct s preia temperatura blocului de cilindrii (se evit mbogairea amestecului la pornirea motorului n stare cald).

2.5. INJECTOARE ELECTROMAGNETICE PENTRU SISTEMELE DE INJECIE Construcia injectorului electromagnetic de benzin depinde n principal de locul de amplasare a lui (n poarta supapei, cte unul pentru fiecare cilindru, sau n avalul obturatorului cnd se folosete un injector pentru toi cilindrii), care determin de fapt i valoarea presiunii de injecie, limitat inferior din condiia evitrii formrii dopurilor de vapori de benzin n injector i n conductele de legatur a lui cu pompa de alimentare.

Un injector folosit de firma Bosch nca de la prima instalaie comandat electronic (D-Jetronic) este cel prezentat n seciune n figura 12.

Injectarea benzinei se produce prin ridicarea acului 1 de pe sediul su practicat n duza de pulverizare 4, n momentul cnd bobina 3 este strbtut de un curent. n acel moment armtura 2 este atras de fora electromagnetic spre centrul bobinei, pn tamponeaz opritorul format de prelungirea tiftului 6, prin care se introduce benzina.

Corpul injectorului 5, fixeaz prin bordurare la partea superioar stuul 6 i la partea inferioar duza 4. Acul 1 este prevzut la vrf cu o poriune profilat de formare a unei pnze conice de benzin pulverizat i cu zone cilindrice de ghidare n duza 4. El se nurubeaz n armatura 4 i e perforat axial de un canal pentru a permite aduciunea benzinei n zona din jurul scaunului de etanare. Cursa foarte redus a acului 1, de numai 0,10 mm, este impus de frecvena de ridicare relativ mare, corespunztoare turaiei maxime (de exemplu, dac injectorul se deschide o singur dat la un ciclu, la turaia de 6000 rot/min sunt necesare 50 de curse duble), ca i a duratelor foarte reduse alocate deschiderii (circa 12 ms la sarcin total i la temperatura de regim a motorului). Fora electromagnetic crete cu ptratul cursei armturii, de aceea reducerea ei conduce la reducera numrului de amperi-spir (reducerea gabaritului injectorului i a consumului lui de putere). O perfecionare a acestui tip de injector const n reducerea volumului de benzin reinut n interiorul injectorului (care este expus riscului de dilatare i deci reducerii densitii benzinei).

n figura 13 se prezint construcia unui asemenea tip de injector.

Referitor la forma jetului de benzin, trebuie mentionat diversitatea soluiilor adoptate. n figura 14 se prezint patru variante constructive de duze de pulverizare, varianta a) fiind specific obinerii pnzei conice de picturi de benzin, cu injectoare avnd ac i duz de construcia celor prezentate n figurile anterioare.

Prin interpunerea unei diafragme notate A n care se practic un orificiu, se obine un jet cilindric unic (fig.a), iar dac se folosete o diafragm-sit, se obine o multitudine de jeturi fine (fig.c). n figura d s-a reprezentat diafragma cu dou orificii care permite obinerea a dou jeturi.

Se obine o soluie de mbuntire a calitii pulverizrii benzinei furnizate de injector prin combinarea jetului de benzin cu un jet de aer la o vitez apropiat de cea a sunetului, cules dintr-o zon a traseului de aer situat n amontele obturatorului. Injectorul comport un cilindru 1 care mbrac exteriorul duzei de pulverizare, conectat printr-un tu 2 cu aerul la viteza sunetului (figura 15), jetul pulverizat fiind de fapt un jet de aer-benzin, aer care nu e controlat de obturator. Prin modul de formare a jetului de aer, care presupune existena unei diferene accentuate de presiune ntre avalul si amontele obturatorului (deci la sarcini pariale), efectul jetului este efectiv numai la sarcini pariale.

La sistemele de injecie monopunct injecia se efectueaz n amontele obturatorului, intr-o zon asemntoare zonei centrale o difuzorului din carburator, deci folosind un injector pentru toi cilindrii. Injectorul este de tip electromagnetic lucrnd pe acelai principiu ca i cel prezentat anterior, presiunea de injecie fiind reglat n jurul unei valori prestabilite (circa 0,7 bari), n dependen de presiunea atmosferic ambiental pa i de presiunea furnizat de pompa electrica de benzin pb, la rndul ei dependent de de consumul orar de benzina. Frecvena de deschidere a injectorului este egal cu frecvena aprinderilor, astfel c, pentru fiecare ciclu al fiecarui cilindru, are loc o injecie i deci frecvena f este: f = (n/120)i (15)unde n este turaia motorului i i numrul de cilindrii ai motorului.

n figura 16 se prezint injectorul utilizat n sistemele Mono-Jetronic, care folosete n locul acului 1 o armatur 5, pe care se fixeaz o semisfera 1 care poate etana duza 4 prevazut cu ase canale nclinate A de pulverizare.

Semisfera este apsat pe sediul ei de un arc elicoidal 2, a crui fort de pretensionare trebuie corelat cu greutatea semisferei i cu fora electromagnetic dezvoltat de nfaurarea 3. Benzina intr prin orificiul B i surplusul trece la regulatorul de presiune.

Formele canalelor nclinate A sunt astfel alese i axele lor astfel direcionate, nct jeturile de benzin care le traverseaz ntlnesc pereii cilindrului scurt practicat n duza 4 i formeaz o pnz tronconic a carui grosime de perete crete cu distana de la duz. Conicitatea i distana jetului fa de obturator sunt corelate cu diametrul cilindrului n care se amplaseaz injectorul i obturatorul, aa fel nct jetul de benzin s treac prin interstiiul dintre peretele cilindrului i obturator. Pentru acelai sistem Mono-Jetronic, firma Bosch a dezvoltat un alt tip de injector care folosete un ac conic reinut pe sediul duzei de un resort, acul fiind prelungit cu un tift cilindric. Injectorul cu armtur are avantajul c folosete echipament mobil mai uor i poate lucra cu frecven mai mare dect injectorul cu tift. Un injector cu armtur furnizeaz 388 ml benzin pentru o deschidere continu timp de un minut, la o presiune de injecie de 2,5 bar i temperatura 20 oC i 11,8 ml pentru 1000 injecii cu durata de 2,5 ms la frecvena de 100 Hz. Injectorul cu tift furnizeaz 185-200 ml/min cnd e permanent deschis, la o presiune de 2,5 bar i temperatura de 20 oC i 6-8 ml pentru 1000 injecii cu durata de 2.5 ms la frecvena de 100 Hz. Sistemele de injecie multipunct (denumite de injecie n poarta supapei), sunt prevzute cu un injector de pornire la rece, de tip electromagnetic de construcie

asemntoare cu injectoarele prezentate anterior, dar care nu lucreaz n impulsuri (intermitent), ci inseriate cu un releu termic i cu sursa de alimentare n curent, durata injeciei fiind de ordinul secundelor. n figura 17 se prezint construcia unui astfel de injector electromagnetic, la care injecia este dictat de alimentarea n curent a bobinei 1, cnd miezul electromagnetic 2 e atras de port-duza 3 mpotriva forei arcului de nchidere 4 ; pastila 5 descoper orificiul de intrare a benzinei, astfel c prin duza 6 se pulverizeaz cu efect giratoriu un jet fin de benzin. Flana 7 servete la fixarea injectorului pe colectorul de admisie, iar conectorul 8 permite alimentarea n curent. Canalul 9 se pune n legatur cu tuul de alimentare cu benzin.

De asemenea, la sistemele dotate cu un astfel de injector, benzina suplimentar ce trebuie s mbogeasc amestecul la funcionarea motorului pe perioada de nclzire nu e asigurat numai de acest injector, ci se mrete i durata de injecie a injectoarelor principale (de exemplu, la sistemul D-Jetronic, la temperaturi sub 30o C, durata deschiderii injectoarelor principale crete de trei ori fa de situaia funcionrii motorului la temperaturi peste 60 oC.

Acionarea acestui injector se realizeaz n dou moduri, funcie de motor i de furnizorul instalaiei de injecie:

- cu termocontact simplu;

- cu termocontact temporizat.

Termocontactul simplu alimenteaz injectorul de pornire la rece numai dac temperatura lichidului de rcire al motorului este inferioar unei valori de prag (OoC la unele motoare, sau 15 oC la altele), urmnd s intrerupa funcionarea injectorului atunci cnd se depaete aceast valoare de prag a temperaturii. Principiul de funcionare a termocontactului este bazat pe dilatarea lamelei bimetalice n sensul desprinderii zonei ei de contact cu un alt contact fix. Termocontactul temporizator 1 folosete acelai principiu al contactelor comandate de lama bimetalic, la care peste efectul nclzirii acesteia de la lichidul de rcire al motorului (care dicteaz intrarea n funciune a injectorului de pornire la rece 2, dac la acionarea demarorului lichidul de rcire nu a atins valoarea de prag), se suprapune efectul de temporizare realizat cu rezistenele de nclzire R1 si R2 (figura 18). ntreruperea alimentrii bobinei injectorului 2 poate avea loc dupa 8 secunde (sau 20 secunde la alte sisteme) dac temperatura apei din sistemul de rcire rmne sub 20 oC.

2.6. DEBITMETRUL DE AER

Reglarea debitului de aer n concordan cu debitul de benzin livrat de dozator-distribuitor se realizeaz la majoritatea sistemelor de injecie, cu ajutorul unui debitmetru de aer, construit pe principiul corpului plutitor. Schema constructiv i funcional a unui astfel de debitmetru este prezentat n figura 19.

Debitmetrul este format din talerul 1, care constituie corpul plutitor, difuzorul 2 i prghia 3. Prghia oscileaz n jurul punctului A; la captul opus talerului este fixat contragreutatea de echilibrare 5. Suprafaa relativ mare a talerului 1 asigur fora necesar deplasrii acestuia i a oscilaiei prghiei 3 chiar i la debite mici de aer, corespunztoare regimului de mers n gol. Oscilaiile prghiei 3 sunt transmise, n punctul B, pistonaului-sertar 4 al dozator-distribuitorului de benzin.

Construcia debitmetrului asigur variaia linear a debitului de aer care curge prin seciunea dintre difuzor i taler, n funcie de deplasarea talerului. Astfel, debitul de aer la traversarea difuzorului, in condiiile curgerii turbulente, este:

Qa = dAD(2pa/a)1/2

(16)

n care AD este aria seciunii de curgere dintre taler i difuzor; d coeficientul de debit al debitmetrului; pa = p2 - p1; a densitatea aerului.

Pentru unghiuri mici ale conului difuzorului i n condiiile n care se neglijeaz micarea de oscilaie a talerului, aria AD se determin cu relaia:

AD = Dt y tg, (17)

n care Dt este diametrul talerului i y deplasarea acestuia.

Echilibrul de fore ntre fora produs de presiunea aerului care acioneaz asupra talerului debitmetrului de aer i fora produs de presiunea benzinei care actioneaz asupra pistonului-sertar al dozator-distribuitorului se exprim prin egalitatea:

paAt = pc Aps / (y/x), (18)

n care At = Dt2 /4 este aria suprafeei talerului; Aps = d2ps /4 este aria suprafeei pistonului-sertar; pc presiunea de comand; y/x raportul dintre deplasarea talerului i a pistonului-sertar.

Dac relaiile (17) i (18) se introduc n (16) i dac mrimile invariabile (constante constructive) se cuprind ntr-o constant general C2, atunci rezult:

Qa = C2 y tg (pc/a)1/2 (19)

Relaia (19) arat ca debitul de aer care curge prin seciunea oferit de difuzor i taler este proporional cu deplasarea y a talerului i poate fi influienat de unghiul conului difuzorului i de presiunea de comand pc.

n figura 20 este prezentat caracteristica debitmetrului de aer. n cazul difuzoarelor n form de con simplu, caracteristica debitmetrului este uor degresiv (linia ntrerupt), n special n domeniul debitelor mari, datorit efectelor omise la stabilirea relaiei (17). Corectarea caracteristicii debitmetrului (linia continu) se face prin realizarea unui difuzor cu conul n trepte (figura 21). Pentru un anumit motor, unghiul conului difuzorului poate fi determinat prin calcul. Dac se noteaz cu ma = aQa, cantitatea de aer admis n motor i cu mb = bQb, cantitatea de benzin injectat n motor, atunci din relaiile (14) si (19) rezult:

tg = (ma/mb)(mb/x) {1/[32Aps(y/x)pca]1/2} (20)

Practic, unghiul este determinat de raportul ma/mb, deoarece caracteristica dozator-distribuitorului mb/x, aria suprafeei pistonului-serar Aps, raportul de translaie y/x i densitatea aerului a sunt cunoscute, iar presiunea de comanda pc = 3,7 daN/cm2 i coeficientul de debit = 0,7.

n figura 21 se prezint ansamblul debitmetrului de aer. Corpul 1 i prghiile 3 si 4 se execut din aliaj de aluminiu prin turnare sub presiune. De asemenea, talerul 2 se confectioneaz tot din aluminiu, pentru ca eventualele oscilaii ale temperaturii s nu modifice esenial seciunea de curgere dintre difuzor i taler. Lagrul de alunecare 5, n jurul caruia oscileaz prghia 3, este format dintr-un ax de oel inoxidabil i dou buce din teflon. Rola de contact 6, care realizeaz contactul permanent cu pistonul-sertar al dozator-distribuitorului, este un rulment radial cu ace, inoxidabil.

Dac n colectorul de admisie al motorului, au loc aprinderi ale amestecului aer-combustibil, presiunea gazelor rezultate astfel se transmite direct talerului debitmetrului de aer. n acest caz, talerul va efectua o curs important n sens opus direciei de curgere a aerului de admisie. ocul suportat de taler se amortizeaz cu ajutorul tamponului de cauciuc 7.

Talerele debitmetrelor de aer se construiesc cu diametre ntre 60...110 mm. Corelat cu aceste valori, diametrul pistonului-sertar poate fi dps = 10...17 mm.

Talerele introduc o rezistent gazodinamic mic, echivalent cu 103 N/m2, care produce o reducere a gradului de umplere, n regim nominal, de 1%.

Debitmetrul de aer se monteaz pe direcia de curgere a aerului, n amontele obturatorului. Este de preferat montajul n poziia orizontal a talerului debitmetrului, precum i fixarea acestuia pe supori din cauciuc (pentru evitarea transmiterii vibraiilor motorului care pot influiena debitul de aer admis n motor).

2.7. TRADUCTORUL SONDA LAMBDA Acest traductor detecteaz prezena oxigenului rezidual n gazele arse care au prsit cilindrii (oxigen care nu a participat la reaciile de ardere, considerat a fi excedentar fa de cantitatea teoretic ce ar fi fost pretins de arderea complet a combustibilului introdus n motor). Denumirea traductorului provine de la numele literei greceti cu care se noteaz coeficientul excesului de aer.

= Gaer / Gaer t (21)

n care Gaer reprezint cantitatea real de aer introdus n motor, iar Gaer t este cantitatea teoretic ce ar trebui s asigure un randament unitar al arderii.

Acest traductor a fost aplicat de J.G.Rivard s.a. de la firma Bendix-SUA n 1973 i se bazeaz pe construcia unei celule difereniale de oxigen:

pe o fa a celulei acioneaz presiunea parial p1 a oxigenului atmosferic;

pe cealalt fa acioneaz presiunea parial p2 a oxigenului din gazele arse, astfel c aceast celul se comport ca o pil electric generatoare de tensiune a crei valoare este dat de legea lui Nerst:

e = (R/4F) ln p1/p2(22)

unde R este constanta general a gazelor; -temperatura absolut a gazelor arse; F-constanta lui Faraday.

Varaia tensiunii e n funcie de excesul de aer ( pentru o construcie uzual de sonda Lambda este reprezentat n figura 22, de unde reiese c n jurul dozajului stoichiometric, tensiunea e prezint un salt, indiferent de temperatura gazelor arse. Acest salt constituie semnal de comand prelucrat de blocul electronic central al instalaiei de alimentare cu combustibil.

Se cunoate faptul c funcionarea mas-ului la sarcini medii devine economic pentru coeficienii =1,05...1,15 urmnd ca la sarcini mari s se mbogeasc amestecul (>1) pentru a beneficia de puteri i momente ridicate.

Rezult c sistemele care folosesc traductor lambda vor funciona relativ neeconomic n zona sarcinilor medii (figura 23) deoarece traductorul este sensibil numai n zone foarte restrnse n jurul coeficientului = 1.

Cel mai important avantaj al acestui traductor se manifest n instalaiile mas-urilor depoluate prin tratarea gazelor arse folosind reactori catalitici, pentru c reaciile de postoxidare a CO i a hidrocarburilor nearse HC n aceste reactoare necesit folosirea dozajelor stoichiometrice apte s asigure un volum de postarderi care s menin un anumit nivel de temperatur al reactorului, corespunzator eficacitii lui maxime. Comparaiile ntre concentraiile de produse de poluare ale unui mas fr rector catalitic (linie-punct) i cele realizate prin folosirea lui (linie continu) este prezentat n figura 23 b.

Celula diferenial de presiune este realizat fie pe baza unui material ceramic de tip oxid de zirconiu (ZrO2) fie pe baza unui semiconductor din oxid de titan (TiO2). n ambele situaii se folosete difuzia ionilor de oxigen prin porozitatea materialului, acumularea ionilor pe suprafeele lui genernd tensiunea e.

a) Electrolitul solid 3 constituit din oxizi de zirconiu (figura 24 a) este presat ntre doua suprafete ale electrozilor perforai 1 si 2, o parte fiind expus gazelor arse eapate (camera B) i cealalt, presiunii atmosferice normale (incinta A).

Raportul presiunilor pariale ale oxigenului din atmosfer i a celui din gazele arse, p1 / p2 este de circa 1016...1032 pentru un amestec bogat i doar 102 pentru amestec srac. Cnd coninutul de oxigen din aer cu cele trei gaze sunt egale, tensiunea de ieire e este nul. Ionii negativi de oxigen 4 (notati O2-)din atmosfera traverseaz porozitile electrolitului 3 i formeaz un potenial negativ pe armtura 1, potenial de valoare dependent de cantitatea de oxigen din gazele arse introduse n camera B.

n zonele limit din apropierea electrozilor perforai (zone dublu haurate) au loc urmtoarele reacii:

O2 + 4e 2O2-(zona I)

2O2- O2 + 4e (zona II)

b) Traductorul bazat pe oxizi de titan folosete acest semiconductor care prezint o foarte mare rezistivitate electric la temperaturi ambientale normale (20 oC) daca este n stare pur i expus aerului. Diminuarea coninutului oxigenului se manifest prin apariia unor goluri n materialul semiconductor care acioneaza ca donatori de electroni.

La scderea accentuat a oxigenului crete semnificativ cantitatea electronilor liberi i conductibilitatea materialului tinde s creasc. La o concentraie foarte redus a oxigenului, semiconductorul bazat pe TiO2 este de tipul n. n condiii normale de presiune ambiental i concentraie normal de oxigen n atmosfer, semiconductorul are rezistivitate maxim, iar peste acest punct, semiconductorul devine de tip p. n consecint, rezistena semiconductorului din TiO2 se modific n salturi cnd se trece de la dozaj bogat la dozaj sarac i invers. Are avantajul ca nu necesit expunerea unei suprafee la presiunea atmosferic ambientala (figura 24 b), materialul semiconductor 5 fiind expus numai gazelor eapate introduse prin teaca protectoare perforat 7. Electronii liberi au fost notai cu 6. Acest traductor necesit msuri de compensare funcie de temperatur.

Ambele categorii de traductoare sonda lambda se amplaseaz n pipele de evacuare sau n colectorul de evacuare i n mod obinuit sunt nclzite cu o rezisten electric care le asigur regim termic normal de funcionare i n perioada nclzirii motorului rece. Rezistena de nclzire trebuie s realizeze temperaturi de 300 oC elementului activ n 30 secunde. Ea este alimentata la 12 V si consum circa 10 Watt pentru a se atinge 850 oC. Este de dorit ca temperatura la elementul activ s varieze ntre 500 oC si 850 oC pe ntreaga plaj a regimurilor de funcionare ale mas-ului.

Construcia unei sonde Lambda de tipul ceramic (cu oxizi de zirconiu) este prezentat n figura 25.

Materialul ceramic 2 este protejat contra aciunii gazelor arse de teaca 1 cu perforaii, iar suprafaa interioar vine n contact cu aerul atmosferic introdus prin fantele 7 practicate n tubul protector 5.

Culotul 3 susine ambele protectoare 1 i 5 i permite nurubarea n colectorul de evacuare. Dulia 4 este un electrod care se leag electric cu borna traductorului 8, prin resortul metalic 6. Detaliul D prezint un fragment din materialul ceramic activ acoperit pe exterior i pe interior cu pelicule fine i poroase din platin (notate CE-contacte electrice). Suprafaa ceramic aflat n contact cu gazele eapate este protejat suplimentar cu mbrcminte ceramic poroas A, de protecie la ancrasarea cu reziduri.

Figura1. Schema pompei electrice centrifuge. a)construcie b)schema de calcul

Figura 2. Schema pompei electrice cu role

a)seciune longitudinal b)seciune transversal

Figura 3. Pompa electric cu role

Figura 4. Amplasarea pompei electrice n rezervor

Figura 5. Pompa de alimentare cu vibrator electromagnetic

Figura 6. Ansamblul unui filtru fin de benzin

Figura 7. Schema de principiu a dozator- distribuitorului

Figura 8. Caracteristica de debit a dozator-distribuitorului

220

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

10

0

1 2 3 4 5

X [mm]

Qb [cm3/mm]

Figura 9. Ansamblul dozator-distribuitorului

Figura 11. Ansamblul regulatorului presiunii de comand

Figura 10. Schema regulatorului presiunii de comand

Figura 12. Injector cu tift de pulverizare

care benzina se introduce lateral i spal nfurarea bobinei 3 pe care o rcete.

Injectorul e nseriat cu celelalte injectoare (comport dou orificii, unul de intrare i celalalt de ieire a benzinei sub presiunea de lucru.

Figura 13. Injector cu volum redus de reinere

Figura 14. Tipuri de jeturi de benzin pulverizat de injector

Figura 15. Injector principal folosind curent de aer

Figura 25.Construcia unei sonde lambda pe baz de oxizi de zirconiu.

Figura 16. Injectorul folosit la sistemul Mono-Jetronic

Figura 17. Injectorul de pornire la rece.

Figura 18. Acionarea injectorului de pornire la rece.

Figura 22. Caracteristica sondei lambda

Figura 23. Efectul dozajului asupra emisiilor poluante i a consumului specific; influena reactorului catalitic

Figura 24. Principiul de funcionare al sondei lambda:

a) cu oxizi de zirconium; b) cu oxizi de titan

Figura 19. Schema de principiu a debitmetrului de aer

Figura 20. Caracteristica debitmetrului de aer al echipamentului K-Jetronic

Figura 21. Ansamblul debitmetrului de aer

PAGE 30

_1059044778.unknown

_1060867409.unknown

_1077354189.doc

_1059903749.unknown

_1059903745.unknown

_1058961773.unknown

_1059044722.unknown

_1058960775.unknown