Grupuri motopropulsoare clasice si neconventionale

1. Distributia variabila

Inca din secolul XIX au fost folosite astfel de sisteme la motoarele cu aburi, prin anii 1920 solutia a fost adoptata la unele motoare de aviatie, abia la sfarsitul anilor 1960 fiind

brevetat primul sistem functional capabil de a modifica inaltimea de deschidere a supapelor in timpul functionarii motorului.

Circulatia gazelor in motoarele cu 4 timpi este controlata de supape actionate in cvasitotalitatea cazurilor de arborii cu came. Profilul, pozitia si dimensiunea camelor determina inaltimea de ridicare a supapelor si momentul in care incepe

deschiderea acestora, asigurand in acest fel functionarea optima a motorului la un anumit regim. Utilizand mecanismele de variere a parametrilor mentionati se obtine un domeniu de functionare

optimizata extins contribuind la cresterea performantelor si reducerea consumului si a emisiilor poluante. Motoarele cu mai mult de 2 supape pe cilindru, de exemplu, au elasticitate redusa dar acest dezavantaj poate fi partial compensat prin utilizarea distributiei variabile. La turatii

ridicate ale motorului, o intarziere mai mare a inchiderii supapei de admisie asigura o

umplere mai buna a cilindrilor, insa aceeasi intarziere determina o functionare defectuoasa la

ralanti si in regimuri de turatii scazute, cand o parte din amestecul carburant aspirat este suflat inapoi in admisie.In cazul motoarelor destinate competitiilor optimizarea distributiei se face pentru regimurile de turatii ridicate si din aceasta cauza nu pot mentine o turatie de mers

in gol normala. Descriere, tipuri constructive

Sistemele de distributie variabila sunt capabile sa modificemomentul, durata si inaltimea de deschidere a supapelor(una sau mai multe dintre acestea, in diferite combinatii) in timpul functionarii motorului.

In general, modificarea momentului deschiderii supapei este realizata prin intercalarea unui dispozitiv hidraulic intre pinionul de actionare si arborele cu came, acesta fiind capabil sa

modifice pozitia relativa a celor doua repere, in trepte (doua sau chiar trei in cazul VANOS - BMW) sau continuu. Variatorul foloseste presiunea uleiului din sistemul de ungere al

motorului care este dirijata printr-o electrovalva comandata la randul sau de unitatea de control motor (ECU) si poate fi montat fie pe arborele care comanda supapele de admisie fie atat pe acesta cat si pe cel de evacuare. Strategia de functionare ia in calcul in principal turatia si

sarcina motorului.

Solutiile tehnice difera de la un constructor la altul, existand variante care utilizeaza came multiple cu profile diferite si comuta intre acestea, fiind de mentionat

aici VTEC introdus de Honda in 1989 si MIVEC-Mitsubishi, 1992. Profilul diferit al camelor are avantajul de a avea unul destinat functionarii line, cu emisii reduse la regimuri de turatie joasa, si unul agresiv menit sa asigure maximum de putere la turatii ridicate .

O solutie deosebita se intalneste la unele motoare Ferrari care dispun de came cu profiluri tridimensionale si la care arborele cu came se deplaseaza axial, astfel modificandu-se lobul urmarit de culbutor.

Sistemul de distribuie variabil UniAir utilizat pe motoarele TwinAir i

MultiAir de la Fiat

Colaborarea dintre grupul Schaeffler i Fiat Powertrain a avut ca rezultat proiectarea i fabricarea primuluimotor cu ardere intern, cu sistem de distribuie variabil cu acionare

hidraulic. Sistemul, numit UniAir, controleaz att fazele de deschidere ct i nlimea de ridicare a supapelor.

Foto: Sistemul de distribuie variabil UniAir

Sursa: INA Schaeffler

Potrivit productorilor, un motor cu acest sistem de distribuie, comparativ cu un motor cu distribuie fix, poate reduce semnificativ consumul de combustibil, iar emisiile de CO2 cu

aproximativ 25%. Sistemul UniAir a debutat mai nti pe motorul MultiAir de 1.4 litri, n 4 cilindri, pe benzin, ce echipeaz Alfa MiTo, ulterior fiind utilizat i pe motorul TwinAir, n 2

cilindri, pe benzin, ce echipeaz Fiat 500.

Foto: Motorul MultiAir de la Fiat Sursa: Fiat

Utilizarea sistemului de distribuie UniAir vine cu o serie de avantaje :

o sistem de control al supapelor mai compact

o mbuntirea comportrii motorului la diferite regimuri (pornire, sarcini pariale, accelerri)

o reducerea emisiilor de hidrocarburi (HC) cu pn la 40%, a oxizilor de azot (NOx) cu 60%

o creterea cuplului motor cu aproximativ 15%

Foto: Motorul TwinAir de la Fiat Sursa: Fiat

Sistemul UniAir este un sistem de distribuie cu arbore cu came dar la care controlul supapelor de admisie se face prin comand electrohidraulic. Un mare avantaj este c acest

sistem nu depinde de tipul motorul, se poate utiliza att pe benzin ct i pe diesel, iar pentru acionare utilizeaz uleiul din sistemul de lubrifiere al motorului.

Foto: Sistemul de distribuie variabil UniAir de pe motorul MultiAir

Sursa: INA Schaeffler

Datorit controlului precis al deschiderii supapelor de admisie, sarcina motorului se poate regla fra utilizarea unui obturator, pe toat gama de turaii. n cazul unui motor diesel, sistemul

UniAir permite controlul temperaturii de ardere prin varierea cantitii de gaze arse rmase n cilindri. De asemenea, acest sistem de distribuie permite i varierea raportului de comprimare,

astfel nct s se obin o ardere complet i omogen a amestecului aer-combustibil. Pe lng varierea fazelor de deschidere i a nlimii de ridicare a supapelor de admisie, sistemul UniAir permite deschiderea i nchiderea supapelor de dou ori pe acelai ciclu de

admisie. Aceasta particularitate extinde suplimentar potenialul de control al procesului de ardere.

Foto: Sistemul de distribuie variabil UniAir - elemente componente Sursa: Fiat

1. supap electrohidraulic (comandat de calculatorul de injecie) 2. rezervor de ulei 3. pomp cu piston

4. culbutor de acionare 5. arbore cu came (conine att camele pentru supapele de admisie ct i cele pentru

evacuare) 6. cam admisie 7. cam evacuare

8. canal hidraulic de legtur 9. camer de presiune nalt

10. chiulas 11. supap de admisie 12. supap de evacuare

Pentru deschiderea supapei de admisie (11), cama (6) apas, prin intermediul culbutorului (4), pe pistonul pompei (3). Astfel, pompa creeaz o presiune hidraulic, care se transmite prin

canele de legtur (8) la camerele de nalt presiune (9). n aceste camere se afl tijele supapelor asupra crora va aciona presiunea uleiului i le va deschide. Controlul deschiderii supapelor de

admisie se face de ctre supapa electrohidraulic (1), care variaz presiunea uleiului din camera (9), ceea ce va avea ca rezultat varierea forei de apsare asupra tijei supapei (11).

La acest sistem de distribuie nu exist legtur mecanic direct ntre arborele cu came

(5) i supapele de admisie (11). Comanda de deschidere este dat prin sistemul hidraulic, a crui presiune este controlat de supapa electrohidraulic (1), comandat nchis sau deschis. Cnd

supapa electrohidraulic (1) este complet nchis, datorit incompresibilitii uleiului, sistemul se comport ca un sistem de distribuie clasic, deschiderea supapei de admisie (11) fiind legat de profilul camei (6).

Datorita gradului mare de flexibilitate al deschiderii supapelor, calculatorul de injecie conine o serie de strategii de control, activate n funcie de regimul de funcionare al motorului.

Foto: Sistemul de distribuie UniAir - moduri de funcionare Sursa: Fiat

Full Lift (ridicare total)

Pentru regimul de putere maxim supapa electrohidraulic este tot timpul nchis, iar supapa de admisie se deschide pn la nlimea maxim, urmrind profilul camei. n acest mod

de funcionare se obine puterea maxima la turaii ridicate.

EIVC - Early Intake Valve Closing (nchidere cu avans a supapei de admisie)

La turaii joase, pentru a obine un cuplu ridicat, supapa electrohidraulic este deschis

nainte de sfritul acionrii camei, ceea ce conduce la o nchidere cu avans a supapei de admisie. Acest mod de funcionare elimin curgerea invers a gazelor proaspete, napoi n galeria

de admisie i maximizeaz cantitatea de aer admis n cilindri.

Partial Load (sarcini pariale)

n domeniul sarcinilor pariale supapa electrohidraulic este de asemena acionat mai

devreme, ceea ce conduce la o nchidere cu avans a supapei de admisie. Prin acest mod de acionare se poate controla cantitatea de aer din cilindri n funcie de cup lul cerut de la motor.

Foto: Sistemul de distribuie UniAir - regimuri de funcionare Sursa: MTZ

LIVO Late Intake Valve Opening (deschidere cu ntrziere a supapei de admisie)

De asemenea, n timpul acionrii camei, supapa electrohidraulic poate fi deschis, ceea ce conduce la o ridicare parial i cu ntrziere a supapei de admisie. Astfel, se controleaz

cantitatea de aer ce intr n cilindri precum i turbulena acestuia, obinndu-se o turaie de ralanti redus i stabil.

Multilift (ridicri multiple)

Strategiile de control pentru sarcini pariale i pentru deschidere ntrziat se pot combina ntr-o singur strategie ce are ca rezultat deschiderea multipl a supapei pe ciclul de admisie. Prin

acest mod de funcionare se optimizeaz turbulena n cilindri, fenomen ce are un impact pozitiv asupra procesului de ardere.

Sistemul de distribuie MultiAir a fost proiectat i fabricat astfel nct s satisfac att condiiile de performan ct i de cost. S-a acordat o atenie deosebit dimensiunilor sistemului,

maselor i a frecrilor dintre piesele n micare. De asemenea, utilizarea uleiului de ungere a motorului, pentru acionarea supapelor, s-a dovedit soluia optim din punct de vedere al

costurilor.

Avantajele utilizrii sistemului de distribuie MultiAir sunt sintetizate n tabelul de mai jos :

Emisii CO2 / consum de

combustibil

mai mic cu 25% pe motoarele turbosupraalimentate, cu cilindree redus, la aceeai putere

mai mic cu 10%, pe motoare aspirate, cu aceeai cilindree

Cuplul motor la turaii mici mrit cu 15%

Cuplul motor maxim mrit cu 10%

Puterea maxim mrit cu 10%

Emisii poluante pe

ciclu NEDC

reduse cu 60% pentru oxizi de azot (NOx), funcionare ca EGR intern reduse cu 40% pentru monoxid de carbon (CO) i hidrocarburi

(HC)

Manevrabilitate

Plcerea de a conduce

rspuns rapid la acceleraii

"turbo- lag" redus, la motoarele turbosupraalimentate

Distributia variabila Valvetronic de la BMW

ncepnd cu anul 2001, BMW a introdus noul motor pe benzin, n patru cilindri, echipat cu sistemul de distribuie variabil Valvetronic. Acest motor (cod N42) a fost primul cu distribuie variabil electromecanic, cu variaie continu a nlimii de ridicare a supapelor

de admisie. Datorit acestui sistem de distribuie motorul N42 avea consumul de combustibil mai mic cu 15%, comparativ cu motorul de generaie mai veche.

Foto: Sistemul de distribuie Valvetronic & VANOS Sursa: BMW

De la lansarea primei versiuni de distribuie variabil, sistemul Valvetronic a fost mbuntit continuu astfel nct s satisfac cerinele tot mai severe n ceea ce privete emisiile

poluante i gazele cu efect de ser. Datorit performaelor excepionale ale motoarelor echipate

cu acest sistem de distribuie BMW a produs n anul 2008 peste 2.5 milioane de motoare echipate cu Valvetronic.

Pentru a prentmpina viitoarele norme de emisii poluante, BMW a demarat ncepnd cu anii 1990 studiul privind concepia unui sistem de distribuie variabil. Avnd n vedere

necesitatea de producere n mas a acestui sistem, s-a pus accent pe principiul de funcionare potrivit pentru acest concept. BMW a studiat potenialul sistemelor de distribuie mecanice, hidraulice i electromecanice, precum i combinaii ntre acestea, iar n final s-a decis pentru

utilizarea unui sistem de acionare electromecanic.

Tipul sistemului de distribuie Anul Motorul

Valvetronic generaia I

2001 L4 (N42)

2001 V8 (N62)

2003 V12 (N73)

Valvetronic

generaia II

2005 L6 (N52)

2006 L4 (Mini)

Sursa: MTZ

Motoarele cu sistem de distribuie variabil Valvetronic echipeaz toat gama de automobile BMWprecum i modele Mini i Rolls Royce. A doua generaie de Valvetronic a fost

introdus prima oar pe motorul N52, cu ase cilindri n linie, fiind un sistem optimizat care a permis ndeplinirea normelor de poluareSULEV.

Foto: Componentele sistemului de distribuie Valvetronic

Sursa: BMW 1. chiulas 2. supap de evacuare

3. supap de admisie 4. arbore cu came evacuare

5. motor electric de acionare 6. angrenaj melcat (raport de transmitere 51:1) 7. arbore cu excentric

8. levier intermediar 9. arbore cu came admisie

10. arc de revenire levier intermediar 11. culbutor 12. reazem hidraulic culbutor

Deschidere a supapei de admisie (3) se realizeaz prin intermediul levierului intermediar (8) poziionat ntre arborele cu excentric (7) i culbutor (11). Arborele cu came (9) acioneaz

asupra levierului intermediar care apas pe supapa de admisie. nlimea de ridicare a supapei de admisie este ajustat n funcie de poziia arborelui cu excentric. Astfel, deschiderea supapei se

realizeaz prin combinarea micrii arborelui cu came cu cea a arborelui cu excentric.

Pentru reducerea frecrilor dintre piesele aflate n micare, toate zonele de contact dintre arborele cu excentric (7), levier intermediar (8), culbutor i arbore cu came utilizeaz rulmeni cu

role.

Foto: Sistemul de distribuie Valvetronic vedere asupra sistemului de acionare

Sursa: BMW

Poziia arborelui cu excentric permite o deschidere a supapei de admisie de:

o 0.27 mm la regim ralanti

o 9.7 mm la sarcin maxim

Sarcina motorului este controlat cu ajutorul motorului electric (5) care, n funcie de

poziia pedalei de acceleraie, poziioneaz arborele cu excentric pentru a realiza deschiderea necesar a supapei de admisie. Arcul de revenire (10) are rolul de a menine contactul ntre levierul intermediar i culbutor. Timpul de rspuns al sistemului este 0.3 secunde.

Foto: Valvetronic poziia arborelui cu

excentric pentru deschiderea minim a supapei Sursa: BMW

Foto: Valvetronic poziia arborelui cu

excentric pentru deschiderea maxim a supapei Sursa: BMW

Sistemul de distribuie Valvetronic variaz n mod continuu nlimea de ridicare a supapelor ntre 0.27 mm (regim ralanti) i 9.7 mm (sarcin maxim). mpreun cu sistemul VANOS, care realizeaz variaia continu a fazelor de deschidere i nchidere a supapelor de

admisie i evacuare, distribuia Valvetronic poate regla sarcina motorului fr a avea nevoie de o clapeta obturatoare.

Foto: Sistemul de distribuie Valvetronic varierea nlimii de ridicare a supapelor de admisie Sursa: MTZ (BMW)

Altfel spus, poziia pedalei de acceleraie se transform n nlimea de deschidere a supapei de admisie. Cnd conductorul auto apas pe pedala de acceleraie, calculatorul de

comand a distribuiei Valvetronic ajusteaz, cu ajutorul motorului electr ic (5), poziia arborelui cu excentric (7), reglnd astfel punctul de funcionare al motorului (sarcina i turaia).

Foto: Sistemul de distribuie Valvetronic poziia minim i maxim a supapei de admisie Sursa: BMW

La motoarele cu sistem de distribuie Valvetronic, n regim de funcionare normal, sarcina se regleaz doar din deschiderea supapelor de admisie i nu din clapeta obturatoare. Cu

toate acestea motoarele sunt echipate cu clapete obturatoare care sunt utilizate n condiii speciale:

o la pornirea motorului: clapeta obturatoare este parial nchis pentru a crea vacuum n sistemul de admisie, necesar sistemelor de reducere a polurii; dup pornirea motorului vacuumul este produs n continuare de o pompa de vacuum iar clapeta obturatoare se

deschide complet o n cazul defectrii sistemului de distribuie Valvetronic: motorul funcioneaz n regim de

avarie, sarcina acestuia fiind controlat cu ajutorul clapetei obturatoare Sistemul de control al distribuie Valvetronic conine motorul electric de acionare, o unitate electronic de control (calculator) i un senzor de poziie montat pe arborele cu excentric.

Rolul senzorului de poziie este de a informa unitatea electronic de control dac arborele cu excentric are poziia unghiular dorit. Cererea de cuplu motor a conductorului auto, exprimat

prin poziia pedalei de acceleraie, este trimiscalculatorului de injecie care o transforma n cantitatea de aer necesar i ulterior n nlimea de ridicare a supapei de admisie. Aceasta informaie este trimis unitii de control a sistemului Valvetronic care ajusteaz poziia

arborelui cu excentric pentru a controla cantitatea de aer ce intr n cilindri. A doua generaie de sistem de distribuie Valvetronic vine cu o serie de mbuntiri

menite s reduc timpul de rspuns al sistemului, consumul de combustibil i s creasc puterea specific (litric) a motorului. Pentru a rspunde acestor cerine, asupra sistemului de distribuie s-au efectuat urmtoarele modificri:

o reducerea pierderilor prin pompaj la sarcini pariale prin optimizarea profilului de ridicare a supapelor de admisie

o reducerea frecrilor dintre piesele n micare o optimizarea arderii n cilindri o reducerea maselor pieselor

Foto: Sistemul de distribuie Valvetronic - a doua generaie Sursa: BMW

Pe lng modificrile de ordin mecanic ale pieselor sistemului de acionare s-a modificat i profilul camelor de acionare, cu scopul de a optimiza procesul de ardere. Cele doua supape de

admisie au profil de ridicare diferit, asimetrice. Prin acest procedeu s-a reuit crearea unui efect de vrtej la curgerea aerului n cilindri care are ca impact mbuntirea procesului de ardere, mai

ales la sarcini pariale.

Foto: A doua generaie a sistemului de distribuie Valvetronic vedere a sistemului de acionare a supapelor

Sursa: BMW

Generaia a doua a sistemului de distribuie Valvetronic vine i cu mbuntiri ale

sistemului electronic de control. Astfel poziia arborelui cu excentric este controlat direct de calculatorul de injecie, care conine i etajul de amplificare necesar pentru acionarea motorului de curent continuu.

Sistemul de distribuie Valvetronic interacioneaz cu sistemul VANOS care presupune varierea fazelor de distribuie. n timp ce Valvetronic realizeaz control nlimii de deschidere

ale supapelor de admisie, VANOScontroleaz momentului de deschidere i nchidere al supapelor. Cu aceste dou sisteme combinate se obine varierea continu a nlimii de ridicarea i a fazelor pentru supapele de admisie.

Foto: Sistemul de variere a fazelor de distribuie Dublu VANOS Sursa: BMW

n 1992 motorul E34 a fost primul echipat cu distribuie VANOS, care aciona doar arborele cu came pentru admisie, n doua poziii fixe. Ulterior, n 1996, sistemul a evoluat

n Dublu VANOS care permite varierea continu a fazelor supapelor de admisie i evacuare, ntre o valoarea minim i maxim. Motorul E36 a fost primul care a beneficiat de sistem de distribuie Dublu VANOS.

Foto: Sistemul de variere a fazelor de distribuie Dublu VANOS componente Sursa: BMW

1. arbore cu came 2. lan de distribuie (antrenare)

3. cilindru conductor 4. cilindru condus 5. supap electromagnetic

Sistemul Dublu VANOS permite modificarea momentului de deschidere a supapelor prin controlul poziiei unghiulare a arborelui cu came (1). La un sistem clasic de distribuie ntre

lanul/cureaua de acionare i arborele cu came exist o legtur fix, care nu permite micarea relativ ntre cele dou componente. La sistemul VANOS se poate modifica poziia arborelui cu came n raport cu lanul de antrenare, datorit camerei hidraulice aflat ntre cilindrul conductor

(3) i cel condus (4). Prin controlul presiunii din acesta camer hidraulic se poate poziiona cilindrul (4) n raport cu cilindrul (3). Presiunea de ulei este controlat prin intermediul unei

supape electromagnetice (5) comandata de calculatorul de injecie. Pentru fiecare arbore, de admisie sau evacuare, exist cte o supap electromagnetic care pot fi acionate independent una fa de cealalt.

Foto: Exemplu de fazele de distribuie ale sistemului Dublu VANOS Sursa: e-automobile.ro

Sistemul VANOS ajusteaz poziia unghiular a celor doi arbori cu came. Rezultatul const n creterea cuplului motor la turaii joase i mai mult putere la turaii nalte, reducndu-

se n acelai timp consumul de combustibil i emisiile poluante. La turaii joase arborele cu came de admisie este poziionat astfel nct supapele de admisie s se deschid cu ntrziere, mbuntindu-se astfel stabilitatea turaiei de ralanti. Odat

cu creterea turaiei supapele de admisie se deschid cu avans, mai mult aer ptrunde n cilindri, ce are ca efect creterea cuplului motor. La turaii foarte nalte supapele de admisie se deschid cu

ntrziere pentru a permite obinerea puterii maxime. Cu sistemul Dublu VANOS se poate controla i cantitatea de gaze arse, reziduale, ce rmn n cilindri. Prin suprapunerea prelungit a timpului de deschidere a supapelor de admisie

i evacuare sistemul funcioneaz ca un EGR intern, prin care se reduc emisiile poluante. De asemenea varierea fazelor de distribuie este utilizat i la pornirea motorului, n faza de

nclzire, pentru a permite catalizatorului pe trei ci i sondei lambda s ating mai repede temperatura nominal de funcionare. Prin utilizarea sistemului Valvetronic, pentru prima oara pe un motor cu ardere intern cu

benzin sarcina motorului poate fi controlat fr utilizarea unei clapete obturatoare. Datorit acestui avantaj pierderile de pompaj sunt reduse la minim cu efect asupra creterii

performanelor dinamice i a reducerii consumului de combustibil. Testele efectuate asupra primului motor cu patru cilindri, echipat cu sistem de distribuie Valvetronic, au artat o reducere cu 15% a consumului de combustibili i o cretere cu 20% a

performanelor dinamice, comparativ cu motorul predecesor. Un motor pe benzin aspirat, echipat cu a doua generaie de distribuie Valvetronic, poate ajunge la puteri specifice de peste

90 CP/litru i cuplu motor specific de 105 Nm/litru, respectnd n acelai timp reglementrile n ceea ce privete emisiile poluante. Cu tehnologia Valvetronic s-a reuit reducerea consumului de combustibil pentru toat

gama de motoare pe benzin, automobilele putnd fi comercializate pe plan internaional

deoarece sistemul nu este sensibil la calitatea combustibilului. De asemenea, toate reglementrile de emisii poluante n vigoare sunt ndeplinite, inclusiv cele extrem de severe cum ar

fi SULEV din USA.

2. Motoare rotative

Scurt istoric Motorul rotativ a fost patentat in 1936 de catre inginerul german Felix Wankel. Primele

desene si prototipuri au fost create in anii 1920, insa doar in anii 1950 cand Wankel a inceput colaborarea cu producatorul german de masini si motociclete, NSU, motorul a ajuns sa fie

dezvoltat la un nivel la care sa poata fi utilizat pe un vehicul. Principiile de functionare ale motorului rotativ Ca si un motor cu piston, motorul rotativ foloseste presiunea creata cand o combinatie de

aer si combustibil este arsa. La un motor cu piston, presiunea este creata in cilindri si forteaza pistoanele sa se miste inainte si inapoi, iar prin sistemul biela-manivela si arborele cotit, aceasta

miscare liniara este transformata intr-o miscare de circulara necesara pentru deplasarea masinii.

Motorul rotativ foloseste acelasi principiu de transformare a presiunii in miscare de

rotatie, ca si la motoarele cu piston. Motorul Wankel este un motor in 4 timpi de o constructie

mai simpla decat motoarele clasice cu ardere interna. Iata mai jos o schema cu principiul de

functionare

Partile componente ale unui motor Wankel Constructia motorului Wankel este relative simpla si compacta. Principalele piese

componente sunt:

Rotorul. Rotorul are 3 fete convexe, fiecare actionand ca un piston. Fiecare fata

are un buzunar care permite mai mult spatiu pentru amestecul de aer si combustibil. La varful fiecarei fete gasim o lama de metal pentru a separa camerele motorului.

Corpul motor. Carcasa este forma aproximativ ovala. Forma camerei de combustie este conceputa in asa fel incat cele 3 varfuri ale rotorului sa ramana

mereu in contact cu peretele camerei, formand 3 volume sigilate de gaz. Fiecare parte a carcasei este dedicate unuia din cele 4 procese: admisie, compresie, ardere sievacuare

Orificiile de admisie si evacuare se gasesc in carcasa si nu exista supape pentru acestea. Orificiul de evacuare se conecteaza direct la sistemul de evacuare, iar

orificul de admisie se conecteaza direct la acceleratie.

Arborele. Axul principal este prevazut cu came montate excentric si fiecare rotor

se aseaza pe una din aceste came.

Avantaje si dezavantaje al motorului rotativ Wankel

Motorul Wankel are destul de multi fani care apreciaza structura simpla, durabilitatea si fiabilitatea lui. Greutatea mica si dimensiunea redusa sunt elemente cautate mai ales de cei care

doresc o masina cu character sportiv. Un aspect interesant este plaja cuplului motor care este constanta indiferent de turatie.

Prin structura simpla, fara pistoane, biele, valve mecanice sau curele, este mai usor de

fabricat si datorita pieslor in miscare mai putine este si mai fiabil. Trebuie luat in considerare si faptul ca daca motorul functioneaza la 8.000 rpm, rotorul se invarte doar la o treime ceea ce in

timp il face mult mai fiabil decat motoarele cu pistoane. La capitolul dezavantaje trebuie amintit ca etanseizarea camerelor nu este foarte buna si

de aici rezulta benzina nearsa si implicit un consum mare. Un alt mare minus in zilele noastre

este dat de faptul ca emisiile de gaze sunt semnificativ mai mari decat la un motor classic.

3. Motoare cu raport de comprimare variabil

Avantajele motoarelor cu VCR

O caracteristica importanta a motoarelor de automobil este marea varietate a regimurilor

de functionare. Printre acestea, regimurile de sarcini mici si mijlocii au un rol esential, deoarece

functionarea la aceste regimuri este definitorie pentru economicitatea motorului. Din nefericire,

la aceste regimuri randamentul termic este mult diminuat n comparatie cu cel nregistrat la

sarcina plina. n concluzie, ar trebui cautate solutiile constructive care actioneaza ndeosebi n

zona acestor regimuri, pentru a determina o crestere a randamentului termic.

n cazul motoarelor cu aprindere prin scnteie, controlul cantitativ al sarcinii prin

obturarea canalului de admisie determina nu numai pierderile prin pompaj dar si micsorarea

raportului real de comprimare al gazelor (p). Datorita valorii fixe (invariabile n timpul

functionarii) a raportului geometric de comprimare (v), masa mai mica de ncarcatura proaspata,

ce rezulta n urma scaderii nivelului de sarcina, va ocupa acelasi volum la sfrsitul cursei de

comprimare, astfel ca amestecul va fi mai putin comprimat fata de situatia nregistrata la sarcina

plina. Acesta constituie principalul dezavantaj al motoarelor cu aprindere prin scnteie. Rezulta,

deci, ca devine economica cresterea raportului geometric de comprimare (v) cu scaderea

nivelului de sarcina, n acest mod gradul sau raportul real de comprimare al gazelor (p) fiind

refacut.

n etapele sale de evolutie motorul a trecut de la un reglaj manual al avansului la

aprindere, la deja perimatul ruptor-distribuitor care nseamna un reglaj automat n functie de

sarcina si turatie. De asemenea, carburatorul a devenit din ce n ce mai sofisticat, iar n cele din

urma s-a trecut la actualul sistem de injectie electronica de benzina, n care dozajul se face n

functie de sarcina, turatie, temperatura si alti parametri de functionare - adica tot la un sistem

automat. n plus fata de acestea, renuntarea la sistemul de distributie fixa, optimizat pentru un

singur regim de functionare (de regula, regimul sarcinii pline) si trecerea la un sistem de

distributie variabila cu sarcina si cu turatia a fost deja facuta.

Este deci absolut logica, n evolutia motorului, trecerea la automatizarea reglarii

proceselor fundamentale, respectiv la variatia raportului geometric de comprimare.

4. Schimbarea modului de aprinde a combustibilului

PRINCIPIUL DE FUNCIONARE AL MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN

COMPRIMARE CU AMESTEC OMOGEN

La MAC-AO, la fel ca i la motoarele convenionale cu aprindere prin scnteie,

combustibilul este amestecat cu aerul fie n galeria de admisie fie n interiorul cilindrului (n

cazul injeciei directe). Amestecul format este apoi comprimat in timpul cursei de comprimare.

La finalul procesului de comprimare, amestecul se autoaprinde ntr-un mod similar cu

autoaprinderea la motoarele convenionale cu aprindere prin comprimare.

Pentru a exista condiiile necesare autoaprinderii la sfr itul procesului de comprimare,

temperatura amestecului de la nceputul procesului de comprimare trebuie ridicat. Acest lucru

se poate realiza fie prin nclzirea aerului admis fie prin meninerea unei pri din gazele arse n

cilindru. Folosind una din aceste metode, temperatura din timpul procesului de comprimare

crete, ceea ce grbete reaciile chimice premergtoare procesului de ardere a amestecului aer-

combustibil omogen.

OBINEREA MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN COMPRIMARE CU

AMESTEC OMOGEN PLECND DE LA PLATFORMA MOTOARELOR CU

APRINDERE PRIN SCNTEIE

La MAC-AO derivate din motoarele cu aprindere prin scnteie, aprinderea este obinut

controlnd temperatura, presiunea i compoziia amestecului aer-combustibil, astfel nct arderea

s nceap la momentul potrivit, evitndu-se degajrile brute de cldur.

Spre deosebire de motoarele clasice cu aprindere prin scnteie sau cu aprindere prin

comprimare, nu exist un mecanism direct de iniiere a aprinderii, cum este scnteia dat de bujie

la MAS sau injecia de combustibil la MAC. Din acest motiv, condiiile iniiale au o influen

foarte mare asupra procesului de ardere.

n cazurile ideale, arderea la MAC-AO este declanat de o autoaprindere a amestecului

deja format n tot volumul camerei de ardere. Spre deosebire de motoarele clasice cu aprindere

prin scnteie, nu exist un front al flcrii. La MAC-AO se poate observa apariia mai multor

nuclee de autoaprindere. Cldura se degaj din acest motiv mult mai repede, procesul de ardere

apropiindu-se foarte mult de procesul de ardere la volum constant caracteristic MAS ideale. n

figura 2.5 se poate observa diferena dintre funcionarea n regim MAC-AO i funcionarea n

regim MAS a unui motor meninnd constani parametrii de funcionare. Se observ o cretere a

presiunii mult mai brusc n cazul MAC-AO dect n cazul MAS.

Figura 2.5. Presiunea din cilindru n timpul funcionarii motorului ca MAS i ca MAC-AO[102]

5. Propulsia autovehiculelor utilizand turbine cu gaze

Definiia turbo supraalimentrii

Un motor aspirat este un motor la care introducerea aerului n motor se face datorit depresiunii creat de deplasarea pistonului ctre arborele cotit n timpul curse i de admisie. Se numete aspirat deoarece aerul este introdus la o presiune inferioar presiunii atmosferice (< 1

bar). n cazul motoarelor supraalimentate aerul, nainte de a fi introdus n cilindru, este precomprimat de un compresor, presiunea ajungnd la valori de pn la 2.5 3 bari. Turbo

este termenul care arat c gazele de evacuare sunt utilizate, prin intermediul unei turbine, pentru a pune n micare compresorul.

Construcia i funcionarea unui grup turbo-compresor

Un sistem de supraalimentare cu turbo-compresor este compus n principal din: turbin, arbore de antrenare i compresor. Turbina i compresorul sunt fixate ntre ele printr-un arbore de

antrenare. n cazul turbinei gazele de evacuare intr radial i ies axial iar n cazul compresorului aerul este aspirat axial i refulat radial.

Alt: Sistem de turbo supraalimentare.

Foto: Wikimedia Commons

Cum funcioneaz? Gazele de evacuare rezultate n urma arderii au o vitez foarte mare deci energie cinetic foarte mare. Acestea sunt colectate n galeria de evacuare i apoi

redirecionate spre turbin care, n contact cu gazele evacuate, este pus n micare. La rndul ei turbina antreneaz compresorul care aspir aer din galeria de evacuare i- l comprim nainte sa

fie introdus n cilindru.

Foto: Seciune printr-un turbo-compresor Sursa: Bosch

Tehnologia turbo supraalimentrii utilizat n industria automobilelor vine n mai multe variante. Clasificarea major se face n funcie de geometria grupului turbin, de prezena sa u

absena sistemului de rcire al aerului comprimat i de numrul de grupuri turbo-compresor utilizate.

Tipuri de turbine utilizate

Turbina cu geometrie fix (FGT) plus wastegate (supap de refulare) i intercooler (rcire intermediar). Atenie! Geometrie fix sau variabil nu se refer la geometrie efectiv a turbinei

ci la geometria galeriei prin care trec gazele de evacuare.

Foto: Sistem de turbo supraalimentare cu turbin cu geometrie fix, intercooler i wastegate.

Principiul de funcionare este simplu, aerul este aspirat n compresor dup ce a trecut prin filtrul i ridicat le o presiune superioar nainte de a fi introdus n motor. Datorit presiunii

ridicate dup comprimare temperatura aerului crete ceea ce conduce la o scdere a densitii deci implicit a masei de aer proaspt. Creterea temperaturii este rezultatul combinat a trei factori:

o adaosul de energie suplimentar datorit procesului de comprimare o curgerea turbulent a aerului prin compresor

o transferul de cldur de la turbin la compresor

Temperatura ridicat a aerului admis n motor are efecte negative asupra performanelor motorului, consumului i a emisiilor poluante. Pentru a elimina aceste dezavantaje se recurs la

rcirea aerului comprimat prin intermediul unui intercooler, sistem care aduce urmtoarele avantaje:

o creterea densitii aerului admis n motor, ce are ca efect creterea puterii motorului cu pn la 25% fa de versiunea fr rcire intermediar

o reducerea tensiunilor termice asupra turbinei i motorului datorit scderii temperaturii din

cilindrii o scderea consumului de combustibil cu pn la 5% fa de versiunea fr rcire

intermediar, mai ales datorit eficienei ridicate a rcirii la turaii sczute

Foto: Radiatorul de rcire intermediar a aerului comprimat (intercooler) Sursa: Wikimedia Commons

Sistemul de rcire este pentru majoritatea automobilelor de tipul aer-aer, adic fluxul de aer exterior este utilizat pentru rcirea aerului comprimat. Rcirea se face cu ajutorul unui

radiatorul care se poziioneaz de obicei n faa radiatorului de rcire al motorul.

n cazul sistemelor de supraalimentare cu turbin cu geometrie fix dimensionarea acestora se face astfel nct presiunea furnizat de compresor s aib valori mari ncepnd de la

valori mici ale turaiei motorului. Problema apare la turaiile mari ale motorului deoarece presiunea generat de compresor este prea mare i poate afecta stabilitatea mecanic i termic a

motorului. Soluia vine odat cu utilizarea unei supape de refulare numit wastegate care la regimuri de turaie ridicate se deschide i redirecioneaz gazele de evacuare ocolind turbina. Astfel este limitat debitul de gaze arse din turbin care conduce la o limitare a turaiei

compresorului i deci o limitare a presiunii aerului comprimat.

Foto: Turbin cu geometrie fix i wastegate

Sursa: Wikimedia Commons

Acionarea supapei de refulare se face cu ajutorul unei tije care de obicei este comandat pneumatic. Deschiderea sau nchiderea supapei de refulare se face automat, n funcie de

presiunea aerului dup compresor sau prin acionarea unei electro-supape comandat de calculatorul de injecie. n cazul n care comanda se face electronic este necesar prezena unui

senzor de presiune pe galeria de admisie.

Motorul cu 6 cilindrii n linie, pe benzin, turbo supraalimentat, de la BMW (Twin-Turbo) este compus din dou grupuri turbo-compresor, un grup pentru fiecare set de 3 cilindrii.

Turbinele sunt cu geometrie fix iar limitarea presiunii aerului admis se face cu ajutorul unor supape de refulare.

Foto: Twin-Turbo Sursa: BMW

Continental este unul din furnizorii de grupuri turbo-compresor pentru industria de

automobile. n imagine este prezentat un sistem de turbo supraalimentare cu turbin cu geometrie fix, destinat motoarelor pe benzin. Observai cilindrul pneumatic conectat la tija de acionare a

supapei de refulare. Limitarea presiunii de supraalimentare se face automat utiliznd presiunea aerului precomprimat.

Foto: Grup turbo-compresor cu turbin cu geometrie fix i wastegate. Sursa: Continental

O alternativ la turbinele cu geometrie fix i supap de refulare este turbina cu geometrie variabil (VGT). Constructiv turbina este aceeai ca n cazul celei cu geometrie fixe.

Diferena este dat de existena unor palete la intrarea n turbin care ajusteaz seciunea de curgere a gazelor de evacuare. Modificarea seciunii de curgere are ca efect modificare vitezei de curgere a gazelor deci implicit a turaiei turbinei. Acest mecanism permite controlul presiunii de

supraalimentare prin controlul turaiei compresorului.

Foto: Turbin cu geometrie variabil Sursa: Turbo Technics

Turbina cu geometrie variabil permite modificarea seciunii de curgere a gazelor de evacuare n funcie de regimul de funcionare al motorului. Acest lucru faciliteaz utilizarea

optim a grupului turbo-compresor, ceea ce conduce la creterea randamentului motorului termic n comparaie cu versiunea de turbo-compresor cu geometrie fix i wastegate.

Poziia paletelor pentru o turaie sczut a motorului

Poziia paletelor pentru o turaie ridicat a motorului

Foto: Turbin cu geometrie variabil Sursa: Borg Warner

Un element important al unui grup turbo-compresor sunt bucele de frecare situate ntre

arborele ce conecteaz turbina de compresorul i carcas. Acestea sunt confecionate din bronz i au rolul de a reduce frecare n timpul funcionrii turbo-compresorului. Pentru lubrifierea i rcirea pieselor n micare se utilizeaz uleiul motor la o presiune de aproximativ 4 bari. Turaiile

la care pot ajunge turbo-compresoarele se situeaz n jurul valorii de 180.000 rot/min. Aceste solicitri extreme impun o echilibrare perfect a pieselor n micare precum i un debit de ulei

adecvat.

Acionare palelor turbine cu geometrie fix se face de obicei cu ajutorul unui cilindru pneumatic comandat electronic. Pentru un control mult mai precis al presiunii de supraalimentare

este necesar utilizarea sistemelor de acionare electrice. De exemplu Mahle a dezvoltat un grup turbo-compresor cu geometrie fix la care acionarea wastegate-ului se face cu un motor electric.

Foto: Turbo-compresor cu acionare electric Sursa: Mahle

Avantajele turbo supraalimentrii

n comparaie cu un motor termic aspirat ce produce aceeai putere maxim, consumul de

combustibil al unui motor turbo supraalimentat este mai mic, fenomen datorat i recuperrii unei pri din energia disipat n gazele de evacuare care este utilizat pentru mbuntirea randamentului general al motorului. De asemenea datorit capacitii cilindrice mai reduse al

unui motor turbo se reduc i pierderile termice i prin frecri contribuind la creterea randamentului.

Foto: Comparaie curbe de cuplu motor (motor aspirat vs. motor turbo la aceeai capacitate cilindric)

Caracteristica de cuplu al unui motor turbo supraalimentat are urmtoarele avantaje n comparaie cu un motor aspirat:

o cuplul maxim este produs ncepnd cu turaiile joase o cuplul maxim este constant pe o plaja mai larg de turaii

Performanele unui motor turbo supraalimentat sunt net superioare unui motor aspirat mai

ales n cazul exploatrii acestora n zone cu altitudine rid icat unde pierderea semnificativ de putere afecteaz majoritatea motoarelor aspirate datorit presiunii sczute.

Avantajele turbo supraalimentrii sunt evidente att n ceea ce privete performanele dinamice ct i emisiile poluante. Tendina constructorilor auto este de a introduce turbo supraalimentarea pe toate noile motoare, n acest mod pstrnd performanele dinamice dar la o

cilindree mai mic. Tehnologiile de supraalimentare au evoluat considerabil datorit cerinelor de reducere a consumului pe de-o parte i datorit unui trend ascendent n ceea ce privete puterea

raportat la capacitatea cilindric pe de alt parte. Noile tehnologii turbo, dubl supraalimentare (R2STM) sau acionarea electric a compresorului (e-Booster) sunt deja pe lista de componente ale productorilor de automobile. Construcia i modul de funcionare ale acestor tehnologii vor

fi dezbtute n articolele viitoare.

6. Utilizarea unor cutii de viteze moderne

Transmisiile care au n componen CV mecanice n trepte ofer maxim cinci sau ase

rapoarte de transmitere, ceea ce determin rezolvarea n mod incomplet, discontinuui frecvent

neeconomic a adaptrii motorului la cerinele autopropulsrii automobilului.

Utilizarea cu eficien maxim a performanelor sursei energetice este posibilnumai prin

utilizarea unei CV cu variaie continu a raortului de transmitere. Transmisiile cu variaie

continu a raportului de transmitere, denumite CVT au n componena lor, pelng mecanismele

clasice de adaptare i transfer al fluxului de putere, convertizoaremecanice de cuplu cu variaie

continu a raportului detransmitere. Variatoarele(convertizoarele) mecanice utilizate n

ansamblul CVT sunt sisteme mecanice n caretransformarea succesiv a energiei se face n

cadrul aceleiai forme de energie (energiemecanic). Variatoarele mecanice ce intr n

componena CVT sunt bazate pe principiultransmiterii fluxului de putere ntre unitatea de intrare

i cea de ieire printr-un elementde legtur, rigid sau flexibil, care prin modificarea poziiei fa

de aceste dou elementedetermin modificarea raportului de transmitere. Singura soluie

aplicabil n produciade serie este cea a convertizoarelor cu fulii de diametru variabil, cu

element intermediar flexibil, continuu sau articulat. n prezent, CVT sunt impuse de potenialul

lor noptimizarea funcionrii globale a grupului motopropulsor, de confortul oferit

nconducere i de disponibilitile de conlucrare cu sursele energetice alternative n cazul

automobilelor hibride.

Utilizarea CVT asigur:

mbuntirea performanelor dinamice i de consum, n special n regimurile tranzitorii, prin adoptarea din domeniul de reglare a raportului optim de

transmitere;

sporirea duratei de utilizare a motorului prin transmiterea fluxului de putere n

modcontinuu;

ameliorarea confortului n conducere prin automatizarea cuplrii ambreiajului i a

schimbrii rapoartelor de transmitere;

mbuntirea controlului emisiilor poluante i reducerea nivelului de zgomot

6.1.Cutii de viteze cu variatie continua a raportului de transmisie

Dup cum spune i numele, transmisiile cu variaie continu (CVT), comparativ cu

transmisiile cu rapoarte fixe, i modific raportul de transmitere continuu ntre o valoare

minim i maxim. Transmisiile clasice mecanice, fie c sunt automate sau manuale, au un

numr finit de rapoarte iar schimbarea acestora se face n salturi. Teoretic o transmisie cu variaie

continu are un numr infinit de rapoarte .

Fig.1.1- Variatorul de tura ie al unei transmisii cu variaie continu

A raportul de transmitere cel mai mare al variatorului (2.52) echivalentul primei trepte dintr-

o cutie manual B raport intermediar C raportul de transmitere cel mai mic al variatorului (0.423) echivalentul ultimei trepte dintr-

o cutie manual

1. fulia conductoare

2. fulia condus

a intrarea de la motor b ieirea din variator

Micare curelei metalice are dou componente:

o micarea de rotaie pentru transmiterea cuplului motor

o micare plan paralel pentru varierea raportului de transmitere

Prile mobile ale celor dou fulii se deplaseaz axial fiind acionate de cilindri hidraulici. Prin

modificarea presiunii din cilindri, partea mobil se apropie sau se deprteaz de partea fix. n figura de mai sus partea mobil a fuliei conductoare (1) este deprtat de partea fix (presiune sczut n cilindrul de acionare), raza de nfurare a curelei metalice fiind minim. n acelai

timp partea mobil a fuliei conduse (2) este apropiat de partea fix raza de nfurare a curelei metalice fiind maxim.

Apropierea i deprtarea prilor mobile a celor dou trebuie s se fac sincronizat i n sens opus. Cnd partea mobil a fuliei conductoare (1) se apropie de partea fix partea mobil a fuliei conduse (2) trebuie s se ndeprteze de partea fix. n caz contrar, dac cele dou pri

mobile se apropie de prile fixe simultan, cureaua metalic se va rupe deoarece ambele raze de nfurare pe fulii vor crete. Similar, dac cele dou pri mobile se ndeprteaz de prile fixe

simultan, cureaua metalic va patina deoarece ambele raze de nfurare pe fulii scade.

Cuplul se transmite n variator prin frecare, cu ajutorul curelei metalice. Cureaua este compusa dintr-o serie de componente metalice trapezoidale care sunt grupate de mai multe benzi

metalice. Frecare curelei cu cele dou fulii se realizeaz pe pereii laterali ai componentelor metalice. Micare de la fulia conductoare este transmis la fulia condus de curea, prin

mpingere (push-type belt).

Fig.1.2 - Cureaua metalic a unei t ransmisii cu variaie continu

6.2.Cutii de viteze automata cu reductor planetar si convertizor

hidraulic

Transmisia unui automobil mai are n componen, pe lng cutia de viteze, un dispozitiv

de cuplare (ambreiaj sau hidrotransformator) i un diferenial. Variaia continu a raportului

de transmitere se face n cutia de viteze, numit i variator de turaie.

Fig.1.3 - Schema cinematic a transmisiei cu varia ie continu CVT ZF CFT 23

A hidrotrasformator 1. ambreiaj de blocare 2. turbin

3. pomp 4. stator / difuzor

5. pomp de ulei

B mecanism planetar

1. ambreiaj pentru mersul nainte

2. ambreiaj pentru mersul napoi

C variatorul de turaie

1. partea fix a fuliei conduse

2. partea mobil a fuliei conduse 3. curea metalic

4. partea mobil a fuliei conduse 5. partea fix a fuliei conduse

D reductor intermediar

1. angrenaj intermediar 2. angrenaj diferenial

E diferenial

Hidrotransformatorul (A) este compus dintr-o pomp (3) conectat la arbore cotit al motorului, oturbin (2), un stator (4) i o pomp de ulei (5). Micarea se transmite prin

intermediul unui fluid de lucru (ulei de transmisie) care este antrenat de pomp, trecut prin stator i introdus n turbin care transmite micarea mai departe la mecanismul planetar. Ambreiajul de

blocare (1) are rolul de a rigidiza pompa hidrotransformatorului de turbin crescnd randamentul acestuia.

Mecanismul planetar (B) cu ajutorul celor dou ambreiaje schimb direcia de rotaie a

arborelui fuliei conductoare. Cnd ambreiajul multidisc (1) este cuplat automobilul se deplaseaz nainte iar la cuplareaambreiajului multidisc (2), ambreiajul (1) fiind decuplat, fulia

conductoare se rotete n sens invers iar automobilul se deplaseaz napoi.

Variatorul de turaie (C) modific raportul de transmitere prin modificarea razei de nfurare a curelei metalice (3) pe cele dou fulii. Controlul razei de nfurarea se face prin

poziionarea prilor mobile ale celor dou fulii.

Reductorul intermediar (D) amplific cuplul de ieire din variator i are raportul de

transmitere de 1.593.Diferenialul (E) distribuie cuplul ctre cele dou roi motoare i are raportul de transmitere de 2.72.

6.3.Avantaje/Dezavantaje

Avantajele principale ale transmisiei cu variaie continu sunt modificarea continu, fr oc a raportului de transmitere i posibilitatea de a varia viteza automobilului

meninnd constant punctul de funcionare al motorului.

Cu toate acestea transmisiile cu variaie continu sunt apreciate mai mult pe piaa asiatic de automobile (Japonia, Coreea de Sud, China) i mai puin pe piaa european, datorit

percepiei diferite a conductorului auto asupra automobilului. La transmisiile cu variaie continu, n funcie de regimul de funcionare al motorului, turaia motorului se menine

constant n timp ce viteza automobilului crete. Acest comportament nu este bine perceput de conductorii obinuii cu cutii de viteze n trepte.

Marele dezavantaj al CVT-urilor este pierderea relativ mare de cuplu, din acest motiv fiind utilizate in special pe automobilele mai putin puternice. Recent, constructorii Toyota, Lexus

si Ford si-au dotat unele modele hibride cu un nou model de CVT actionat electric sau E-CVT.

6.4.Constructori

Ford

Durashift CVT

Caracteristicile tehnice ale transmisiei

Durashift CVT de la Ford

o cuplul maxim motor: 240 Nm la 3900

rot/min o puterea maxim motor: 163 CP la 6000

rot/min

o gama de variaie a turaiei motorului: 750 6500 rot/min

o cuplul maxim al hidrotransformatorului (de intrare n variator): 360 Nm

o raportul de transmitere minim al

variatorului: 0.423 o raportul de transmitere maxim al

variatorului: 2.52 o gama de variaie a rapoartelor de

transmitere: 6.0

o raportul de demultiplicare al angrenajului intermediar: 1.593

o raportul de demultiplicare al diferenialului: 2.72

o masa total: 82.5 kg

NISSAN XT RO N IC CV T

Honda

7.Stratificarea amestecului

Injecia indirect (MPI, EFI, PFI) Introducerea sistemelor electronice pentru controlul injeciei de combustibil, ncepnd cu

anii 1980, a fcut posibil funcionarea motorului cu amestec stoichiometric, ceea ce a condus la utilizarea sondelor de oxigen i a catalizatorului pe trei ci.

Comparativ cu sistemele de alimentare pe baz de carburaie, injecia indirect de combustibil are urmtoarele avantaje:

1. reduce emisiile poluante datorit posibilitii utilizrii senzorului de oxigen i

a catalizatorului; 2. crete cuplul i puterea motorului datorit mbuntirii randamentului volumetric

(umplere mai bun a cilindrilor cu amestec aer-carburant). Deficiena carburaiei relativ la randamentul volumetric se datoreaz utilizrii unui tub Venturi;

3. reduce consumul de combustibil datorit amestecului stoichiometric i a egalizrii

cantitii de combustibil injectate pentru fiecare cilindru; 4. rspunsul motorului la acceleraii devine mai rapid datorit controlului mai precis al

cantitii de combustibil injectate;

Monopunct Multipunct

Foto: Sistem de alimentare cu injecie indirect - scheme de principiu Sursa: Bosch

1. alimentare cu combustibil 2. admisie aer 3. obturator

4. galeria de admisie 5. injector (injectoare)

6. bloc motor

Cu toate c injecia indirect (n galeria de admisie, n dreptul supapei de admisie) are avantaje semnificative comparativ cu sistemul de alimentare cu carburator nu mai poate ndeplini

cerinele actuale legate de emisiile poluante i de mbuntire a performanelor dinamice. Injecia direct (GDI, FSI)

Sistemele de injecie de benzin direct n cilindru au nceput s fie studiate i implementate pe automobile ncepnd cu anii 1990. Avantajele acestui sistem comparativ cu injecia indirect sunt numeroase:

1. eliminarea depunerii de benzin pe pereii galeriei de evacuare i pe supape. 2. mbuntirea controlului amestecului aer-combustibil.

3. reducerea pierderilor prin pompaj (aspiraia aerului) n modul de funcionare cu amestec stratificat.

4. mbuntirea randamentului termic, n timpul funcionrii cu amestec stratificat, datorit

raportului de comprimare mai ridicat. 5. scderea emisiilor de CO2 i a consumului de combustibil datorit posibilitii

funcionrii cu amestec stratificat. 6. scderea pierderilor prin cldur datorit funcionrii cu amestec stratificat 7. nclzirea mai rapid a catalizatorului prin divizarea i ntrzierea injeciei de combustibil

n faza de evacuare. 8. pornire mai bun la rece datorit pulverizrii mai bune a combustibilului.

9. rspuns mai bun la acceleraii.

Foto: Sistem de alimentare cu injecie direct - scheme de principiu Sursa: Bosch.

1. alimentare cu combustibil 2. admisie aer

3. obturator 4. galeria de admisie 5. injectoare

6. bloc motor

Toate aceste avantaje plaseaz sistemele de injecie direct de benzin n fruntea clasamentului n ceea ce privete economia de combustibil i performanele dinamice ale

motoarelor. Evident aceste sisteme au i dezavantaje cum ar fi: costul crescut, complexitatea sistemului de control, necesitatea utilizrii sistemelor de post-tratare a gazelor de evacuare

(NOx). Cu toate acestea sistemele de injecie direct de benzin se vor impune i vor fi larg utilizate pentru echiparea motoarelor, deoarece reprezinta una din cele mai abordabile metode pentru ndeplinirea reglementarilor de emisii poluante i pentru creterea performantelor

dinamice.

Performanele dinamice i emisiile poluante ale unui motor cu injecie direct

Parametrii care au cea mai mare influenta asupra unui motor n ceea ce privete randamentul suntraportul de comprimare i raportul aer/combustibil (lambda). Prin mrirea raportului de comprimarese obine o putere sporit i o reducere a consumului de

combustibil. Puterea sporit se datoreaz creterii presiunii din cilindru la sfritul comprimrii ceea ce impune o presiune mai mare pe cursa de destindere deci un cuplu mai mare. Motoarele

cu injecie indirect au un raport de comprimare n jur de 9...10. O valoare mai mare de 10 face ca fenomenele distructive ca detonaia s fie prezente n locul arderii normale. n cazul injeciei directe, n momentul injeciei temperatura din cilindru scade deoarece o

parte din cldura este absorbit de carburant pentru vaporizare. Astfel se elimina detonaia care apare n principal datorit unei temperaturi foarte ridicate la sfritul cursei de comprimare.

Motoarele cu injecie direct de benzin funcioneaz cu rapoarte de comprimare mai ridicate de 11...12. Cel mai mic consum de combustibil se obine atunci cnd amestecul aer-carburant este un

pic mai srac dect amestecul stoichiometric. Cu alte cuvinte trebuie s introducem n cilindru mai mult aer dect este necesar pentru a avea o ardere complet a benzinei. Unul din

inconvenientele sistemelor de injecie indirect, comparativ cu injecie direct, este modul de funcionare cu amestec stoichiometric, utilizarea amestecurilor srace nefiind posibil. n cazul motoarelor cu injecie direct se poate controla raportul aer-carburant din cilindru n sensul

stratificrii acestuia.

Foto: Camer de ardere - Ecotec 2.0L I-4 DI Turbo Sursa: GM

Stratificarea nseamn un amestec foarte bogat n jurul bujiei (pentru a facilita aprinderea) i foarte srac n apropierea pistonului i a pereilor cilindrului. Funcionarea cu

amestec srac n apropierea pistonului i a cilindrului creeaz o izolare termic a nucleului de ardere ceea ce reduce semnificativ transferul cldurii ctreblocul motor i pistoane. Astfel se

obine o mbuntire a randamentului termic ce are ca efect scderea consumului de combustibil.

Amestec stratificat vs amestec omogen

Un sistem de injecie indirect funcioneaz tot timpul cu amestec omogen, raportul aer-combustibil fiind aproximativ acelai n interiorul cilindrului. Avantajul sistemelor de injecie

direct este controlul jetului de combustibil astfel nct se poate obine un amestec stratificat. Amestecul stratificat se obine prin injectarea benzinei spre sfritul cursei de comprimare, jetul de combustibil fiind ghidat ctre bujie.

Funcionarea n mod stratificat aduce o reducere a consumului de combustibil de la 15 la 20 % comparativ cu un motor cu injecie indirect. n acest mod de funcionare obturatorul este

folosit foarte puin, doar pentru a permite funcionarea EGR-ului i pentru a crea vacuumul necesar sistemelor servo-asistate. Utilizarea ntr-o mai mic msur a obturatorului face ca randamentul volumetric s creasc, umplerea cilindrilor cu aer fcndu-se mai bine.

Dezavantajul acestui mod de funcionare, cu amestec stratificat, este necesitatea utilizrii sistemelor de reutilizare a gazelor de evacuare pentru reducerea emisiilor de oxizi de azot (NOx).

Deoarece amestecul este srac cantitatea de oxigen este n exces ceea ce conduce la emisii mai ridicate de NOx comparativ cu un motor cu injecie indirect. Astfel, pentru motoarele cu injecie direct de benzin, care funcioneaz i cu amestec stratificat, este necesar utilizarea EGR-ului

pentru reducerea emisiilor de oxizi de azot.

Amestec stratificat Amestec omogen

Funcionarea n mod stratificat se face la turaii sczute i sarcini pariale cnd nu sunt necesare acceleraii intense ale motorului. Benzina este injectat cu puin timp nainte

ca pistonul s ajung la sfritul cursei de comprimare astfel fiind posibil reorientarea jetului n jurul bujiei pentru o aprindere facil. La sarcini mari ale motorului funcionarea n mod stratificat

poate conduce la emisii de particule deoarece amestecul aer-combustibil poate sa fie foarte bogat n jurul bujiei i sa nu ard complet. De asemenea la turaii mari ale motorului curgerea aerului n cilindrii este turbulent ceea ce face imposibil obinerea unui amestec stratificat.

Foto: Modurile de funcionare ale injeciei directe de benzin

Regimurile de funcionare cu turaii ridicate sau sarcini mari (acceleraii intense) impun

funcionare cuamestec omogen. n acest mod de funcionare combustibilul este injectat n timpul cursei de admisie, turbulentele aerului din cilindru facilitnd omogenizarea amestecului. n funcie de sarcina motorului amestecul omogen poate fi srac (lambda > 1), stoichiometric

(lambda = 1) sau bogat (lambda < 1) n cazul n care motorul este la sarcin total (pedala de acceleraie este apsat 100%). Datorit omogenitii amestecului emisiile de oxizi de azot sunt

reduse i astfel nu mai este necesar funcionarea EGR-ului.

Foto: Injecia direct de benzin FSI 2.0 Audi Sursa: Audi

Amestecul omogen srac aduce avantajul unui consum redus de combustibil dar impune utilizarea EGR-ului pentru reducerea emisiilor de oxizi de azot. Acest mod face tranziia ntre

amestecul stratificat i cel omogen. Pe msur ce ne apropiem de modul de funcionare omogen (stoichiometric sau bogat) se utilizeaz modul de funcionare cu amestec omogen parial stratificat. n acest mod de funcionare injecia este divizat.

Prima injecie (principal), ce conine majoritatea cantitii de combustibil, se realizeaz n timpul cursei de admisie obinndu-se astfel un amestec omogen srac n cilindru.

Cnd pistonul se apropie de sfritul cursei de comprimare se face a doua injecie (secundar) care conduce la o stratificare a amestecului n zona bujiei. Acest mod de funcionare, prin divizarea injeciei, conduce la reducerea emisiilor de

particule i la un consum mai redus de combustibil. Injecia divizat este utilizat i pentru a grbi nclzireacatalizatorului prin efectuarea injeciei secundare pe cursa de evacuare ceea ce

conduce la continuarea arderii pe galeria de evacuare.

Controlul jetului de combustibil

Obinerea amestecului stratificat se face prin ghidarea jetului de combustibil injectat n

cilindru astfel nct amestecul bogat sa fie prezent n dreptul bujiei pentru a facilita aprinderea. Ghidarea jetului spre bujie se face n principal prin trei metode: ghidarea cu peretele, ghidarea

direct a jetului i ghidarea cu aerul.

Ghidarea cu peretele Ghidarea cu aerul Ghidarea direct

Foto: Injecia direct de benzin - modurile de ghidare a jetului de combustibil. Sursa: Bosch

Ghidarea jetului cu peretele presupune transportul jetului de combustibil spre bujie utiliznd suprafaapistonului. Combustibilul este injectat spre piston iar datorit micrii acestuia

la sfritul cursei de comprimare jetul este redirecionat spre bujie. Dezavantajul acestei metode const n faptul c o parte din combustibilul injectat pe capul pistonului se depune, nu se evapor total ceea ce are impact asupra creterii consumului de combustibil i asupra emisiilor de

hidrocarburi (HC) i a monoxidului de carbon (CO). Ghidarea jetului cu aerul (VW) utilizeaz pentru fiecare cilindru cte o palet de

redirecionare a aerului (montate n galeria de admisie) cu ajutorul creia se controleaz curentul de aer. Astfel jetul de combustibil injectat este purtat de ctre curenii de aer ctre bujie. Avantajul acestei metode se datoreaz izolrii jetului de combustibil cu aer ceea ce se traduce n

consum de combustibil i emisii mai mici.

Foto: Injector lateral (ghidare cu aerul a jetului) - Ecotec 2.0L I-4 DI Turbo

Sursa: GM

Ghidarea direct a jetului (Mercedes, BMW) se obine prin plasarea injectorului n vecintatea bujiei. Teoretic aceasta metoda este cea mai eficient deoarece elimina fenomenul

depunerii combustibilului pepiston sau pe pereii cilindrului. De asemenea acest mod de ghidare a jetului este mai puin sensibil la fluctuaiile curenilor de aer din cilindru. Dezavantajul este

data de fiabilitatea mai redus a bujiei datorit depunerilor de carbon, depuneri provenite din arderea incomplet a combustibilului.

Foto: Injector plasat central (ghidare direct a jetului) BMW

Sursa: BMW

Sistemul de alimentare cu combustibil pentru injecie direct

Injecia direct de combustibil n cilindru necesit presiuni relativ ridicate, n jur de 40 130 bari. Comparativ, la un sistem de injecie indirect presiunile se situeaz n jurul valorii de 4 bari. Presiunile mari sunt necesare pentru ca jetul de combustibil s aib penetraia

corespunztoare n cilindru i pentru ca pulverizarea i evaporarea s fie ct mai eficiente. Cu toate acestea nu se poate crete mai mult presiunea de injecie pentru a avea o pulverizare i mai

bun deoarece crete probabilitatea ca jetul s aib o penetraie foarte mare i s ating pereii cilindrului sau capul pistonului.

n principiu un sistem de injecie direct de benzin este compus din: rezervor de

combustibil, pomp electric de joasa presiune, filtru de combustibil, pomp de nalt presiune, ramp comun, regulator de presiune (electro-supapa), senzor de presiune, injectoare.

Foto: Componentele principale ale unui sistem de injecie direct de benzin Sursa: Bosch

Combustibilul stocat n rezervor este scos de ctre pompa electric la o presiune de 4 5 bari i trimis ctre pompa de nalt presiune. Pompa de joas presiune este localizat de obicei n

rezervor sau n vecintatea acestuia. Filtrul are rolul de a reine impuritile din combustibil pentru a evita ptrunderea acestora n pompa de nalt presiune, injectoare sau regulator.

Foto: Componentele sistemului de injecie direct de benzin

Sursa: Bosch

Pompa de nalt presiune este antrenat de arborele cu came i trimite combustibilul ctre ramp la o presiune de maxim 130 bari. Valoarea presiunii din rampa depinde de punctul de

funcionare al motorului (turaie i sarcin) i este controlat ntre 40 i 130 de bari cu ajutorul regulatorului de presiune.

Informaia presiunii din ramp este citit de calculatorul de injecie prin intermediul unui senzor de presiune. Injectorul este componenta central a sistemului de injecie. Acesta preia combustibilul din ramp i- l injecteaz n cilindru. Comanda injectoarelor este fcut

de calculatorul de injecie care, n funcie de tipul amestecului i de punctul de funcionare al motorului, regleaz momentul i durata deschiderii injectoarelor.

Viitorul apropiat al sistemelor de propulsie pentru automobile cu carburant fosil aparine motoarelor pe benzin cu injecie direct. Datorit performanelor acestora n ceea ce privete consumul i puterea motoarele pe benzin cu injecie direct ncep s se apropie tot mai mult de

motoarele diesel supraalimentate dar la un pre de cost mai mic. Mai mult, utilizarea supraalimentrii mpreun cu injecia direct va mpinge performanele motoarelor pe

benzin la nivele la care un motor diesel va ajunge foarte greu i cu costuri semnificativ mai mari.

8.Sisteme de propulsie electrica

Cu puine excepii un sistem electric de propulsie conine urmtoarele elemente: bateria (surs de energie electric), invertorul (unitatea de control a motorului electric), motorul electric

i reductorul. Bateria este amplasat central pentru a echilibra distribuia maselor pe puni, ceea ce are un impact pozitiv asupra stabilitii automobilului. Ansamblul invertor - motorul electric

este dispus transversal pe puntea fa legtura cu roile fiind fcut prin intermediul unui reductor fix i a unui diferenial.

Foto: Componentele principale ale sistemului de propulsie Sursa: Nissan

Randamentul maxim al sistemului de propulsie electric este de 95%. Media

randamentului n cazul unei utilizri normale se ridic n jurul valorii de 90%. Din acest punct de vedere sistemele cu propulsie electrica sunt net superioare celor cu motoare cu ardere intern,

unde randamentele se situeaz de multe ori sub 30%.

Bateria

Bateria Li- ion este compus din mai multe module, fiecare modul coninnd patru celule

laminate. Celulele laminate au forme dreptunghiulare, plate, avantajul fa de celulele clasice cilindrice fiind compactitatea, i dimensiunea redus. Cele patru celule din fiecare modul sunt

conectate cte dou n paralele i apoi nseriate. Pachetul de baterii conine 48 de module, un calculator de monitorizare i control, o cutie de sigurane i un ntreruptor de service.

Foto: Baterie Nissan Leaf (celul, modul, pachet baterii)

Sursa: Nissan

Un alt avantaj al celulelor laminate este radiaia termic emis ce permite rcirea acestora cu flux de aer. De asemenea forma compact a pachetului de baterii a permis montarea acestuia

ntre puni (cu efect asupra echilibrrii maselor) i utilizarea fluxului de aer de sub automobil pentru rcire.

Motorul i reductorul

Propulsia automobilului este asigurat de un motor electric sincron, cu magnei permaneni. Motorul este proiectat i fabricat de Nissan special pentru a echipa modelul Leaf.

Compact, eficient, cu o putere specific ridicat, motorul are un rspuns rapid la acceleraii.

Foto: Nissan Leaf - motorul electric Sursa: Nissan

Cuplu maxim este de 280 Nm ntre 0 i 2730 rot/min iar puterea maxim de 109 CP este inut constant ntre 2730 i 9800 rot/min. Turaia maxim a motorului este limitat la valoarea

de 10390 rot/min.

Reductorul, care are rol de cutie de viteze cu o singur treapt, a fost special proiectat pentru a reduce pierderile prin frecare. De asemenea pentru lubrifiere este utilizat un ulei cu

vscozitate sczut pentru a minimiza pierderile prin frecare.

Invertorul

Rolul principal al invertorului este de a controla cuplul motorului electric. Acesta este alimentat cu curent continuu de la baterie pe care-l transforma n curent alternativ pentru

alimentarea motorului electric. Invertorul comunic cu restul de calculatoare de pe automobil utiliznd protocolul de comunicaie CAN.

Foto: Nissan Leaf invertorul Sursa: Nissan

Datorit funcionrii invertorului cu cureni electrici mari temperatura poate atinge valori de pn la 340 C. Pentru a menine temperatura invertorului la o valoare nominal de 65 C acesta este rcit cu lichid.

Controlul vibraiilor Capacitatea motoarelor electrice de a furniza cuplul maxim de la turaie zero poate fi i

un dezavantaj major n anumite cazuri. Cnd conductorul automobilului cere cuplul motor maxim, prin apsarea complet a pedalei de acceleraie, fr un control precis al cuplulu i, n transmisie (reductor + diferenial) pot aprea vibraii torsionale ce au un efect negativ asupra

confortului pasagerilor i a fiabilitii componentelor. Sistemul de ncrcare al bateriilor

Bateriile pot fi ncrcate 80% din capacitatea nominal n aproximativ 30 de minute utiliznd o surs de curent continuu de 50kW. Durata ncrcrii complete (100%), de la o priz normal de 200V, este estimat la aproximativ 8 ore.

Foto: Nissan Leaf sistemul de ncrcare al bateriilor Sursa: Nissan

La ncrcrii bateriilor de la o sursa convenionala de alimentare (200 240 V), de curent alternativ, curentul electric este trecut print-un convertor electric care-l transform n curent

continuu. Pentru a elimina cldura rezultat n urma transformrii CA-CC convertorul este rcit cu ap.

Recuperarea energie de frnare

n cazul unui automobil convenional, cu motor termic, energia cinetic acumulat n timpul deplasrii este redus de sistemul de frnare prin frecare i transformat n cldur, care

ulterior este disipat n mediul exterior.

Pentru automobilele electrice acest energie cinetic (mecanic) este transformat n energie electric i stocat n baterii pentru o utilizare ulterioar. Posibilitatea transformrii din

energie mecanic n energie electric se datoreaz motorului electric care trece n regim de generator. n acest mod de funcionare ineria automobilului este utilizat pentru a roti

generatorul electric care produce energie. Calculatorul de control al sistemului de frnare comunic cu calculatorul de control al vehiculului (VCM) prin protocolului CAN i ajusteaz puterea de frnare a generatorului electric, n funcie de poziia pedalei de frn.

Recuperarea energie de frnare i implicit trecerea motorului electric n regim de generator electric are loc atunci cnd conductorul auto acioneaz pedala de frn. Peste un

anumit nivel de apsare al pedalei de frn, sistemul de frnare hidraulic este activat, deoarece cererea de fora de frnare este mai mare. De reinut ca tot acest proces nu este ses izat de ctre conductorul auto, totul se petrece ca i cum frnarea s-ar face doar cu un sistem clasic hidraulic.

Prin acest sistem de recuperare a energie de frnare s-a reuit extinderea autonomiei automobilului cu pn la 25%.

Sistemul ICT (Information and Communication Technology)

Posesorii de Nissan Leaf se pot conecta prin intermediul sistemului ICT la baza de date

CARWINGS n orice moment. Conexiunea este realizat utiliznd unitatea de control telematic (TCU) a sistemului de navigare aflat la bordul automobilului. Conectarea cu baza de date ofer

conductorului auto informaii precum: starea bateriilor, starea tehnic general a automobilului i o statistic a condiiilor de exploatare a automobilului (sarcin motor, vitez, etc.).

Serviciile aflate la bordul automobilului, prin intermediul ecranului multimedia,

informeaz conductorul auto cu privire la:

o Autonomie: prin intermediul unei hri digitale se contureaz n jurul coordonatelor curente

ale automobilului aria de acoperire maxim n funcie de starea de ncrcare a bateriei; o Locaia staiilor de ncrcare rapid (vizualizare pe harta digital) o Temporizatorul de ncrcare: permite vizualizarea timpilor de ncrcare memorai

(programarea nceperii ncrcrii bateriilor i durata de ncrcare) o Descrcarea bateriei: cnd nivelul de ncrcare al bateriei ajunge la o valoare minim pe

lng atenionarea sonor i vizual a conductorului, pe harta digital se afieaz cea mai apropiat staie de ncrcare.