Procese-si-Caracteristici-ale-motoarelor-cu-ardere-interna.doc

8/18/2019 Procese-si-Caracteristici-ale-motoarelor-cu-ardere-interna.doc

1/197

MOTOARE CU ARDERE INTERNĂ PENTRU AUTOMOBILE

1 GENERALITAŢI1.1 Definiţii

Motorul este un sistem tehnic capabil s trans!orme o !orm oarecare "eener#ie $n ener#ie mecanic % Dac ener#ia ini&ial este ob&inut prin ar"erea unuiamestec aer'combustibil motorul se nume(te motor termic )motor cu ar"ere*%

Motorul cu ar"ere intern )MAI* este un motor termic care trans!orm par&ialener#ia termic + re,ultat prin reac&ii chimice "e o-i"are a unui combustibil+ $nener#ie mecanic )lucru mecanic*+ !olosin" ca !lui" motor sau a#ent "e lucru #a,ere,ultate prin ar"erea ciclic a amestecului aer'combustibil $ntr'un .olum .ariabil+limitat par&ial "e elemente ale mecanismului motor%

Motoarele cu ar"ere intern cu piston )MAIP* !olosesc ca mecanism motor mecanismul piston'biel 'mani.el %Obiectivul acestei lucrări îl constituie e clusiv !otoarele cu ar"ereinternă cu #iston folosite la autove$icule rutiere.

1.% &curt istoric al 'AI(Descoperirea e!ectelor presiunii atmos!erice )Torricelli+ /012'/034* (i

aplica&iile ei )Blaise Pascal (i Otto .on 5ueri6e* au ini&iat tehnolo#iile "epro"ucerea a ener#iei mecanice prin "eplasarea unui piston $ntr'un cilin"ru+ subac&iunea aburului li.rat "e un #enerator $nc l,it cu cocs (i mai t7r,iu cu combustibillichi"%

Dup o ma(in ru"imentar construit $n /081 "e Denis Papin+

per!ec&ionarea ma(inilor cu abur "e.ine posibil prin crearea con"ensatorului "eabur )/409':ames ;att*%Elaborarea unor materiale re,istente la temperaturi ri"icate a permis

!olosirea treptat a #a,elor ca !lui" motor% locul secolului al ?I?'lea (i ulterior acestei perioa"e+ acti.itatea $n"omeniu este canali,at spre ini&ierea ar"erii "e la o surs coman"at "in e-terior+con"uc7n" la motorul cu aprin"ere prin sc7nteie )MA


2/197


3/197


1.8 5lasificarea 'AI(MAIP se clasi!ic "up mai multe criterii e-plicitate $n cele ce urmea,

)schemati,are $n !i#ura /% *Du#ă natura co!bustibilului utili7at se $nt7lnesc MAIP cu combustibili

lichi,i u(ori )ben,in + alcooli*+ cu combustibili lichi,i #rei )motorin + p cur + uleiuriminerale sau .e#etale*+ cu combustibili #a,o(i )#a,e comprimate sau liche!iate+bio#a,*+ motoare cu alimentare mi-t + la care combustibilul "e ba, este #a,os+ iar pentru aprin"ere (i pentru pornire se utili,ea, combustibili lichi,i (i MAIP poli'carburate la care ce se pot utili,a+ "up "isponibilit &i+ "i!eri&i combustibili lichi,i%

Du#ă !o"ul "e for!are a a!estecului + motoarele cu ar"ere intern se

$mpart $n motoare cu !ormare a amestecului $n e-teriorul camerei "e ar"ere)motoare cu carburatorG motoare cu #a,e (i motoare cu in>ec&ie "e ben,in $ncon"ucta "e a"misie*+ motoare cu !ormarea amestecului $n camera "e ar"ere)motoare cu in>ec&ie "e ben,in sau combustibili lichi,i #rei $n camera "e ar"ere (imotoare cu #a,e cu a"aos "e combustibil lichi" sau #a,os la $nceputulcomprim rii* (i motoare cu amestec strati!icat la care se asi#ur amestecuri "e"o,a>e "i!erite $n "i!erite ,one ale camerei "e ar"ere%

Du#ă !o"ul "e a#rin"ere a a!estecului carburant se $nt7lnesc

motoare cu aprin"ere prin sc7nteie )MA< ' motoare cu carburator+ cu in>ec&ie "eben,in + cu #a,e*+ motoare cu aprin"ere prin comprimare )MAC ' motoare cuin>ec&ie "e motorin + motoare cu hi"ro#en+ cu uleiuri .e#etale*+ motoare cu pre'camer (i aprin"ere prin !lac r )aprin"erea "e la sc7nteie se reali,ea, $ntr'o

camer cu amestec bo#at+ iar !lac ra re,ultat aprin"e amestecul s rac "incilin"ru* (i motoare cu aprin"erea combustibilului #a,os prin ini&ierea aprin"eriiunei mici cantit &i "e combustibil lichi" ce ia !oc prin comprimare*% Motoarele cuaprin"ere prin comprimare se clasi!ic "up tipul camerei "e ar"ere $n motoare cuin>ec&ie "irect sau cu camer unitar + motoare cu antecamer (i motoare cucamer "e turbionare%

Du#ă fa7ele ciclului funcţional+ MAIP se #rupea, $n motoare $n patrutimpi )ciclul "e lucru se reali,ea, pe "urata a patru curse complete ale pistonului*(i motoare $n "oi timpi )ciclul !unc&ional se reali,ea, pe "urata unei sin#ure cursecomplete a pistonului*%

Du#ă #rinci#iul "e reali7are a u!#lerii cilin"rilor + e-ist MAIP cu

umplere normal )cu aspira&ia aerului "in atmos!er * (i cu supraalimentare )cucomprimarea prealabil a aerului sau amestecului carburant "e c tre uncompresor*% Motoarele cu supraalimentare pot !i cu compresor ac&ionat "e c tre oturbin ce utili,ea, ener#ia #a,elor "e e.acuare ale motorului cu piston )cuturbosu!lanta*+ cu compresor ac&ionat prin transmisie mecanic "e la arborele cotit(i cu "ou compresoare+ "intre care unul ac&ionat mecanic+ iar cel lalt cuturbosu!lant %

MIP seclasifică "u#ă nu!ărul /i !o"ul "e "is#unere a cilin"rilor $nraport cu a-a arborelui cotit+ $n motoare monocilin"rice (i policilin"rice+ respecti. $n


4/197

5ENERALITĂ I

motoare cu cilin"rii .erticali $n linie+ $n H )!i#%/%/*+ cu cilin"rii $n ; sau opu(i )!i#%/% *% De asemenea aceste motoare mai pot !i clasi!icate "up "ispunereapistoanelor+ $n motoare cu un sin#ur piston pe cilin"ru+ cu pistoane opuse la carecamera "e ar"ere este "ispus $ntre "ou pistoane ce se "eplasea, $ntr'uncilin"ru $n sensuri opuse+ (i motoare cu "ubl ac&iune care au camera "e ar"ere peambele p r&i ale pistonului%

i#% /%/ Dispunerea cilin"rilor $n linie )st7n#a*+ respecti. $n H%

i#% /% Dispunerea cilin"rilor opu(i )sus*+ respecti. $n ; )>os*%

Du#ă siste!ul "e răcire) motoarele se $mpart $n motoare r cite cu lichi"respecti. motoare r cite cu aer%

3


5/197


i#% /% @ >

' o t o r c u c i li n " r i i o # u s i

> b o e r >

' o t o r în > : >

' o t o r în > >

' o t o r v e r t i c a l

' o t o r o r i 7 o n t a l


6/197

5ENERALITĂ I

% (RIN5I(II DE 9:N5ŢIONARE BI (ARA'ETRII(RIN5I(ALI

%.1 (rinci#ii "e funcţionare a 'AI(


7/197


Ciclul se reia apoi printr'o nou aspira&ie "e $nc rc tur proasp t % =n !i#ura %se pre,int schematic po,i&ia mecanismului motor la $nceputul !iec rei !a,e )timp* alciclului "e !unc&ionare+ iar $n !i#ura % se pre,int .aria&ia presiunii !lui"ului "in cilin"rucorelat cu po,i&ia pistonului%

=n !i#ura %3 se pre,int schema "e principiu a unui motor monocilin"ric $n "oitimpi+ la care $nc rc tura proasp t este intro"us $n cilin"ru "in colectorul "e baleia>prin !erestrele sau luminile "e baleia> 2+ iar #a,ele sunt eliminate prin !erestrele sauluminile "e e.acuare 8%

i#% %/ ieJ 4'carter superiorJ 2'canal "ea"misieJ /1'canal "e e.acuareJ //' arbore "e"istribu&ieJ / 'supap "e e.acuareJ / 'cu,inetJ/3'arbore cotitJ /9'carter in!eriorJ /0'.olantJ /4'!us palierJ /2'bol&J /8'se#men&i%

i#% % / K A"misie+ K Comprimare+ K Destin"ere+ 3 K E.acuareJ

i#% % Haria&ia presiunii "in cilin"ru corelat cu po,i&ia mecanismului motor%

7


8/197


9/197


C% Puterea raportat la unitatea "e .olum a cilin"rului sau la unitatea "e arie acapului pistonului )puterea speci!ic *JD% Masa (i .olumul "imensiunilor "e #abarit raportate la unitatea "e putere+

respecti. masa speci!ic (i .olumul speci!ic "e #abaritJE% Ni.elul emisiilor chimice (i sonoreJ

% D+ $n cursa


10/197

5ENERALITĂ I

=n !unc&ie "e con"i&iile "e e-ploatare (i "e particularit &ile !unc&ionale aleauto.ehiculului .aria, (i re#imul "e !unc&ionare al motorului%Parametrul principal care caracteri,ea, re#imul "e !unc&ionare al motorului

este puterea e!ecti. Pe+ care la r7n"ul s u "epin"e "e cuplul motor Me (i "e .ite,aun#hiular "e rota&ie a arborelui cotitω+ respecti. "e tura&ia acestuia n+ con!ormrela&iei

30n

M60

n2MMP eeee

⋅π=⋅π⋅=ω⋅= %3

=n rela&ia "e mai sus un"e Me este e-primat $n Nm+ n $n rotFmin+ iar .ite,aun#hiular la re#im stabili,atω+ este e-primat $n ra"Fs%

=n e-ploatare+ at7t cuplul motor+ c7t (i tura&ia arborelui cotit .aria, $n limitelar#i+ "atorit .aria&iei re,isten&elor "e "eplasare a auto.ehiculelor%

i#% %9 Caracteristica "e propulsie a automobilului%

=n !i#ura %9 se pre,int .aria&ia puterii e!ecti.e a motorului )Pe*+ respecti. aputerii necesare $naint rii auto.ehiculului )Pu*+ $n !unc&ie "e tura&ia arborelui cotit )sau.ite,a automobilului*% iecare "in curbele /+ + + 3 corespun"e unei anumite po,i&ii a"ispo,iti.ului "e coman" a cantit &ii "e combustibil !umi,at cilin"rilor motorului+ iar curbele I+ II+ III (i IH repre,int .aria&ia puterii necesare pentru propulsiaauto.ehiculului%

Punctul "e intersec&ie "intre o curb "e putere "e,.oltat "e motor (i o curb"e putere necesar pentru $n.in#erea re,isten&elor "e "eplasare ale auto.ehiculului+caracteri,ea, un re#im "e !unc&ionare a motorului%

Prin sarcina motorului se $n&ele#e u,ual #ra"ul "e $nc rcare al acestuia la oanumit tura&ie !a& "e o $nc rcare "e re!erin& con.en&ional stabilit %


11/197


"e,.oltat "e motor $n mo" continuu la o tura&ie "at + ! r instabilitate $n !unc&ionare (i! r u,uri anormale%%

Do,a>ul se poate e-prima prin raportul "intre cantitatea "e combustibil 5c (icantitatea "e aer 5a )sau consumul orar "e combustibil raportat la consumul orar "eaer*

a

c

55

" = %0

Dac pentru ar"erea complet a combustibilului $n amestec+ e-ist cantitatea"e aer minim necesar+ "o,a>ul se nume(te teoretic sau stoichiometric )"t*% Comparati.cu "o,a>ul stoichiometric+ c7n" cantitatea "e combustibil este $n e-ces+ "o,a>ul se

11


12/197

5ENERALITĂ I

consi"er bo#at+ respecti. c7n" cantitatea "e aer este $n e-ces+ "o,a>ul se consi"ers rac%De cele mai multe ori+ $n Europa+ calitatea amestecului aer combustibil se

caracteri,ea, prin coe!icientul e-cesului "e aer ) *+ respecti. prin raportul "intrecantitatea "e aer "isponibil $n cilin"rii motorului pentru ar"erea a / 6# "e combustibil)L ' e-primat $n 6# aerF6# combustibil* (i cantitatea "e aer teoretic necesar pentruar"erea complet a unui 6ilo#ram "e combustibil )Lmin ' $n 6# aerF6# combustibil*

minLL=λ %4

12


13/197


8 (RO5E&E 2N 'OTOARELE 5: ARDERE INTERNA8.1 5iclurile ter!o"ina!ice ale !otoarelor cu #iston

Trans!ormarea ener#iei termice $n ener#ie mecanic $n motorul cu ar"ereintern este un proces "eosebit "e comple- (i "es! (urarea sa $n con"i&ii reale este $nso&it "e pier"eri "e ener#ie care sunt luate $n consi"erare "e al "oilea principiu altermo"inamicii%

Pentru e.aluarea e!icien&ei !iec rui proces (i pentru totalitatea e.olu&iilor $nca,ul motorului real+ care !unc&ionea, ca principiu "up un anumit ciclu+ este necesar s se rele.e posibilit &ile ma-ime "e utili,are a c l"urii caracteristice pentru ciclultermo"inamic+ $n care ce"area c l"urii c tre sursa rece este obli#atorie (i constituieunicul tip "e pier"eri%Raport7n" ran"amentul ciclului real+ se poate stabili #ra"ul "e per!ec&iune la care se"es! (oar procesele "in motor (i se pot e.i"en&ia c ile ri"ic rii economicit &iimotorului%

La anali,a ciclurilor termo"inamice trebuie s se aib $n .e"ere urm toareleipote,e a"mise $n ca,ul ciclurilor i"eale+ ipote,e ce nu mai sunt satis! cute $n ca,ulciclurilor reale

a* La ciclurile i"eale se consi"er c $n cilin"ru se% # se(te o cantitateaconstant a me"iului "e lucru+ care nu se schimb "e la o e.olu&ie la alta (i careparcur#e $ntre#ul ciclu% =n ca,ul ciclului real se e.acuea, "in cilin"ru #a,ele arse "e laciclu prece"ent (i se intro"uce $n cilin"ru $nc rc tura proasp t pentru o nou e.olu&ie%

Reali,area procesului "e schimb "e #a,e este $nso&it "e pier"eri "e ener#iecare nu sunt luate $n consi"erare $n ca,ul ciclului teoretic%

b* Aportul "e c l"ur se consi"er reali,at $n ca,ul ciclurilor i"eale la un anumitmoment sau $n con"i&ii "e stare a me"iului+ caracteristice ciclului "at% La reali,areaciclurilor reale aportul "e c l"ur se "atorea, ar"erii amestecului "e combustibil+ unproces comple- ce se "es! (oar $ntr'un anumit timp+ !iin" $nso&it tot"eauna "epier"eri suplimentare "e ener#ie%

c* C l"urile speci!ice ale me"iului "e lucru sunt consi"erate constante $n ca,ulciclurilor i"eale (i se a"mite c acestea nu "epin" "e temperatur (i presiune% =n ca,ulciclurilor reale c l"urile speci!ice ale #a,elor .aria, $n !unc&ie "e temperatur (ipresiune (i au .alori "i!erite $n !unc&ie "e compo,i&ia #a,elor la care se a>un#e $n timpule.olu&iei lor% Prin .aria&ia c l"urilor speci!ice raportul #a,elor se mic(orea, (ie-ponen&ii e.olu&iilor se $n"ep rtea, "e .alorile i"eale+ "iminu7n"u'se ran"amentulciclurilor reale%

"* Procesele "e comprimare (i "estin"ere la ciclurile i"eale sunt consi"eratea"iabatice+ "eci ! r schimb "e c l"ur cu me"iul e-terior% =n con"i&iile reale+ "atorit

e-isten&ei unei "i!eren&e mari "e temperatur $ntre piesele ce "elimitea, camera "ear"ere (i #a,ele ce e.oluea, $n cilin"ru+ se pro"uce un trans!er "e c l"ur peparcursul proceselor "e schimb "e #a,e+ "e comprimare+ "e ar"ere (i "estin"ere+ at7t

13


14/197

5ENERALITĂ I

$n sensul aportului "e c l"ur c7t (i $n sensul ce" rii "e c l"ur + prepon"erente !iin" $ns pier"erile "e c l"ur care con"uc la sc "erea ran"amentului%8.1.1 5iclul !otorului cu ar"ere la volu! constant

Ciclul cu ar"erea amestecului "e combustibil (i aer $ntr'un timp !oarte scurt+"eci o .aria&ie mic "e .olum+ se $nt7lne(te la motoarele cu aprin"ere prin sc7nteiepentru automobile (i motociclete+ la motoarele cu #a,e (i la cele cu in>ec&ie "eben,in %

=n !i#ura %/ se pre,int ciclul teoretic(a) (i real (b) $n coor"onate p-V (i ciclulteoretic $n coor"onate temperatur )4*'entropie(s) pentru un motor $n patru timpi cuar"ere la .olum constant%

i#% %/% Ciclul cu ar"ere la.olum constant

La ciclul teoretic cu aport "e c l"ur la .olum constant se consi"er c me"iul"e lucru umple instantaneu cilin"rul $n punctula "up care se comprim a"iabatic"up ac, c7n" pistonul se "eplasea, din p.m.i în p.m.s. La s!7r(itul comprim rii se!umi,ea, instantaneu c l"uraQ, ceea ce pro.oac comprimarea i,ocor a #a,uluip7n $n punctul ,+ respecti. cre(terea i,ocor a temperaturiicz repre,entat $n"ia#rama T's% Destin"erea se consi"er a"iabatic "upzb, $n timpul "eplas riipistonului "in p.m.s. $n p.m.i. ener#ia intern a me"iului "e lucru+ trans!orm7n"u'se $nener#ie mecanic + me"iului "e lucru sc ,7n"u'i presiunea "upzb )"ia#rama p-V)e.olu&ie $nso&it "e o sc "ere a temperaturii "e la , la )"ia#rama T's*%E-tra#erea c l"uriiQ^ se presupune a se reali,a tot instantaneu "up ba, "eci me"iul"e lucru este rea"us $n starea ini&ial la .olum constant+ cu sc "erea i,ocor apresiunii% Acest proces "e e.acuare a c l"urii se repre,int $n "ia#ramaT-s prini,ocora ba, pun7n"u'se $n e.i"en& sc "erea temperaturii p7n la temperatura ini&iala ciclului%

=n ca,ul ciclului real+ umplerea cilin"rului se reali,ea, sub e!ectul "epresiuniicreate prin "eplasarea pistonului "in p.m.s. în p.m.i., ceea ce !ace ca $nc rc turaproasp t "in cilin"ru s aib o presiune mai mic "ec7t presiunea atmos!eric %Pentru ca umplerea cilin"rului s se $mbun t &easc + supapa "e a"misie se "eschi"ecu un anumit a.ans !a&de p.m.s. repre,entat prin punctuld.s.a. =n timpul umplerii $nc rc tura se $nc l,e(te "e la #a,ele r mase $n cilin"ru (i "e la pere&ii cal,i ai

14


15/197


canalului "e a"misie (i ai cilin"rului+ "eci la $nceputul ciclului $nc rc tura proasp ta .aa.ea o temperatur superioar temperaturii me"iului ambiant (i o "ensitate in!erioar %Dup trecerea pistonuluide p.m.i. supapa "e a"misie se $nchi"e (i $ncepe

procesul "e comprimare a $nc rc turii proaspete% =n apropiere "e p.m.s., se pro"uceaprin"erea amestecului "e la sc7nteie (i $ncepe procesul "e ar"ere care seprelun#e(te (i "up ce pistonul trecede p.m.s. )punctul ,*%

Urmea, procesul "e "estin"ere ,b $n timpul c ruia ener#ia intern a #a,elor se trans!orm $n ener#ie mecanic % Procesul "e e.acuare a #a,elor $ncepe cu una.ans !a& "e p.m.i. $n punctuld.s.e. (i se prelun#e(te "up $nchi"erea cursei "ee.acuare cu o $nt7r,iere !a& "e p.m.s. p7n $n punctuli.e.

Ciclul cu ar"ere la .olum constant poate !i apreciat prin urm torii parametricaracteristici

' raportul "e comprimarec

a

H

H=ε

' #ra"ul "e cre(tere a presiunii "e,.oltat prin ar"erec

z

p p=π

- randamentul termic η t+care este "at "e raportul "intre c l"ura trans!ormat $nener#ie mecanic (i c l"ura !umi,at ciclului (i care "up trans!orm ri a>un#e lae-presia

/6/

A/t

//

V

VV−ε−=

−=η

-presiunea medie a ciclului, respecti. o presiune con.en&ional ca m rime+care ac&ion7n" asupra pistonului $n timpul "etentei ar pro"uce un lucru mecanic utile#al cu $ntre#ul lucru mecanic al ciclului+ a.7n" e-presia

( )///6

/pp /6at −ε⋅−ε

ε⋅−

−π= −

Din aceste e-presii re,ult c ran"amentul+ respecti. economicitatea motoruluicre(te o"at cu cre(terea raportului "e comprimare (i cu cre(terea e-ponentuluik, iar presiunea me"ie cre(te cu m rirea presiunii ini&iale pa cu m rirea raportului "ecomprimare e (i cu m rirea #ra"ului "e cre(tere a presiunii prin ar"ereπ.

8. 5iclul !otorului cu ar"ere la #resiune constantă

15


16/197

5ENERALITĂ I

Ciclul cu ar"ere a amestecului "e combustibil (i aer $n timpul unei!rac&iuni a cursei "e "estin"ere (i la o .aria&ie !oarte mic a presiunii+ se $nt7lne(te la motoarele cu aprin"ere prin comprimare cu .ite,e me"ii "episton mici+ respecti. la motoarele la care combustibilul ar"e treptat pem sura in>ect rii lui $n cilin"ru+ concomitent cu "estin"erea% La acestemotoare $nc rc tura proasp t a cilin"rului nu este amestec "ecombustibil (i aer+ ci numai aer a c rui presiune (i temperatur se ri"ic $n procesul "e comprimare "ep (in" temperatura "e autoaprin"ere acombustibilului%

=n !i#ura /%9% se pre,int ciclul teoretic(a) (i real (b) $n coor"onate p-v (i ciclul teoretic $n coor"onateT-S )c*+ pentru un motor $n patru timpi

cu ar"ere la presiune constant %Wi la aceste motoare+ $n ca,ul ciclului real umplerea cilin"rului sereali,ea, cu pier"eri #a,o"inamice+ "eci presiunea $nc rc turiiproaspete este in!erioar presiunii atmos!erice% De asemenea+ prin $nc l,irea aerului "e la pere&ii cilin"rului temperatura acestuia la s!7r(itula"misiei .a !i superioar temperaturii me"iului ambiant+ iar "ensitatea .a!i in!erioar %

Prin a.ansul la "eschi"erea supapei "e a"misie !a&de p.ms.(d.a) (i prin $nt7r,ierea la $nchi"erea supapei "e a"misie "up p%m%i%(i.a) se ameliorea, procesul "e umplere%

16


17/197


17


18/197

PRINCIPII DE UNC IONARE WI PARAMETRII PRINCIPALI

Fig.1.5. Ciclul cu ardere la presiune constantă

=n timpul compresiei+ $n apropiere "e p.m.s. se $ncepe in>ec&iacombustibilului+ care se autoaprin"e (i se ar"e pe m sur ce sein>ectea, (i se .apori,ea, % Procesul "e ar"ere nu se reali,ea, lapresiune absolut constant + ci cu o u(oar cre(tere+ ceea ce see-plic prin !aptul c $n cilin"ru se acumulea, o anumit cantitate"e combustibil in>ectat p7n se reali,ea, autoaprin"era cantit &ii "eamestec "e aer (i combustibil .apori,at% Destin"erea reali,at $ntimpul ar"erii este "enumit "estin"ere prealabil (i este apreciat

prin raportulc

z

V V =ϕ %Urmea, procesul "e "estin"ere propriu,iszb

$n care se continu "e,.oltarea "e ener#ie mecanic + "ar $n acestinter.al ener#ia mecanic se ob&ine "in ener#ia intern a #a,elor%Procesul "e e.acuare a #a,elor $ncepe (i la aceste motoare cu una.ans !a& "e p.m.i., respecti. $n punctuld.s.e. (i se prelun#e(te"up terminarea cursei "e e.acuare cu o $nt7r,iere !a&de p.m.s.p7n $n punctuli.e.

Ran"amentul termic al acestui ciclu este "at "e urm toareae-presie

( ) ( ) ρ

ε ρ

ρ

ε η F

k k k

k t ⋅−=−−−= −− 11

11

111

1


19/197

raportului "e comprimare+ respecti. prin m rirea aportului "e c l"urcare implic m rirea #ra"ului "e "estin"ere prealabil (i m rireae-ponentului a"iabatic al ciclului%

0.5iclul !otorului cu ar"ere la volu! constant /i la #resiuneconstantă. 5iclul !i t.

Dup ciclul mi-t lucrea, motoarele rapi"e cu aprin"ere princomprimare pentru automobile (i tractoare% Din cau,a timpului scurt"e in>ec&ie+ $nt7r,ierea la aprin"ere a combustibilului in>ectat !acenecesar un a.ans la in>ec&ie+ care se tra"uce $n !apt printr'o ar"ereini&ial $n apropiere "e p.m.s., ar"ere ce poate !i asimilat cu un aport"e c l"ur la .olum constant% Restul combustibilului ar"e pe m surain>ect rii lui+ reali,7n" $n aceast etap + o ar"ere la presiuneconstant + "up cum se .e"e $n !i#ur /%0%

Datorit !umi, rii unei p r&i "e c l"ur la .olum constant+presiunile ma-ime ale ciclului mi-t sunt mai mari "ec7t la ciclul cuaport "e c l"ur numai la presiune constant %

Ran"amentul termic .a !i $n acest ca,

( ) ( ) ( ) p F

pk p

k

k

k t ,1

111

111 11 π

ε π π

π

ε η −− −=−+−

−−=

Ecua&ia "e mai sus permite s se !ormule,e conclu,ia+ cutili,area c l"urii $n ca,ul ciclului mi-t "epin"e "e raportul "ecomprimare+ "e #ra"ul "e "estin"ere prealabil p, #ra"ul "e cre(terea presiuniπ (i "e in"icele a"iabatic "e comprimare (i "estin"ere%

Fig.1.6 Ciclul mixt.


20/197


21/197

Daci e.acuarea se !ace la .olum constant )i,ocoraa-b) nu seutili,ea, complet c l"ura "isponibil % =n ca,ul turbosupraaliment rii )!i#ura /%4* e.acuarea se !ace la

presiune constant )i,obara$l *% E!icien&a acestui ciclu $n compara&iecu ciclul "e re!erin& este e.i"ent % Aria ha(uratb$la "in "ia#rameleT-s (i p-V repre,int lucrul mecanic suplimentar ob&inut pentruaceea(i c l"ur !urni,at ciclului% La acest ciclu cu "estin"ereprelun#it lucrul mecanic ob&inut suplimentar se "atore(te m ririi.olumului $n procesul "estin"erii%

Din aceast cau, presiunea me"ie a ciclului raportat la $ntre#ul inter.al "e .aria&ie a .olumului )H! +Hc* .a !i consi"erabil maimic $n compara&ie cu cea a ciclului "e re!erin& cu e.acuare la.olum constant%

=n ca,ul ciclului real nu se transmite pentru propulsie $ntrea#aener#ie mecanici re,ultat % 1 parte "in aceast ener#ie secheltuie(te pentru antrenarea mecanismelor au-iliare (i pentru $n.in#erea !rec rilor% La !unc&ionarea motorului cuturbosupraalimentare+ "estin"erea "upb$ se reali,ea, $n re&eaua"e palete a turbinei cu #a,e care antrenea, compresorul% =ncompresor se comprim aerul aspirat "in atmos!er "e la p lapresiunea "e supraalimentare p% "up la. =n acest !el presiunea

ini&ial "in cilin"ru pa .a !i superioar presiunii atmos!erice+ iar presiunea me"ie a ciclului ce se "es! (oar $n cilin"ru .a !i mai mareca la ciclul "e re!erin& % Pier"erile mecanice $n a#re#atulturbocompresor sunt consi"erabil mai mici "ec7t cele ce ar re,ulta $nca,ul "estin"erii prelun#ite $n cilin"rul motorului (i "in aceast cau,ran"amentul motorului supraalimentat este superior%

Pentru anali,a parametrilor "e apreciere a ciclului mi-t cuturbosupraalimentare se apelea, la urm toarele nota&ii

e1 ' rap"rtul t"tal de c"mprimare&e - rap"rtul de c"mprimare în cilindru&e6 -rap"rtul de c"mprimare în c"mpres"r.

Rela&ia "intre aceste rapoarte "e comprimare !iin"

c

l

c

a

a

l k V

V V V

V V ==⋅= ε ε ε 0

Temperatura !inal a #a,elor la e.acuarea "in turbin .a !i


22/197


l i f pT T =

un"ea

f l

V

V p = #ra"ul "e "estin"ere la presiune constant $n turbin %

Ran"amentul pentru acest ciclu se poate re"a prin !ormulaurm toare+ consi"er7n"

1=

k l

p

pπ (i k ε ε ε ⋅=0

( ) ( )111

1 1 −⋅+−−

⋅−= − pk pk l

k t π π ε

η

Dac motorul supraalimentat !unc&ionea, "up ciclul cuar"ere la .olum constant+ pQ/ (i e-presia ran"amentului "e.ine

11

1 10 −

−⋅−= −

π ε η

l

k t pk

=n ca,ul supraaliment rii unui motor care lucrea, "up unciclu cu ar"ere la presiune constant pentru πQ ' (i p QQ p e-presia ran"amentului .a !i

1

11 −−= k t

ε η

Presiunea me"ie a ciclului cu turbosupraalimentare estera&ional s se anali,e,e pentru procesele ce se "es! (oar $ncilin"rul motorului%E-presia presiuni me"ii a ciclului cu supraalimentare pentruprocesele "in cilin"ru se poate scrie sub urm toarea !orm

( ) ( )[ ]1111

1 −+−⋅−⋅−⋅= pk

k p p

k

atcll π π η ε

ε


23/197

un"e t η este ran"amentul corespun, tor ciclului consi"erat+ scrispentru .arianta cu supraalimentare%

Ciclul motorului cu turbosupraalimentare se poate reali,a (i $ntr'o alt .ariant )!i#ura /%2* c7n" #a,ele arse se "estin" $ncolectorul "e e.acuare "up b-a )sec&iunea mare a colectorului*%Ran"amentul acestui ciclu este in!erior ciclului repre,entat $n !i#ura/%4 "eoarece apar pier"eri "e ener#ie mari p7n la intrarea #a,elor arse $n turbin %

8.1.% 9i .1.*. 5iclul !i t cu turbosu#raali!entare cu #resiune constantă înfaţa turbinei

Ciclul motorului cu turbosupraalimentare repre,entat $n !i#ura/%4 necesit turbine cu #a,e "e presiune .ariabil + sau impuls+ iar colectoarele motoarelor trebuie construite $n a(a !el+ $nc7t !iecareramur s colecte,e #a,ele "e la "oi sau trei cilin"ri cu cel mai mare"ecala> "e e.acuare%

8. (rinci#iul "e funcţionare al !otoarelor cu ar"ere internă


24/197


in motorul pe (asiul.ehiculului+ iar partea sa in!erioar este $nchis printr'o baie "e ulei

9% Aspira&ia $nc rc turii proaspete se reali,ea, prin "eplasareapistonului "e la p.m.s. p7n $n p.m.i., timp $n care supapa "e a"misieeste "eschis +supapa "e e.acuare este $nchis % Prin rotirea $n continuare a

mani.elei pistonul se "eplasea, din p.m.i. p7n la p.m.s.comprim7n" $nc rc tura proasp t "in cilin"ru+ timp $n care ambelesupape sunt $nchise%


25/197

Fig.'. . Sc ema de principiu a m"t"rului cu ardere intern# în

patru timpi/ '-cilitidru& -pist"n& -biel0& *-$us manet"n&

1- c iulas#& 2-bu3ie& 4-carter superi"r& +-canal de admisie&' -canal de evacuare& ''- arb"re (a!) de distribu5ie& ' -supap0de evacuare& ' -cuzinet lag#r)& '*-arb"re c"tit& '1-carter in$eri"r '2-v"lant& '4-$us palier& '+-b"l5& '6-segmen5i de pist"n.

La s!7r(itul cursei "e compresie $nc rc tura proasp t seaprin"e prin sc7nteie )MAectea, motorina care se.apori,ea, (i se autoaprin"e )MAC*% Urmea, "estin"erea care sereali,ea, pe "urata "eplas rii pistonului pm p. m. s. p7n $n p. m. 7+trans!orm7n" ener#ia termic a #a,elor $n ener#ie mecanic!urni,at arborelui cotit (i mai "eparte transmisiei auto.ehiculului%

La s!7r(itul cursei "e "estin"ere se "eschi"e supapa "ee.acuare+ o parte "in #a,ele arse se elimin "in cilin"ru "atoritpresiunii superioare la care se a!l !a) "e presiunea atmos!eric + iar restul #a,elor arse sunt pompate "e c tre piston $n "eplasarea sa "ela p%m%i% p7n la p%m%s% timp $n care supapa "e e.acuare r m7ne"eschis % Ciclul se reia apoi printr'o nou aspira&ie "e $nc rc turproasp t %


26/197


=n !i#ura /% se arat schema "e principiu a unui motor monocilin"ric $n "oi timpi+ la care $nc rc tura proasp t esteintro"us $n cilin"ru "in colectorul "e baleia> prin !erestrele sauluminile "e baleia>+, iar #a,ele sunt eliminate prin !erestrele sauluminile "e e.acuare 8+ $n colectorul "e e.acuare%

=nc rc tura proasp t este aspirat "in e-terior prin pompa "ebaleia>*. Comprimarea $nc rc turii proaspete se reali,ea, $n ca"rul"eplas rii pistonului "e8 ip.m.i. p7n la p.m.s. pe o !rac&iune "ecurs $n care !ereastra6 este complet $nchis "e muchia superioara pistonului% La s!7r(itul compresiei $nc rc tura proasp t se aprin"eprin sc7nteie )MAectea, combustibilul care se.apori,ea, (i se autoaprin"e )MAC*+ "up care urmea, ar"erea (i"estin"erea+ procese ce se "es! (oar $n timpul "eplas rii pistonului"in p.m.s. p7n $n p.m.i.

+. =nc rc turanou intro"us sub presiune+ "e pompa "e baleia>*, "i,loc restul "e#a,e arse "in cilin"ru $mpin#7n" spre !ereastra "e e.acuare6. Ciclulse reia printr'o nou $nc rc tur cilin"rului', la !inele e.acu rii c7n"se $nchi" luminile "e e.acuare 8%

Fig.l. .Sc ema de principiu a m"t"rului cu ardere intern# 9n

d"i timpi/ a)începutul c"mprim#rii& b) începutul balea3ului&'-ci:ndru& -pist"n& -bieî0& *-p"mp0 de baleia3& 1-c iulas0&

2-in3ect"r (bu3ie)& 4-carter superi"r& +-lumim ($erestre)de admisie& 6-l;nim ($erestre) de evacuare& ' -arb"re c"tit.


27/197

Pentru $n&ele#erea mai complet a principiului "e !unc&ionaremotorului cu ar"ere intern + este util s se pre,inte concomitent"es! (urarea real (i teoretic a ciclului pentru !iecare "in tipurileprincipale "e motoare cu piston $nt7lnite $n construc&ia "eauto.ehicule%

A"!isia în !otoarele cu ar"ere interna

1. :!#lerea nor!ală a !otoarelor în #atru ti!#iPentru reali,area ciclului real $n ca,ul motoarelor cu ar"ere

inem cu piston este necesar e.acuarea #a,elor arse "in cilin"ru (iintro"ucerea $nc rc turii proaspete "e aer sau amestec "e aer (icombustibil% Aceste procese "e schimbare a #a,elor se "es! (oar $ntr'o anumit m sur concomitent%

Cantitatea "e $nc rc tur proasp t care se re&ine $n cilin"ru"epin"e (i "e #ra"ul "e #olire a cilin"rului "e #a,ele arse $n ciclulprece"ent+ "eci procesul "e a"misie trebuie anali,at $n str7nscorelare cu parametrii ce caracteri,ea, procesul "e e.acuare% Ansamblul !enomenelor ce $nso&esc procesele "e e.acuare (ia"misie repre,int schimbul "e #a,e care trebuie e!ectuat $n a(a !el $nc7t $n cilin"ru s se intro"uc o cantitate c7t mai mare "e #a,eproaspete $n raport cu .olumul a.ut la "ispo,i&ie (i s se piar" ocantitate c7t mai mic "e #a,e proaspete la sp larea cilin"rului "e#a,e arse%

Calitatea proceselor "e schimbare a #a,elor se aprecia, $n#eneral prin coe!icientul "e umplere care se poate "e!ini prinurm toarele rapoarte

' raportul "intre cantitatea "e $nc rc tur proasp t re&inut $ncilin"ru la s!7r(itul procesului "e umplere (i cantitatea "e $nc rc turproasp t care poate ocupa cilin"reea $n con"i&ii "e re!erin& a"icprintr'un proces ! r pier"eri termo'#a,o"inamiceJ

'raportul "intre .olumul $nc rc turii proaspete re&inute $ncilin"ru la s!7r(itul procesului "e umplere+ m surat in con"i&ii "ere!erin& + (i .olumul cilin"reei pe care l'ar putea umple $nc rc turaproasp t $ntr'un proces ! r pier"eri termo#a,o"inamice%

Pentru calcularea coe!icientului "e umplere se m soarcantitatea "e #a,e proaspete 5 a"mise $n motor )ca "ebit* (i se


28/197


"etermin prin calculul cantitatea teoretic care+ spre e-emplu+pentru un motor $n patru timpi este

in

V G h ⋅⋅⋅⋅= 00 602 ρ

un"e i este num rul "e cilin"ri ai motoruluiJ0 ρ ' "ensitatea!lui"ului proasp t%

%. Influenta fa7elor "e "istribuţie asu#ra u!#lerii

Des! (urarea procesului "e schimb "e #a,e poate !i anali,at"up .aria&ia presiuni #a,elor "in cilin"ru $n timpul acestui proces)!i#% %/*+ respecti. "up bucla in!erioar a "ia#ramei )p'H* in"icate+"enumit "ia#ram "e pompa> )a"misie'e.acuare* pre,entat $n!i#ura %/+c% Aceast .aria&ie a presiunii $n timpul a"misiei $n marem sur se "atore(te mi(c rii pistonului cu .ite, .ariabil % =ncep7n""in p%m%s%+ .ite,a pistonului se m re(te+ i#% %/%


29/197

i# %/ Dia#rama "e pompa>

atin#7n" .aloarea ma-im cu pu&in $nainte "e >um tatea cursei (ianul7n"u'se $n p%m+ i% Hite,a "e a"misie a #a,elor proaspeteurm re(te+ $n #eneral+ .aria&ia .ite,ei pistonului+ "ar "atorit iner&iei#a,elor "in con"ucta "e a"misie (i presiuni superioare ce o mai au#a,ele arse "in cilin"ru la $nceputul cursei "e a"misie e-ist un"ecala> ∆- $ntre $nceputul cursei "e a"misie )p%m%s%* (i $nceputulprocesului "e a"misie )punctul $%a%*%

De asemenea+ la s!7r(itul cursei "e a"misie in p%m%i%+ cu toatec .ite,a pistonului atin#e .aloarea ,ero+ $nc rc tura proasp tcontinu s p trun" $n cilin"ru "atorit iner&iei (i presiunii maisc ,ute "in cilin"ru% Apare "eci un "ecala>∆- $ntre s!7r(itul cursei"e a"misie )p%m%i%* (i s!7r(itul a"misiei )s%a%*% E.i"ent+ s!7r(itula"misiei este "eterminat "e momentul $nchi"erii supapei "e a"misie %Inter"epen"en&a "intre .ite,a "e intrare a #a,elor proaspete $ncilin"ru (i presiunea acestora+ !ace ca $n .ecin tatea po,i&iei $n care

;a atin#e .aloarea ma-im + presiunea s $nre#istre,e un minim% Aceast inter"epen"en& poate s ia !orme perturbate "atorit

un"elor "e presiune (i particularit &ilor motorului+ mai ales lamotoarele rapi"e%

Reali,area unei bune e.acu ri a #a,elor arse (i unei umpleric7t mai bune a cilin"rului cu #a,e proaspete+ respecti. ob&inerea unei"ia#rame "e pompa> c7t mai !a.orabile+ sunt m strict "epen"en& "e


30/197


31/197

Daci se notea, cu∆L c7(ti#ul "e lucru mecanic "e e.acuareprin reali,area unui a.ans la "eschi"erea supapei "e e.acuare+ estee.i"ent+ c ∆LQL1'L% Depen"en&a lucrului mecanic c7(ti#at∆L+ apier"erii "e lucru mecanic "e "estin"ere l (i a presiunii "e e.acuare+"e a.ansul la "eschi"erea supapei "e e.acuare+ e-primat ca!rac&iune a cursei pistonului+ se arat $n !i# % +"%


32/197


e.acuare pentru care se reali,ea, cea mai complet #olire acilin"rului "e #a,e arse%Pentru a se asi#ura o umplere c7t mai bun + "eschi"erea supapei "ea"misie )"%s%a%* trebuie s se pro"uc cu un a.ans !a& "e p%m%s%)!i#% %9%*%

i#% % % Haria&ia pier"erilor $n !unc&ie "e a.ansul la"eschi"erea supapei "e e.acuare

Una "in con"i&iile principale este aceea+ c m momentul c7n"presiunea "in cilin"ru a "e.enit in!erioar aceleia "in colectorul "ea"misie+ supapa s o!ere o sec&iune "e trecere c7t mai mare posibilpentru ca pier"erile #a,o"inamice s !ie minime%

Re,ult necesitatea unui a.ans la "eschi"erea supapei "e

a"misie at7t !a& "e p%m%s% c7t (i !a& "e punctul "e e#al presiune $ncilin"ru (i con"ucta "e a"misie% A.ansul la "eschi"erea supapei "ea"misie este cu at7t mai necesar cu c7t tura&ia motorului este maimare+ "eci cu c7t "urata a"misiei este mai mic %


33/197

i#% %3% Haria&ia presiunii "in cilin"ri $n timpul e.acu rii

E-ist im un#hi $n care at7t supapa "e a"misie+ c7t (i cea "ee.acuare+ sunt "eschise+ un#hi ce se nume(te+ un#hi "esuprapunere a "eschi"erii supapelor

i#% %9% Haria&ia presiunii "in cilin"ru m timpul a"misiei

A.ansul optim la "eschi"erea supapelor "e a"misie este+ prinurmare+ acel a.ans care asi#ur trecerea unei cantit &i c7t mai mici"e #a,e arse "in cilin"ru $n con"ucta "e a"misie+ pier"eri#a,o"inamice c7t m7i mici la trecerea #a,elor proaspete "e a"misie(i+ $n !inal+ o umplere ma-im a cilin"rului cu #a,e proaspete%

Momentul $nchi"erii supapei "e a"misie )$%s%a%* trebuie stabilitast!el+ $nc7t+ s se utili,e,e la ma-imum e!ectul iner&ional al coloanei"e #a,e proaspete% Postumplerea cu caracter iner&ional este limitat $n timp "e e!ectul cre(terii presiunii "in cilin"ru sub e!ectul "eplas riipistonului care poate pro.oca re!ularea #a,elor proaspete "in cilin"ruspre colectorul "e a"misie%

Re,ult c $nt7r,ierea optim la $nchi"erea supapei "ea"misie se # se(te $n momentul+ c7n" cele "ou e!ecte contrare seanulea, (i procesul "e umplere $ncetea, %Toate aceste consi"erente "uc la .alori optime e-perimentale aleun#hiurilor "e "eschi"ere (i $nchi"ere a supapelor% Halorile me"ii ale


34/197


acestor un#hiuri sunt "ate $n tabelul %/+ iar schema !a,elor "e"istribu&ie este pre,entat $n !i#ura %0%

i#% %0%


35/197

MaQM#aZMr QM#a)/Zγ r *"e un"e cantitatea real "e #a,e proaspete M#a+ a"mise re,ult

a

aaa

aaaa

RT V p

M

T RM V p

=

=+= r 11

MaMgaγ

Cu aceasta cantitatea "e #a,e a"mis "e.ine

r a

aa ga RT

V p M

γ += 11

Cantitatea teoretic "e #a,e proaspete a"mise $n cilin"ru la.olumul (i To e-primat $n 6moli .a !i

0

00

RT V p

M h =

Raport7n" cantitatea real "e #a,e a"mise la cantitateateoretic + se ob&ine con!orm "e!ini&iei "ate coe!icientul "e umplere

r a

av

r a

aa

h

gav

T T

p p

ee

T T

V pV p

M

M

γ η

γ η

+−=

+==

11

1

11

0

0

0

00

La puterea ma-im + are urm toarele .alori' motoare "e carburator η . Q 1+49 ' 1+29J- motoare cu aprin"ere prin comprimareη . Q 1%49 ' 1+89%Pentru motoarele $n patru timpi cu supraalimentare (i pentru

motoarele $n "oi timpi e-presia coe!icientului "e umplere "e.ine

r a

k

k

av T

T p p

ee

γ η +−= 1

11


36/197


=n aceste rela&ii ale coe!icientului "e umplere urmea, s seintro"uc e-presiile ob&inute anterior pentru pa+ Ta (i γ r %Rela&iile "e"use sunt apro-imati.e+ "eoarece au la ba,

ipote,e simpli!icatoare%Pentru calcule precise (i pentru cercet ri (tiin&i!ice trebuie s

se utili,e,e rela&ii care cuprin" to&i !actorii ce in!luen&ea, $n realitateumplerea+ rela&ii e-istente $n "i.erse lucr ri "e specialitate%


37/197

0. :!#lerea !otoarelor în "oi ti!#i0 &I&TE'E DE &( LARE

La motoarele $n "oi timpi+ spre "eosebire "e cele $n patrutimpi+ e.acuarea #a,elor arse "in cilin"ru nu se mai !ace sub ac&iunea pistonului + ci subac&iunea curentului "e #a,e proaspete comprimate%

i#% % 1% orme ale canalelor "e a"misie $n chiulas la MACcu "i!erite camere "e ar"erea' $n piston+

b' b ' camer "e turbulen&

E!icacitatea procesului "e schimb "e #a,e la motoarele $n "oitimpi este "eterminat "e calit &ile sistemului "e baleia>+ "e #ra"uls u "e per!ec&iune%

=n !unc&ie "e caracterul mi(c rii curentului "e #a,e $n cilin"ru+sistemele "e baleia> )sp lare* se $mpart $n sisteme cu baleia> $n buclsau contracurent (i cu echicurent%


38/197


" e !

=n !i#ura % / +a se pre,int sistemul "e sp lare $ncontracurent cu canal "e a"misie $nclinat (i piston plat%

os spre canalele "e sc pare%


39/197


40/197


41/197

"e umplere "ec7t presiunea "e a"misie p se a"mite mic(orarea"iametrului supapei "e e.acuare $n !a.oare m ririi celui "e la supapa"e a"misie+ m rin" coe!icientul "e umplere%

Temperatura #a,elor re,i"uale in!luen&ea, asupracoe!icientului "e umplere numai prin interme"iul coe!icientului#a,elor re,i"uale%


42/197


m sur % Ins .aria&ia $nc l,iri∆T este ne$nsemnat "atorit c l"urii!urni,ate con"uctei "e a"misie (i cantit &ii mici "e combustibilsupus .apori, rii% =n ansamblu+ la re"ucerea sarcinii sca"ecoe!icientul "e umplere al motorului cu carburator%La motoarele cu aprin"ere prin comprimare+ nee-ist7n" clapet "eobturare pe traseul "e a"misie+ re,isten&ele #a,o"inamice la o tura&ieconstant sunt "e asemenea constante% La m rirea sarcinii prinm rirea "ebitului "e combustibil temperatura pieselor se m re(te (i $nc l,irea aerului $n timpul a"misie "e asemenea se m re(te% Prinurmare+ coe!icientul "e umplere sca"e cu cre(terea sarcinii%


43/197

!unc&ie "e tura&ie+ .aria&ii ce se e-plic (i prin .aria&ia !a,elor "e"istribu&ie% Dup cum se .e"e la m rirea tura&iei coe!icientul "eumplere cre(te+ iar "up atin#erea unei .alori ma-ime sca"e cucre(terea $n continuare a tura&iei% Dup cum s'a ar tat mai $naintepentru asi#urarea unei bune sp l ri (i umpleri a cilin"rului este utill r#irea !a,elor "e "istribu&ie la a"misie (i e.acuare%

C.1 %. Influenţa feno!enelor "ina!ice asu#ra u!#lerii

La motorul $n patru timpi umplerea cilin"rului cu $nc rc tur proasp t se repet la "ou tura&ii ale arboreluicotit+ !iin" $nso&it "e .aria&ii "e presiune $n con"ucta "ea"misie% La "eschi"erea colector supapei "e a"misie $ncolector #a,ele se a!l $n repaus)A*+ "ar "eplasareapistonului spre p%m%i% pro.oac $nceperea cur#erii $nc rc turii spre cilin"ru (i se propa# o un" "e"epresiune spre intrarea $n con"uct "in e-terior )B*% Lacap tul e-terior al con"uctei un"a se re!lect $n sens in.ersca o un" "e presiune )C*+ "eplas7n"use $napoi sprecilin"ru )D*%

Prin aceast re!lectare se poate ob&ine o $nc rcaresuplimentar a cilin"rului )E*%Utili,7n" e!ectul un"elor "e presiune+ se poate reali,a

$n poarta supapei o presiune superioar presiunii "in cilin"ru $n apropierea $nchi"erii supapei "e a"misie% Deci+ la $nchi"erea supapei e!ectul men&ionat "e umplere poate !iampli!icat prin utili,area un"elor "e presiune% Dup $nchi"erea supapei se re!lect un"a po,iti. + procesul "eoscila&ie+ amorti,7n"u'se "up schema %Momentul "e $nchi"ere a supapei "e a"misie este anali,at $n !i#ur %Momentul optim este re"at $n .arianta a+ c7n" presiunea "in cilin"rup, este e#al cu presiunea "in poarta supapei ps la $nchi"ereaacesteia cu un#hiul "e $nt7r,iere% =n ca,ul c7n" presiunea ps+ estee#al cu presiunea p, $naintea $nchi"erii supapei+ ceea ce pro"ucere!ularea $nc rc turii "in cilin"ru $n con"uct % =n ca,ul+ c7n" $nchi"erea supapei s'a pro"us $nainte ca presiunile "in cilin"ru (i "inpoarta supapei s se e#ale,e+ nu se utili,ea, complet e!ectulun"elor "e presiune%


44/197


i#% %/0% Momentul $nchi"erii supapei "e a"misie

Pentru o anumit construc&ie a sistemului "e a"misie!rec.en&ele (i amplitu"inile un"elor "e presiune .aria, $n !unc&ie "etura&ie%


45/197

$nc rc turii proaspete+ !ie prin canalele tan#en&iale+ !ie prin "i.ersepara.ane !i-ate pe talerul supapei sau pe se"iul supapei%

i#% %/2 Con!i#ura&ia canalului "e a"misie la motoarele $npatru timpi

C7te.a !orme ale canalelor "e a"misie ale motoarelor $n patrutimpi+ cu carburator se pre,int $n !i#% %/8%

Cu a>utorul unor aparate cu iner&ie mic + cuelectrotermoanemometre "ispuse $n camera "e ar"ere se poatem sura .ite,a $nc rc turii $n timpul a"misiei $n !unc&ie "e un#hiul "erota&ie al mani.ele arborelui cotit%

9i . %.13. 9or!e "e "is#unere ale canalelor "e a"!isie înc$iulasă la 'A&. cu "iferite ca!ere "e ar"ereF a6se!isfericeb6se!i#ană c6în #iston


46/197


ARDEREA ÎN !"!ARE#E C$ A%R&NDERE %R&N 'C(N"E&E

'. Viteza de ardere a amestecuril"r de c"mbustibil


47/197

cantit &i "e combustibil in>ectat )la $nceputul procesului* (i .ite,a "eamestecare a combustibilului cu aerul )$n ultima parte a procesului*%Hite,a "e amestecare a combustibilului cu aerul "epin"e "e .ite,a "e"i!u,ie "intre moleculele "e combustibil (i o-i#en (i intensitateatransportului turbionar "e mas $n timpul ar"erii%Combustibilii utili,a&i m motoare sunt constitui)i "in anumite tipuri "ehi"rocarburi a c ror ar"ere complet este "escris "e ecua&iilear"erii complete a carbonului (i hi"ro#enului%

C / ! 0 C! 0 02 0 / ! 0 02 0 !34

Teoria reac&iilor $n lan& anali,ea, "ou c i posibile "e "e,.oltare areac&iilor m masa "e amestec% Prima cale+ c7n" "atorit consumuluia peste >um tate "in substan&ele "e ar"ere .ite,a "e reac&ie+atin#7n" un ma-im+ $ncepe se sca" ! r !ormarea !l c rii "up cumse .e"e pe curba / "in !i#ura 3%/% A "oua cale + c7n" "e,.oltareareac&iei $n lan& con"uce lapro#resi. a .ite,ei "e reac&ie care pro"uce aprin"erea masei "eamestec "ate )curba *%Con"i&ia autoaprin"erii este atin#erea unei .ite,e critice "e reac&ie; cr la care .ite,a "e "e#a>are a c l"urii este su!icient pentruasi#urarea c l"urii "e e-plo,ie%

Hite,a reac&iilor chimice "epin"e "e temperatura (i concentra&iasubstan&elor ce intr $n reac&ie%

Hite,a "e reac&ie se poate e-prima $n !unc&ie "e presiune (itemperatur printr'o reac&ie "e !orma urm toare

T = >

nr

? e @pA =(*)

un"e A ' constanta ce "epin"e "e propriet &ile combustibilului (i "ecompo,i&ia amesteculuiJp' presiuneaJ


48/197


n' or"inul reac&ieiJE'ener#ia "e acti.areJT ' temperaturaJRM ' constanta #eneral a #a,elor%

Temperatura mani!est in!luent numai prin constanta .ite,ei"eoarece asupra concentra&iei substan&elor care reac&ionea,in!luen&a ei nu se transmite%

Tabelul 3%/ Limitele autoaprin"erii amestecului ben,in 'aer

Te!#eraturaa!estecului înainte "e

a#rin"ere 5

Li!itaautoa#rin"erii "u#ă4e ces "e aer H 6

Temperaturaamestecului $nainte "e

aprin"ere YC

Limita autoaprin"erii"up e-cesul "e aer

superioar in!erioar


49/197

. @prinderea amestecuril"r de c"mbustibil oase%Harianta monosta"ial permite $n&ele#erea proceselor "in motoarelecu aprin"ere prin sc7nteie+ iar .arianta polista"ial se re!er laprocesele "in motoarele cu aprin"ere prin comprimare% Aprin"erea la temperaturi $nalte const $n pro"ucerea !l c rii "atoritautoacceler rii pro#resi.e a reac&iilor e-oterme% Aceasta este pe"eplin posibil "eoarece $ntre electro,ii bu>iei se !ormea, un arcelectric "e $nalt temperatur )'/1%111[* care asi#ur rupereacoe,iunii intermoleculare (i !ormarea unor particule acti.e )ra"icaliliberi* care >oac rolul centrilor ini&iali ai reac&iilor% Aprin"erea la temperaturi >oase este un proces caracteristic reac&iilor "in motoarele cu aprin"ere prin comprimare% oase "escompunerea moleculelor "e hi"rocarburieste e-clus + "in care cau, !ormarea ra"icalilor liberi )centrilor "eacti.are * poate !i ob&inut $ntr'un proces "e autoo-i"are cu !ormarea

en"otermic % a unor pero-i,i "e tipul R'C'O'O' %Cercet ri e-perimentale e!ectuate cu hi"rocarburi para!inice auar tat "epen"en&a "intre temperaturile (i presiunile "in camera "ear"ere pentru reali,area unei "urate constanteτin" a procesului "eautoaprin"ere )!i#ura 3% *% Aceast "epen"en& este repre,ent prin curba ABCD% In ,onatemperaturilor $nalte )r+* aprin"erea este monosta"ial )A'l' *+ iar latemperaturi >oase )4\* aprin"erea este polista"ial ) '/'B'C'D* (ieste prece"at "e !lac ra rece )/' 'C*%


50/197


Fig. .4. Corela-ia dintre temperaturi 7i presiuni laautoaprinderea 8idrocar9urilor

8. (rocesul ar"erii în !otorul cu a#rin"ere #rin sc nteie

8.1. Ar"erea nor!ală /i fa7ele sale #rinci#ale.

=ntrea#a perioa" "e ar"ere $n motorul cu aprin"ere prinsc7nteie poate !i consi"erat + "inpunctul "e .e"ere al cre(terii presiunii+ ca !iin" constituit "in trei!a,e !a,a l "e ini&iere a ar"erii+ !a,a a II'a "e propa#are a !l c rii (i!a,a a III'a "e "es .7r(ire a ar"erii $n timpul "estin"erii ) 1'91 RAC*%

a,a / este !a,a ini&ial sau perioa"a "e in"uc&ie% In aceast !a, sear"e o cantitate re"us "e amestec $n >urul bu>iei )0'2@*+ iar presiunile (i temperaturile nu cresc .i,ibil "eoarece c l"ura "e#a>atabia compensea, pier"erile "e c l"ur prin pere&ii camerei "ear"ere% Aceast !a, se "es! (oar pe 9'4YRAC (i se mai nume(te $nt7r,iere la aprin"ere%

a,a a II'a care este !a,a principal "e ar"ere (i se"es! (oar pe /1' 9YRAC+ "etermin mersul lini(tit al motorului+

a"ic caracterul cre(terii presiunii care se aprecia, prin cre(terea"e presiune pe /YRAC+ respecti.

α d

d p )!i#%3%3+b*% Pentru perioa"a "ela $nceputul ar"erii p7n la atin#erea presiunii ma-ime+ la motoare cu ]QQ0+9'2 .ite,a me"ie "e cre(tere a presiunii este


51/197

v

p p pα α

23 −=∆∆ MpaF RAC

)3%9*a,a a III'a este !a,a !inal (i $ncepe "up atin#erea presiunii

ma-ime )punctul %^*+ $nchein"u'se $n "estin"ere punctul 1% Inaceast !a, "e postar"ere sau ar"ere $nt7r,iat + se "es .7r(escreac&iile "e ar"ere a combustibilului care nu s'a ars $n !a,eleprece"ente%

i#% 3%9


52/197


9i .0.18. Autoa#rin"erea a!estecului în ca!era "e ar"ere 'A&flăcării în "e#lasarea sa.

Detona&ia este un proces !oarte comple-+ care spre "eosebire "ear"erea normal con"uce ia urm toarele urm ri posibile

' impactul un"ei "e (oc pe capul pistonului pro.oac"eteriorarea pieselor mecanismului biel 'mani.el J

' transmiterea "etona&iei (i un"ei "e (oc pe pere&ii cilin"rului+m re(te transmiterea "e c l"ur "e la #a,e la pere&ii pieselor respecti.e+ ceea ce pro.oac tensiuni termice (i "eteriorareapieselor respecti.eJ

' ac&iunea "etona&iei asupra "isocia&iei par&iale a pro"uselor !inale "e ar"ere pro.oac m rirea cantit &ii "e carbon liber "e#a>at (i!ormarea "e !unin#ine care este apoi e.acuat $n con"ucta "ee.acuareJ

' sc "erea puterii (i economicit &ii motorului "atorit ar"eriiincomplete a combustibilului (i pier"erilor termice prin "etona&ie%

8.8. Ar"erea cu a#rin"eri secun"are Aprin"erea amestecului se poate pro"uce (i "e la alte surse

"ec7t electro,ii bu>iei+ cum ar !i punctele incan"escente "in camera"e ar"ere+ $n care ca, !enomenul este "enumit aprin"ere secun"ar %


53/197

Aprin"erile secun"are pot ap rea $naintea "eclan( rii sc7nteii"e c tre bu>ie+ (i se numesc preaprin"eri+ sau "up "eclan(areasc7nteii+ acestea !iin" "enumite postaprin"eri% At7t primele+ c7t (iultimele .ariante "e aprin"eri secun"are ini&ia, !ronturi "e ar"eresuplimentare care se apropie ca e!ect "e ar"erea "etonant saucon"uc la ar"erea "etonant %

In !i#ura 3%/9 se pre,int c7te.a mo"ele "e propa#are a!l c rii la ar"erea cu aprin"eri secun"are )b (i c* $n compara&ie cuar"erea normal )a*

a 9 cFig. .15. odele de propagare a 7lăcării la arderea

normalăîn A' 3a ,i la arderea cu aprinderi secundare 39 ,i c

Fig. .16. Diagramele indicate în ca*ul preaprinderii 3a ,i postaprinderii 39

3% Controlul procesului "e ar"ere prin ale#erea !ormeiconstructi.e a camerei "e ar"ere


54/197


Arhitectura camerei "e ar"ere mani!est o in!luen&consi"erabil asupra proceselor "e schimb "e #a,e (i prin urmareasupra coe!icientului "e umplere+ asupra mi(c rii #a,elor (ischimbului "e c l"ur la s!7r(itul compresiei (i asupra "es! (ur riiproceselor "e ar"ere%

ormele cele mai $nt7lnite $n construc&ia camerelor "e ar"erela motoarele cu carburator sunt pre,entate $n !i#ura 3%/4%

Fig. .1:. 'c8emele camerelor de ardere la A' @=B>=>@ CD ?ETE@=>7> : @ =GDB>=> =GD

E? =G?@=> Ar"erea amestecului neomo#en se "eosebe(te esen&ial "e

ar"erea amestecului omo#en% Procesul !orm rii amestecului (ipre# tirea sa pentru aprin"erea $n motorul cu aprin"ere princomprimare+ $ncepe "in momentul in>ect rii combustibilului $n camera

"e ar"ere+ a"ic "e la /1'31Y RAC $nainte "e a a>un#e pistonul $np%m%s%)!i#%3% *%


55/197

i# 3%Timpul "isponibil pentru toate procesele "e pre# tire a

amestecului pentru autoaprin"ere este !oarte scurt (i $n motoarele caaprin"ere prin comprimare aceste procese se reali,ea, $n )1+13'1+11/*s+ .alorile mari re!erin"u'se la motoarele lente+ iar cele mici lamotoarele rapi"e%

Timpul "isponibil pentru pre# tirea (i !ormarea amesteculuipentru aprin"ere la motoarele cu carburator este "e c7te.a ori maimare "ec7t la motoarele cu aprin"ere prin comprimare%

a,ele "e !ormare (i pre# tire a amestecului pentruautoaprin"ere la motoarele cu aprin"ere prin comprimare)pul.eri,area combustibilului "in in>ector (i proiectarea sa $n camera"e ar"ere+ $nc7l,irea pic turilor (i .apori,area lor+ !ormareapro"uselor interme"iare "e o-i"are (i $n !inal+ aprin"erea* sesuprapun $n timp una cu alta (i se prelun#esc p7n "up aprin"ere% =n aceasta const particularitatea (i $n acela( timp comple-itateastu"ierii proceselor "e ar"ere $n aceste motoare%

Combustibilul in>ectat $n cilm"ru a>un#e $n me"iul comprimat (iprin urmare $nc l,it+ aerul a.7n" $n #eneral presiuni "e ) '3* MPa (itemperaturi "e 211'/111 [%

'. Fact"rii care in$luen5eaz0 înt0rzierea la aut"aprindere

Aprin"erea amestecului neomo#en se reali,ea, nu "e la osurs e-terior + ci prin accelerarea reac&iilor e-oterme "e o-i"arep7n la reali,area aprin"erii% =n principal aceasta se reali,ea,"atorit acti. rii termice% Acest tip "e aprin"ere poate !i ob&inut prinin>ectarea combustibilului $n aerul comprimat (i $nc l,it p7n latemperaturi ri"icate%

=n amestecurile "e compo,itie neomo#en aprin"erea poates se pro"uc $n primul r7n" $n .olumul $n care concentra&ia


56/197


combustibilului este cea mai !a.orabil )λ /*% =n a!ar "e aceasta+concentra&ia combustibilului )pic turile care se .apori,ea, * trebuies ocupe cea mai !a.orabil po,i&ie $n camera "e ar"ere+ "in punctul"e .e"ere al c7mpului "e temperaturi pentru a se asi#ura osu!$cient intensitate a reac&iilor "e prear"ere (i o .ite,corespun, toare a "e#a>arii "e c l"ur % De asemenea trebuie caaceast po,i&ie s permit o .ite, "e "eplasare a pic turilor prinaerul $nc7l,it "eoarece mani!est o important in!luen& asupracontrolului )!orme$* c7mpului "e concentra&ie a .aporilor "ecombustibil (i c7mpului termic%

Pe cale e-perimental s'a remarcat c amestecul $n spa&iul"intre pic turi care se # sesc la peri!eria >etului "e combustibil nuatin#e concentra&ia "e ar"ere )trece sub limita "e autoaprin"ere aamestecurilor s race*% =n ,ona central a >etului "e combustibilconcentra&ia .aporilor "e combustibil cre(te "eoarece pic turile se"eplasea, complet una l7n# alta (i "e aceea amestecul $n acestca, "ep (e(te limita "e autoaprin"ere a amestecurilor bo#ate+ iar temperatura $n interiorul >etului "e combnstibil "atorit .apori,7riipic turilor sca"e+ a"ic con"i&iile "e.in ne!a.orabile autoaprin"erii%

Cea mai !a.orabil ,on pentru autoaprin"ere poate !i parteae-terioar a >etului "e combustibil $n care se "eplasea, cu aerulpic turi "e "iametru mic% =n aceast parte a spa&iului camerei "ear"ere s!7r(itul reac&iilor pre# titoare (i !ormarea ,onelor "eautoaprin"ere .a "epin"e "e .ite,a "e "eplasare a pic turilor (i "econ"i&iile schimbului "e c l"ur cu pere&ii metalici%

E-tremitatea >etului "e combustibil a>un#e $n contact cu pieseleputernic $nc7l,ite+ ceea ce poate accelera reac&iile pre# titoare (itrecerea spre autoaprin"ere%

Apari&ia primelor ,one "e ar"ere pro.oac ri"icareatemperaturilor (i presiunilor+ accelerea, reac&iile pre# titoare (itrecerea spre !ormarea "e ,one "e ar"ere $n $ntre#ul .olum "e

amestec%Procesul !orm rii amestecului (i pre# tirii sale pentruautoaprin"erea $n motoarele cu aprin"ere prin comprimare inclu"e oserie "e procese interme"iare (i cuprm"e o perioa" "etermmat "etimp care se nume(te perioa" "e $nt7r,iere la autoaprin"ere%Practic+ perioa"a "e $nt7r,iere la autoaprin"ere se e.aluea, printimpul $n !rac&iuni "e secun" sau #ra"e RAC "e la $nceputulin>ect7rii combustibilului "e c tre in>ector p7n la momentul


57/197

"esprin"erii politropei "e ar"ere "e politropa "e compresie pe"ia#rama in"icat )τI+ +α i*% =n acest timp combustibilul su!er trans!orm ri !i,ice (i chimice+

ast!el $nc7t $nt7r,ierea la autoaprin"ereτI este suma a "oucomponente+ respecti. o component !i,icτI $n care se pro"ucepul.eri,area+ .apori,area (i "i!u,ia .aporilor "e aer (i o componentchimic τ IC + $n care se pro"uc reactiile "e autoo-i"are ahi"rocarburilor% Deci se poate scrie

τIQτI ZτIC

Durata perioa"ei "e $nt7r,iere la autoaprin"ere mani!est omare in!luen& asupra procesului "e ar"ere $n ansamblu (i "epin"e"e "i.er(i !actori chimici+ !i,ici (i constructi.i%

%. 9a7ele ar"erii în !otorul cu a#rin"ere #rin co!#ri!are

=n !i#ura 3% 3+a se pre,int "ia#rama in"icat "es! (urat +un"e /' este perioa"a "e $nt7r,iere la autoaprin"ere+ ' perioa"a"e cre(tere brusc a presiuni+ '3 perioa"a "e,.olt rii temperaturii

ma-ime a ciclului (i apoi perioa"a "es .7r(irii ar"erii "in momentulatin#erii temperaturii ma-ime a ciclului T, +p7n la s!7r(itul ar"erii% =n !i#ura 3% 3+b se pre,int caracteristica "e in>ec&ie (i "e

"e#a>are a c l"urii% Curba iQ! / )α* "escrie le#ea "e in>ec&ie acombustibilului+ curba -Q ! )α* repre,int .aria&ia !rac&iunilor "ec l"ur "e#a>at + pin>Q ! )α* arat .aria&ia presiunii "e in>ec&ie (i

α d d!

.ite,a "e "e#a>are a c l"urii $n !unc&ie "e timp sau "e un#hiul "erota&ie al arborelui cotit%


58/197


Fig. Fazele arderii la ?@ a,ele "e ar"ere sunt repre,entate $n !rac&iuni "in timpul

"es! (urare a ciclului )!i#%3% 3+b* sau pot !i "elimitate $ntr'o "ia#ramp'α $nYRAC%

Dup cum se .e"e "in caracteristica .aria&iei m rimilor -+α d

d!

c l"ura "e#a>at la s!7t(itul !a,ei a treia este important + $ns .ite,a"e "e#a>are a c l"urii sca"e+ "e(i procesele se "es! (oar latemperaturile cele mai $nalte+ aceasta se poate e-plica prin $nr ut &irea contactului "intre o-i#en (i combustibil sau pro"use "e


59/197

ar"ere incomplet care se accentuea, "atorit m ririi concentra&iei#a,elor inerte $n amestec )a,ot (i pro"use "e ar"ere*%Paralel cu aceasta are loc (i o $nr ut &ire a con"i&iilor "e

!ormare a amestecului+ "atorit !aptului c in>ec&ia (i pul.eri,area $n!a,a a III'a se pro"uc cu .ite,e mai sc ,ute (i coe!icientul "e e-ces"e aer $n timp este mai mic%

Caracterul propa# rii !l c rii $n camera "e ar"ere a motoruluicu aprin"ere prin comprimare nu a !ost pe "eplin eluci"at ca lamotorul cu carburator% De aceea este posibil s e-iste "i!erite puncte"e .e"ere asupra "escrierii !enomenelor !i,ice ce apar $n procesular"erii amestecurilor "e combustibil (i aer $n motoarele cu aprin"ereprin comprimare%

=n literatura actual pri.in" procesul "e ar"ere+ $n ansamblu seconsi"er + c acesta este constituit "in patru !a,e% Aceast $mp r&irepe !a,e este con.en&ional pentru motoarele cu aprin"ere princomprimare "eoarece multe aspecte ate ar"erii nu au !ost $ncstu"iate% =ns + "e(i con.en&ionale+ !a,ele procesului "e ar"erere!lect su!icient "e real !enomenele petrecute $n cilm"ru%

Cea mai complet ima#ine asupra procesului "e ar"ere "mmotorul cu aprin"ere prin comprimare se poate ob&ine "ac la ba,aanali,ei "es! (ur rii !a,elor se consi"er !actoiii care au o in!luen&

constant asupra proceselor ca spre e-emplu le#ea "e in>ec&ie acombustibilului (i le#ea "e#a> rii c l"urii+ care la r7n"ul lor "etermintemperatura (i presiunea ciclului%

In!luenta tipului camerei "e ar"ere asupra !orm rii amestecului (iar"erii


60/197


"in care !ac parte cele cu antecamer (i cele cu camer "eturbulen& % =n cele ce urmea, se .or anali,a principalele tipuri "e camere

"e ar"ere (i in!luen&a arhitecturii acestora asupra procesului "e!ormare a amestecului (i "e ar"ere%

*. amerele unitare sau cu in3ec5ie direct#

Camerele unitare sunt acele camere $n care ar"erea se"es!a(oar $ntr'un compartiment unic+ "elimitat "e supra!a&achiulasei+ capul pistonului (i pere&ii cilin"rului+ compartiment $n carese in>ectea, combustibil la s!7r(itul compresiei%Con!i#ura&ia camerelor "e ar"ere unitare este !oarte"i.ersi!icat % C7te.a "in tipurile cele mai r sp7n"ite se pre,int $n!i#ura 3% 9%

ormarea amestecului se poate !orma pe principiul "istribu&ieicombustibilului $n .olumul camerei "e ar"ere sau prin !ormarea uneipelicule pe pere&ii acesteia% Dispersia combustibilului $n camera "ear"ere se reali,ea, prin utili,area ener#iei cinetice a >etului "ecombustibil Ec (i a ener#iei turbionale a aerului Ea%

Ener#ia total care poate !i utili,at pentru !ormareaamestecuiui este

> t"t > c / > a

În 7unc-ie de metoda de 7ormare a amestecului ,i de7orma camerei de ardere se impun )alori di7erite pentru energiile cinetice ale ;etului de com9usti9il ,i aerului supustur9ionării.

La camerele unitare cu "ispersia combustibilului $n $ntre#ul.olum+ componen&a ener#etic principal pentru !ormareaamestecului este ener#ia cinetic imprimat combustibilului prinin>ec&ie%


61/197

Fig. .05. Camere de ardere unitare

Ener#ia "e turbionare a aerului la aceste camere este maimic "ec7t ener#ia combustibihilui%O mare r sp7n"ire au c p tat camerele "e ar"ere practicate

$n piston+ #eometria c rora corespun"e #eometriei >eturilor "ecombustibil+ in>ectorul $n acest ca, se "ispune pe a-a cilin"rului+ iar pul.eri,atorul are 9'4 ori!icii "e "iametru relati. mic )"IQ1+/9'1+ 9mm*% Camerele "e acest tip sunt utili,ate pe motoarele unor auto.ehicule "e mare tona> )!i#%3% 9+ a+b (i c*% Cu toate c seutili,ea, un mare num r "e ori!icii "e pul.eri,are+ "eci se reali,ea,


62/197


un num r mare "e >eturi "e combustibil+ nee-ist7n" o mi(care "erota&ie a-ial a aerului $n camera "e ar"ere+ $n spa&iile "intre >eturir m7ne aer neutili,at+ ceea ce reclam un coe!icient "e e-ces "e aer mai mare+ respecti. λminQ/+9% ormarea amestecului se $mbun t &e(te pe calea creerii unei circula&ii tan#en&iale "e rota&ie aaerului $n camera "e ar"ere% Aceast mi(care+ a(a cum s'a ar tatmai $nainte+ se reali,ea, $n procesul umplerii printr'o orientarecorespun, toare a canaluiui "e a"misie%

Intensitatea mi(cirii "e rota&ie a aerului $n camera "e ar"eretrebuie corelat cu num rul (i "iametrul ori!iciilor pul.eri,atorului (icu #eometria >eturilor+ respecti. cu caracteristica "e in>ec&ie%

La o .ite, mare "e rota&ie a aerului .aporii "e combustibil+pic turile !in pul.eri,ate (i pro"usele "e ar"ere se "eplasea, "in,ona unui >et $n ,ona altui >et .ecin+ ceea ce $nr ut &e(te !ormareaamestecului+ mic(orea, presiunea me"ie e!ecti. a ciclului+ m re(teconsumul speci!ic "e combustibil (i con"uce la apari&ia !umului $n#a,ele "e e.acuare% eturi "e combustibil .ecine+ cu socotireaconicit &ii >eturiior%

C. 5a!erele "ivi7ate cu ca!eră "e #rear"ereLa motoarele cu camer "e prear"ere sau cu antecamer +

camera "e ar"ere se $mparte $n "ou p r&i antecamera "ispus $nchiulas cu un .olum "e 1+ 9'1+31 "in .olumul "e compensa&ie Hc (icamera principal "ispus "irect $n cilin"ru% Antecamera are !ormaunui corp "e re.olu&ie (i este le#at "e camera principal prin unulsau mai multe canale "e sec&iune re"us % Dup a-a "e simetrie aantecamerei se montea, in>ectorul cu un sin#ur pul.eri,ator% =n!i#ura 3% 2 se pre,int schema unei antecamere pentru motoare cutura&ii ri"icate un"e / este camera "in cilin"ru+ antecamera (i

canalul "e le# tur % =n timpul cursei "e comprimare se pompea, aerul "in cilin"ru $n antecamer prin canalele "e le# tur care au sec&iuni re"use+respecti. 1+ '1+0@ "in Ap% Datorit .ite,ei ri"icate a curentului carep trun"e $n antecamer + atin#7n" cu /9' 1PRAC $nainte "e p%m%s%

1' 1 mFs+ .ite, pro.ocat "e o c "ere "e presiune "e 1+ '1+9MPa+ $n interiorul s u apare o mi(care turbionar "e,or"onat care!a.ori,ea, amestecarea aerului cu combustibilul in>ectat $n


63/197

antecamer printr'un pul.eri,ator cu un sin#ur >et+ la un a.ans "e /1'9Y $nainte "e p%m%s% La sarcini mari nu poate ar"e $n antecamer $ntrea#a cantitate "e combustibil in>ectat (i "e aceea se amestecnumai cu o parte "in aer% Prin ar"erea combustibilului temperatura (ipresiunea $n antecamer se m resc brusc+ iar combustibilul nears (ipro"usele "e ar"ere trec prin canalele "e le#7tur $n cilin"ru% Hite,ari"icat cu care trec #a,ele (i restul "e combustibil $n cilin"ru+asi#ur con"i&ii !a.orabile "e pul.eri,are (i amestecare acombustibilului cu aerul "in cilin"ru%

Ast!el+ $n cilin"ru se pro"uce ar"erea p r&ii principale acombustibilului%

Canalele "e le# tur "intre antecamer (i cilin"ru se $nc l,esc puternic la trecerea #a,elor arse+ atin#7n" temperaturasupapelor "e e.acuare ceea ce !a.ori,ea, .apori,areacombustibilului%

Prin aceasta se re"uce $nt7r,ierea la autoaprin"ere acombustibilului%

Haria&ia presiunii $n antecamer (i $n cilin"ru $n !unc&ie "eun#hiul a se arat $n !$#ura 3% 8%

Aria sec&iunilor canalelor "e trecere se ale#e "in con"i&iaasi#ur rii unor .ite,e la intrarea (i ie(irea #a,elor "in antecamer +

pentru care procesele "e !ormare a amestecului (i "e ar"ere s !iesatis! c toare%Din anali,a particularit7&ilor proceselor "e lucru $n motoarele

cu antecamer re,ult c scopul antecamerei const $n utili,areaener#iei "e#a>ate prin ar"erea unei p r&i a cambustibilului in>ectat+pentru pul.eri,area (i .apori,area p r&ii principale a combustibiluluicu a>utorul pro"uselor "e ar"ere care au o $nalt temperatur % Aceasta antecamer pennite ca presiunea "e in>ec&ie acombustibilului s !ie mo"erat + respecti. la $nceputul ri"ic rii aculuiin>ectorului presiunile sunt 2'/ MPa%


64/197


Fig *. + amer# de ardere divizat# cu antecamer#

,. Anali7a co!#arativă a ca!erelor "e ar"ere ale !otoarelor cu a#rin"ere #rin co!#ri!are

Dup cum s'a ar tat $n !i#ura 3% 9 e-ist multiple posibilit &i"e reali,are a camerelor "e ar"ere unitare%

O mare .arietate "e solu&ii constructi.e e-ist (i $n ca,ulcamerelor "e ar"ere compartimentate+ c7te.a "intre cele mai

repre,entati.e !iin" repre,entate $n !i#ura 3% %Din anali,ele pre,entate mai sus re,ult c se pot reali,a $nalte per!orman&e "e putere+ respecti. presiuni me"ii e!ecti.eri"icate+ $n ca,ul oric rei camere "e ar"ere+ "ac se pre. " m suri"e con"ucere cu ri#uro,itate a procesului "e !ormare a amestecului(i "e ar"ere% Presiuni me"ii e!ecti.e pu&in in!erioare se ob&in lamotoarele cu antecamer7 "in cau,a pier"erilor termice (i


65/197

#a,o"inamice mai mari cer $nso&esc procesele "e comprimare (i "ear"ere%Din punctul "e .e"ere al re,er.elor pentru !or&area motoarelor

prin supraalimentare+ cele mai pu&in con.enabile sunt cele cu camere"i.i,ate+ "eoarece la cre(terea presiunilor $n cilin"ru cresc pier"eriletermice (i #a,o"mamice%

Din punctul "e .e"ere al economicit &ii cele mai bine situatesunt motoarele cu camer unitar la care nu apar pier"eri#a,o"inamice importante la trans!erul #a,elor $n "i.erse ,one alecamerei (i au supra!e&ele relati.e "e r cire cele mai mici+ "ecipier"eri "e c l"ur minime%

Din aceste moti.e se $ntreprin" intense cercet ri pentrureali,area unor motoare cu in>ec&ie "irect chiar pentru autoturisme%Un e-emplu $n acest sens este motorul a c rui camer "e ar"ereeste pre,entat $n !i#ura 3% 9+h% Acest motor utili,ea, proce"eul "e!ormare a amestecului M (i a "e,.oltat 336; la 3 11 rotFmm%+utili,7n" un raport "e comprimareεQ/4+2%


66/197


Fig. .40 'c8emele unor camere de ardere di)i*atea-d - cu cameră de turbulenţă;e-g - cu antecameră

Consu u! s"eci#ic ini a #ost 245g$%&' Vite a *e cre+tere a "resiunii a#ost *e 0,36MPa$ -.C, iar "resiunea a/i *e ar*ere 8 MPa.cest otor s a co "ortat #oarte ine n ca u! #or rii "rin su"raa!i entare, "rocese!e *e ar*ere "ut n* #i contro!ate n con*i ii +i ai une

a otoare!e cu ca ere *e ar*ere unitare ca!ita i!e *e "o ire sunt ai une*ec t !a otoare!e cu ca ere co "arti entateSarcini!e *ina ice !a care sunt su"use "iese!e ecanis u!ui ie! ani e!+i ni e!u! go otu!ui n #unc ionare sunt ai ici n ca u! otoare!or cuca ere *e ar*ere co "arti entate, acestea co "ort n*u se ine +i !aregi uri tran itorii *e #unc ionare, !a nr ut tirea ca!it ii co usti i!u!ui, !asc *erea "resiunii *e in ec ie


67/197

n ca u! ca ere!or *e ar*ere co "arti entate re u!t concentra ii ai icia!e su stante!or noci e n ga e!e *e ar*ere #a *e ni e!u! concentra ieiacestora !a otoare!e cu in ec ie *irect


68/197

CINEMATICA MECANI


69/197

E1n Q ⋅πω ' .ite,a un#hiular "e rota&ie a arborelui cotit+ $n s'/ J

n ' tura&ia arborelui cotit+ $n rotFminJR ' ra,a mani.elei )"istan&a "intre a-a arborelui cotit (i a-a !usului maneton*+ $n mJ< Q R ' cursa pistonului )"istan&a "intre PM< (i PMI* $n mJl ' lun#imea bielei+ $n m %


70/197

CINEMATICA MECANI


71/197

a& "e

e-presiile "eplas rii+ .ite,ei (i accelera&iei mecanismelor biel 'mani.el a-ate+e-presiile corespun, toare mecanismelor biel 'mani.el "e,a-ate se "eosebescprintr'un al treilea termen care ia $n consi"erare in!luen&a "e,a- rii% =n !i#ura % se pre,int curbele .aria&iei "eplas rii+ .ite,ei (i accelera&iei pistonului%

i#% % Haria&ia "eplas rii+ .ite,ei (i accelera&iei pistonului


72/197

DINAMICA MAIP

+ DINA'I5A 'AI(Prin calculul "inamic al mecanismului biel 'mani.el se urm re(te"eterminarea m rimii (i caracterului .aria&iei sarcinilor care ac&ionea, asuprapieselor motorului% Cercet rile $n "etaliu sunt !oarte comple-e "in cau,a re#imului.ariabil "e !unc&ionare% De aceea se !olosesc rela&ii simpli!icate+ ob&inute $n ipote,aunei .ite,e un#hiulare constante a arborelui cotit (i la re#im stabili,at%

+.1 9orţele care acţionea7ă în !ecanis!ul bielăH!anivelă Asupra mecanismului biel 'mani.el + ac&ionea, !or&ele "ate "e presiunea

#a,elor "in cilin"ru (i !or&ele "e iner&ie ale maselor mecanismului a!late $n mi(care%or&ele "e !recare .or !i consi"erate ne#li>abile% or&ele "e iner&ie sunt constituite

"in !or&ele "e iner&ie ale maselor a!late $n mi(care alternati. "e transla&ie )in"ice >*(i !or&e "e iner&ie ale maselor a!late $n mi(care "e rota&ie )in"ice r*%Pentru calculul or#anelor mecanismului biel 'mani.el + al sarcinilor $nla# re+ pentru cercetarea oscila&iilor "e torsiune+ etc%+ trebuie "eterminate .alorilema-ime+ minime (i me"ii ale acestor !or&e% De aceea m rimile !or&elor se .or "etermina pentru o serie "e po,i&ii succesi.e ale mecanismului+ !unc&ie "e un#hiul"e rota&ie al arborelui cotit%

Pentru "eterminarea !or&elor "in elementele mecanismului biel 'mani.eleste recoman"abil s se $nceap cu "eterminarea !or&elor care ac&ionea, "upa-a cilin"rului + cercet7n" separat !or&ele "e presiune a #a,elor (i !or&ele "e iner&ie%+.1.1 9orţa "e #resiune a a7elor

or&a "at "e presiunea #a,elor pe piston se "etermin cu rela&iaNO+ A*p'p)Q ApQI p1in"p## ⋅⋅

)3%/%* $n carep# ' presiunea "e lucru sau suprapresiunea+ $n NFmJpin" ' presiunea in"icat $n cilin"ru "up "ia#rama in"icat $n NFmJpo ' presiunea me"iului ambiant)poQ/19 NFmJ

3D Q A p

π ' aria capului pistonului+ $n mJD ' "iametrul pistonului+ $n m %

Haria&ia presiunii in"icate a #a,elor "in cilin"ru $n !unc&ie "e un#hiul "e rota&ie aarborelui cotit s'a "eterminat la calculul termic+ prin trasarea "ia#ramei in"icate"es! (urate )cronomano#ramei*%

or&a "e presiune a #a,elor este $n"reptat "up a-a cilin"rului (i poate !i

consi"erat $n a-a bol&ului "e piston% Aceast !or& este consi"erat po,iti. c7n"este orientat spre a-a arborelui cotit )pin" S po* (i ne#ati. c7n" este orientatin.ers )pin" po*%Calculul .alorilor !or&ei "e presiune a #a,elor se !ace tabelar ).e,i tabelul 3% %*%


73/197

or&ele "e iner&ie sunt $n"reptate $n sens opus accelera&iei (i sunt "ate "e !ormula#eneral;>:a=? ⋅

)3% %*un"e m ' masa elementelor $n mi(care+ $n 6# J

a ' accelera&ia maselor+ $n mFs% =n !unc&ie "e !elul mi(c rii elementelor mecanismului motor "istin#em urm toareletipuri "e !or&e "e iner&iea* or&ele "e iner&ie pro"use "e masele elementelor a!late $n mi(care "e transla&ie) >*Jb* or&ele "e iner&ie pro"use "e masele ne'echilibrate ale elementelor a!late $nmi(care "e rota&ie )r *%

+.1.8 9orţele "e inerţie ale !aselor în !i/care "e translaţie Aceste !or&e sunt pro"use "e masele pistonului asamblat )piston+ se#men&i+ bol& "ebiel (i si#uran&ele acestuia* (i o parte "in masa bielei (i sunt consi"erateconcentrate $n a-a bol&ului%Determinarea !or&elor "e iner&ie ale maselor a!late $n mi(care "e transla&ie se !acecu rela&ia

;>: a=? " ⋅)3% *

un"e m > ' masele pieselor $n mi(care "e transla&ie+ $n 6# Jap' accelera&ia pistonului+ $n mFs%

Masele a!late $n mi(care "e transla&ie se "etermin cu rela&ia urm toare;%g: se pot e-prima+ &in7n" seama "e e-presia accelera&ieipistonului pentru mecanismul biel 'mani.el a-at )3%9%*+ respecti. "e,a-at )3%0*+a"ic

;>: )2cos: )sin% Q !)`* ).e,i !i#%3% *%

1.1.1.1 9orţele "e inerţie ale !aselor în !i/care "e rotaţie Aceste !or&e sunt pro"use "e o parte "in masa bilei (i masa neechilibrat a unui cotal arborelui cotit )masa manetonului (i masele re"use ale celor "ou bra&e*%

or&ele "e iner&ie ale maselor $n mi(care "e rota&ie se "etermin cu rela&iile;>: - =? 2r r ω⋅⋅ !or&a centri!u# )3%4*


74/197


75/197


76/197

DINAMICA MAIP

=n !i#ura 3%/% se pre,int schema "e "escompunere a !or&elor sumare + iar $n!i#%3% %

sensurile po,iti.e+ respecti. ne#ati.e ale !or&elor%

or&a aplicat $n a-a bol&ului se "escompune $n "ou componente+ una "espri>in+ normal pe a-a cilin"rului )N* (i una "up a-a bielei )B*;>: tg?= > β⋅ )3%/3*

;>: cos

? =A β )3%/9*

Calculul !or&elor N (i B se !ace tabelar ).e,i tabelul 3% * (i se repre,int #ra!iccurbele NQ!)`* (i BQ!)`*)!i#%3%3*% =n a-a !usului maneton+ !or&a B se "escompune $n "ou componente+ una ra"ial) * (i una tan#en&ial )T*+ e-presiile lor !iin" urm toarele

40

i#%3% Haria&ia !or&elor #+ > (i


77/197

ββα

⋅βα⋅ cos)


78/197

DINAMICA MAIP

or&a tan#en&ial T este sin#ura !or& care pro"uce momentul motor% E-presiamomentului motor este:;> -

cos)


79/197


80/197

DINAMICA MAIP

or"inea "e lucru pentru motoarele cu cilin"rii $n H

Tabelul 3%3 )continuare*


81/197


82/197

DINAMICA MAIP

+.%.% 5alculul !o!entului total al !otorului

=n timpul unui ciclu+ cilin"rii motorului parcur# $n mo" "i!erit !a,ele ciclului motor+ $n!unc&ie "e or"inea "e lucru aleas (i "e #eometria arborelui cotit%Pentru calculele ulterioare este necesar at7t "eterminarea momentului motor totalc7t (i a momentelor "e torsiune care solicit !iecare !us palier $n parte%

in7n" cont "e cele e-puse mai sus+ momentul motor policilin"ric este alc tuit "in"ou componente' o component creat "e !or&a tan#en&ial care ac&ionea, asupra cotuluicorespun, tor cilin"rului "at (i care "epin"e numai "e un#hiul "e rota&ie alarborelui cotitJ' o component "at "e momentul sumar al !or&elor care ac&ionea, $n cilin"riianteriori cotului respecti. (i "epin"e "e num rul "e cilin"ri (i "e or"inea lor "elucru%

1.1.1.% 'o!entul total al !otoarelor cu cilin"rii în linieCalculul momentului total se e-empli!ic pe un motor cu 0 cilin"ri $n linie+ $n

3 timpi% =n !i#ura 3%0% se pre,int schema arborelui cotit% $ntre "ou aprin"eri succesi.e este "at "e rela&ia

-.C:; 120=6

720 =i

720 = °γ )3%/8*

un"e i este num rul "e cilin"ri ai motorului%


83/197


84/197

DINAMICA MAIP

utorul rela&iei 3% trebuie s !ie e#al cu putereain"icat ob&inut la calculul termic "up !ormula

;%&: 120000nV "

=Pt

ii⋅⋅

)3% *un"e pi ' presiunea me"ie in"icat + $n NFmJ

Ht ' cilin"reea motorului+ $n mJn ' tura&ia motorului+ $n rotFmin %


85/197

Tabelul 3%9

=n tabelul 3%0 este "at un mo"el "e completare pentru c7te.a po,i&ii% Momentul pe!usul palier este "at "e suma momentelor cilin"rilor prece"en&i% Ast!el+ coloana 3corespun"e momentului MI care solicit la torsiune palierul /' )"intre cilin"rii / (i

*% Ea se completea, $nsum7n" al#ebric+ pe ori,ontal + .alorile corespun, toarecoloanelor (i %Coloanele 4 (i /1 se completea, $nsum7n" .alorile corespun, toare coloanelor 3+9 (i 0+ respecti. 4+ 2 (i 8%


86/197

DINAMICA MAIP

i#%3%/1


87/197

un"e 2 2c - ? ω⋅⋅−=or&a re,ultant - se "etermin #ra!ic $nsum7n" .ectorial toate !or&ele amintite

)!i#%3%//*


88/197

DINAMICA MAIP

%

- -

/

%

1e*

Σ=

)3% *

Rm- este .aloarea re,ultantei corespun, toare !iec rei "i.i,iuni un#hiulare+iar 6'num rul "e "i.i,iuni ale curbei RmQ!)α*%Cu a>utorul .alorilor Rmma- (i Rmme" se "etermin $nc rcarea speci!ic ma-im (ime"ie a !usului maneton%

:;>$ !*

- = " 2c

a/a/

⋅

)3% *

!*

- = "

ce*

e*

⋅

22

i#%3%//%Construc&ia "ia#ramei polare a !usului manetoni#%3%/ % Dia#rama polar )a* (i "es! (urata )b* a !or&ei re,ultante m pe !usumaneton

i#%3%/3% Dia#rama "e u,ur a !usului manetoni#%3%/ Construc&ia "ia#ramei "e u,ur a !usului maneton


89/197

un"e "m ' "iametrul !usului maneton+ $n mm Jlcb ' lun#imea cu,inetului "e biel + $n mm %M rimea pme" caracteri,ea, $nc rcarea cu,inetului+ u,ura (i lucrul mecanic "e!recareJ pme" nu trebuie s "ep (easc .aloarea "e 0 NFmm% Raportul pma-Fpme"caracteri,ea, #ra"ul "e (oc al $nc rc rii la# rului (i este cuprins $ntre limitele _

%Pe ba,a "ia#ramei polare se construie(te "ia#rama "e u,ur % La ba,a construc&ieiacestei "ia#rame stau urm toarele ipote,e' u,ura este propor&ional cu re,ultanta care ac&ionea, asupra !usului manetonJ' !or&ele care solicit la un moment "at !usul se "istribuie pe supra!a&a lui la 01o+ "eambele p r&i ale punctului "e aplica&ie%Mo"ul "e construire a "ia#ramei "e u,ur este pre,entat $n !i#%3%/ %


90/197

DINAMICA MAIP

!!?=F? @

!!?=F?

!!B=FB @

!!B=FB

!!=F @

!!=F

11


91/197

cotit )"e!init "e un#hiul *+reac&iunile (i

Procese-si-Caracteristici-ale-motoarelor-cu-ardere-interna.doc

Documents

Transcript of Procese-si-Caracteristici-ale-motoarelor-cu-ardere-interna.doc