Capitolul ISUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR CU ARDERE INTERN

I.1 Funcionarea motorului n patru timpi

Motorul n patru timpi este caracterizat de realizarea unui ciclu complet la patru curse ale pistonului respectiv doua rotaii complete ale arborelui cotit.Figura I-1. schieaz o seciune transversal printr-un motor cu patru timpi distingandu-se urmatoarele elemente componente:1. Piston;2. Bol sau axul pistonului;3. Biel;4. Arbore cotit (bra de manivel);5. Cilindru;6. Carter superior;7. Carter inferior;8. Canal de admisie;9. Supap de admisie;10. Supap de evacuare;11. Canal de evacuare;12. Fig.I-1 Seciune transversal printr-un motor cu patru timpiBujie (m.a.s.) sau injector (m.a.c.);

Funcionarea motorului n patru timpi este caracterizat de evoluia presiunii n raport de volumul descris de piston, n diagram (fig.I-1.b.) proprie unui motor cu umplere normal, care aspir cu mijloace proprii ncrctura proaspt i refuleaz n atmosfera gazele arse.Ciclu este format din patru procese atribuite unor curse n care acestea sunt predominante: admisiunea; comprimarea: arderea i destinderea(arderea ncepand de fapt la sfaritul comprimrii);evacuarea.

In diagram se disting urmtoarele puncte caracteristice:-Punctul propriu sfaritului cursei de admisiune;-Punctul de la sfaritul cursei de destindere;-Punctul de la sfaritul cursei de comprimare;-Punctul n care se produce scanteia (m.a.s) sau injectia (m.a.c);-Punctul n care ncepe arderea (fizic vorbind punctul n care curba de ardere se desprindere de cea de compresiune );yPunctul de presiune maxim;-tPunctul de sfarit al arderii;-Presiunea atmosferic;-Punctul de deschidere a supapei de evacuare;-Punctul de deschidere a supapei de admisiune;-Punctul de nchidere a supapei de evacuare;-Punctul de nchidere a supapei de admisiune.

Fig.I-1.b. Diagrama desfurat a ciclului m.a.i

Se numete cilindree volumul cursei descrise de piston:(1)Volumul de comprimare sau volumul camerei de ardere este volumul minim al cilindrului cand pistonul se afla in PMI.Volumul cilindrului este volumul maxim cand pistonul se afl la PME:(1.2)In cazul motoarelor policilindrice intereseaz cilindreea total sau litrajul:(1.3) unde este numrul cilindrilor .Aprecierea performanelor energetice i economice ale motorului se poate face prin raportul de comprimare : (1.4) sau (1.4) .Se poate utiliza i raportul de comprimare util la care se nlocuiete cu volumul corespunztor nchiderii supapei de admisiune. Pana nu demult s-a utilizat ca indice caracteristic i gradul de comprimare care este inversul raportului de comprimare: n cazul m.a.s ;n cazul m.a.c .

I.2 Funcionarea motorului n patru timpi supraalimentat

Umplerea prin supraalimentare este o umplere forat adic ncrctura proaspt este introdusa n cilindru comprimat cu ajutorul unei suflante sau compresor. Supraalimentarea s-a dezvoltat cu scopul de a mari puterea motorului prin meninerea aceleai turaii i a dimensiunilor motorului. Puterea motorului poate crete de circa 3 ori fa de puterea mainii cu aspiraie normal.Funcie de modul de antrenare al suflantei(compresorului) de supraalimentare distingem:-supraalimentare mecanic pentru care suflanta este antrenat printr-un angrenaj de roi dinate de la arborele motor fig.I-3.-utilizat n ultimul timp numai n cazuri cu totul speciale;

Fig.I-3 Supraalimentare mecanic

-turbosupraalimentarea fig.I-4.-cand gazele eapate antreneaz o turbin care la randu-i antreneaz suflanta ce comprim ncrctura proaspt oferit motorului. ntre motor i agregatul de supraalimentare nu exist nici o legtur cinematic ci numai gazo-dinamica.

Fig.I-4 Turbosupraalimentarea

n cazul motoarelor cu aprindere prin comprimare (m.a.c) supraalimentarea este benefic pentru procesul de aprindere i de ardere i datorit temperaturii mai ridicate a aerului comprimat. Din acest motiv n prezent se supraalimenteaz si la kW, supraalimentarea avand ca efect creterea presiunii i a densitii fluidului proaspt, ceea ce conduce la majorarea presiunii efective Dac ne referim la un motor dat si analizm relaia de putere: (1.5)constatm c majorarea acesteia pentru un motor dat se poate face prin creterea valorii pentru si . Majorarea turaiei este ns limitat deoarece forele maselor n micare de rotaie: i a celor ale maselor n micare de translaie cu ,cresc cu ptratul vitezei unghiulare. Din acest motiv cel mai simplu mijloc pentru creterea puterii n condiiile meninerii gabaritului motorului este cel care recurge la majorarea prin precomprimarea fluidului proaspt n afar motorului.

Relaia presiunii medii efective:

[bar](1.6) se poate regrupa:

(1.7)evideniindu-se coeficientul de perfeciune termogazodinamic i mecanic precum i densitatea fluidului proaspt la intrare n motor.Majorarea parametrului conduce indirect ntre anumite limite i la majorarea factorului .Comprimarea in aa-numita suflant exterioar a motorului este politropic, majorarea densitii cuantificandu-se dup raportul: (1.8)cu exponentul politropic pentru suflanta. Cum majorarea densitii nu este liniar cu raportul presiunilor, ci mai redus.

Avantajele supraalimentrii sunt:1. -Reducerea gabaritului motorului i a masei pe unitatea de putere;2. -Turbosupraalimentarea ce folosete suflanta antrenat de turbine cu gaze care prelucreaz parial coninut n gazele de eapament determin randamentului efectiv i obinerea unei curbe cu un minim mai puin accentuat, ceea ce determin funcionarea economic la turaii variabil a motorului, turbina avand totodat i servitui de amortizor de zgomot;3. Se reduce costul pe unitatea de putere;4. Se reduc dimensiunile radiatorului deoarece cldura evacuat pe unitate de putere este mai redus decat la motorul cu admisiune normal;5. Se reduc noxele i costul pe unitatea de putere.

Dezavantajele supraalimentrii sunt legate de:1. Solicitrile termice si mecanice ale organelor motorului cresc mai ales pentru supraalimentare nalt i foarte nalt, fiind necesar redimensionarea n primul rand a ambreiajului si a lagrelor;2. Mai ales pentru turbosupraalimentarea foarte nalt se constat o adaptabilitate a motorului la condiiile traciunii rutiere.Eficiena supraalimentrii se cuantific prin coeficientul de supraalimentare si prin gradul de supraalimentare [] unde s-a notat cu presiunea medie efectiv a motorului n discuie funcionand cu admisiune normal.Caracterizarea supraalimentrii dup presiunea de supraalimentare nglobeaz aspecte complexe, funcionale i constructive, privind nu numai motorul dar i sistemul de comprimare a aerului pentru ncrctura proaspt.n cadrul acestui criteriu de clasificare se disting urmtoarele tipuri de supraalimentare:a. Supraalimentarea de joas presiune, la care presiunea de supraalimentare ajunge la: .Utilizarea acestui tip de supraalimentare nu impune modificri n construcia motorului fa de situaia cand acesta este alimentat normal.Supraalimentarea de joas presiune se realizeaz, de obicei, prin antrenarea mecanic a suflantei.b. Supraalimentarea de presiune medie, la care presiunea de supraalimentare ajunge la: .Utilizarea acestui tip de supraalimentare determin apariia unor eforturi sporite n organele motorului, ceea ce impune modificri n construcia motorului fa de situaia umplerii normale.Supraalimentarea de presiune medie se realizeaz curent cu suflanta centrifug, antrenat de o turbin cu gaze.c. Supraalimentarea de presiune nalt la care presiunea de supraalimentare ajunge la: . Evident, i n acest caz, construcia motorului trebuie s fieconform scopului,ne mai putand fi vorba de adaptri ale unor motoare construite pentru umplere normal.Supraalimentarea de presiune nalt se realizeaz printr-o comprimare n trepte a aerului, cu rcire intermediar, antrenarea suflantelor fcandu-se prin turbina de gaze sau dup o schema mixt .d. Supraalimentarea de presiune foarte nalt sau supraalimentarea, la care presiunea de alimentare ajunge la: .Acest tip de supraalimentare este caracteristic pentru generatoarele de gaze cu pistoane libere.De asemenea, fiecare sistem de supraalimentare ,caracterizat printr-un anumit tip de suflant,poate fi clasificat dup modul de antrenare a suflantei n:Cu antrenare prin transmisie mecanic ; Cu antrenare prin turbin ;Cu antrenare mixt . In cazul antrenrii prin transmisie mecanic , fig.I-5.a ,suflanta S se cupleaz cu arborele motorului, prin intermediul unui angrenaj cu roi dinate . antrenarea se poate realiza cu raport de transmitere constant sau variabil , cea de a doua soluie fiind aplicat numai de turaia motorului i independent de sarcin.Prin antrenarea mecanic a suflantei, debitul de aer introdus n cilindru devine dependent de turaia motorului i independent de sarcin .n cazul antrenrii prin turbina cu gaze, fig. I-5.b, suflanta S se monteaz pe axul turbinei T, care este independent de axul motorului . Turbina T utilizeaz energia gazelor de evacuare ale motorului. n acest fel, debitul suflantei devine dependent atat de turaia cat i de sarcina motorului, sistemul fiind autoreglabil .n cazul antrenrii mixte, cele dou procedee de antrenare, mecanic i prin turbina de gaze, se pot combina mai multe variante. n fig.I-5.c se prezint o asemenea combinaie, care prevede o comprimare n trepte a aerului care se introduce n cilindru. Suflanta , care reprezint prima treapt de comprimare, este antrenat de mecanic i livreaz aerul n treapta a doua , suflanta , care este antrenat cu ajutorul turbinei T. Turbina T foloseste energia gazelor de evacuare ale motorului.

Fig.I-5 Supraalimentare mixta

Prin utilizarea schemelor mixte se urmrete cumularea unor avantaje ale schemelor de antrenare simpl, creindu-se, totodat, i posibilitatea realizrii unor presiuni nalte de supraalimentare.

I.3 Diagrama de pompaj a motorului supraalimentat n patru timpi

In cazul supraalimentrii exist posibilitatea ca n timpul admisiunii pistonului s primeasc lucru mecanic de la fluidul proaspt, situaie realizabil n orice condiii pentru supraalimentarea mecanic. n acest caz lucru mecanic este pozitiv-fig.I-6, energia provenind de la suflant la supraalimentare mecanic, de fapt de la arborele motor.

Fig.I-6 Lucru mecanic n supraalimentare

In cazul turbosupraalimentrii datorit efectului de franare pe care-l prezint turbina de gaze prezena pe eapament, este relativ dificil s se lucreze cu presiuni de evacuare mai mici decat presiunea suflantei, aceasta situaie putand avea loc numai la anumite regimuri funcionale ale motorului. Pentru ca bucla de pompaj s fie pozitiv este necesar ca grupul de supraalimentare s fie foarte atent dimensionat i s aib randament global cat mai ridicat. Pentru turbosupraalimentare necesitile energetice ale turbinei cu gaze fac ca n timpul evacurii presiunea s fie mai mare decat la supraalimentarea mecanic, ceea ce impune consum de lucru mecanic de ctre piston n timpul evacurii forate.

Fig.I-7 Lucru mecanic n supraalimentare

I.4 Randamentul umplerii la motoarele supraalimentate

La motoarele supraalimentate, randamentul umplerii se definete considerand drept condiii de referin starea ncrcturii proaspete de dup suflanta, si .Cantitatea maxim de ncrctura proaspt care poate s ncap n volumul disponibil pentru umplere, n condiiile i , adic ntr-un proces care ar decurge fr pierderi termo-gazodinamice, este exprimat, pentru motorul policilindric, prin relaia: . Dac se noteaz cu cantitatea de ncrctur proaspt reinut efectiv n cilindru la sfaritul procesului de umplere, atunci randamentul umplerii se exprim prin raportul :(1.9)

Evident, i aici,randamentul umplerii se poate exprima printr-un raport de volume sub forma:(2.0) n care i sunt volumele care pot fi ocupate de cantitile de ncrctur proaspt notate prin i, respectiv, , n condiiile si .

I.5 Optimizarea fazelor de distribuiei la motorul n patru timpi supraalimentat

Deschiderea supapei de evacuareLa creterea presiunii de supraalimentare i presiunea n momentul deschiderii supapei de evacuare (dse) crete,ceea ce face ca viteza gazelor arse s se majoreze. Datorit raportului mare ntre presiunea din cilindru i cea din colectorul de evacuare, pan aproape cand pistonul ajunge la PME curgerea are caracter critic, evacuandu-se astfel cca din gaze n acest regim.Faptul ca presiunea n momentul dse crete cu creterea presiunii de supraalimentare, ceea ce conduce la majorarea face ca s nu fie necesar modificarea momentului n raport cu .

nchiderea admisiunii

n PME presiunea din cilindru are o valoare apropriat de cea a suflantei . ,ceea ce permite umplerea inerional i n cazul supraalimentrii.Dac durata baleiajului este mare, efectul inerional e penalizat de diferenta de presiune unde este presiunea din colectorul de evacuare. Astfel, la supraalimentare mecanic, dac crete, se intensific efectul inerional, pentru exploatarea sa fiind necesar majorarea unghiului de nchidere a supapei de admisiune.La turbosupraalimentare , ntarzierea la nchiderea supapei de admisiune e influenat de gradul de supraalimentare numai n msura n care variaz raportul , cu creterea acestui raport trebuind s se majoreze i unghiul la care se nchide admisiunea.

Deschiderea supapei de admisiune i nchiderea celei de evacuare

Momentele definite dau durata baleiajului sau a suprapunerii deschiderii supapelor care este mai mic la motoarele cu admisiune normal (fig.I-8 a) fa de cele supraalimentate (fig.I-8 b).

Fig.I-8 Durata baleiajului

n orice caz, deschiderea supapei de admisie la motoarele supraalimentate trebuie corelat cu nchiderea supapei de evacuare, controlandu-se astfel perioada de ncruciare i, prin aceasta, baleiajul cilindrului.La motoarele n patru timpi supraalimentate, baleiajul cilindrului nu are numai rolul realizrii unei curirii suplimentare a cilindrului de gazele arse rmase n urma evacurii normale ci, n special, are rolul de a rci suprafeele care limiteaz camera de ardere a motorului, operaie impus de solicitrile termice mari la care sunt supuse organele respective. n plus, prin operaia de baleiaj se realizeaz o diluare cu aer a gazelor de evacuare, care conduce la micorarea temperaturii lor. Rcirea gazelor de evacuare este obligatorie n cazul cand sunt utilizate pentru antrenarea turbinei agregatului de supraalimentare, de unde i unghiurile mari de ncruciare ntalnite n aceste cazuri.Din anumite puncte de vedere ar fi avantajos un baleiaj de mai scurt durat i la motoarele supraalimentate rapide; acestea ar permite evitarea contrabaleiajului, adic a intrrii gazelor arse pe traseul de admisiune, mai ales la sarcini mici si turaii ridicate. Totodat, baleiajul de scurt durat face s nu mai fie necesar practicarea degajrilor n piston pentru ca n funcionare s nu fie lovite supapele i faciliteaz totodat o mai simpl grupare a cilindrilor la un colector comun, neexistand pericolul suprapunerii evacurilor i admisiunilor de la diferii cilindri.

I.6 Criterii de apreciere a umplerii pentru motoarele n patru timpi supraalimentate

Coeficientul de baleiaj cuantific aerul consumat de motor distingandu-se :1. Coeficientul normal de baleiaj: (2.1) unde volumul de fluid proaspt debitat de suflant pe ciclu n condiii de stare proprii mediului ambiant, adic cele de la intrarea n suflant; cilindreea total a motorului.Criteriul astfel definit poate fi relativ uor determinat teoretic i experimental, permiand compararea diferitelor motoare ntre ele. De interes ar fi cuantificarea baleiajului prin mrimi cantitative i nu volumice, operandu-se n acest caz cu coeficientul:unde cantitatea de fluid debitat de suflant pe ciclu;cantitatea de fluid care particip efectiv la ardere determinarea teoretic i experimental a lui ns e dificil depinzand de o multitudine de factori cum sunt: Durata baleiajului Momentul nchiderii supapei de admisiune Construcia i performanele grupului de turbosupraalimentare etc.2. Consumul specific de aer se definete prin relaia: [kg/kWh;kg/CPh](2.2) putandu-se calcula i cu relaia:(2.3) unde: consumul specific indicat de combustibil coeficientul aparent al excesului de aer, care are n vedere nu numai aerul efectiv reinut n cilindru i participant la ardere i cel care deservete baleiajului: pentru motoare n patru timpi i pentru motoare n doi timpi. aerul stoichiometric necesar arderii i randamentul mecanic Cu datele de mai sus rezult un consum specific de aer de: pentru motoare n patru timpi pentru motoare n doi timpi 3. Coeficientul de umplere definit prin: unde: capacitatea de fluid retinuta n cilindru dup nchiderea supapei de admisiune cantitatea de fluid ce ar putea s intre n cilindreea unitar(sau total) n condiii de presiune i temperatur de la iesirea din suflant i intrarea n motor , .Cum : avem : i volumul de ncrctura rmas n cilindru dup nchiderea supapei de admisiune i msurat la condiiile de stare de dup suflanta astfel c:.Analitic se determin :(2.4).

I.7 Influena asupra umplerii motoarelor n patru timpi supraalimentate

Influena factorilor de stare

I. Presiunea mediului ambiant

Influena acestuia este puin manifest, deoarece ntre mediul ambiant i motor este interpus suflanta, pentru domeniu relativ mic de variaie a lui aceasta influen fiind neimportant.

II. Temperatura mediului

Este mai manifest, deoarece cu creterea ei crete i temperatura , care conduce la diminuarea densitii :Dac crete, crete i scade.

III. Presiunea fluidului livrat de suflanta,

Se manifest avand n vedere pierderile care se nregistreaz datorit prezenei suflantei, care sunt:a) Pierderi la intrarea n suflant ;b) Pierderi n suflant ;c) Pierderi la ieirea din suflant ;

IV. Coeficientul excesului de aerAvand n vedere c la motoarele cu baleiaj peste RAC cantitatea de aer scpat n evacuare este consistent, la intrarea n motor se definete un coeficient al excesului de aer aparent:unde: coeficientul excesului de aer pentru aerul participant la ardere; coeficientul propriu aerului trecut n baleiaj.Datorita baleiajul la motoare supraalimentate e cel puin cu mai mare ca la motorul aspirat, iar la supraalimentarea foarte nalt, chiar cu .

V. Rcirea intermediarProcesul n suflant este un proces politropic de exponent ce se poate fi descris dup relaia: .Aplicand aceast relaie transformrilor din suflant deducem, datorit caracterului politropic al procesului: . n situaia real Creterea de temperatur n suflant e determinat de raportul de raportul de comprimare al suflantei , de randamentul ,i de pierderile termice ale suflantei, care sunt funcie de construcia suflantei.Calculele efectuate au dovedit c prin rcirea aerului cu 10[K] se obine o majorare a densitii de , care conduce la o majorare a puterii cu .Consumul specific efectiv se reduce cu , rmanand constant, ceea ce permite introducere unei cantiti suplimentare de combustibil, tot de . Astfel c creterea puterii ajunge la .In sfarit, deoarece fluidul proaspt este mai rece, solicitrile termice ale organelor motorului cele mai expuse pistonul, supapa de evacuare si chiulasa se diminueaz, ceea ce permite o cretere suplimentar a cantitii de combustibil injectat cu care conduce la o cretere suplimentar a puterii cu . La 10[K]gradient de rcire a aerului, creterea total de putere, bineneles n condiiile unui consum suplimentar de combustibil injectat, este de .

Influena factorilor funcionali

I. Influena turaieiSe manifest n general i n mod special asupra procesului de baleiaj.In fig. I-9 a este reprezentat presiunea din colectorul de evacuare i pe palier, presiunea livrat de suflant pe durata baleiajului cele dou curbe obinandu-se pentru dou turaii diferite.

Fig.I-9 Presiunea din colectorul de evacuare i pe palier

Pentru asigurarea baleiajului este necesar ca (haura orizontal), n caz contrar nregistrandu-se contrabaleiaj, adic gazele din evacuare murdresc cilindrul i colector de admisiune, deoarece (haura oblic). Se constat ca contrabaleiajul este mai sever cu cat turaia este mai mare.

II. Influena sarciniiConform figurii I-9 b se constat c la majorarea sarcinii , contrabaleiajul scade, ceea ce este un avantaj al motorului supraalimentat.Faptul c la sarcin mic i turaii relativ mari contrabaleiajul crete constituie un neajuns, mai ales sistemul de admisiune trebuind a fi ntreinut corespunztor pentru motoarele ce au funcionare de durat la mers n gol.

III. Influena factorilor constructivi

1. Supapa de evacuareCu creterea gradului de suplimentare cresc solicitrile termice n primul rand la supapa de evacuare, ceea ce impune msuri ca:a) Rcirea cu sodiu a tijei supapei;b) Folosirea a dou supape de evacuare n loc de una, ceea ce mbuntete umplerea, prin majorarea timpului n seciune TS i permite o mai bun rcire a supapei, deoarece cota cea mai important de cldur se transmite prin scaunul supapei.

2. Legea de ridicare a supapei i profilul camelor de distribuie

Un alt mijloc eficient de mbuntire a umplerii este majorarea TS-ului supapelor,asigurat cu came moderne, de tip polinomial (polidine), care realizeaz i TS mare, reduce i ocurile i acceleraiile nemaifiind azi probleme tehnologice de execuie.

3. Colectorul de admisiune

a) n cazul n care se exploateaz fenomenele de und, colectorul de admisiune trebuie astfel conceput ncat amplitudinea undei de presiune s fie maxim n poarta supapei i minim la suflant pentru a evita pompajul. Conform fig. I-10 se vede c, dac efectul undei de presiune presiunea la ieire din suflant crete de la la , punctul funcional se aproprie tot mai mult de k, crescand riscul de pompaj.

Fig.I-10 Unda de presiune

b) Dac nu se exploateaz fenomenele de und, colectorul de admisiune se realizeaz de forma cat mai simpl pentru reducerea cel puin, pe cat posibil, a pierderilor gazodinamice.

4. Colectorul de evacuare

Fenomenele de und care au loc n acesta sunt determinate sever de tipul turbinei (de impuls sau de presiune constant).a) Turbina de impuls care folosete direct energia gazelor evacuate impune msuri de evitare a suprapunerii evacurilor de la cilindrii vecini, pentru ca acetia s nu se deranjeze reciproc.Pentru a se utiliza cat mai bine volumul colectorului, acesta trebuie realizat cat mai scurt. Condiia enunat e determinat i de faptul c reflectarea la captul eapamentelor se face n sistem capt nchis datorit prezenei turbinei, astfel ncat unda reflectat este tot o unda de suprapresiune.Daca colectorul e lung, aceast und ajunge tarziu n poarta supapei n timpul baleiajului, deranjandu-l.Pentru reducerea pierderilor gazodinamice, seciunea colectorului este cu circa mai mare ca seciunea controlat de supap cand aceasta e complet deschis. Acest lucru duce la curgeri ale gazului cu viteze mici adic pierderi gazodinamice mici.In colector trebuie realizat o uoar destindere a gazelor, pentru reducerea temperaturii lor naintea turbinei.b) La turbinele de presiune constant, colectoarele se dimensioneaz din condiii de pierderi gazodinamice minime, de arhitectur si tehnologie.

5. Suflanta de supraalimentare

Suflanta intervine, n primul rand, prin presiunea de supraalimentare realizat, i prin debitul de aer furnizat.Turbosuflantele, n special sub forma de suflant centrifug, echipeaz cea mai mare parte dintre agregatele de supraalimentare ale motoarelor. Principalul lor avantaj l constituie gabaritul redus i posibilitatea montrii n cuplaj direct cu turbina de antrenare, avand posibilitatea s funcioneze la turaii nalte. Se utilizeaz n cazul supraalimentrii de presiuni medie si nalta. Relatia dintre densitatea aerului refulat si presiunea de supraalimentare este diferita la diferite tipuri de suflante.

Fig.I-11.a Suflant volumetric cu rotor profilat (curba 1) si centrifugal (curba 2)

n fig.I-11.a. se reprezint o astfel de relaie, pentru dou tipuri de suflant: volumetric cu rotor profilat (curba 1) si centrifugal (curba 2). n primul caz curba 1, densitatea aerului refulat, de ctre suflant, atinge un maxim pentru valori relativ reduse ale presiunii de supraalimentare, dup care ncepe s scad, datorit scprilor. La suflantele centrifugale, curba 2, presiunea de supraalimentare poate atinge valori mai ridicate i corespunztor, densitatea aerului refulat poate crete mult.

Fig.I-11.b Presiunea n suflanta cu rotor profilat (curba 1)suflanta centrifugale (curba 2)

De asemenea, tipul suflantei imprima caracterul relaiei dintre turaia motorului si presiunea de supraalimentare (fig.I-11b). n cazul suflantei cu rotor profilat (curba 1), presiunea de supraalimentare scade mai lent odat cu scderea turaiei, decat n cazul suflantei centrifugale (curba 2).Aceasta nseamn c, la supraalimentare cu rotoare profilate, caracteristica de moment a motorului va avea o alur mai convenabil.

Fig.I-12 Variaia puterii litrice

In sfarit, puterea litric a motorului se modific odat cu presiunea de supraalimentare , n mod diferit, natura dependenei fiind determinat i de tipul suflantei. n fig.I-12 se arat variaia puterii litrice , exprimat n procente fa de puterea litric a motorului nesupraalimentat, odat cu modificarea presiunii de supraalimentare , n cazul supraalimentrii cu suflanta volumetric cu rotoare profilate (curba 1) si a supraalimentrii cu suflanta centrifug (curba 2). Din figur se vede c, n cazul supraalimentrii cu suflanta centrifug, puterea litric a motorului continu s creasc pana la valori ridicate ale presiunii de supraalimentare . Acest mod de variatie a puterii se explic prin modul de variaie a puterii absorbite de agregatul de supraalimentare si a randamentului mecanic al grupului motor-agregat de supraalimentare . n adevr, odat cu creterea presiunii de supraalimentare ,puterea consumat pentru acionarea agregatului de supraalimentare crete. n plus, randamentul mecanic al ansamblului, scade.

Fig.I-13 Randamentului mecanic

Scderea randamentului mecanic , odat cu creterea presiunii de supraalimentare , fig.I-13, este mai rapid n cazul supraalimentrii cu suflanta volumetric cu rotor profilat (curba 1), decat n cazul supraalimentrii cu suflanta centrifug(curba 2).

6. Turbina cu gaze de eapament

Utilizarea energiei gazelor de evacuare pentru antrenarea unei turbine cu gaze este posibil pe dou ci: prin curent continuu de gaze, sau prin curent pulsator. Corespunztor acestor situaii, turbinele de antrenare vor fi: turbine de presiune constant sau turbine de presiune variabil, numite i turbine de impuls.La turbinele de presiune constant, amplitudinea oscilaiilor de presiune din colectorul de evacuare, aflat n amontele turbinei, este foarte redus, reprezentand aproximativ (0,20,75). Aceasta se realizeaz printr-o construcie de colector cu volum mare, comun pentru toi cilindrii motorului.La turbinele de impuls, amplitudinea oscilaiilor de presiune din colectorul de evacuare este mare, ajungand pan la (3,04,00) . Colectorul are volum mic i este de lungime redus iar, la construcia sa, se iau precauii pentru evitarea influenei reciproce a proceselor de umplere din cilindrii diferii, adic se adopt soluia colectoarelor multiple.Evoluia gazelor arse dup supapa de evacuare i pan la ieirea din turbin, n cazul cand alimentarea turbinei se face la presiune constant, poate fi urmrit n diagrama teoretic a grupului motor-agregat de supraalimentare, reprezentat n fig.I-14.

Fig.I-14 Diagrama teoretic a grupului motor-agregat de supraalimentare

Gazele arse prsesc cilindru avand parametrii punctului . Evoluia reprezint destinderea adiabatic a gazelor n colectorul de evacuare, pan la presiunea . Lucrul mecanic al acestei destinderi este reprezentat prin aria . Din acesta, o parte, i anume cantitatea reprezentat prin aria , se consuma pentru nvingerea presiunii din colector. Restul, adic cantitatea reprezentat prin aria , se transform n cldur, prin franare,deoarece viteza curentului de gaze se reduce, prin destinderea n colectorul cu volum mare. n urma acestei destinderi nsoit de amortizarea micrii, presiune gazelor n amontele turbinei rmane cvasiconstant.Prin transformarea energiei cinetice a gazelor arse in cldur, temperatura lor crete, volumul lor specific mrindu-se de la , la . Destinderea pe turbina alimentat la presiunea constant se face deci dup evoluia . Procesul reprezint comprimarea adiabatic n suflanta de supraalimentare.Din cele de mai sus se vede c prin utilizarea unei turbine de presiune constant pentru antrenarea suflantei de supraalimentare, nu poate fi utilizat ntreaga energie coninut n gazele de evacuare; o parte, i anume cantitatea reprezentat prin aria , se transform n cldur, prin amortizarea micrii curentului de gaze. Este drept c, prin aceasta, lucrul mecanic produs de turbin crete cu cantitatea reprezentat prin aria . Acest catig nu compenseaz ns decat parial pierderea, deoarece aria aria .Evoluia gazelor arse dup supapa de evacuare i pan la ieirea din turbin, n cazul cand alimentarea turbinei se face prin curent pulsator, poate fi urmrit n diagrama teoretic a grupului motoragregat de supraalimentare, reprezentat in fig.I-15.

Fig.I-15 Diagrama teoretic a grupului motoragregat de supraalimentare

Ca i n cazul precedent, gazele arse prsesc cilindrul avand parametrii punctului . Turbina fiind plasat n imediat apropriere a supapei de evacuare, destinderea gazelor care prsesc cilindru se produce n ntregime pe turbin, dup curba . Se recupereaz astfel lucrul mecanic reprezentat prin aria . La fiecare ciclu, presiunea gazelor n amontele turbinei nu rmane constant ci scade pe msura scurgerii lor.Experiena arat c, la aceeai presiune de supraalimentare, puterea dezvoltat de turbina cu impuls este cu cca. mai mare decat cea obinut cu o turbina de presiune constant.Avantajul turbinei cu impuls se micoreaz pe msura creterii presiunii de supraalimentare deoarece, dup cum se tie, amplitudinea oscilaiilor de presiune din colectorul de evacuare, se micoreaz odat cu creterea presiunii de supraalimentare. n plus, turbina cu impuls are randamentul sczut i prezint dificultti de montare din cauza necesitii plasrii n vecintatea supapei de evacuare.

IV. Influena tipului motorului

Avand n vedere funcionalul lor, motoarele cu aprindere prin comprimare n patru timpi, nu impun restricii la adaptarea supraalimentrii.La motoarele cu aprindere prin scanteie n patru timpi, cu formarea amestecului prin carburator, apar probleme speciale n ceea ce privete asamblarea suflantei de supraalimentare cu carburatorul, deoarece suflanta poate fi amplasat n amontele sau n avalul carburatorului.Exist soluii de realizare a cuplajului motorturbin cu gaze, care caut s rezolve aceste situaii.O prim soluie const n introducerea unui cuplaj mecanic ntre motor i turbina cu gaze ce antreneaz suflanta de supraalimentare(fig.I-16.a). n acest caz, la sarcini i turaii mici, suflanta asigur aerul necesar baleiajului, fiind antrenat direct de motor, prin axul turbinei. La plin sarcin, puterea turbinei devine suficient pentru antrenarea suflantei. Sistemul prezint dezavantajul c legtura mecanic dintre motor i suflant se menine tot timpul, astfel c debitul de aer refulat i parametrii acestuia sunt n funcie numai de turaia motorului.

Fig.I-16 Tipuri de montaj a suflantei

n montajul prezentat n fig.I-16.b, suflanta este antrenat direct de ctre motor i livreaz aerul necesar baleiajului la sarcini i turaii reduse. Suflanta , care este antrenat prin turbin, lucreaz, la nceput, n paralel cu suflanta. Pe msur ce debitul de gaze arse crete, presiunea aerului refulat se mrete, ajungand ca, pentru un anumit nivel al presiunii,supapa automata 1 s se nchid. Din acest moment, cele dou suflante lucreaz n serie, suflanta reprezentand prima treapt de comprimare.Soluia cea mai rspandit este ns cea prezentat n fig.I-16.c, cele dou suflante funcionand tot timpul n serie. La sarcini i turaii mici, aerul necesar baleiajului este livrat de ctre suflanta , antrenat de motor. La sarcini mari, puterea turbinei crete i ncepe sa debiteze i suflanta , care devine astfel prima treapt de comprimarea seriei.

I.8 Concluzii asupra umplerii prin supraalimentare

1. Pentru m.a.c., dar i pentru m.a.s., supraalimentarea este mijlocul principal de majorare a puterii i reducere a costului motorului i a dimensiunilor sale, folosite fiind azi la m.a.i. n patru timpi cu presiuni medii efective pan la [bar] i la cele n 2 timpi de puteri mari i foarte mari cu [bar].Cele mai supraalimentate sunt m.a.c., dar supraalimentarea s-a extins si asupra m.a.s., fiind foarte des utilizate la alimentarea acestora cu gaze combustibile. Obinuit se supraalimenteaz motoare cu puteri mai mari de 50 KW.

2. Posibilitile de dezvoltare n continuare a supraalimentrii sunt legate de:a) aplicaii cu supraalimentarea n dou trepte practicat n primul rand la motoarele cu aprindere prin comprimare lente n doi timpi care conduce la majorri de putere de pan la , n condiiile folosirii unor combustibili grei.b) perfecionarea supraalimentrii are n vedere majorarea randamentului global al grupului de turbosupraalimentare i n primul rand al suflantei, care au nc rezerve n ceea ce privete bilanul energetic global al motorului. Totodat exist preocupri pentru reducerea zgomotului produs de grupul de supraalimentare.

3. Majorarea presiunilor de supraalimentare trebuie coborat cu reducerea raportului de comprimare n primul rand pentru controlul tensiunilor termice, aceast majorare fiind limitat i de necesitatea unei legri corecte a grupului de supraalimentare la motor.De asemenea, creterea turaiilor motoarelor supraalimentate are impedimente n legtura cu majorarea debitelor de gaze arse livrate turbinei i de aer proaspt livrat de suflant, ceea ce impune majorarea seciunilor echivalente pentru cele doua maini.Avantajul densitii majorate de putere face practic azi indispensabil supraalimentarea n unele domenii(traciunea naval, feroviar i traciunea rutier mijlocie i grea).4. Echipamentul de supraalimentare e pretenios la execuie, nivelul tehnologic fiind similar celui aerospaial, care e cel mai ridicat nivel din domeniul construciilor de maini.

7