Studiul Sistemelor de Supraalimentare a Motoarelor Cu Ardere Interna

7/22/2019 Studiul Sistemelor de Supraalimentare a Motoarelor Cu Ardere Interna

http://slidepdf.com/reader/full/studiul-sistemelor-de-supraalimentare-a-motoarelor-cu-ardere-interna 1/22

STUDIUL SISTEMELOR DE SUPRAALIMENTARE A MOTOARELOR CU ARDEREINTERNĂ

Cea mai largă utilizare în propulsia autovehiculelor o are în prezent energia termicăobţinută din arderea hidrocarburilor, iar pentru transformarea energiei termice în energiemecanică, răspândirea cea mai mare o au motoarele cu ardere internă cu piston, acesteaatingând un înalt gr ad de perfectionare si eficientă.

Un motor cu ardere internă poate fi definit ca un motor care transformă energia termică produsă prin arderea combustibilului, în lucru mecanic, ca urmare a evoluţiei unui fluid,numit fluid motor. În timpul evoluţiei sale în cilindru, fluidul motor poate fi constituit din aer,amestec combustibil-aer si gaze arse, la care se adaugă gazele arse reziduale de la ciclulprecedent. Procesele care asigură transformarea energiei chimice a combustibilului în lucrumecanic, se succed periodic în fiecare cilindru formând ciclul motorului. Evoluţia fluiduluimotor se realizează prin intermediul mecanismului motor si a altor mecanisme, instalaţiiauxiliare care constituie ansamblul unui motor termic cu piston.

Transformarea energiei termice în energie mecanică în motorul cu ardere internă este un

proces deosebit de complex si desfăşurarea sa în condiţii reale este însoţită de pierderimari de energie.La motoarele cu ardere internă, pentru realizarea ciclului real, este necesară evacuarea

gazelor arse din cilindru si introducerea unui încărcături proaspete de aer sau amestec deaer si combustibil. În timpul evacuării gazelor arse, datorită rezistentelor gazodinamice,presiunea gazelor care se evacuează, variază continuu si se menţine puţin mai mare decâtcea atmosferică. Din această cauză, la sfârşitul evacuării, adică înaintea începerii admisiei, în camera de ardere rămâne o parte din gazele arse, numite gaze arse reziduale, având opresiune mai mare decât presiunea atmosferică.

În perioada de admisie pistonul se deplasează de la PMS la PMI, supapa de admisie estedeschisă, iar presiunea gazelor arse reziduale începe să scadă până la cea atmosferică.

Ulterior, la admisia î n cilindru a amestecului proaspăt, datorită rezistentelor gazodinamicedin instalaţia de alimentare cu aer (rezistenta filtrului de aer, lungimea si sectiuneaconductelor, existenta unor coturi în instalaţia de alimentare cu aer, rugozitatea pereţilorconductelor, rezistenta la aspiraţia amestecului proaspăt din carburator la MAS-uri, etc.)presiunea scade sub cea atmosferică.

Scăderea presiunii în timpul admisiei se accentuează cu creşterea turaţiei, deoarecerezistentele gazodinamice cresc cu creşterea vitezei curentului de amestec proaspăt.

Presiunea gazelor în timpul admisiei, variază în limitele: pa = 0.65 ...... 0.9 daN/cm2 la

motoarele în patru timpi.Cantitatea de încărcătură proaspătă care se retine în cilindru depinde si de gradul de

golire a cilindrului de gazele arse în ciclul precedent, deci procesul de admisie trebuieanalizat în strânsă colerare cu parametrii ce caracterizează procesul de evacuare. Ansamblul fenomenelor ce însoţesc procesele de evacuare si admisie reprezintă schimbulde gaze, care trebuie efectuat în aşa fel încât în cilindru să se introducă o cantitate cât maimare de gaze proaspete în raport cu volumul avut la dispoziţie si să se piardă o cantitatecât mai mică de gaze proaspete la spălarea cilindrului de gaze arse.

Calitatea proceselor de schimbare a gazelor se apreciază în general prin coeficientul deumplere care se poate defini prin următoarele rapoarte:

- raportul dintre cantitatea de încărcătură proaspătă reţinută în cilindru la sfârşitulprocesului de umplere, G si cantitatea de încărcătură proaspătă care poate ocupacilindreea în condiţiile de referinţă Go, adică printr -un proces fără pierderi termo-

gazodinamice,



- raportul dintre volumul încărcăturii proaspete reţinute în cilindru la sfârşitul procesului deumplere, măsurat în condiţii de referinţă, Vo, si volumul cilindreei Vh, pe care l-ar putea

umple încărcătura proaspătă într -un proces fără pierderi termogazodinamice.Deci, coeficientul de umplere poate fi scris sub următoarele forme:

V =G

Go

=Vo

Vh

Pentru calcularea coeficientului de umplere se măsoară cantitatea de gaze proaspete Gadmise în motor (cu debit) si se determină prin calcul cantitatea teoretică Go, care pentru

un motor în patru timpi este:

Go = Vhn

2 60 o , unde:

i - numărul de cilindri al motorului,o - densitatea fluidului proaspăt.

Desfăşurarea procesului de schimb de gaze poate fi analizată după variaţia presiuniigazelor din cilindru în timpul procesului de schimb de gaze, respectiv după bucla inferioară a diagramei (p-V) indicate, denumită diagramă de pompaj.

Variaţia presiunii în timpul admisiei în mare măsură se datorează mişcării pistonului cu oviteză variabilă. Începând din PMS viteza Wp a pistonului se măreşte, atingând valoarea

maximă cu puţin înainte de jumătatea cursei. Viteza de admisie a gazelor proaspete Wa

urmăreşte, în general, variaţia vitezei pistonului, dar datorită inerţiei gazelor din conductade admisie si presiunii superioare ce o mai au gazele arse din cilindru la începutul cursei deadmisie există un decalaj între începutul cursei de admisie si începutul procesului deadmisie.

De asemenea, la sfârşitul cursei de admisie în PMI, cu toate că viteza pistonului atingevaloarea zero, încăr cătura proaspătă continuă să pătrundă în cilindru ( Wa 0 ) datorită

inerţiei si presiunii mai scăzute din cilindru. Sfârşitul admisiei este determinat de momentul

închiderii supapei de admisie.Interdependenta dintre viteza de intrare a gazelor proaspete în cilindru si presiunea

acestora, face ca în vecinătatea poziţiei în care Wa atinge valoarea maximă, presiunea să

înregistreze un minim. Această interdependentă poate să ia forme perturbate datorită undelor de presiune si particularităţ ile motorului, mai ales la motoarele rapide.

Realizarea unei bune evacuări a gazelor arse si a unei umpleri cât mai bune a cilindruluicu gaze proaspete, respectiv obţinerea unei diagrame de pompaj cât mai favorabile, sunt înstrictă dependentă de fazele de distributie.

Deschiderea supapei de evacuare nu trebuie să se producă în PMI, deoarece lucrulmecanic consumat pentru evacuarea gazelor arse este prea mare în acest caz, iar

presiunea de evacuare pev este prea mare si determină o umplere mai redusă.Deschiderea cu avans a supapei de evacuare duce la o reducere însemnată a lucruluimecanic de evacuare le si a contrapresiunii pev. Valorile contrapresiunii si a lucrului

mecanic folosit la evacuarea gazelor arse depind de mărimea avansului la deschidereasupapei de evacuare. Astfel, la un avans foarte mare se reduce insensibil presiuneagazelor de evacuare si lucrul mecanic folosit la evacuarea gazelor arse faţă de un avanspotrivit, în schimb pierderea lucrului mecanic motor creste vizibil. Avansul optim diferă de la un regim de funcţionare la altul,deci va trebui ales avansul

optim pentru regimul care se doreşte obţinerea celor mai ridicate performante. Momentul închiderii supapei de evacuare trebuie ales astfel încât să se asigure cea mai

completă golire a cilindrului de gaze arse si pierderi cât mai reduse de gaze proaspete.

În plus presiunea gazelor arse din cilindru este superioară aceleia din colectorul deevacuare si aceasta, la rândul său, este puţin superioară presiunii atmosferice.



Dacă se analizează procesul real de evacuare din momentul deschiderii până înmomentul închiderii supapei de evacuare, se pot evidenţia trei etape ale acestui proces.

În prima etapă care se mai numeşte si scăpare sau evacuare liberă, gazele arse ies cuviteze mari în exterior datorită presiunii ridicate din cilindru, evacuându-se 70-80 % dingazele arse. Cu scăderea presiunii se reduce viteza de scurgere a gazelor pe sub supapă,regimul de scurgere devenind subcritic, când pistonul se apropie de PMI. Mai departeevacuarea se face prin deplasarea pistonului, această etapă denumindu-se evacuareaforţată.

Evacuarea gazelor arse se continuă sub efectul energiei cinetice a coloanei de gaze carepărăseşte cilindrul, aceasta fiind etapa evacuării inerţiale sau postevacuării. Efectul inerţieicoloanei de gaze este anulat la un moment dat de acela a depresiunii, moment în caresensul de mişcare a gazelor s-ar inversa, dacă nu s-ar închide supapa de evacuare. Prinurmare există o valoare optimă a întârzierii la închidere a supapei de evacuare, pentru carese realizează cea mai completă golire a cilindrului de gaze arse.

Pentru a se asigura o umplere cât mai bună, deschiderea supapei de admisie trebuie să se producă cu un avans faţă de PMS. Una din condiţiile principale este aceea, că înmomentul când presiunea din cilindru a devenit inferioară aceleia din colectorul de admisie,

supapa să ofere o secţiune de trecere cât mai mare posibil pentru ca pierderilegazodinamice să fie minime.Rezultă necesitatea unui avans la deschiderea supapei de admisie atât faţă de PMS, cât

si faţă de punctul de egală presiune în cilindru si conducta de admisie. Avansul ladeschiderea supapei de admisie este cu atât mai necesar cu cât turaţia motorului este maimare, deci cu cât durata admisiei este mai mică.

Există un unghi în care atât supapa de admisie cât si cea de evacuare sunt deschise,unghi ce se numeşte, unghi de suprapunere a deschiderii supapelor. Avansul optim la deschiderea supapei de admisie este, prin urmare, acel avans care

asigură trecerea unei cantităţi cât mai mici de gaze arse din cilindru în conducta deadmisie, pierderi gazodinamice cât mai mici la trecerea gazelor proaspete de admisie si, în

final o umplere maximă a cilindrului cu gaze proaspete.Momentul închiderii supapei de admisie trebuie stabilit astfel, încât,să se utilizeze lamaximum efectul inerţional al coloanei de gaze proaspete. Postumplerea cu caracterinerţional este limitată în timp de efectul deplasării pistonului care poate provoca refulareagazelor proaspete din cilindru spre colectorul de admisie.

Rezultă că întârzierea optimă la închiderea supapei de admisie se găseşte în momentulcând cele două efecte se anulează si procesul de umplere încetează.

Rezultă, pe baza acestor considerente că valorile optime ale unghiurilor de deschidere side închidere se stabilesc pe cale experimentală. Pentru a mări puterea si randamentulmotoarelor cu ardere internă, cea mai eficace metodă care se foloseşte, estesupraalimentarea.

2.A. Principii de realizare a supraalimentării

Prin supraalimentare se înţelege mărirea presiunii încărcăturii proaspete la o valoare cedepăşeşte presiunea mediului ambiant p0, pentru a mări densitatea încărcăturii proaspetereţinute în cilindri. Supraalimentarea se aplică motoarelor în scopul măririi puterii litrice şi pentru compensareapierderii de putere în cazul funcţionării motorului la altitudine, sau în cazul când seurmăreşte recircularea unei părţi din gazele de ardere pentru scăderea conţinutului de NOx în gazele de evacuare.Prin mărirea presiunii încărcăturii proaspete la intrarea în cilindri se realizează creştereacantităţii de amestec carburant proaspăt reţinut în cilindri motorului şi care determină înfinal sporirea puterii motorului. Pornind de la expresia coeficientului de umplere se poate



observa influenţa presiunii încărcăturii proaspete asupra cantităţii încărcăturii proaspetereţinute în cilindrul motorului.

v

C

C

0

rezultă: C C v 0

unde: v - coeficient de umplere;C - cantitatea reală de încărcătură proaspătă reţinută în cilindrii motorului; C 0-cantitatea teoretică de încărcătură proaspătă reţinută în cilindrii motorului în

condiţii în care pierderile gazo-termodinamice sunt nule.Exprimând relaţia (18.2) în funcţie de parametrii de funcţionare ai motorului

C V i n

v s 0

2

60

sau

C p

R T

V n

v s

s

0

2

2

30

unde: ps- presiunea încărcăturii proaspete; T 0 - temperatura încărcăturii proaspete la umplerea în condiţii optime; V s- cilindreea unitară; i - numărul de cilindri ai motorului; n - turaţia motorului;

- numărul de timpi ai motorului. C k p s

Dacă se înglobează termenii constanţi într -o constantă k se poate scrie:Relaţia (18.5) arată dependenţa cantităţii de amestec proaspăt reţinute în cilindrii motorului,

de presiunea cu care se introduce încărcătura proaspătă în cilindri motorului. După presiunea de supraalimentare ps se disting următoarele tipuri de supraalimentare: a) supraalimentare de joasă presiune: ps=(0,12…0,15) MPa, supraalimentarea ce se poateaplica la orice motor cu umplere normală fără a-i diminua durabilitatea şi se realizează deregulă cu ajutorul unui compresor antrenat mecanic de la arborele cotit al motorului; b) supraalimentarea de presiune medie: ps=(0,15…0,20) MPa. Supraalimentarea de presiune medie determină apariţia unor tensiuni mărite în organelemotorului, de aceea trebuie luate măsuri constructive şi tehnologice pentru asigurarearezistenţei necesare. În general acest tip de supraalimentare se realizează cu ajutorul unoragregate numite turbocompresoare (o suflantă antrenată de o turbină acţionată de gazelede evacuare);c) supraalimentarea de presiune înaltă: ps=(0,20…0,35) MPa, se caracterizează princomprimarea încărcăturii proaspete în trepte şi răcirea ei intermediară; d) supraalimentarea de foarte înaltă presiune: ps=(0,35…0,60) MPa, se utilizează lageneratoarele de gaze cu pistoane libere.

După modul cum se realizează supraalimentarea aceasta poate fi: a) supraalimentarea naturală (sau acustică) se realizează fără compresor şi are la bazăutilizarea fenomenelor dinamice din colectorul de admisie al motorului;b) supraalimentarea forţată este procedeul cel mai utilizat şi impune prezenţacompresorului.



Supraalimentarea motoarelor se poate realiza cu sau fără utilizarea energiei gazelor deevacuare. Antrenarea compresorului de către arborele cotit al motorului cu ardere internă se

realizează în general la motoarele mici. Acest sistem se numeşte supraalimentare cucompresor antrenat mecanic. Complexitatea mecanismului de antrenare precum şiconsumul de lucru mecanic constituie limite în calea utilizării acestei soluţii. În figura 1.1. se prezintă schematic un motor supraalimentat cu un compresor antrenatmecanic.Supraalimentarea realizată prin utilizarea energiei gazelor de evacuare se efectuează îndouă moduri: folosind direct energia undelor de presiune din gazele de evacuare sautransformând energia cinetică a gazelor de evacuare în lucru mecanic de compresiune. Utilizarea energiei undelor se face prin punerea în contact a aerului de admisie cu gazelede evacuare cu ajutorul unui dispozitiv numit schimbător de presiune (Comprex), figura 1.2.

Fig. 2.2 Schema de supraalimentare cu dispozitivul COMPREX

Fig.2.1. Schema supraalimentării cuantrenare mecanică



Transformarea energiei cinetice a gazelor de ardere în lucru mecanic de compresiunese realizează prin intermediul agregatului turbocompresor. Supraalimentarea cu ajutorulturbocompresorului nu implică consumarea unei energii suplimentare datorită faptului căenergia gazelor de evacuare este suficientă pentru antrenarea turbinei şi a compresorului. De aceea acest mod de supraalimentare a devenit unul din cele mai utilizate procedee desupraalimentare. Majoritatea motoarelor în patru timpi supraalimentate utilizează pentrusupraalimentare turbocompresorul deoarece ameliorează randamentul motorului.

Turbocompresorul se adaptează automat la debitul şi temperatura gazelor de evacuare. Supraalimentarea motoarelor cu ajutorul turbocompresorului se poate clasifica după diferitecriterii ca utilizarea energiei gazelor de evacure, sau după construcţia agregatelor, etc.

a) clasificarea după modul de utilizare a energiei gazelor de evacuare distinge douăvariante respectiv cu utilizarea energiei cinetice a gazelor de ardere, turbina agregatuluiputând folosi o parte din ener gia cinetică a gazelor de ardere, în care caz turbina lucreazăcu presiune variabilă în faţa ajutajelor fixe şi se numeşte turbină de presiune variabilă, (deimpuls), sau cazul în care gazele evacuate din motor se frânează şi turbina lucrează cupresiune constantă.

Fig. 2.3. Supraalimentarea de presiune variabilă

Sistemul care utilizează energia cinetică a gazelor de evacuare necesită amplasareaturbinei cât mai aproape de cilindri. La motoarelele policilindrice se utilizează mai multecolectoare (fig.18.3), fiecare din ele colectând gazele de evacuare de la doi sau cel mult trei

cilindri şi anume de la acei cilindri ale cărorevacuări se succed cu cel mai mare decalaj.

Fig.2.4. Schema supraalimentării cu ajutorul turbocompresorului



Fig. 2.5. Scheme de amplasare a dispozitivelor de supraalimentare

În cazul în care se utilizează turbine de presiune constantă (fig.1.3), în amontele acesteiase prevede un colector K, în care se creează o contrapresiune la evacuarea din motor, prinfrânarea gazelor.

b) Clasificarea după scopul urmărit deosebeşte supraalimentarea pentru restabilireaputerii motorului şi supraalimentarea pentru mărirea acesteia. Primul caz corespunde în general motoarelor care lucrează la altitudine, compresorul

având rolul de a restabili densitatea normală a încărcăturii proaspete, iar cel de-al doileacaz, când supraalimentarea este utilizată pentru mărirea puterii motorului şi scădereaconsumului specific de combustibil, întrucât scad pierderile mecanice şi termice socotiteprocentual faţă de căldura dezvoltată în cilindrii motorului. c) Clasificarea din punct de vedere constructiv a supraalimentării cu turbocompresor seface după numărul de trepte folosite, după răcirea aerului admis şi după tipul constructiv alturbocompresorului. Astfel, comprimarea aerului şi destinderea gazelor evacuate se pot face într -una sau maimulte trepte; aerul admis în cilindru poate fi răcit după ieşirea lui din compresor sau nu,supraalimentarea fiind cu răcirea intermediară a aerului sau fără răcire. La agregatele de supraalimentare se utilizează de obicei compresoare centrifugale şi mairar axiale şi turbine axiale, radial-axiale, sau radiale.d) După modul de antrenare a compresorului se poate întâlni supraalimentare cu agregatturbocompresor (fig.1.4.) sau supraalimentare mixtă (agregat turbocompresor şi compresorantrenat mecanic), soluţie utilizată în special la motoarele în doi timpi ( fig.1.5)

2.B.Diagrama indicată şi fazele optime de distribuţie la motorul supraalimentat

Fig.2.6. Influenţa supraalimentării asupra ciclului motor al unui MAC Prin supraalimentarea unui motor se modifică condiţiile de funcţionare ale acestuia faţă deun motor cu aspiraţie normală. Mărind cantitatea de încărcătură proaspătă admisă şi



temperatura acesteia fiind mai mare decât cea a mediului ambiant, se modifică valorilepresiunii şi temperaturii în fiecare evoluţie.

Fig.2.7. Influenţa avansului deschiderii supapei de evacuare În figura 1.6.a. se prezintă diagrama indicată teoretică a unui MAC supraalimentat.

În cazul unui motor supraalimentat presiunea de admisie este mai ridicată decât presiuneaatmosferică ceea ce îmbunătăţeşte umplerea motorului şi lucrul mecanic (de pompaj)delimitat de curbele de admisiune şi evacuare devine pozitiv contribuind la mărirearandamentului.

Presiunea de admisie p A este mai mică decât presiunea de supraalimentare ps din cauzapierderilor gazodinamice. În cazul supraalimentării cu ajutorul unei suflante antrenatemecanic presiunea în cilindru Pp este cu mult mai scăzută decât presiunea desupraalimentare ps, atunci lucrul mecanic de pompaj Lp fiind pozitiv măreşte lucrul mecanic

indicat al diagramei.La motoarele în patru timpi supraalimentate diagrama indicată este influenţată de fazele dedistribuţie. Optimizarea acestora fiind diferită de cea a motoarelor cu umplere normală.

Procesul de schimbare a încărcăturii la motoarele în patru timpi este constituit dinfazele de evacuare, baleiaj şi admisie. Fenomenul durează mai mult decât o rotaţiecompletă a arborelui cotit.

a. Evacuarea Evacuarea gazelor arse din cilindru se face în două etape şi anume: evacuarea liberă(scăpare) şi evacuare forţată. Deschiderea supapei de evacuare trebuie să se realizeze cu un unghi de avans astfel încâtluând în considerare bilanţul între energia câştigată prin micşorarea lucrului mecanic

rezistent în timpul cursei de evacuare forţată şi cea pierdută prin nefolosirea completă adestinderii gazelor din cilindru, să se obţină un lucru mecanic maxim câştigat în timpulevacuării. În figura 1.6.b. este prezentată variaţia presiunii gazelor în timpul scăpării pentru diferitegrade de supraalimentare. Se observă că pe măsura ce presiunea de supraalimentarecreşte, creşte şi presiunea de la începutul evacuării. Presiunea scade rapid cu apropiereapistonului de PMI.Rezultă că evacuarea se efectuează în cea mai mare parte prin scăpare. Curba (a)reprezintă limita căderii de presiune din cilindru în faţa colectorului turbinei până la care seasigură curgerea în regim supracritic. În general cu mărirea gradului de supraalimentare nueste necesară modificarea momentului deschiderii supapei de evacuare în apropiere de

PMI se ating presiuni apropiate de cele din colectorul turbinei.Prin micşorarea contrapresiunii din colectorul de evacuare nu se obţine o evacuare sensibil îmbunătăţită deoarece în timpul scăpării în porţiunea curgerii supracritice se elimină



aproximativ 70% din cantitatea totală de gaze arse aflate în cilindru. Ca urmare a faptuluică În timpul evoluţiei de evacuare forţată presiunea variază mai puţin scădereacontrapresiunii duce la micşorarea destul de mică a lucrului mecanic rezistent.

b. Admisia Admisia începe odată cu momentul reţinerii aerului în cilindru şi se termină după PMI,supapa de admisie închizându-se cu întârziere. Întârzierea la închiderea supapei deadmisie este necasată pentru o umplere cât mai bună a cilindrului. Admisia încărcăturiiproaspete În cilindru se realizează În cea mai mare parte sub valoarea presiunii desupraalimentare ps. Evoluţia presiunii din cilindru În timpul admisiei este prezentată înfig.1.8. Se constată în prima porţiune a cursei de admisie o creştere de presiune datoratepătrunderii aerului comprimat şi apoi o scădere datorată măririi pierderilor gazodinamice

rezultate în urma măririi vitezei de curgere a încărcăturii proaspete în cilindru. Urmează apoi o porţiune în care presiunea în cilindru este aproximativ constantă, dupăcare creşte datorită frânării gazelor din cauza încetinirii mişcării pistonului În PMI presiunea în cilindru este mai mică decât presiunea de supraalimentare de aceea

încărcătura proaspătă poate pătrunde în cilindru şi după PMI ceea ce justifică închiderea cu întârziere a supapei de admisie (punctul ia1). În cazul în care presiunea din colectorul de evacuare este constantă, mărirea presiunii de supraalimentare are ca efect sporirea vitezelor de curgere ale gazului în cilindru.Din această cauză, închiderea supapei de admisie trebuie să se realizeze cu o întârziere

mai mare pentru a compensa căderea de presiune mărită şi pentru utilizarea completă aenergiei coloanei de gaz în mişcare.

Dacă presiunea din colectorul de evacuare variază în acelaşi raport cu presiunea desupraalimentare, momentul de închidere a supapei de admisie nu se modifică, deoareceviteza gazelor şi pierderile gazodinamice nu se modifică. Datorită faptului că în motorul supraalimentat este arsă o cantitate sporită de combustibil

va rezulta o încărcare termică mai mare a pieselor în jurul camerei de ardere faţă demotorul cu aspiraţie naturală, astfel se impun măsuri suplimentare pentru răcirea pereţilorcilindrului, capului pistonului, chiulasei şi supapei de evacuare. La m.a.c. supraalimentat pentru a asigura eliminarea gazelor reziduale şi răcirea pieselor

mai sus menţionate se utilizează metoda măririi duratei în care supapele sunt simultandeschise. În figura 1.9. sunt prezentate cronosecţiunile supapelor de admisie şi evacuare la un motor

supraalimentat şi la un motor cu aspiraţie naturală. Durata de deschidere simultană asupapelor este cuprinsă între 40…600 RAC la admisie naturală, între 900 şi 1100 RAC

Fig.2.8. Evoluţia presiunii din cilindru întimpul evacuării forţate

Fig.2.9. Cronosecţiunile supapei deadmisie şi evacuare: a) motor

supraalimentat; b) motor cu aspiraţienaturală



pentru supraalimentare mecanică şi 1200 până la 1500RAC pentru motor supraalimentat cuturbocompresor.

c. Baleiajul Baleiajul este faza din procesul de schimbare a încărcăturii cuprinse între momentul

deschiderii supapei de admisie şi cel al închiderii supapei de evacuare, deci, este perioada în care ambele supape sunt deschide. În timpul baleiajului o parte din încărcătura

proaspătă nu participă la procesul de ardere însă se destinde în turbină. Este necesar casupapa de admisie să nu se deschidă prea devreme, pentru ca gazele arse din cilindru sănu scape în colectorul de admisie şi să înrăutăţească umplerea. La MAC odată cu mărirea presiunii de supraalimentare baleiajul trebuie intensificat pentru aasigura o bună răcire a cilindrilor. La valori mari ale gradului de supraalimentare cantitateade aer de baleiaj este limitată, deoarece gazele la intrarea în turbină nu trebuie sădepăşească o anumită temperatură ceea ce implică limitarea debitului de aer care poate fi comprimat de compresor.

2.C. Măsuri constructive ce se impun la motorul supraalimentat

Datorită creşterii presiunii de supraalimentare precum şi mărirea cantităţii de combustibilarse pe ciclu, presiunile şi temper aturile maxime de ardere se măresc şi ca urmare cresc şisolicitările mecanice şi termice ale motorului.

Presiunea de supraalimentare ps este limitată de presiunile şi temperaturile maxime deardere din cilindru, respectiv tensiunile mecanice şi termice. Micşorarea presiunii maxime se realizează prin micşorarea raportului de compresie. Pentrudiminuarea încărcării termice în general se recurge la mărirea coeficientului de exces deaer şi prin intensificarea baleiajului prin mărirea perioadei de suprapunere a deschideriisupapelor.

Utilizarea răcirii intermediare a aerului la ieşirea din compresor este metoda cea maieficace deoarece odată cu răcirea aerului se măreşte densitatea încărcăturii şi implicitputerea motorului va creşte. Se constată că scăderea cu 100C a aerului la ieşirea dincompresor conduce la o creştere de putere de aproximativ 2…3%.

La grade de supraalimentare de până la ps = 1,6…2,0 modificările sunt minime. În general la motoarele supraalimentate se aduc următoarele modificări constructive, semăreşte grosimea capului pistonului şi a suprafeţei de sprijin pe bosaje; se amplificădiametrul şi grosimea bolţului; suprafeţele de reazem ale arborelui cotit pe cuzineţi semăresc; blocul motor se ramforsează; instalaţia de răcire se modifică pentru a obţine orăcire mai intensă a părţii superioare a cilindrilor şi a chiulasei în dreptul supapei deevacuare; debitul de ulei în instalaţia de ungere se măreşte şi eventual în circuitul de ulei se

introduce un radiator.La motoarele puternic solicitate termic se impune răcirea forţată a pistoanelor. În cazul MAS supraalimentate trebuie să se acorde o deosebită atenţie studierii solicitărilortermice, deoarece la creşterea acestora motorul are tendinţa de ardere cu detonaţ ie.

2.C. Agregate de supraalimentare

Pentru supraalimentarea motoarelor se pot utiliza următoarele tipuri de compresoare: - compresoare volumice (Roots);

- compresoare centrifugale.



Fig. 2.10. Schema de funcţionare a compresorului Roots

Compresoarele volumice (Roots) (Fig.1.10) se utilizează în general la motoarele de turaţie

mică şi sunt antrenate mecanic de la arborele cotit. Aceste compresoare au un randamentscăzut şi funcţionează cu zgomot de aceea ele au o aplicabilitate restrânsă lasupraalimentarea motoarelor de automobile.

Fig. 2,11. Schema de functionare a compresorului centrifugalCompresoarele centrifugale (Fig. 1.11.)sunt cele mai utilizate datorită randamentelor

efective ridicate şi dimensiunilor reduse. Compresoarele centrifugale se utilizează pentru supraalimentarea de presiune medie, înaltă şi foarte înaltă (în trepte). La compresorul centrifugal aerul intră prin canalul de admisie 1 în rotorul compresoruluicare rotindu-se trimite aerul spre reţeaua de petale 5 a difuzorului şi de acolo prin canalulde refulare 6 în colectorul de admisie al motorului. Aerul este supus unui proces de comprimare de la intrarea în rotor şi până la ieşirea dincanalul de refulare.Compresoarele centrifugale se clasifică în special constructiv, după modul cum suntconstruite paletele rotorului;- Compresoarele centrifugale cu palete radiale;

- Compresoarele centrifugale cu palete îndreptate înapoia sensului de rotaţie al rotorului; - Compresoarele centrifugale cu palete îndreptate înaintea sensului de rotaţie al rotorului. Difuzorul poate fi: paletat sau nepaletat.



Numărul de trepte în care se realizează comprimarea aerului compresoarele se clasifică în: - Compresoarele centrifugale monoetajate;- Compresoarele centrifugale polietajate.

Lucrul mecanic specific al comprimării adiabatice necesar realizării gradului de comprimare ps este dat de următoarea expresie:

l R T

x

x

p

p C T

p

p as

x

x s

p

x

x s

0

1

0

0

1

01 1 1 [J / kg]

iar pentru aer ecuaţia (18.6) se poate scrie l T p

pas

x

x s

10 13

0

1

0

unde: 1c p=1,0 [kJ/kg K] căldura specifică la presiune constantă; x - exponentul adiabatic; x =1,4 pentru aer; ps-presiunea de supraalimentare; p0-presiunea atmosferică; T 0-temperatura mediului ambiant.

Gradul de comprimare a aerului în compresor se defineşte prin raportul de presiuni

s s p p

0

Lucrul mecanic l as reprezintă lucrul mecanic de comprimare într -un proces teoretic, fărăpierderi şi reprezintă o fracţine as (randament adiabatic al compresorului) din lucrulmecanic real, respectiv

l l as as iar l l l as as

1 reprezintă pierderile interne ale compresorului, respectiv pier deri

prin frecare, prin şoc la intrarea aerului în rotor, pierderi prin pereţi, prin umplerea neuniformăa canalelor, pierderi prin recircularea unei părţi a aerului intrat în compresor.Randamentul adiabatic are valori cuprinse în limitele as = 0,55…0,65.Pierderile mecanice ale compresorului centrifugal sunt luate în considerare prinrandamentul mecanic ms care are valori de (0,94…0,97). Lucrul mecanic specific al compresorului cu considerarea pierderilor, se poate calcula curelaţia:

l l l l

s

ms

as

s ms

as

s

[J / kg]

unde: s = as. ms randamentul efectiv al compresorului centrifugal ( s = 0,52…0,63). Cunoscând debitul masic al compresorului

sm 2 [kg/s] se poate calcula puterea deantrenare a compresorului.

P m l

s s as

as ms

[W]

Debitul masic al compresorului sm 3 se poate exprima în funcţie de consumul orar de

combustibil C , coeficientul de exces de aer şi cantitatea de aer minim necesară Lmin.

minm C L s [kg / s] sau [kg / h] Comprimarea aerului în compresorul centrifugal este rezultatul acţiunii forţelor centrifugale, iarpresiunea aerului refulat depinde de viteza periferică u [m/s] a rotorului. Lucrul mecanic maxim ce este transmis unui kg de aer este:

l umax , 0 1 2 [J / kg]

Se defineşte coeficient de presiune raportul

l

l

as

max





2.F. Grupul turbocompresor

Grupul turbocompresor nu are legături mecanice cu motorul supraalimentat, turaţia safiind dependentă de cea a motorului. Într e compresor, motor şi turbină există o singură condiţie restrictivă la orice regim stabil

de funcţionare impusă de egalitatea între debitul de aer livrat de compresor şi cel ce intră în

motor, şi egalitatea dintre gazele evacuate de motor şi intrate în turbină:

min

m m

m m L

M s

t s

1

1

unde: - coeficientul de exces de aer; Lmin aerul minim necesar.Pe de altă parte între compresor şi turbină există o dublă legătură mecanică.

Deci, la un anumit regim de lucru pentru ca turbocompresorul să funcţioneze stabil estenecesar ca puterea turbinei să fie egală cu puterea necesară compresorului indiferent deparametrii de intrare a aerului în compresor şi ai gazelor de ardere în turbină. În cazul încare puterea turbinei este mai mare atunci turaţia compresorului va creşte până când se va

restabili egalitatea puterilor.

2.G. Supraalimentarea motoarelor cu aprindere prin compresie pentru autoturisme

Economia importantă de combustibil obţinută de motorul cu aprindere prin compresie faţăde motorul cu aprindere prin scânteie a dus la introducerea acestui motor în construcţiaautoturismelor mai ales de către constructorii din Europa, Japonia şi General Motors înSUA.

Unul din cele mai semnificative dezavantaje ale aplicării motorului cu aprindere princompresie la autoturisme este puterea redusă în cilindreea utilizată. Supraalimentarea esteo metodă simplă de a acoperi diferenţa de putere între MAS şi un MAC de aceeaşi cilindreeunitară. Motorul cu aprindere prin compresie are o temperatură a gazelor de evacuare coborâtă, şi

o gamă de turaţii mai redusă. Din această cauză multe probleme dificile ce apar la MASsupraalimentate în acest caz nu se mai pun. În general la MAC de puteri mici presiuneaaerului de supraalimentare este limitată de încărcarea termică şi mecanică. Motoarele cu aprindere prin compresie sunt echipate cu o turbină mică pentru a avea unmoment bun la turaţii reduse şi este dotată cu o supapă de control pentru a evitasuprapresiuni de aer la turaţii ridicate. Consumul de combustibil se poate reduce pe măsura îmbunătăţirii randamentului

compresorului. În reducerea consumului de combustibil la MAC de autoturisme oimportantă contribuţie o aduce optimizarea procesului de ardere, selectarea presiunilor deaer, optimizarea colectorului de admisiune şi evacuare. În cazul supraalimentării motoarelor de autoturisme (cilindree 1,5…3,0 l) pentru a obţineputerea maximă la turaţia nn şi momentul maxim la turaţia nM apar următoarele probleme)(figura 1.14):- Dacă se reglează punctul de funcţionare comună a motorului şi turbocompresorului

pentru regimul puterii maxime la turaţia de moment maxim nu se realizează efectul desupraalimentare;- Dacă se reglează punctul de funcţionare comună a motorului şi turbocompresorului

pentru regimul momentului maxim, la tur aţia puterii maxime valoarea presiunii de

supraalimentare depăşeşte valoarea prescrisă şi solicitările mecanice ale motorului crescpeste limitele admise.



Fig.2.14 Evoluţia presiunii de supraalimentare la acordarea turbo-compresorului cu motorul

Astăzi constructorii de motoare turbosupraalimentate pentru autoturisme folosesc sistemede supraalimentare la care se realizează punctul comun de funcţionare cu motorul la

regimul momentului maxim. Grupul turbo-compresor este prevăzut cu o supapă ce per mitescăpări controlate de gaze arse pe lângă turbină. Acest sistem permite obţinerea unor performanţe ridicate prin faptul că turbocompresorul

răspunde cerin]elor atât la turaţii reduse cât şi la turaţiile înalte ale motorului. La turaţiiridicate gradul de supraalimentare este menţinut în limite acceptabile de către supapă,rezultând o bună siguranţă de funcţionare. Modul de amplasare a supapei pe turbocompresor este prezentat în figura 1.15Supapa sesizează diferenţa între presiunea atmosferică şi presiunea de supraalimentare

dată de compresor şi realizează scăparea gazelor de evacuare pe lângă turbină. Astfel sepoate controla presiunea din colectorul de admisiune şi se poate men]ine la nivelul cerut.

Supapa de descărcare este folosită pentru a controla creşterea de presiune de la nivelul

ales de tura]ia cuplului maxim până la un nivel cu pu]in mai mare la tura]ia puterii nominale. În figura 1.16. prezintă funcţionarea supapei cu scăpări controlate.

Din diagrama prezentată rezultă că turbocompresoarele dotate cu o astfel de supapăpermit supraalimentarea motoarelor de puteri mici pentru autoturisme, deoarece se asigurăun cuplu maxim suficient de mare pentru demaraje rapide, iar la turaţii mari presiunea desupraalimentare nu depăşeşte valoarea admisă pentru obţinerea unei presiuni maxime deardere.

.Fig.2.15 Amplasarea supapei "by pass" în circuitul de supraalimentare



Un motor cu aprindere prin compresie supraalimentat poate produce aceeaşi putere ca unmotor cu aprindere prin compresie cu aspiraţie naturală cu circa 40% cilindree unitară maimare.

Fig.2.16 Evoluţia presiunii de supraalimentare la amplasarea supapei "by pass"

2.H. Răcirea aerului înainte de admisiunea în motorul supraalimentat

În cazul supraalimentării motoarelor cu aprindere prin compresie este necesară în anumitecazuri răcirea aerului comprimat de compresor. Se apreciază că mărirea cu 10C atemperaturii aerului admis în camera de ardere determină o creştere de ordinul a 2…30C atemperaturii la sfârşitul compresiei, şi implicit a tuturor temperaturilor ciclului. În plus MACnu poate beneficia de răcirea aerului provocată de evaporarea combustibilului, cum se întâmplă în cazul MAS. La MAC dublarea densită]ii aerului admis permite dublarea presiunii medii indicate. Însă cutoate acestea creşterea presiunii maxime de ardere, deci a solicitărilor mecanice maximenu depăşeşte o creştere de 40…50%. Densitatea aerului de supraalimentare introdus în motor depinde de următorii parametri

interdependenţi: - gradul de supraalimentare;- randamentul compresorului;- temperatura aerului la intrarea în compresor.

Sa constat că mărirea temperaturii aerului admis creşte cu cât gradul de supraalimentareeste mai ridicat. De aici rezultă necesitatea răcirii aerului admis la rapoarte de comprimareps în compresor ridicate.Prin răcirea aerului de supraalimentare pentru acelaşi regim termic al pieselor motorului şiaceleaşi reglaje, se poate arde mai mult combustibil şi în consecinţă se dezvoltă mai multăenergie. Se apreciază că la fiecare 10K de scădere a temperaturii aerului desupraalimentare se realizează o creştere a puterii cu aproximativ 3%.

La aplicarea răcirii aerului de supraalimentare trebuie să se ţină seama şi de dezavantajelepe care le prezintă şi anume: măreşte masa şi volumul motorului; schimbătorul de căldură



introduce rezistenţe gazodinamice suplimentare care în anumite cazuri pot să anulezecâştigul de putere obţinut prin răcirea aerului care pătrunde în motor. Răcirea aerului se poate realiza în două moduri: - prin schimbătoarele de căldură, mediul răcitor fiind aerul sau lichidul de răcire; - prin destinderea aerului admis.

2.H.1Răcirea aerului în schimbătorul de căldură

În acest caz se poate realiza:- răcirea finală la intrarea în motor (fig.1.17.a) în cazul în care suplimentarea se realizeazămonoetajat (metoda cea mai des întâlnită la motoarele supraalimentate pentruautovehicule);- răcire intermediară, între compresoare (fig.1.17.b), când motorul este prevăzut cu douăcompresoare sau compresorul are mai multe etaje şi permite constructiv o răcireintermediată.

Fig.2.17 Schema de amplasare a schimbătorului de căldură în circuitul de supraalimentare

Creşterea gradului de supraalimentare, în cazul în care se urmăreşte menţinerea aceleeaşitemperaturi la intrar ea în motor conduce la creşterea suprafeÎei de schimb de căldură arăcitorului care devine foarte importantă. Mărimea schimbătorului de căldură se corelează cu energia suplimentară pentrudeplasarea mediului de răcire. Această energie se scade din energia dezvoltată de motor. Deci introducerea răcirii aerului la MAC permite creşterea debitului de aer introdus în motor în special la grade mari de supraalimentare având ca efect mărirea puterii fără a lesuprasolicita termic.

În ultimii ani se constată orientarea diferit clară între sistemele de răcire a aerului desupraalimentare, în SUA folosindu-se sisteme apă-aer şi sisteme de răcire aer -aer în

Europa.Sistemul de răcire aer -aer cu radiator frontal are un randament sporit la temperaturi joaseale mediului de răcire, însă este mai voluminos decât sistemul apă-aer. Sistemul apă-aereste mai puţin eficient însă este mai simplu şi mai ieftin. O interesantă dezvoltare a sistemului de răcire aer -aer este utilizarea unui turboventilator

alimentat cu aer de către turbocompresor. Acest sistem este mai puţin eficient decâtsistemul aer-aer cu radiator frontal, însă este mai mic şi performanţele acestuia sunt maiaproape de cerinţele motorului.

2.H.2. Răcirea aerului prin destindere

În acest caz destinderea poate fi practicată în cilindru sau într -o turbină. Destinderea aerului în cilindru (metoda Miller) se efectuează în modul următor: aerulcomprimat în grupul turbocompresor este răcit într -un schimbător de căldură până la



aproximativ 600C după care pătrunde în motor. Înainte ca pistonul să fi ajuns în PMIsupapa de admisiune se închide şi aerul aflat în cilindru se destinde, presiunea şitemperatura aerului marcând o scădere. Nivelul de presiune poate fi mărit prin creştereapresiunii de alimentare. Răcirea este cu atât mai pronunţată cu cât supapa de admisie este închisă mai devreme.

Metoda prezintă ca principal dezavantaj înrăutăţirea umplerii motorului şi se aplică cuprecădere la motoarele cu turaţie constantă. Destinderea aerului într-o turbină înainte de intrarea în motor prezintă scăderi importantede temperatură.

Schema de principiu este prezentată în figura 1.18. Aerul este comprimat de compresorul C A antrenat de turbina T A care funcţionează cu gaze

de ardere după care intră în al doilea compresor C B, în schimbătorul de căldură R , unde serăceşte şi în turbina T B cuplată cu compresorul C B după care intră în motor. În turbina T B aerul poate avea o scădere mare de temperatură.

Datorită pierderilor din grupul turbocompresor B şi din schimbătorul de căldură R,presiunea aerului la ieşirea din turbină T B va fi mai mică decât la ieşirea din compresorulC A.

Temperatura scăzută obţinută permite presiuni mari de supraalimentare, limitatea acesteiafiind impusă numai de solicitările mecanice ale motorului.

Fig.2.18 Schema de amplasare a schimbătorului de căldură la aplicarea procedeului Miller

2.I. Compararea coeficientului de umplere a motoarelor alimentate la presiuneaatmosferică cu coeficientul de umplere a motoarelor supraalimentate

Mărimea coeficientului de umplere depinde de o serie de factori, printre care:- presiunea la sfârşitul umplerii pa,

- coeficientul gazelor reziduale,- presiunea si temperatura gazelor arse pr si Tr ,

- temperatura amestecului la sfârşitul admisiei Ta,

Presiunea la sfârşitul admisiei pa

, este un factor care influenţează hotărâtor coeficientul

de umplere la motoarele în patru timpi si depinde de pierderile gazodinamice pe traseul deadmisie.



Pierderile de presiune la umplere pa se calculează cu ajutorul ecuaţiei lui Bernoulli,

admitând că umplerea se face în regim staţionar. Dacă se neglijează si viteza iniţială laintrarea în conducta de admisie sau în carburator Wa, si diferenţa de înălţime Zo si variaţia

densităţii încărcăturii pe traseul de admisie pierderile de presiune la umplere vor fi:

pa = po pa = 2

Wa 2

2

o unde:

densitatea încărcăturii proaspete la intrarea în conducta de admisie,

Wa - viteza medie de trecere a încărcăturii proaspete pe sub supapa de admisie,

- coeficientul de rezistentă al traseului de admisie raportat la sectiunea minimă, - coeficientul de amortizare a vitezei încărcăturii proaspete în sectiunea considerată a

cilindrului,Se observă, că pierderile gazodinamice pa, sunt proporţionale cu pătratul vitezei

curentului la trecerea pe sub supapa de admisie.După ecuaţia continuităţii, presupunând că în cilindru gazele au viteza medie egală cu

viteza pistonului, viteza Wa se poate exprima în funcţ ie de turatie astfel:

Wa = WmA p

f a =

S n

30

A p

f a = k

n

f a , unde:

Wm - viteza medie a pistonului,

n - turaţia,f a - aria secţiunii de trecere a gazelor pe sub supapă,

S - cursa pistonului, Ap- aria suprafeţei pistonului

k - constantă,

Cu aceasta expresia pierderilor de presiune devine:

pa = po

2

2 k

2 n

2

f a = k 1

n2

f a 2 , unde

k1 - constantă

Deci pierderile de presiune sunt direct proporţionale cu pătratul turaţiei si inversproporţionale cu pătratul secţiunii de trecere a gazelor pe sub supapa de admisie.

Prin urmare la construcţia motorului trebuie să se tindă spre micşorareacoeficientului , asigurând o formă corespunzătoare a canalelor de admisie si secţiunimaxime de trecere a gazelor pe sub supapa de admisie.

Raportul ariei suprafeţei pistonului pe aria totală a secţiunii de trecere la supapele deadmisie complet deschise A/f a*la (unde la numărul supapelor de admisie la un cilindru),

este funcţie de rapiditatea motorului si se află între limitele următoare- la motoare lente Wm< 6, A/f a*la = 12 - 8,

- la motoare de turaj mediu Wm< 6 - 9, A/f a*la = 9 - 6,

- la motoare rapide Wm > 9, A/f a*la = 6 - 4.5.

Pierderile de presiune la motoarele în patru timpi alimentate cu aer la presiuneaatmosferică sunt între limitele următoare:

pa = (0.10 - 0.20)*po.

La motoarele cu supraalimentare pierderile de presiune depind de presiunea aerului laieşirea din compresor pk si se află între limitele:

pa = (0.04 - 0.1)*pk, deci pierderile sunt cu mult mai mici.



Coeficientul gazelor reziduale , este raportul dintre cantitatea de gaze rămase în cilindrude la ciclul precedent Mr si cantitatea gazelor proaspete admise Mpa, ambele în kmoli.

=Mr

M pa

Reducerea cantităţii de gaze reziduale se poate obţine pe mai multe căi pornind de laexpresia gazelor reziduale:

Mr =r Va

R Tr si se află între limitele următoare:

- micşorarea volumului ocupat de gazele reziduale, prin creşterea raportului decomprimare,

- micşorarea presiunii gazelor reziduale pr ,

- mărirea temperaturii gazelor reziduale Tr , pentru că în acest fel se micşorează

densitatea lor.Motoarele cu supraalimentare au un raport de comprimare mai ridicat, deci se

micşorează volumul de gaze reziduale.

Valoarea coeficientului gazelor reziduale se poate exprima si în funcţie de raportul pr /pa,de unde rezultă că mărind presiunea aerului admis în cilindru, deci în cazul motoarelorsupraalimentate coeficientul gazelor reziduale scade,cilindrii sunt spălaţi mai bine de gazelerezultate în urma arderii.

Temperatura gazelor la sfârşitul admisiei Ta, este temperatura la care

ajung gazele prin încălzirea de la pereţii conductei de admisie si a cilindrilor si de la gazelereziduale.

Această temperatură se poate determina din ecuaţia bilanţului de căldură a amesteculuide gaze proaspete si reziduale, înainte si după amestecare, de unde dacă neglijămdiferenţele de călduri specifice, rezultă:

- pentru motoarele alimentate la presiunea atmosferică

Ta =To T r Tr Tvap

1 r unde:

T -este încălzirea gazelor de la conducta de admisie si pereţii cilindrului, Tvap - este răcirea gazelor prin vaporizarea combustibilului.

- pentru motoarele supraalimentate

Ta =Tk T Trac r Tr

1 r unde

Trac este răcirea încărcăturii după compresor,

Tk temperatura aerului la ieşirea din compresor. Din ecuaţiile de mai sus rezultă că temperatura la sfârşitul umplerii Ta, depinde de

temperatura iniţială To sau Tk, de încălzirea T si de răcirea Tvap sau Trac, si de

temperatura gazelor arse reziduale Tr, respectiv coeficientul r .

Cu creşterea temperaturii de la sfârşitul umplerii Ta, densitatea gazelor scade si

coeficientul de umplere se reduce. Analizând rezultatele cercetării motoarelor, se ajunge la concluzia că:- încălzirea gazelor de la conducta de admisie este cel mai redusă în cazul

motoarelor supraalimentate, unde T = 5 - 10 K, în cazul MAC-urilor în schimb T = 2040 K.

p - temperatura gazelor, la sfârşitul admisiei în cazul motoarelor supraalimentate variază pe un interval mai larg, Ta = 320 - 400 K; iar în cazul motoarelor alimentate la



presiunea atmosferică variază într-un interval mai restâns, Ta = 340 -400 K la MAS-uri cu

carburator si Ta = 310 - 350 K la MAC-uri.

Concluzia este că în cazul motoarelor supraalimentate trebuie să se asigure orăcire eficace a aerului după ieşirea din compresor, înainte de intrarea în galeria deadmisie, pentru a preveni scăderea densităţii încărcăturii proaspete.

Calculul coeficientului de umplereDin bilanţul cantităţilor de gaze în kilomoli, la sfârşitul cursei de admisie, cantitatea deamestec va fi:

Ma = Mga Mr = Mga 1 r de unde cantitatea reală de gaze proaspete Mga admise

rezultă:

Mga = Ma1

1 r

a Va R Ma Ta , deci

Ma =a Va

R Ta

cu aceasta cantitatea de gaze admisă devine:

Mga =a Va

R Ta

1

1 r

Cantitatea teoretică de gaze admise în cilindru la un volum Va, la o presiune po si o

temperatură Ta exprimat în kilomoli va fi

Mh =o Vo

R To

Raportând cantitatea reală de gaze admise la cantitatea teoretică, se obţine coeficientulde umplere, făcând înlocuirile necesare, se obţine forma finală:a) - pentru motoarele alimentate la presiune atmosferică

v =

1

pa

po

To

Ta

1

1 r

la puterea maximă acest coeficient are următoarele valori:- motoare cu carburator v = 0.75 - 0.85,

- motoare cu aprindere prin comprimare v = 0.75 - 0.95.

b) - pentru motoarele în patru timpi supraalimentate expresia coeficientului de umpleredevine:

v =

1

pa

pk

Tk

Ta

1

1 r : unde, diferenţa apare în raportul de temperatură şi

presiune a gazelor care părăsesc turbocompresorul încălzit, faţă de motoarele alimentate lapresiune atmosferică unde în relaţia de calcul apare raportul de temperatură si presiuneiniţială.

Supraalimentarea cu gaz de eşapament a fost inventată acum 100 de ani, ]n anul 1905de inginerul elveţian Dr. Alfred Bûchi (1879 - 1959). Idea lui nu a fost numai de aprecompresa aerul care curge prin motor, dar si de a folosi energia cinetică ce esteprodusă de gazul de eşapament sub o presiune ridicată. ''Gazul de eşapament după procesul de combustie pune în mişcare o turbină, iar aceasta acţionează un compresor,care precomprimă aerul de admisie, iar aceasta este împins în motor.''



Prima folosire a tehnologiei turbocompresorului a fost în anul 1923, la motoare navale demari dimensiuni. Puterea motoarelor a crescut de la 1750 la 2500 CP datorită supraalimentării.

Primele încercări in industr ia auto au fost la sfârşitul anilor 1950, cu aşanumita ''diferenţaturbo'' - răspuns întârziat al motorului la accelerare -, ceea ce a făcut ca provocareadezvoltării propulsoarelor să fie greu de atins la acea vreme.

În anul 1973 a avut loc primul succes: firma Porsche a folosit în SUA la un concurs demaşini de cursă, un automobil cu un motor, ce dezvolta o putere de 1100 CP ca urmare asupraalimentării, motiv pentru care concurenta a fost pur si simplu umilită pe pista nord-americană.

Primul automobil de serie dotat cu supraalimentare, prin folosirea presiunii gazelor deeşapament, a fost lansat pe piaţă în anul 1974, tot de firma Porsche, în cadrul expoziţieiParis Motor Show. Turbosuflanta era dotată cu supapă bypass.

De atunci supraalimentarea motoarelor se află într-o continuă dezvoltare si este folosit detoţi constructorii de autovehicule.

Date post:	10-Feb-2018
Category:	Documents
Upload:	teze-masterat-teze
View:	239 times
Download:	0 times

Studiul Sistemelor de Supraalimentare a Motoarelor Cu Ardere Interna

Documents