AtanasiuCatalin

5/23/2018 AtanasiuCatalin

1/88

Investete n oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Programul Operaional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013Axa prioritar 1 Educaie i formare profesional n sprijinul creterii economice i dezvoltrii societii bazate pe cunoatere

Domeniul major de intervenie 1.5. Programe doctorale i post-doctorale n sprijinul cercetriiTitlul proiectului: Burse doctorale pentru dezvoltare durabila BD-DDNumrul de identificare al contractului: POSDRU/107/1.5/S/76945

Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braov

Universitatea Transilvaniadin Brasov

Scoala Doctorala Interdisciplinara

Departamentul: Autovehicule si Transportur i

Ing. Catalin George ATANASIU

Cercetari privind supraalimentarea

motoarelor de automobile

Researches regarding automotive engines

supercharging

Conductor tiinific

Prof.Dr.Ing. Anghel CHIRU

BRASOV, 2013


2/88

MINISTERUL EDUCAIEINAIONALE

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAOV

BRAOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENA

Comisiei de doctorat

Numit prin ordinul Rectorului Universitii Transilvania din BraovNr. 5984din 02.09.2013

PREEDINTE: - Prof. univ. dr. ing. Ioan Calin ROSCA

DECANFacultatea de Inginerie MecanicaUniversitatea Transilvaniadin Brasov

CONDUCTOR

TIINIFIC:

- Prof. univ. dr. ing. Anghel CHIRU


REFERENI: - Prof. univ. dr. ing. Tudor PRISECARU

Universitatea Politehnicadin Bucuresti

- Prof. univ. dr. ing. Ion TABACUUniversitatea din Pitesti

- Prof. univ. dr. ing. Gheorghe Alexandru RADU


Data, ora i locul susinerii publice a tezei de doctorat: 11.12.2013, ora

10:00, sala UII3, la Aula Universitatii Transilvania din Brasov.

Eventualele aprecieri sau observaii asupra coninutului lucrrii v rugm sle transmitei n timp util, pe adresa:[email protected].

Totodat, v invitm s luai parte la edina public de susinere a tezei de

doctorat.

V mulumim.
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


3/88

Rezumat - Cercetari privind supraalimentarea motoarelor de automobile

89

Cuprins (Lb. Romana)

1. Introducere, resurse energetice, transport si mediu ............................................. 71.1 Problema global.................................................................................................... 71.2 Transporturile in secolul XXI si evolutia parcului auto .............................................. 81.3 Resursele energetice folosite in domeniul auto ...................................................... 101.4 Influena arderii combustibililor asupra mediului................................................... 111.5 Cerinte privind consumul energetic si emisiile autovehiculelor ............................... 121.6 Concluzii ............................................................................................................... 14

2. Analiza posibilitatilor tehnice de imbunatatire a performantelor motoarelor cu

aprindere prin comprimare .............................................................................................. 152.1 Analiza ciclurilor motoarelor cu aprindere prin comprimare ................................... 152.2 Influenta factorilor de stare asupra performantelor motoarelor ............................. 182.3 Influenta factorilor functionali asupra performantelor motoarelor ......................... 192.4 Influenta factorilor constructivi asupra performantelor motoarelor ....................... 202.5 Concluzii privind analiza solutiilor constructive ...................................................... 232.6 Obiectivele si etapele dezvoltarii lucrarii ................................................................ 23

3. Studiul sistemelor de supraalimentare folosite la m.a.i. pentru automobile ....... 273.1 Introducere ........................................................................................................... 273.2 Supraalimentarea acustica .................................................................................... 283.3 Supraalimentarea cu agregat antrenat mecanic ..................................................... 293.4 Supraalimentarea cu turbosuflanta ....................................................................... 333.5 Supraalimentarea cu unde de presiune .................................................................. 353.6 Supraalimentarea mixta ........................................................................................ 363.7 Concluzii ............................................................................................................... 38

4. Compresorul cu unde de presiune. Principiul de functionare. Constructie.

Optimizare ...................................................................................................................... 394.1 Istoric i aplicaii ................................................................................................... 39

4.2 Principiul de funcionare al compresorului cu unde de presiune............................. 394.3 Descrierea elementelor i caracteristicilor constructive ale unui compressor cu unde

de presiune ............................................................................................................................ 404.4 Sisteme auxiliare ................................................................................................... 414.5 Variante constructive ............................................................................................ 434.6 Optimizarea constructiva a agregatului cu unde de presiune .................................. 44

5. Analiza in mediu virtual a performantelor m.a.c. .............................................. 495.1 Modele matematice folosite in dezvoltarea lucrarii ................................................ 495.2 Echipamentul software utilizat .............................................................................. 545.3 Concluzii cu privire la analiza in mediu virtual ........................................................ 58


4/88


90

6. Echipamente, tehnici si procedee utilizate in cadrul cercetarii experimentale .... 596.1 Scopul si obiectivele cercetarii experimentale ........................................................ 596.2 Metodica programului de incercari experimentale ................................................. 596.3 Standul de incercari experimentale ........................................................................ 606.4 Adaptarea compresorului cu unde de presiune pe motorul Renault K9K ................. 62

7. Rezulatele investigatiilor experimentale si a cercetarilor in mediu virtual

efectuate pe motorul Renault K9K ................................................................................... 647.1 Rezultatele cercetarii experimentale ...................................................................... 647.2 Determinarea turatiei optime de antrenare a compresorului cu unde de presiune .. 737.3 Validarea modelului virtual realizat in AVL Boost v.2010......................................... 747.4 Validarea modelului virtual realizat in AVL Fire v.2010............................................ 757.5 Analiza in mediu virtual a comportamentului unui motor supraalimentat mixt,

compresor cu unde de presiuneturbosuflanta ...................................................................... 777.6 Rezultatele investigatiilor experimentale efectuate pe motorul echipat cu compresor

cu unde de presiune optimizat................................................................................................. 788. Concluzii finale. Contributii originale. Directii viitoare de cercetare ................... 81

8.1 Concluzii finale ...................................................................................................... 818.2 Contributii originale ............................................................................................... 828.3 Directii viitoare de cercetare .................................................................................. 82

Bibliografie (selectiva).......................................................................................... 83Scurt rezumat (Lb. Romana, Lb. Engleza) .............................................................. 86CV (Lb. Romana, Lb. Engleza) ............................................................................... 87


5/88


89

Cuprins (Lb. Engleza)

1. Introduction, energy resources, transport and environement .............................. 71.1 Global problem ....................................................................................................... 71.2 Transport in XXI century and evolution of automotive fleet ..................................... 81.3 Energy resources used in automotive industry ....................................................... 101.4 The influence of fuel burning over environement ................................................... 111.5 Demands regarding fuel consumption and polutant emissions of automotive sector

.............................................................................................................................................. 121.6 Conclusions ........................................................................................................... 14

2. Technical posilibilty analysis of improving the compression-ignition internalcombustion engine performance...................................................................................... 15

2.1 Cycle analysis of compression-ignition engines ...................................................... 152.2 The influence of state factors over engines performance....................................... 182.3 The influence of functional factors over engines performance............................... 192.4 The influence of constructive factors over performance ......................................... 202.5 Conclusions ........................................................................................................... 232.6 Thesis objectives and development stages ............................................................. 23

3. Study of supercharging system used for automotive internal combustion engines

....................................................................................................................................... 273.1 Introduction .......................................................................................................... 273.2 Natural supercharging ........................................................................................... 283.3 Supercharging using mechanical driven unit .......................................................... 293.4 Turbocharging ....................................................................................................... 333.5 Pressure wave supercharging ................................................................................ 353.6 Combined supercharging ....................................................................................... 363.7 Conclusions ........................................................................................................... 38

4. Pressure wave supercharger. Functional principle. Construction. Optimization. . 394.1 History and applications ........................................................................................ 394.2 The working principle of pressure wave supercharger ............................................ 394.3 Description of constructive elements from a pressure wave supercharger .............. 404.4 Auxiliary systems .................................................................................................. 414.5 Constructive options ............................................................................................. 434.6 Constructive optimization of the pressure wave supercharger ................................ 44

5. Virtual environement analysis of compression-ignition internal combustion

engine performances ....................................................................................................... 495.1 Mathematical models used in thesis development ................................................. 495.2 Software used ....................................................................................................... 54


6/88


90

5.3 Conclusions ........................................................................................................... 586. Equipements, technics and procedures used in the experimental research ......... 59

6.1 The scope and objectives of the experimental research .......................................... 596.2 Working method of the experimental research ...................................................... 596.3 The test bed .......................................................................................................... 606.4 Pressure wave integration on the Renault K9K engine ............................................ 62

7. Experimental investigation and virtual simulation results conducted on the

Renault K9K engine ......................................................................................................... 647.1 Experimental investigation results ......................................................................... 647.2 Determination of optimum pressure wave supercharger speed .............................. 737.3 AVL Boost virtual model validation ........................................................................ 747.4 AVL Fire virtual model validation ........................................................................... 757.5 Virtual investigation of a combined supercharged engine, using a turbocharger and a

pressure wave supercharger .................................................................................................... 77

7.6 Experimental investigation results on the Renault K9K supercharged with optimized

pressure wave supercharger .................................................................................................... 788. Final conclusions. Original contributions. Future research directions. ................ 81

8.1 Final conclusions ................................................................................................... 818.2 Original contributions ............................................................................................ 828.3 Future research directions ..................................................................................... 82

References (selective) ........................................................................................... 83Short abstract (Lb. Romana, Lb. Engleza) .............................................................. 86CV (Lb. Romana, Lb. Engleza) ............................................................................... 87


7/88


7

1. Introducere, resurse energetice, transport si mediu

In industrie, forta motrice este energia, si este esenial pentru existenta.

Densitatea hidrocarburilor lichide este superioara celei continute in baterii, a

hidrogenului pur sau dect cea a biocombustibililor, din punct de vedere strict energetic.Din aceste considerente, pentru mai mult de 100 de ani, hidrocarburile au fost soluia

optima pentru propulsia automobilelor, asigurndu-i astfel succesul n acest domeniusi

tot odata utilizarea ei in sectorul transporturilor. Totui, acestea din urma sunt resurse

fosile, epuizabile. Mai mult, utilizarea lor este parte integranta a acumularii de emisii de

CO2n atmosfer, ceea ce genereaz probleme globale din punct de vedere al modificrilor

climatice. Pe langa aceast aspect, din arderea lor rezulta emisii nocive de CnHn, CO, NOxsi

particule.

Capitolul de fata ofer o sintez a resurselor fosile mondiale, precum si o descriereactual a sectorului transporturilor. In final, acesta se ncheie cu efectele arderii

combustibilului asupra mediului precum si emisiile provenite din sectorul transportului

in lume. Tot in inchieiere, sunt prezentate tendintele, din punct de vedere al emisiilor, in

domeniul auto.

1.1 Problema global

Faptul c rile dezvoltate i puternic industrializate consum mai mult energie

pe cap de locuitor (65%) dect rile n curs de dezvoltare sau cele din lumea a treia, este

o problema foarte cunoscuta la nivel global. Este cunoscut i faptul c exist o corelaie

ntre standardele de via ale unei ri i consumul su energetic. n general, cu ct este

mai ridicat standardul de via, cu att este mai mare i consumul energetic [23, 25].

Fig. 1.1, Epuizarea rezervelor globale de petrol

cu o rat de cretere a consumului anual de 1,2%

Cu toate c piaa internaional a comerului de petrol i gaze naturale este n

floare i deoarece nu sunt semne reale care s arate o reducere semnificativ aconsumului energetic global, rezervele estimate i data limit sugereaz c epuizarea


8/88


8

rezervelor de petrol i gaze naturale va reprezenta o problem major la jumtatea

secolului XXI [8, 28].

Gaura produs n disponibilitatea i furnizarea energiei i combustibililor care a

avut loc n anii 1970 demonstreaz impactul potenial asupra societii. Estimrile

efectuate n perioada anilor 1970 artau, de exemplu, c rezervele globale de gazenaturale se vor epuiza pn n anul 1995. Descoperirea unor noi rezerve, mbuntirea

semnificativ a metodelor de extracie i procesare a gazului natural, eficiena crescut a

echipamentelor finale n utilizarea gazului i nu n ultimul rnd rata de utilizare anual

mai sczut dect cea estimat, au contribuit toate ca estimrile anterioare s nu se

adevereasc (Fig. 1.1). Totui, cnd vine vorba de cerinele energetice globale i de faptul

ca este nevoie de perioade ndelungate de timp pentru a reface rezervele de combustibili

fosili, trebuie luat n considerare faptul c pmntul nu este o surs infinit de petrol sau

gaze [10, 24].

1.2 Transporturile in secolul XXI si evolutia parcului auto

Consumul energetic n sectorul transporturilor include energia consumat pentru

transportul persoanelor i bunurilor/mrfurilor pe osea, cale ferat, aer, ap i conducte.

Transportul rutier se refer la vehicule uoare (autmobile, vehicule utilitare sport,

minivanuri, camioane mici, motociclete) i la vehicule grele (camioane mari utilizate

pentru transportul mfurilor i autobuze pentru transportul persoanelor). Factorii cheie

care determin cererea n sectorul transporturilor sunt creterea populaiei i a activitii

economice [2, 30].

Fig. 1.2, Consum energetic pe regiuni 2008-2035. [29]

Cererea pentru combustibili lichizi n sectorul transporturilor va crete rapid n

urmtorii 25 de ani n comparaie cu alte sectoare. Creterile estimate vor fi mult mai

puternice n rile non-OECD dect n cele OECD unde nivelul consumului energetic legat


9/88


9

privind sectorul transporturilor va rmne relativ stabil sau va descrete, dup cum se

ilustreaz n figura 1.2[1, 2].

Figura 1.3, Autoturisme: a) producia mondial, b) nregistrri noi mondial 2010. [2]

Parcul mondial de autovehicule depaseste in prezent 1 miliard de unitati.Cresterea sa este rapida, astfel ca in anul 1991 numara 589 de milioane, in anul 2000

numara 713 milioane iar in 2010 numara mai mult de 920 de milioane de unitati.

Repartitia geografica este de asemenea importanta. In anul 2010, aceasta arata astfel:

Fig. 1.6, Repartitia geografica a numarului de automobile, 2010

Previziunile arata ca parcul de automobile va fi de 2.5 miliarde in anul 2060,

inregistrand cresteri de peste 70% in regiuni in care nivelul de motorizare este in prezent

relativ redus, precum Africa centrala, India, China, etc [3].

Raportul intre vehiculele utilitare si cele particulare este un indicator interesant,

deoarece primele sunt in general echipate cu motoare diesel si consuma motorina, iar

celelalte sunt in majoritate echipate cu motoare cu aprindere prin scanteie.

Autovehiculele se pot incadra in trei categori, in ceea ce priveste tipul sursei de

propulsie utilizata: motor diesel, benzina sau hybrid (benzina-electric).

300

210

70

320

20

0

50

100

150

200

250

300

350

Tari membreOCDE

SUA Europa de EST Tari in curs dedezvoltare

China

Numarautom

obile


10/88


10

Fig. 1.8, Consumul de combustibil pentru diferite surse de propulsie [l/100km]

Reprezentarile din figura 1.8 arata ca un autovehicul care functioneaza dupa ciclul

cu comprimare are consumuri mai bune decat unul cu aprindere prin scanteie. In schimb,

cand intervine si motorul electric alaturi de cel Otto (autovehiculul hibrid), vehiculul

hibrid are un consum mai bun in oras, deoarece motorul Otto functioneaza in permanenta

in regim stabilizat. In cazul circulatiei in trafic extraurban sau pe autostrada,

autovehiculul hibrid devine unul clasic, sursa de propulsie principala fiind motorul

termic.

1.3 Resursele energetice folosite in domeniul auto

Oil&Gas Journal a raportat c rezervele dovedite de petrol la 1 Ianuarie 2011 sunt

estimate la 1471 miliarde de barili (cu aproximativ 9% mai mult dect estimrile pe

2010). Conform US-Energy Information Administration, aproximativ 51% din rezervele

dovedite de petrol sunt localizate in Orientul Mijlociu, i aproape 79% rezervele mondiale

reale de petrol sunt concentrate n 8 ri dup cum se arat n figura 1.9 [29].

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Diesel

Benzina

Hybrid

Autostrada Interurban Urban


11/88


11

Fig. 1.9, Rezervele dovedite de petrol pe ri [29].

Este indiscutabil faptul c petrolul este o resurs finit i c posibilitile de

producie vor deveni limitate la un moment dat. Acest lucru a generat un subiect de

disput nc de la sfritul anilor 1880, cand se punea problema atingerii varfului

productiei mondiale. O alarm fals a fost data de mprirea rezervelor i a consumului

de petrol fr a lua n considerare impactul modificrilor de pre sau accesibilitatea

comercial la rezervele neconvenionale de-a lungul timpului. Termenul doveditereprezint att un concept geologic, ct i unul economic [27].

Biocombustibilii au anumite limite, care au fost recunoscute, iar Comisia

European a stabilit Politica Energetic pentru Europa, un plan care prevede

introducerea a 10% biocombustibili n produsele petroliere comercializate la pomp n

Uniunea European pentru toate statele membre pn n 2020. [5]

1.4 Influena arderii combustibililor asupra mediului

In 1850 s-a definit termenul smog pentru combinaia de fum (smoke) decrbuni i cea (fog) care aprea frecvent deasupra Londrei. In 1873 i 1911, smogul a

fost acuzat ca ar fi cauzat moartea a 700 (19 persoane au murit caznd accidental n

Tamisa din cauza vizibilitii), respectiv a 1150 de persoane. Cel mai grav eveniment a

fost nregistrat n Londra n 1953, la nceputul lunii decembrie, cnd din cauza unei

inversiuni termice i a unui front staionar, vntul nu a mai btut (0km/h). Evenimentul

a fost numit Big Smoke, cauznd reducerea vizibilitii la 0 i la moartea a 4000 de

persoane n interval de 5 zile. In urma acestui eveniment, Anglia a adoptat Actul Clean Air

n 1956.


12/88


12

Emisiile de CO2i tendinele energetice din sectorul transporturilor sunt strns

legate de creterea populaiei i a venituriloracesteia. Dei diferite ri i regiuni prezint

modele diferite vis-a-vis de utilizarea energiei pe cap de locuitor i de tipurile de

combustibili utilizai, global, transportul depinde de petrol [19]. Biocombustibilii ofer

oportuniti pentru reducerea seminficativ a cantitii de CO2, dar cercetrile

demonstreaz pn n acest moment, cu excepia etanolului din trestie de zahr, cvalorile pe ton de CO2 salvat sunt ridicate [9]. Ultimele date referitoare la eficiena

energetic a autovehiculelor noi arat c rata de mbuntire a crescut. n 2008 media

emisiilor de CO2/km a automobilelor noi era de 154 g. Valoarea aceasta este deasupra

obiectivului strabilit de 130 g CO2/km, dar arat o mbuntire fa de anul 2007 (159 g

CO2/km) [10, 11].

Fig. 1.16, Emisiile CO2pe diverse domenii

Figura 1.16 prezinta emisiile totale de CO2, corespunzatoare fiecarui domeniu in

parte. O valoare semnificativa de aproape 16% din total o au transporturile. Aici intra

emisiile emanate de autovehiculele personale dar precum si cele comerciale.

1.5 Cerinte privind consumul energetic si emisiile autovehiculelor

Pentru a realiza un consum redus de combustibil si emisii poluante mai reduse

provenite de la motoarele cu ardere interna, fara penalizari asupra performantelor, este

necesar sa se apeleze la toate solutiile noi de echipamente si sisteme disponibile si sa se

valorifice toate posibilitatile tehnice in vederea perfectionarii proceselor de formare a

amestecului si arderii, cu un randament cat mai ridicat.

Astfel, valori limita ale concentratiilor de CO, NOx, HC+NOxsi PM din gazele arse

ale motoarelor cu ardere interna reglementate de Uniunea Europeana, ce fac referire la

standardele de poluare EURO1, 2, 3, 4, 5 si 6 pot fi analizate in tabelul 1.12.

Tabelul 1.12, Valorile limita pentru normele de poluare

Norma de

poluare

Data

intrarii in

vigoare

(an/luna)

Valori limita [g/km]

CO NOx HC+NOx PM


13/88


13

EURO 1 1992/07 2.72 - 0.97 0.14

EURO 2, ID 1996/01 1.0 (63.24%) - 0.70 (27.84%) 0.08 (42.86%)

EURO 2, IID 1996/01 1.0 (63.24%) - 0.90 (7.22%) 0.10 (28.57%)

EURO 3 2000/01 0.64 (36%) 0.5 0.56 (37.78%) 0.05 (50%)

EURO 4 2005/01 0.50 (21.88%) 0.25 (50%) 0.30 (46.43%) 0.025 (80%)

EURO 5 2009/09 0.50 (0%) 0.18 (28%) 0.23 (23.33%) 0.005 (80%)

EURO 6 2014/09 0.50 (0%) 0.08 (55.56%) 0.17 (26.09%) 0.005 (0%)

* valorile din paranteze reprezinta procentul reducerii emisiei poluante nou implementata fata de

cea din standardul de poluare anterior;

* incepand cu data 30.09.1999 motoarelor cu injectie indirecta (IID) li s-au impus valorile limita

ale emisiilor poluante chimice corespunzatoare motoarelor cu injectie directa (ID);

* incepand cu luna 01/2011 norma de poluare EURO 5 se aplica la toate modelele.

In ceea ce priveste consumul de carburant al autovehiculelor, acesta s-a amelioratin ultimii ani, ajungandu-se chiar pana la valori de 3l/100 km.

Marirea eficientei motoarelor de automobile pentru utiliza cat mai bine

combustibilul si a produce cat mai putine emisii poluante presupune cresterea

performantelor acestora, care se poate realiza prin mai multe solutii:

- ameliorarea parametrilor energetici ai ciclului motor;

- majorarea puterii pe unitate de cilindree prin supraalimentare;

- utilizarea de combustibili cu putere energetica mare;

- diminuarea pierderilor mecanice din sistemele motorului;- antrenare cu surse energetice alternative a sistemelor auxiliare ale motorului;

Fig. 1.20, Evolutia puterii specifice a m.a.i pentru autovehicule (evaluare pe 105 motoare)

Figura 1.20 prezinta evolutia puterii specifice in intervalul 1970-2012, pentru

motoarele cu aprindere prin comprimare aspirate natural sau supraalimentate. Evolutiile

din ultimii ani in ceea ce priveste puterea specifica, indica faptul ca motoarele cu ardere

0

20

40

60

80

100

120

1970 1976 1982 1988 1994 2000 2006 2012Putereaspecifica[kW/dm3]

Anul


14/88


14

interna folosesc din ce in ce mai eficient carburantul. Datorita acestui fapt, consumul

specific de carburant, in aceleasi conditii de sarcina si functionare, a scazut.

1.6 Concluzii

Consumul resurselor provenite din combustibili fosili in lume, este in crestere.

Aceste resurse, fosile, sunt limitate. De aceea, este necesar sa se reduca consumul de

carburant.

Emisiile sunt in crestere. Deseori provoaca degradarea mediului si produc

imbolnaviri globale. Acestea pot fi diminuate prin ameliorarea proceselor de ardere,

reducerea consumului specific de carburant si utilizarea unor carburanti alternativi, care

sa contina oxigen in structura moleculara (biocarburanti sau combustibili sintetici de

generatia a doua).


15/88


15

2. Analiza posibilitatilor tehnice de imbunatatire a

performantelor motoarelor cu aprindere prin comprimare

Dupa ce se realizeaza o evaluare a parametrilor ciclurilor m.a.i., sunt analizati

cativa factori care influenteaza in mod direct performantele motoarelor cu ardere interna

cu aprindere prin comprimare. Acestia sunt:

- ciclul dupa care functioneaza motorul cu ardere interna;

- factorii de stare - presiunea aerului;

- temperatura aerului;

- umiditatea aerului;

- factorii functionali - turatia motorului;

- parametri agentului de racire si a lubrifiantului;

- presiunea la sfarsitul admisiei (supraalimentarea);

- factorii constructivi - raportul de comprimare;

- raportul cursa/alezaj;

- numarul de cilindri;

- arhitectura camerei de ardere;

In urma analizei facute asupra resurselor energetice, transporturilor, emisiilor

poluante si a evaluarii tendintelor care se manifesta in domeniu, in lucrare sunt studiate

posibilitatile de majorare a parametrilor energetici si ecologici ai m.a.i. prin

supraalimentare.

2.1 Analiza ciclurilor motoarelor cu aprindere prin comprimare

Analiza ciclurilor isi propune sa evidentieze de principiile care le guverneaza,

precum si limitele celor reale si teoretice.

2.1.1 Ciclul cu ardere mixt (diesel rapid)

Ciclul cu ardere mixt este specific m.a.c. rapide pentru automobile. Din cauza

timpului scurt de injecie, ntrzierea la autoaprindere a combustibilului impune un avans

la injecie, care se traduce n fapt printr-o ardere iniial n apropiere de p.m.i. ce poate fiasimilat cu arderea izocor. Restul combustibilului arde pe msura injectrii lui,

realiznd n aceast etap o ardere izobar, dupa cum se poate observa in figura 2.1.


16/88


16

(a) (b)

Fig. 2.1, Ciclul ideal al unui motor diesel rapid (a)

ciclul real al unui motor diesel rapid (b) [33]

in care: da deschiderea supapei de admisie, ie inchiderea supapei de evacuare, ia

inchiderea supapei de admisie, de deschiderea supapei de evacuare;

2.1.2 Ciclul cu ardere mixta, supraalimentat

Supraalimentarea unui motor cu ardere intern asigura majorarea masei aerului

proaspt introdus n cilindri. Ca urmare a cresterii masei de aer proaspat este necesar sa

se mareasca si cantitatea de combustibil oferita ciclului. Ca urmare, presiunea medie

indicata a ciclului se va majora.

Supraalimentarea - naturala (supraalimentare acustic)

- cu agregat

Antrenare - mecanic

- electrica

- cu turbin cu gaze

- mixt

Agregat - compresor volumetric rotativ: cu palete

- cu rotor profilat

- de tip G- compresor dinamic: - axial

- centrifugal

- compresor cu unde de presiune

Ciclul teoretic al unui motor supraalimentat este prezentat in figura 2.2.


17/88


17

Fig. 2.2, Ciclul mixt cu supraalimentare [34]

n cazul motoarelor cu ardere mixt, evacuarea se efectueaz dup curba 4-6, deci

nu se utilizeaz complet cldura disponibil. (Figura 2.2).

Aria haurat 456 din diagrama p-V reprezint lucrul mecanic suplimentar care

poate fi folosit pentru antrenarea dispozitivului de supraalimentare. La acest ciclu cu

destindere prelungit lucrul mecanic obinut suplimentar se datoreaza mririi volumului

n procesul destinderii, proces care continu s se desfoare n reeaua de palete a

turbinei cu gaze (sau a compresorului cu unde de presiune), dup curba 4-5.

2.1.3 Ciclul de ardere de tip Atkinson-Miller

In urma evaluarii ciclurilor teoretice, dupa care functioneaza m.a.i., rezulta ca

lucrul mecanic dezvoltat de acestea creste odata cu majorarea perioadei de destindere,

deci a intervalului in care gazele arse actioneaza asupra pistonului, aflat in cursa

descendenta. Aceasta posibilitate este oferita de ciclul Atkinson.

Primul inginer care ntroduce n practic aceast idee, prin adoptarea unor curse

de destindere i evacuare diferite, este Atkinson J.,n anul 1886[56].

Fig. 2.3, Diagrama teoretica a ciclului Atkinson/Miller


18/88


18

Ciclul Miller vine ca o completare a ciclului Atkinson, el fiind caracterizat prin

cresterea intarzierii la inchidere a supapei de admisie, fa de ciclurile reale. Ca efect, o

parte din aerul admis n cilindrii, este refulat napoi n galeria de admisie n prima parte a

cursei de comprimare, cnd supapa de admisie este deschis nc. Comprimarea propriu-

zis ncepe, aadar, numai dup ce supapa de admisie se va nchide[57].

2.2 Influenta factorilor de stare asupra performantelor motoarelor

Performanta energetica a unui motor cu ardere interna, aspirat natural, depinde

in mare masura de calitatea aerului admis (presiune, temperatura, umiditate). Aceste trei

marimi de stare ale aerului, influenteaza in mod direct densitatea acestuia.

Influenta acestor parametri asupra presiunii maxime a ciclului si lucrului mecanic

indicat ale unui motor cu aprindere prin comprimare aspirat natural, se pot observa in

graficele din figurile 2.4 si 2.5.

In figura 2.4 se pot observa influentele presiunii atmosferice asupra parametrilor

ciclului indicat.

Fig. 2.4, Influenta altitudinii asupra diagramei indicate

1: presiune 0 m altitudine, 1013.2 mbar, T = 20 C

2: presiune la 1000 m, 898.8 mbar, T = 20 C

3: presiune la 2000 m, 797.9 mbar, T = 20 C

In cazul in care temperatura ramane constanta iar presiunea atmosferica se

modifica in functie de inaltime, presiunea maxima din cilindru scade de la 81 bar (la

nivelul marii) la 62 bar (pentru altitudinea de 2000m), iar lucrul mecanic indicat al

ciclului scade cu 9%.


19/88


19

Fig. 2.5, Influenta temperaturii atmosferice asupra diagramei indicate

T1= 45 C, p = 1013.2 mbar

T2= -15 C, p = 1013,2 mbar

Graficul din figura 2.5 ilustreaza faptul ca odata cu incalzirea aerului aspirat scade

performanta motorului, in conditiile in care presiunea ramane neschimbata. Pentru o

variatie a temperaturii de 60 grade, presiunea maxima din cilindru scade de la 81 bar

(pentru -15 C) la 77 bar (pentru 45 C). Lucrul mecanic indicat se micsoreaza in acest caz

cu 1%. Aceasta influenta a temperaturii nu este semnificativa, performantele motorului

diminuandu-se foarte putin.

2.3 Influenta factorilor functionali asupra performantelor motoarelor

2.3.1 Turatia motorului

Puterea dezvoltata de motoarele cu ardere interna este influentata de mai multi

parametri. Relatia dintre acesti parametri, este:

= , , 1 , , , (2.15)in care avem: puterea calorica interioara (Q_inf), cantitatea minima de aer necesara

arderii cantitatii de combustibil injectat (), randamentul indicat (, coeficientul deexces de aer (), numarul de timpi ai motorului (), densitatea aerului aspirat (0),coeficientul de umplere (V), cilindreea totala (Vh), turatia motorului (n).

Daca toti termenii din ecuatia (2.15) raman constanti, atunci odata cu marirea

turatiei puterea creste proportiona. In realitate, majorarea turatiei duce la crestrea vitezei

pistonului si deci a pierderilor mecanice, intensificarea regimului termic si micsorarea

densiatii aerului urmare a incalzirii mai pronuntate pe traseul de admisie, diminuarea

timpului pentru formarea amestecului. In plus, odata cu marirea turatiei, coeficientul de

umplere se micsoreaza si miscarea aerului din cilindru se intensifica.


20/88


20

2.3.2 Sarcina motorului

La motoarele cu aprindere prin comprimare variatia sarcinii se realizeaza prin

modificarea cantitatii de combustibil care se injecteaza pe ciclu (G g), pentru o cantitate

de aer constanta introdusa pe ciclu. Rezistentele gazo-dinamice ale sistemului de admisie

nu depind de sarcina (la o turatie constanta). Asupra coeficientului de umplere lamotoarele cu aprindere prin comprimare, la modificarea sarcinii influenteaza numai

incalzirea aerului. La marirea sarcinii din cauza degajarii unei cantitati mai mari de

caldura creste regimul termic al motorului, aerul care patrunde in cilindru se incalzeste

mai intens iar coeficientul de umplere se micsoreaza.

2.3.3 Parametrii sistemelor de racire si lubrifiere

Pierderile de caldura prin peretii camerelor de ardere ajung, in functie de marimea

si conditiile de exploatare ale motorului, la 10 25%.

Temperatura camerei de ardere este controlata de lichidul de racire. Caldura

transferata de la gaz la pereti este cu atat mai redusa cu cat temperatura medie a peretilor

camerei de ardere (Tmp) este mai mare:

= (2.20)unde: coeficientul de transmitere a caldurii; F suprafata peretilor camerei deardere; Tgtemperature gazelor.

Cresterea temperaturii agentului de racire atrage dupa sine o majorare a regimuluitermic a peretilor camerei de ardere si incarcaturii proaspete. Aceasta se constata ca

urmare a faptului ca diferenta de temperature (Tg- Tmp) nu scade pe masura asteptarilor

in timpul arderii si destinerii.

2.4 Influenta factorilor constructivi asupra performantelor motoarelor

2.4.1 Raportul de comprimare

Randamentul termic (t) al ciclului cu ardere mixta, dupa care functioneaza

motoarele cu aprindere prin comprimare pentru autovehiule, este influentat direct deraportul de comprimare ():

= 1 1 1 1 1 (2.21)

in care: x exponentul adiabatic; raportul de crestere a presiunii; gradul de

destindere prealabila.

Influenta raportului de comprimare asupra randamentului termic este evaluata in

figura 2.10. Prin majorarea lui de la 14 la 18, presiunea maxima din cilindru creste de la105 bar la 124 bar, lucrul mecanic indicat imbunatatindu-se cu 11%.


21/88


21

Fig. 2.10, Influenta raportului de comprimare asupra presiunii din cilindru

2.4.2 Raportul cursa/alezaj

Influenta raportului cursa/alezaj (S/D) asupra performantelor motoarelor

moderne pentru autovehicule este destul de complexa.

Schimbarea raportului S/D influenteaza si pierderile de caldura prin suprafata

camerei de ardere. Cerecetarile efectuate [30, 99, 100] pun in evidenta modificarea

indicilor efectivi ai motorului in functie de schimbarea raportului S/D la D = constant si

Wmp= constant, la Vh= constant si n= constant si la S = constant si n = constant.

Fig. 2.11, Influenta alezajului asupra

performantelor

Vr varianta de referinta, D = 76 mm

V1 varianta 1, D = 80 mm, V2 varianta 2, D

= 70 mm

Fig. 2.12, Influenta cursei asupra

performantelor

Vr varianta de referinta, S = 80.5 mm

V1 varianta 1, S = 70.5 mm, V2 varianta 2,

D = 90.5 mm

2.4.3 Numarul de cilindri

O problema interesanta si complexa o reprezinta alegerea numarului optim decilindri ai motorului la o cilindree data.

RAC


22/88


22

Din analiza factorului de compartimentare reiese ca marirea numarului de cilindri

este o masura pentru diminuarea solicitarilor si pierderilor mecanice. Conceperea

motoarelor cu un numar mai mare de cilindri de capacitate mai mica duce la scaderea

maselor in miscare alternativa si de rotatie si la imbunatatirea randamentului mecanic

(fig. 2.13) [61].

Fig. 2.13, Influenta capacitatii cilindrice asupra randamentului mecanic

Prin majorarea numarului de cilindri, la o capacitate cilindrica data se obtin:

- mai multe posibilitati pentru echilibrarea fortelor de inertie si a momentelor lor;

- imbunatatirea uniformitatii momentului motor;

- usurarea pornirii motorului.

Numarul de cilindri, la un motor cu capacitate cilindrica data, este limitat degabaritul fiecarui cilindru si de posibilitatea de a realiza un sistem de distributie simplu si

cu pierderi mecanice minime.

2.4.4 Influenta proprietatilor fizico-chimice ale combustibililor asupra

performantelor

Proprietatile fizico-chimice ale combustibilului exercita o influenta deosebita

asupra proceselor de formare a amestecului si arderii. Astfel, la valori ridicate ale cifrei

cetanice se scurteaza perioada de intarziere la autoaprindere si temperatura deautoaprindere, iar motorul are o functionare silentioasa [26, 82, 111].

Reducerea cifrei cetanice sub 45 50 conduce la o inrautatire a calitatilor de

pornire, functionarea motorului cu gradienti mari de crestere a presiunii si cu mult fum,

precum si intensificarea formarii de depozite carbunoase in camera de ardere.

Motorinele cu cifre cetanice mai mari de 60 65 conduc la consumuri specifice de

combustibil mari, au temperaturi de congelare relativ ridicate si calitati de lubrifiere

diminuate.


23/88


23

Rezulta ca cifra cetanica a combustibililor pentru motoarele cu aprindere prin

compresie trebuie sa nu fie cuprinsa intre 45 55 unitati, valoarea optima fiind functie de

tipul motorului si de conditiile de functionare ale acestuia [115].

2.5 Concluzii privind analiza solutiilor constructive

n urma studiului efectuat asupra motoarelor cu ardere intern, rezulta

urmtoarele aspecte:

- Motoarele cu ardere intern reprezint pilonul principal n domeniul

transporturilor, contribuind astfel la dezvoltarea industriei;

- Diversitatea soluiilor constructive ale motoarelor cu ardere intern, acoper

nevoile populaiei, indiferent de poziionarea ei pe mapamond, ele fiind adaptate att

la sursele de carburant existente, ct i la condiiile climatice din zona n care sunt

exploatate;- Raportul dintre consumul i disponibilitatea resurselor energetice la nivel global,

indic un deficit al acestora din urma. O solutie pentru a creste perioada de exploatare

a combustibililor fosili este aceea a reducerii consumului de carburanti a mijloacelor

de transport. De aici, solutiile tehnice care trebuie concepute pentru m.a.i.

2.6 Obiectivele si etapele dezvoltarii lucrarii

2.6.1 Definirea temei si structura lucrarii

Lucrarea de fata are ca tema acordarea unui sistem de supraalimentare cu unde de

presiune cu un motor cu ardere interna cu aprindere prin comprimare, modern.

Avnd n vedere faptul c omogenizarea amestecului de combustibil, n cazul

motoarelor cu aprindere prin comprimare, are n componen doi parametrii eseniali:

aerul i combustibilul, care se ntlnesc n interiorul camerei de ardere, se observ astfel

posibilitatea de a aciona asupra unuia dintre acetia. Ameliorarea unuia dintre parametri

enumerati, atrage dupa sine si ameliorarea celui de-al doilea, in vederea imbunatatirii

performantelor energetice si ecologice.

Mergand pe linia imbunatatirii aportului de aer adus unui motor cu ardere interna

cu aprindere prin comprimare, teza a fost structurata conform urmatoarelor capitole:

- In capitolul 1au fost trecute in vedere rezervele mondiale de petrol, structura si

marimea parcului auto precum si emisiile poluante provenite din transporturi;

- Capitolul 2 constituie un studiu critic asupra performantelor motoarelor cu

ardere interna cu aprindere prin comprimare, a ciclurilor acestora precum si a

cailor de optimizare a performantelor;


24/88


24

- In urma concluziilor capitolelor 1 si 2, capitolul 3face o introducere in sistemele

de supraalimentare folosite pentru motoarele de automobile, precum si selectia si

justificarea celui cu unde de presiune;

- Capitolul 4descrie elementele principale ale unui compresor cu unde de presiune,

expune principiul de functionare al acestuia, precum si avantajele si dezavantajele

lui. Mergand pe linia dezavantajelor, cateva imbunatatiri constructive au fostaduse unui agregat de tip Comprex, pentru a-i elimina o parte din neajunsuri.

Aceste modificari sunt prezentate in prezentul capitol, si analizate mai apoi in

mediu virtual sau experimental.

- In Capitlul 5 sunt efectuate o serie de simulari virtuale referitoare la procesele din

motoarele cu aprindere prin comprimare supraalimentate cu agregat cu unde de

presiune, la acordarea unui astfel de agregat cu motorul cu ardere interna precum

si la fenomenele dinamice din agregat. Capitolul 5 contine de asemenea si

descrierea soft-urilor de simulare precum si modelele matematice folosite.- In capitolul 6 sunt prezentate echipamentele de masura folosite in investigatiile

experimentale, precum si motorul cu ardere interna montat pe stand. Aici, se mai

gasesc si constructia si modul de acordare a supraalimentatorului cu unde de

presiune cu motorul cu ardere interna.

- Capitolul 7 prezinta pe larg rezultatele simularilor virtuale precum si cele

obtinute prin investigatii experimentale. Sunt validate modelele de analiza folosite,

si sunt puse in evidenta avantajele si dezavantajele optimizarilor aduse pe cale

experimentala agregatului cu unde de presiune;

- In Capitolul 8 sunt prezentate concluziile finale, contributiile personale si

directiile viitoare de cercetare.

2.6.2 Obiectivele lucrarii

In urma analizei efectuate asupra energiei, mediului si emisiilor poluante, dar si a

solutiilor tehnice de motoare cu ardere interna, lucrarea de fata trateaza obiectivele

mentionate in cele ce urmeaza.

Problema globala care se pune la momentul actual este reducerea utilizarii

combustibililor fosili, deoarece acestia din urma sunt in scadere continua. In ritmul actual

de consum, conform figurii 1.1, rezervele nu ne ajung mai mult de anul 2025. Daca reusim

prin diverse metode sa reducem consumul resurselor fosile, rezervele ne vor putea ajunge

pana in anul 2050. In acest context, primul obiectiv trasat a fost trasarea unei vederi de

ansamblu asupra resurselor energetice, consumului, emisiilor, transporturilor.

Concluzia primului capitol a fost urmatoarea: este necesar sa imbunatatim

performanta motoarelor cu ardere interna, pentru a reduce consumul de carburant si

emisiile poluante. Din aceasta concluzie, trasam al doilea obiectiv, si acela de a analiza

potentialul de imbunatatire al performantelor unui motor cu aprindere prin

comprimare, inclusiv analiza ciclurilor.


25/88


25

In urma analizei mai sus mentionate, s-a ajuns la concluzia ca un motor

supraalimentat, de orice natura, prezinta caracteristici de cuplu si putere imbunatatite,

precum si un consum de carburant mult redus, fata de unul aspirat natural. Plecand de la

aceasta premiza, urmator obiectiv va fi analiza posibilitatilor tehnice de realizare a

supraalimentarii motoarelor cu ardere interna. Acest obiectiv are ca scop,

evidentierea avantajelo dar si a dezavantajelor diferitelor agregate de supraalimentare.

Dupa analiza solutiilor tehnice de realizare a supraalimentarii, s-a ajuns la

urmatoarea concluzie: compresorul cu unde de presiune prezinta cele mai bune

caracteristici de cuplu si putere in conditiile unui consum de combustibil redus, la turatii

mici si medii. De aici, acordarea unui motor cu ardere interna cu aprindere prin

comprimare cu agregatul de supraalimentare cu unde de presiune este necesar sa se

realizeze in conditii optime.

Acordarea compresorului cu unde de presiune cu motorul cu ardere interna este ooperatiune importanta. Inainte de efectuarea acestei operatiuni, este necesara efectuarea

unor simulari virtuale, pentru a identifica zona in care se incadreaza turatiile

compresorului. In acest sens, conceperea modelelor matematice pentru arderea in

motorul cu ardere interna si pentru functionarea compresorului cu unde de

presiune,au reprezentat un obiectiv solid al tezei.

Dupa identificarea turatiilor in care se incadreaza compresorul cu unde de

presiune, se trece la echiparea efectiva a motorului din componenta standului Horiba cu

un agregat cu unde de presiune. Agregatul cu unde de presiune folosit este de tip ComprexCX-93, provenit de pe un autoturism Mazda, fabricat in anul 1990. Realizarea structurii

echipamentelor pentru cercetarea experimentala reprezinta urmatorul obiectiv al

tezei.

Achizita si prelucrarea datelor experimentale reprezinta un punct vital in

dezvoltarea tezei. Senzorii de presiune, temperatura si viteza aer trebuiesc montati,

calibrati si configurati in interfata de lucru a standului de incercari.

Dupa configurarea senzorilor si a aparaturii de masurare, se trece la cercetarea

comportamentului motorului supraalimentat cu compresor cu unde de presiune.

Sunt trasate curbele de cuplu si putere, in concordanta cu cele de consum. Inainte de acest

pas, au fost efectuate masuratori complete pe motorul din componenta standului in

configuratia aspirat natural, pentru a avea cateva valori de referinta si a evidentia

avantajul supraalimentarii.

Performantele agregatului cu unde de presiune, in special la turatii scazute ale

motorului, sunt notabile. Cu toate acestea, agregatul prezinta potential de imbunatatire,

conform simularilor efectuate. In acest sens, optimizarea constructiva a agregatului cu

unde de presiune a fost facuta pe baza unui set de simulari efectuat in prealabil.Optimizarea constructiva, presupune confectionarea unui nou arbore si montarea de


26/88


26

rulmenti clasici, modificarea unghiurilor ferestrelor carcasei de evacuare precum si

modificarea defazajului dintre carcasa de evacuare si cea de admisie, a compresorului.

Urmatorul pas, dupa culegerea datelor experimentale, il constituie calibrarea

modelelor virtualeefectuate in AVL Boost si AVL Fire, ambele softuri in versiune 2010.

Modele virtuale realizate inainte de efectuarea investigatiilor experimentale, prezintacateva mici neregularitati, datorita coeficientilor si parametrilor din program. Acesti

parametri, au fost adaptati ulterior, pe baza informatiilor experimentale.

Evaluarea limitelor energetice si ecologice a motorului cu aprindere prin

comprimare constituie urmatoarea etapa. Dupa acordarea agregatului cu unde de

presiune, trebuiesc investigate performantele maxime ale motorului, in vederea

evidentierii variantelor optime ale solutiilor imbunatatite ale agregatului cu unde de

presiune.

In final, s-a trecut la formularea unor concluzii si pareri personale referitoarela toate aspectele tratate, care in final pot fi utile pentru cercetari, dar si nu numai. Tot

aici, au fost indicate cateva directii viitoare in care se pot indrepta cercetarile, din punct

de vedere al autorului tezei.


27/88


27

3. Studiul sistemelor de supraalimentare folosite la m.a.i.

pentru automobile

3.1 Introducere

Scopul supraalimentrii unui motor cu ardere intern este creterea densitiiamestecului proaspt introdus n cilindri. Aceast cretere a densitii va determina

creterea masei amestecului proaspt cuprins n cilindri, iar acest lucru produce o

cretere a puterii motorului[49].

n figura 3.1 se prezint comparativ, ciclurile teoretice n coordonate p-V a unui

motor cu aprindere prin comprimare (m.a.c.) n 4 timpi, aspirat natural, respectiv

supraalimentat.

a) m.a.c. aspiraie natural b) m.a.c. supraalimentat

Fig. 3.1. Ciclul teoretic al unui m.a.c. [33]

La motorul supraalimentat, lucrul mecanic consumat pentru umplerea cilindrului

(suprafaa 0-1-7-8) este pozitiv, iar la motorul cu aspiraie natural, acelai lucru

mecanic este negativ, deoarece presiunea de admisie este mai mic dect cea

atmosferic (pat). Se mai poate observa c presiunea maxim a ciclului este mai mare la

motorul supraalimentat dect la cel cu aspiraie natural. Privind comparativ cele 2grafice este evident c lucrul mecanic efectiv, respectiv Lme, este mai mare n cazul

motorului supraalimentat.

3.1.2 Clasificarea procedeelor de supraalimentare

In sub-capitolul 2.1 au fost analizate ciclurile motoarelor cu ardere interna, printre

care si ciclul motorului supraalimentat. Aici au fost expuse criteriile de clasificare a

procedeelor de supraalimentare.

Tipurile supraalimentarii, in functie de presiunea aerului furnizat motorului, se

pot clasifica dupa urmatoarele criterii [49]:


28/88


28

Tipul supraalimentrii Psa[bar] aspiraie natural 0 i < 0 1 i < 1

joas 0,0 0,5 1,0 1,5

medie 0,5 1 1,5 2

nalt 1 i > 1 2 i > 2

3.2 Supraalimentarea acustica

Supraalimentarea acustic se realizeaz fr ajutorul unui agregat de

supraalimentare, creterea presiunii datorndu-se fenomenelor dinamice care au loc n

timpul admisiei amestecului proaspt n cilindru[46].

n figura 3.3. se prezint influena turaiei asupra coeficientului de umplere (

v)

pentru un motor cu 6 cilindri i o cilindree total de 3500 cm3. n cazul a) s-a consideratlungimea colectorului de admisie constant (L = 600 mm), iar n cazul b) s-a consideratdiametrul colectorului de admisie constant (D= 40 mm). [1]

Analiznd graficele din figura 3.3. se pot trage urmtoarele concluzii:

pentru un colector de admisie cu diametrul constant, coeficientul de umplere scade

cu creterea turaiei;

pentru un colector de admisie cu diametrul constant, coeficientul de umplere atinge

un maxim la o turaie mai sczut cu ct lungimea colectorului este mai mare;

pentru un colector de admisie de lungime constant, coeficientul de umplere atinge

un maxim la o turaie mai sczut cu ct diametrul colectorului este mai mic.

a) b)

Fig. 3.3 Influena turaiei motorului asupra

coeficientului de umplere pentru diferite colectoare de admisie [49]

Deschiderea brusc a supapei de admisie produce o und de presiune negativ

care va parcurge colectorul de admisie cu viteza sunetului. Cnd unda negativ ajunge lacaptul colectorului se reflect n atmosfer i se ntoarce spre poarta supapei ca und


29/88


29

pozitiv de presiune. n momentul n care unda de presiune pozitiv ajunge n poarta

supapei se reflect din nou ca und de presiune negativ, ns cu o amplitudine mai mic

dect cea iniial datorit frecrilor. Procesul se repet pn la amortizarea complet a

oscilaiilor.

3.3 Supraalimentarea cu agregat antrenat mecanic

n sub-capitolul 3.1 s-a fcut o mprire a tipurilor de supraalimentare avnd

drept criteriu de clasificare agregatul de supraalimentare. Dup cum s-a subliniat n

cadrul sub-capitolului 3.2, la supraalimentarea acustic nu se folosete nici un agregat

pentru creterea presiunii amestecului proaspt introdus n cilindri, ns la celelalte tipuri

de supraalimentare se utilizeaz un agregat specializat. Antrenarea agregatului poate

fi mecanic, electric, sau cu turbin cu gaze. Exist cazuri cnd supraalimentarea este

realizat cu mai multe agregate, unele fiind antrenate mecanic, iar altele cu ajutorul

gazelor de evacuare.

3.3.1 Agregate de supraalimentare cu palete tangeniale

Agregatele de supraalimentare cu palete se caracterizeaz prin simplitate

constructiv, ns performanele acestui tip de agregat nu sunt foarte bune datorit

scprilor mari de aer[46].

n figura 3.9 se prezint un agregat de supraalimentare cu palete tangeniale.

Principalele componente ale agregatului sunt: 1 - carcasa exterioar; 2 - palete; 3 -

fereastr de evacuare a aerului comprimat; 4 - rotor excentric; 5 - fulie de antrenare.

Fig. 3.9, Agregat de supraalimentare cupalete tangeniale[49]

Agregatul este acionat direct de la motor prin intermediul unei curele dinate ce

antreneaz fulia 5. Paletele mpart spaiul dintre carcas i rotor n patru celule. Datorit

poziionrii excentrice a rotorului fa de carcas, n timpul antrenrii agregatului

volumul cuprins ntre dou palete se micoreaz, comprimnd aerul. Paletele sunt

dispuse pe o direcie tangenial pentru a micora solicitrile mecanice i frecarea

dintre acestea i carcas. Procesele i modul de funcionare a agregatului se pot urmrii

n figura 3.10:


30/88


30

3.3.2 Agregate de supraalimentare cu rotoare profilate

3.3.2.1 Agregat de supraalimentare de tip Roots

Agregatul de supraalimentare de tip Roots este un compresor volumetric cu 2

rotoare care se rotesc cu aceeai turaie, dar n sensuri opuse. n timpul rotaiei, rotoarele

nu sunt n contact unul cu altul i nici cu carcasa agregatului. Distanele dintre cele 2rotoare i dintre rotor i carcas sunt de 0,1 0,2 mm. Rotorul poate avea 2 sau 3

lobi. Principalele componente ale unui agregat de supraalimentare de tip Roots sunt

prezentate n figura 3.17.:

Fig. 3.17, Agregat de supraalimentare de tip Roots [46, 49]

In care: 1 - fulie de antrenare; 2 - roat dinat; 3 - pinion; 4 - carcas; 5 - fereastr de

evacuare; 6 - rotor; 7 - lobi.

La compresorul Roots cu rotoare cu 3 lobi, scprile de aer datorate

neeteneitiilor sunt mai mici dect la cel cu 2 lobi, iar presiunea de refulare este mai

uniform, deoarece la o rotaie complet a rotorului vom avea trei descrcri n loc de

dou.

3.3.2.2 Agregat de supraalimentare de tip Sprintex (sau surub)

Acest tip agregat are n componena sa 2 rotoare profilate, ns ele nu au aceeai

form, dup cum se poate vedea i n figura 2.30. Astfel, un rotor are patru lobi conveci,

iar cellalt ase lobi concavi. Ambele rotoare sunt spiralate, astfel nct s nu existe

contact ntre ele. De asemenea cele 2 rotoare nu sunt n contact nici cu carcasa agregatului.

Rotoarele sunt realizate din aliaje de magneziu mbrcate n teflon, iar distanele dintre

ele sunt de 50 100 m. Raportul de transmitere dintre pinionul care antreneaz rotorul

concav i roata dinat a rotorului convex este de 2:3. Agregatul este antrenat de la motor

cu o curea dinat prin intermediul unei fulii care se afl pe acelai arbore cu rotorulconcav.


31/88


31

Fig. 3.25, Agregat de supraalimentare de tip Sprintex [49, 50]

In care: 1 - fulie de antrenare; 2 - roi dinate; 3 - fereastr de admisie; 4 - carcas

exterioar; 5 - rotor cu ase lobi concavi; 6 - rotor cu patru lobi conveci; 7 rulmeni.

Din aceeai familie de agregate fac parte i compresoarele Lysholm. Spre deosebire

de compresoarele Sprintex, agregatele Lysholm au rotoare cu trei i cinci lobi, iar admisia

aerului se face axial.

3.3.3 Alte agregate de supraalimentare cu antrenare mecanic

3.3.3.1 Agregat de supraalimentare de tip G

Acest tip de agregat de supraalimentare este format din dou semicarcase

desprite de un disc care realizeaz o micare plan-paralel. Discul este montat pe unarbore excentric, iar micarea plan-paralel este realizat cu ajutorul unui arbore

secundar. Arborele principal antreneaz arborele secundar cu ajutorul unei curele

dinate. Cei doi arbori au aceeai excentricitate i se rotesc cu aceeai turaie. Att

semicarcasele ct i discul prezint cte doi perei n form de spiral care delimiteaz

camerele n care evolueaz fluidul de lucru. Pereii semicarcaselor i cei ai discului mobil

se intercaleaz, iar camerele formate sunt etanate cu ajutorul unor garnituri, (fig. 3.30).

Fig. 3.30, Componentele principale ale unui agregat de supraalimentare de tip G [49]


32/88


32

in care: 1 - semicarcas stnga; 2 - semicarcas dreapta;3 - admisie amestec proaspt; 4

- evacuare amestec comprimat; 5 - perei spiralai semicarcas; 6 - disc; 7 - perei spiralai

disc; 8 - arbore excentric principal; 9 - arbore excentric secundar.

3.3.3.2 Compresorul centrifugal

Principalele componente ale unui compresorul centrifugal cu antrenare mecanicsunt: rotorul pe care sunt fixate palete dispuse radial, carcasa i amplificatorul de turaie,

(fig. 3.36), [62]. Rotorul cu palete i carcasa agregatului sunt realizate din aliaje de

aluminiu.

Fig. 3.36, Compresor centrifugal antrenat mecanic [49]

In care: 1 - amplificator de turaie; 2 - rotor suflant; 3 - colector; 4 - canal de admisie aer;

5 difuzor.

3.3.4 Comparaie ntre agregatele de supraalimentare cu antrenare mecanic

Din punct de vedere energetic, cel mai important criteriu de comparaie pentru

agregatele de supraalimentare cu antrenare mecanic este lucrul mecanic consumat

pentru comprimare. Urmrind acest criteriu, se poate face o comparaie ntre agregatele

de supraalimentare cu antrenare mecanic studiate, (cu palete, de tip Roots, d e tipSprintex i de tip G), dac se fac urmtoarele consideraii: compresoarele au acelai volum

maxim i realizeaz aceeai presiune maxim de supraalimentare. Comparnd diagramele

p - V din figura 3.40, observm c agregatele de tip Sprintex i de tip Gau consumul de

lucru mecanic cel mai redus, iar compresorul Roots are consumul cel mai ridicat.

n concluzie, cel mai performant agregat de supraalimentare cu antrenare

mecanic este compresorul Sprintex. n vederea optimizrii acordrii agregatului cu

motorul pentru toate regimurile de turaie, se recomand utilizarea unui sistem cu sistem

de admise cu by-pass, i antrenare cu ajutorul unui cuplaj electromagnetic.


33/88


33

Supraalimentarea mecanic se recomand n special motoarelor cu aprindere prin

scnteie datorit rspunsului foarte bun la acceleraie i valorilor relativ sczute a

presiunii de supraalimentare. La acest gen de motoare exist pericolul apariiei detonaiei

i din aceast cauz presiunea de supraalimentare trebuie s aib valori moderate.

3.4 Supraalimentarea cu turbosuflanta

Un motor cu ardere intern, (m.a.i.), cu aspiraie natural reuete s converteasc

n lucru mecanic efectiv doar o parte din energia obinut prin arderea combustibilului.

Eficiena unui astfel de motor este de 30 pn la 40%, valorile mai ridicate fiind pentru

motoarele cu aprindere prin comprimare (m.a.c.), iar cele mai sczute pentru motoarele

cu aprindere prin scnteie (m.a.s.). Restul de energie este pierdut prin frecare i cedare

de cldur, cea mai mare pondere avnd-o pierderile de cldur prin intermediul gazelor

de evacuare [34, 68].

Agregatul de turbosupraalimentare utilizeaz o parte a energiei coninut n

gazele de evacuare pentru a antrena o turbin. Aceasta antreneaz la rndul ei un

compresor centrifugal, (suflanta), care se afl pe acelai arbore cu turbina i care

comprim amestecul proaspt.

Randamentul unui motor turbosupraalimentat este mai bun dect cel al unui

motor supraalimentat mecanic, deoarece turbosuflanta nu utilizeaz o parte din puterea

motorului pentru comprimarea amestecului proaspt, ci folosete energia gazelor de

evacuare pentru a realiza acest lucru. Pe de alt parte, agregatul de turbosupraalimentare

nrutete evacuarea gazelor arse din cilindru prin frnarea lor n turbin.

Dac privim pe diagrama teoretic p-V a unui m.a.s. din figura 3.41. suprafaa

nchis 4-5-6-4 reprezint lucrul mecanic disponibil pentru antrenarea turbosuflantei:

Fig. 3.41, Diagrama p - V teoretic a unui m.a.i.[35]

In care: Lm1- lucrul mecanic efectiv; Lm2- lucrul mecanic de pompaj; Lm3- lucrul mecanic

disponibil pentru antrenarea turbosuflantei.


34/88


34

Fig. 3.42, Principalele componente ale unei turbosuflante [49]

In care: 1 - arbore turbosuflant; 2 - difuzor paralel suflant; 3 - deflector de ulei; 4 -

evacuare ulei; 5 - lagre de alunecare; 6 - canal de admisie turbin; 7 - canal de evacuare

turbin; 8 - rotor cu palete turbin; 9 - carcas turbin; 10 - scut termic; 11 - admise ulei;

12 - colector divergent suflant; 13 - rotor cu palete suflant; 14 - canal de admisie

suflant.

Suflanta i turbina sunt unite de arborele turbosuflantei prin diferite procedee de

sudur, cel mai folosit fiind sudura prin presiune. Prile care urmeaz s fie sudate sunt

puse n contact i rotite pn cnd materialul se topete, datorit cldurii generate prin

frecare. Cnd zona de mbinare e suficient de plastic, se oprete rotaia, iar piesele sunt

presate una ntr- alta, realizndu-se astfel sudura. Urmtorul proces tehnologic const n

ndeprtarea bavurilor ce rezultn urma sudurii.

La m.a.c.-uri, turbosupraalimentarea reduce consumul specific de combustibil n

raport cu un motor cu aspiraie natural. Scderea consumului specific la m.a.c.-urile

turbosupraalimentate este mai pronunat cu ct este mai redus sarcina motorului.

Datorit aportului suplimentar de aer care are loc odat cu creterea turaiei, un m.a.c.

turbosupraalimentat emite o cantitatea de fum mult mai redus fa de un motor cu

aspiraie natural.

La motoarele cu aprindere prin scnteie turbosupraalimentate se recomand

reducerea raportului de comprimare al motorului datorit pericolului apariiei

detonaiei. M.a.s.-ul turbosupraalimentat are un consum specific mai ridicat, ns

caracteristicile de putere i cuplu sunt superioare fa de unul cu aspiraie natural de

aceleai dimensiuni[18, 50].

Turbosupraalimentarea se caracterizeaz printr-o psa destul de ridicat. Dinaceast cauz, amestecul proaspt introdus n cilindri trebuie rcit cu ajutorul unui


35/88


35

intercooler. Avantajele utilizrii intercooler-ului asupra consumului specific, cuplului i

puterii pentru un m.a.c. cu injeciei direct pot fi vizualizate n figurile 3.49 i 3.50, [1]:

Fig. 3.49, Comparaie ntre caracteristicile de

sarcin pentru un motor cu aspiraie atural

(1), turbosupraalimentat (2), i

turbosupraalimentat cu intercooler (3) [49]

Fig. 3.50, Caracteristicile de cuplu i putere

pentru un motor aspirat, turbosupraalimentat,

i turbosupraalimentat cu intercooler [49]

In care: M1- cuplul motorului aspirat; M2- cuplul motorului turbosupraalimentat; M3-

cuplul motorului turbosupraalimentat + intercooler; P1- puterea motorului aspirat; P2-

puterea motorului turbosupraalimentat; P3 - puterea motorului turbosupraalimentat +

intercooler.

3.5 Supraalimentarea cu unde de presiune

Supraalimentarea cu unde de presiune se realizeaz cu un agregat numit ComprexFig. 3.51). Acest gen de supraalimentare a fost iniial dezvoltat de firma Brown Boveri

din Elveia. Ca i n cazul turbosupraalimentrii, comprimarea amestecului proaspt este

realizat prin intermediul gazelor de evacuare. Antrenarea agregatului de

supraalimentare cu unde de presiune este fcut de motor prin intermediul unei

transmisii cu curea dinat, ns lucrul mecanic de comprimare e realizat de gazele arse

[48, 58].

Fig. 3.51, Compresor cu unde de presiune


36/88


36

Agregatul de supraalimentare cu unde de presiune (Comprex), poate realiza

rapoarte de supraalimentare mari (2 2,8) fiind o soluie foarte atractiv pentru

supraalimentarea m.a.c.-urilor. im.a.s.-urile pot fi supraalimentate prin aceast metod,

ns datorit presiunii mari de supraalimentare exist pericolul apariiei detonaiei[51].

De asemenea, datorita vitezelor de ordin sonic al undelor de presiune, compresiaare loc intr-un timp foarte scurt, rezultand astfel o reactie rapida a sistemului de

supraalimentare in timpul reprizelor de acceleratie, dupa cum se poate vedea si in figura

3.53.

Fig. 3.53, Comparatie a timpilor de raspuns intre un

compresor cu unde de presiune si o turbosuflanta [49]

Datorita eficientei sale superioare, compresorul cu unde de presiune este capabil

sa realizeze presiune de supraalimentare ridicate. Pentru evitarea suprasolicitariimecanismului motor se recomanda, la fel ca la turbosuflanta, utilizarea unei supape de

scapari controlate de tip wastegate dar si racirea intermediara a aerului comprimat cu

ajutorul unui intercooler.

3.6 Supraalimentarea mixta

Prima varianta de supraalimentare mixta se refera la folosirea a doua tipuri de

agregate pentru supraalimentarea unui motor cu ardere interna, si anume: compresor de

tip Roots si turbosuflanta.

Acest tip de supraalimentare combina calitatile dinamice ale supraalimentarii

mecanice cu eficienta turbo-supraalimentarii. Dupa cum se poate vedea si in figura 3.54,

sistemul consta dintr-un compresor volumetric (2), antrenat direct de motor (1) prin

intermediul transmisiei (4). Compresorul este utilizat pentru asigurarea presiunii de

supraalimentare necasare atunci cand debitul de gaze arse este prea mic pentru ca

turbosuflanta (3) sa functioneze eficient. Totodata raspunsul motorului in timpul unui

palier de acceleratie va fi foarte prompt, fiind eliminata astfel intarzierea de activare

specifica turbo-supraalimentarii. Cand fluxul de gaze arse este suficient de mare pentru

ca turbosuflanta sa opereze in conditii optime, se decupleaza antrenarea compresorului

in vederea reducerii consumului de combustibil, iar aerul de admisie este ghidat direct


37/88


37

spre suflanta prin intermediul unor clapete obturatoare (8). Cu ajutorul acestui sistem de

supraalimentare se pot obtine presiuni relativ ridicate, din aceasta cauza fiind necesara

utilizarea racitorului intermediar de aer (5) si a supapelor de control de gen blow-off (6)

si wastegate (7).

Fig. 3.54, Sistem de supraalimentare mixta (VW) [64, 105]

Desi performantele supraalimentarii mixte sunt superioare celor doua tipuri de

supraalimentare pe care le inglobeaza, complexitatea ridicata si costurile suplimentare pe

care aceasta le implica limiteaza raspandirea pe scara larga a acestei metode de

supraalimentare.

Al doilea tip de supraalimentare mixta prezentat, se refera la modul de actionare

al supraalimentatorului, care in cazul de fata este cu antrenare mecanica sau electrica.

Acest patent apartine firmei Schaeffler Technology, si poate fi observat in figura 3.55.

Fig. 3.55, Sistem de supraalimentare cu antrenare mixta [69]

Sistemul prezentat in figura 3.55 este practic un compresor centrifugal la care s-a

aplicat o automatizare. Sistemul dispune de un electromotor-generator, care poate


38/88


38

accelera viteza compresorului individual de viteza motorului cu ardere interna. La turatii

mici ale motorului (800-1600 rpm) motorul electric accelereaza compresorul pentru a

mari aportul de aer adus motorului cu ardere interna. Acest consum de energie nu este

foarte mare si poate fi chiar energie verde, in cazul in care autovehiculul pe care a fost

montat acest tip de compresor beneficiaza de frane regenerative, si stocheaza energia

inertiala de franare a autovehiculului in baterii, care mai apoi sa fie folosita la marireaturatiei compresorului.

3.7 Concluzii

O supraalimentare a motoarelor cu ardere intern corect realizat duce la o

mbuntire a performanelor energetice ale acestora. Astfel, randamentul global crete,

la fel puterea i cuplul motorului, iar consumul specific se mbuntete.

Odata cu creterea presiunii de supraalimentare crete i temperatura

amestecului proaspt. Deoarece densitatea amestecului proaspt scade cu creterea

temperaturii, acesta trebuie rcit ntr-un intercooler pentru a nu anula efectul pozitiv al

creterii presiunii.

Supraalimentarea acustic este o soluie foarte atractiv pentru mbuntirea

coeficientului de umplere la motoarele cu aspiraie natural, ns stpnirea i folosirea

eficient a fenomenelor dinamice ce au loc n sistemul de admisie necesit cercetri

teoretice i experimentale de o complexitate ridicat.

n cazul supraalimentrii acustice i mecanice, psa are valori moderate astfel cmotorul nu necesit modificri deosebite. Dac se utilizeaz rapoarte mari de

comprimare, ca n cazul turbosupraalimentrii i a supraalimentri cu unde de presiune,

este necesar o mbuntire a rezistenei mecanice i termice a motorului datorit

creterii presiunii i temperaturii maxime din cilindru.

Turbosupraalimentarea poate realiza presiuni de supraalimentare mari i medii,

ns rspunsul la acceleraie este destul de lent, iar performanele turbosuflantei la sarcini

reduse ale motorului sunt sczute. Prin utilizarea unor turbosuflante de dimensiuni mai

reduse i a unor sisteme auxiliare ca cele prezentate n subcapitolul 3.3.1. se pot eliminaaceste dezavantaje.

Supraalimentarea cu unde de presiune realizeaz performane mai bune dect

turbosupraalimentarea, iar timpul de rspuns la acceleraie este destul de rapid.

Principalul dezavantaj al acestui gen de supraalimentare este dificultatea acordrii

Comprex-ului cu condiiile de funcionare ale motorului.


39/88


39

4. Compresorul cu unde de presiune. Principiul de

functionare. Constructie. Optimizare

4.1 Istoric i aplicaii

Cercetrile teoretice i experimentale realizate de ctre Knauff (1906), Burghard

(1913) i Lebre (1928) au fcut ca principiul de funcionare a agregatelor cu unde de

presiune s fie cunoscut nc din secolul XX. Acest principiu const n punerea n contact

direct a dou fluide cu presiuni diferite, omogenizarea celor dou avnd loc doar dup

egalarea presiunilor lor. Acest proces are rolul de a transfera energia de la un fluid la

cellalt fr ca acestea dou s se amestece, rezultatul fiind un schimbtor de presiune

foarte eficient [9, 14, 51].

Cel care a pus pentru prima dat n aplicare acest principiu a fost Claude Seippel la

firma industrial Brown Boveri Co. (astzi ABB), n 1942. Agregatul i gsete utilitatea

la o locomotiv cu gaze ca treapt superioar de comprimare n scopul creterii

randamentului motorului. Acesta fiind posibil prin utilizarea unei pri din energia

gazelor de ardere dup destinderea n turbin pentru a mri suplimentar presiunea

aerului care intr n camera de combustie [50].

La nceputul anilor 2000, n cadrul unui proiect de cercetare desfurat la

Institutul Tehnic Zrich (ETH), n parteneriat cu firma Swissauto Wenko AG, este

dezvoltat o nou variant a compresotului cu unde de presiune denumit Hyprex. Acesta

este special conceput pentru supraalimentarea motoarelor cu aprindere prin scnteie. n

prezent, firmele AMG i Swissauto continua cercetrile cu acest agregat n vederea

mbunirii performanelor energetice i economice a M.A.S.-rilor cu cilindree redus.

Fig. 4.3, Hyprex [78, 104]

4.2 Principiul de funcionare al compresorului cu unde de presiune

Elementul principal al unui Comprex este rotorul, aici realizndu-se att

comprimarea aerului ct i destinderea gazelor evacuate. Corpul rotorului este strbtut

de un numr mare de canale drepte deschise la ambele capete. n aceste canale, gazelle n

expansiune se afl n contact direct cu aerul care urmeaz s fie comprimat. Pentru caprocesele de compresiune / destindere s aib continuitate, canalele rotorului trebuie


40/88


40

aliniate periodic cu ferestrele de admisie i evacuare din stator. Din acest motiv, rotorul

trebuie antrenat cu o turaie optim pentru a se evita ptrunderea gazelor arse n admisia

motorului. Antrenarea rotorului are rolul doar de distribuie i nu contribuie la

comprimrea amestecului proaspt, ca n cazul compresorului mecanic.

Fig. 4.4, Principiul de funcionare a unui agregat cu unde de presiune [23, 49]

1 fereastr de admisie gaze arse, 2 fereastr de evacuare aer comprimat,

3 fereastr de evacuare gaze arse, 4 fereastr de admisie aer proaspat

Statorul unui comprex este compus din dou pri: una cald, n care se afl

ferestrele de admisie i evacuare a gazelor arse i una rececare conine ferestrele deadmisie i evacuare a aerului. Statorul nu se afl n contact cu rotorul, iar distana dintre

acestea trebuie s fie ct mai mic pentru a se reduce pierderile de presiune datorate

neetaneitilor.

4.3 Descrierea elementelor i caracteristicilor constructive ale unui

compressor cu unde de presiune

Principalele componente ale unui compresor cu unde de presiune utilizat la

supraalimentarea motoarelor de automobile, se pot observa in figura 4.5:


41/88


41

Fig. 4.5, Principalele componente ale unui agregat cu unde de presiune [30]

In care: 1 fulie de antrenare; 2 supap de pornire; 3 fereastr de evacuare aer

comprimat; 4 canale rotor;m5 rotor; 6 fereastr de admisie gaze arse; 7 supap de

tip wastegate; 8 fereastr de evacuare gaze arse; 9 fereastr de admisie aer proaspt;

10 lagare arbore de antrenare; 11 arbore de antrenare.

4.4 Sisteme auxiliare

Performanele compresorului cu unde de presiune depend foarte mult de

sincronizarea turaiei de antrenare cu deplasarea undelor de presiune din interiorul

canalelor rotorului. Din aceast cauz este necesar folosirea unor sisteme auxiliare care

s ajute la asigurarea unei functionri optime a acestui agregat de supraalimentare.

La pornire i n timpul mersului n gol al motorului, presiunea gazelor de evacuare

este foarte apropiat de cea atmosferic. Aceste condiii de lucru sunt foarte

asemntoare cu cele de la cazul III, prezentat anterior. Pentru a evita oprirea motorului

prin introducerea unei cantiti mari de gaze arse n admisie se utilizeaz un dispozitiv

care const ntr-o clapet opturatoare i o supap de by-pass a aerului (fig. 4.8).

dispozitivul este poziionat de colectorul de transmisie ntre Comprex i motor, iar atunci

cnd presiunea gazelor arse este prea mica, clapeta obturatoare se nchide, blocnd astfel

ptrunderea lor n motor. Concomitant cu nchiderea clapetei, se deschide supapa de by-

pass, motorul funcionnd acum n regim de aspiraie natural.

Fig. 4.8, Supap de pornire [19]


42/88


42

Avnd n vedere c un compresor cu unde de presiune poate realiza presiuni de

admisie ridicate (> 2,5 bar), este necesar utilizarea unei supape de tip wastegate pentru

a nu suprasolicita mecanismul motor. Aceast supap de gsete n partea cald a

satatorului, ea avnd rolul de controla debitul de gaze arse care intr n rotor n mod

indirect, mrimea presiunii de supraalimentare.

Fig. 4.9, Supapa de tip wastegate [19]

Supapa de tip wastegate este actionata cu ajutorul unui actuator pneumatic,

prezentat in figura 4.10.

Fig. 4.10, Actuator pneumatic pentru actionare supapa wastegate

Presiunea de supraalimentare ridicat i contactul direct cu gazelle arse duc la o

nclzire suplimentar a aerului admis n motor. Din aceats cauz se remarc utilizarea

unui intercooler pentru a evita reducerea coeficientului de umplere al cilindrilor i

suprasolicitarea mecanismului motor.

Dup cum s-a vzut, antrenarea Compresorului nu contribuie la comprimarea

aerului, ea fiind necesar pentru a putea alinia la momentul oportun canalele rotorului cu

ferestre din stator. Pentru obinerea unei turaii optime de antrenare a agregatului este

necesar ndeplinirea a dou condiii (fig. 4.5b). Iniial, unda primar de compresiune

trebuie s ajung la captul receal statorului naintea deschiderii ferestrei de evacuare

a aerului comprimat pentru a se putea reflecta tot ca und de compresiune, unda

secundar de compresiune reflectat de peretele statorului se va deplasa ctre partea


43/88


43

cald a statorului. Pentru a se evita o cretere a contrapresiunii n colectorul de

evacuare, aceast und trebuie s ajung la captul rotorului dup nchiderea ferestrei de

admisie a gazelor. Prima condiie stabilete limita superioar, iar cea de-a doua condiie,

limita inferioar a turaiei optime de antrenare a c.u.p.-ului.

4.5 Variante constructive

Modelul de serie al compresorului cu unde de presiune de tip Comprex a fost

realizat in opt variante care pot deservi MAC-urile cu cilindree cuprinsa intre 0.5 si 5

[dm3].

Fig. 4.13, Modele ale compresorului [19]

Spre deosebire de turbosuflanta, modificarea dimensiunilor geometrice ale

Comprex-ului nu determina influente dinamice asupra performantelor agregatului de

supraalimentare. In tabelul 3.1 se prezinta specificatiile tehnice ale modelelor de Comprex

din figura 4.13.

Fig. 4.13, Tipodimensiuni pentru modele de Comprex (tabelul 4.1) [51]

Tabelul 4.1, Dimensiunile modelelor Comprex-ului

Model

de

Comprex

Pe nmax L D1 D2 D3 D4 D5 G

[kW] [rpm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [kg]

CX-71 25 40 23900 274 49 36 39 50 113 4.9

CX-78 30 48 21800 303 55 36 43 56 118 5.4

CX-85 35 57 20000 310 62 36 47 61 126 6.2CX-93 40 70 18300 335 64 46 52 67 129 7.2


44/88


44

CX-102 50 83 16700 364 72 46 57 73 143 8.4

CX-112 60 - 100 15200 396 80 46 62 80 150 11.6

In afara de aceste modele mai exista si variantele speciale CX-65 si CX-125. Primul

model este folosit la supraalimentarea MAC-urilor cu cilindreea cuprinsa intre 0.5 si 0.8

[dm3], in timp ce modelul CX-125 este utilizat in special pentru motoarele masiniloragrigole care au o capacitate cilindrica cuprinsa intre 3 si 3.5 [dm3]. Acestea din urma este

singurul care are lagare de tip bucsa, ungerea fiind facuta cu ulei de la motor, similar

turbosuflantei.

4.6 Optimizarea constructiva a agregatului cu unde de presiune

4.6.1 Optimizarea solutiei de antrenare

Agregatul de supraalimentare cu unde de presiune folosit experimental este un

agregat folosit, provenit de pe un autovehicul marca Mazda, model 626 2.0DCX. Din acest

motiv, rulmentii arborelui nu mai erau in parametri optimi, aparand un zgomot in

functionare, ceea ce anunta o lipsa de ungere a rulmentilor.

Solutia optimizata pentru punerea compresorului in functiune a fost

confectionarea unui nou arbore, modificat geometric, care sa permita montarea unui set

de rulmenti cu bile, de mare viteza. In fig. 4.14 si 4.15 este prezentat desenul solutiei

constructive optimizate. In figura 4.16 este prezentat arborele impreuna cu rulmentii,

inainte de montaj.

Fig. 4.14, Arborele de antrenare si bucsa

exterioara

Fig. 4.15, Arborele de antrenare fara bucsa

exterioara

Dupa cum se poate observa in figura 4.16, cei trei rulmenti cu bile sunt montati

unul dupa celalalt, pentru o sustinere mai buna, urmati de un inel Saeger. Montajul este

astfel facut incat sa se poata schimba usor rulmentii fara a afecta si arborele sau bucsa.


45/88

Re

Documents

AtanasiuCatalin