22

Click here to load reader

curs 9 mai

Embed Size (px)

DESCRIPTION

MAI

Citation preview

Page 1: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

1 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

Curs 9 Caracteristicile de funcţionare ale m.a.i. cu piston

Regimurile de funcţionare ale m.a.i. (vezi si curs 2, pct. 2.5) sunt:-- staţionare (stabilizate) – caz în care parametrii principali de functionare, parametrii indicati,efectivi etc. nu variază în timp;-- nestaţionare (dinamice, nestabilizate) -- caz în care parametrii principali de functionare, parametrii indicati, efectivi etc, variază în timp.-- regimuri tranzitorii care sunt nestationare, in care parametrii principali de functionare variaza in parte sau simultan la trecerea de la un regim stationar la un alt regim stationar.

Regimurile staţionare de funcţionare ale m.a.i. sunt caracterizate de următorii parametri:-- turaţia motorului ‘n’; -- sarcina motorului evaluată prin coeficientul de sarcină s (vezi curs 2), sarcină care poate fi

evaluată şi prin: -- la m.a.c. prin poziţia organului de reglare (cremalierei) al pompei de injectie ‘h’;-- la m.a.s. prin poziţia unghiulară a clapetei de amestec carburant (la m.a.s. cu

carburator) respectiv clapetei de aer (la m.a.s cu injectie), obt ;

-- parametrii de reglaj controlaţi din exteriorul m.a.i. ,injectie,avansscanteie,avans ;

-- parametrii de stare ai mediului exterior: 000 ,, Tp ;

Regimurile nestaţionare sunt caracterizate de parametrii independenţi precizati mai sus, de derivatele în raport cu timpul ale acestora şi de variabila timp ‘t’.Regimurile nestationare de funcţionare pot fi:-- regimuri apropiate de regimurile staţionare de funcţionare, caz în care se numesc regimuri cvasistaţionare. Cunoaşterea caracteristicilor dinamice de funcţionare la regimurile apropiate de cele staţionare permite calculul şi stabilirea sistemelor de reglare automată ale subsistemelor m.a.i. ;-- regimuri depărtate de regimurile staţionare de funcţionare. Regimurile depărtate sunt: accelerare, decelerare, frânare, pornire, oprire etc.

Caracteristicile statice de funcţionare se utilizează în exploatarea motoarelor cu ardere internă (m.a.i.) şi a instalaţiilor energetice cu motoare cu ardere internă (i.e.m.a.i.) pentru a putea evalua pe cale experimentală performanţele m.a.i şi a i.e.m.a.i, posibilităţile de reglare ale acestora, reglaje ce le conferă funcţionarea economică şi cu performanţe optime în domenii largi de turaţie şi sarcină.

Caracteristicile statice de functionare ale unui m.a.i. sau ale unei i.e.m.a.i. reprezintă dependenţele parametrilor principali de funcţionare, parametrii indicati, efectivi etc, funcţie de parametrii independenţi precizati mai sus, adică sunt dependenţe de tipul:

000avsiitiimeceeetee ,T,p,,,,nf,...,c,M,P...,,,p,c,M,P (9.1)Aceste caracteristici de funcţionare sunt reprezentate de diagrame care cuprind curbe

ori suprafeţe (hypersuprafeţe) în funcţie de numărul de variabile independente luate în considerare. În prezent cele mai utilizate caracteristici pentru studiul pe cale experimentală a performanţelor motoarelor sunt:-- caracteristici de turaţie, la care parametrul independent considerat este turaţia (cu păstrarea constantă a sarcinii motorului);-- caracteristici de sarcină, la care parametrul independent considerat este sarcina (cu păstrarea constantă a turaţiei motorului);

Page 2: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

2 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

-- caracteristici de propulsie, la care parametrul independent considerat este turaţia (cu păstrarea constantă a poziţiei organului de reglare la consumator, care poate fi: frână hidraulică, generator electric, roti motoare cuplate la motor printr-o transmisie cu cutie de viteze, etc);-- caracteristici de consumator, la care parametrul independent considerat este turaţia de la consumator (cu păstrarea constantă a poziţiei organului de reglare la consumator);-- caracteristici de regulator, la care parametrul independent considerat este turaţia (cu păstrarea constantă a organului de reglare la regulator, elementul de reglare fiind: acceleraţia la m.a.c. de tracţiune cu regulator pentru toate regimurile, respectiv maneta de comandă a regulatorului la m.a.c. navale , etc);-- caracteristici de reglaj, la care parametrii independenţi sunt consideraţi pe rând parametrii de reglaj, aceste caracteristici fiind:

-- caracteristica de avans ce reprezintă variaţia avansului la producerea scânteii ( m.a.s.), sau a injecţiei (m.a.c.), funcţie de turaţia ‘n’ şi sarcină pentru CO=const, respectiv CC=const.

-- caracteristica de dozaj ce reprezintă variaţia dozajului aerului în amestec ‘’ funcţie de turatia ‘n’ şi sarcină;

-- caracteristici de pierderi mecanice ce reprezintă variaţia puterii mecanice pierdute în motor, intre cilindri si flansa motoare de la CV, a randamentului mecanic, în funcţie de turaţia ‘n’ şi sarcină.-- caracteristici limită: precizează regimurile limită de funcţionare continuă respectiv intermitentă, considerând drept parametru independent turaţia şi/sau sarcina.

Observaţie: Caracteristicile de funcţionare ale m.a.i. se determină experimental după normele DIN (Europa, Germania) respectiv SAE (S.U.A.) tinând cont şi de modul de echipare al m.a.i. în momentul măsurătorilor experimentale (după normele SAE m.a.i. nu îşi antrenează singur instalaţiile auxiliare, care sunt antrenate cu surse exterioare şi din această cauză DINSAE PP ) ;

Pot fi scrise echivalenţele: DINeSAEe PPsam ,, 2,115,1:.. ; kWPPcam SAEeDINe 9,1927,0:.. ,, (9.2)

Câteva exemple de astfel de caracteristici obţinute pe cale experimentală sunt prezentate în figurile de mai jos acestea fiind obţinute pentru m.a.c. MB836Db,

supraalimentat, cu puterea nominală Penom=420CP şi turaţia nominală nnom=1320rot/min, unde: Pe – puterea efectivă ; lambda = -coeficientul de exces de aer al amestecului carburant;

70080090010001100

12001300

0.4

0.6

0.8

150

100

150

200

250

300

350

Graficul Pe=Pe(n,sarc)

Axa

Z:P

e[k

W]

Axa X:Turatia [rot/min]Axa Y:Sarcina

7008009001000110012001300

0.40.60.8

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4 Graficul lambda=lambda(n,sarc)

Axa

Z:L

ambd

a

Axa X:Turatia [rot/min]Axa Y:Sarcina

Page 3: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

3 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

9.1 Caracteristici de turaţie

Caracteristicile de turaţie ale unui m.a.i. reprezintă dependenţele parametrilor principali de functionare, parametrii efectivi, funcţie de parametrul independent care este considerat turatia ‘n’ (de aici şi denumirea caracteristicii), cu considerarea în general a celorlalţi parametri independenţi constanţi:

ct,nf..,,p,c,M,P smeceeetee (9.3)În general se folosesc următoarele caracteristici de turaţie:

-- caracteristica de turaţie la sarcină totală 2,11,1s ;

-- caracteristica de turaţie la sarcină plină 0,1s ;

-- caracteristica de turaţie la sarcini parţiale 1,0s ;

-- caracteristica de turaţie la sarcină nulă 0s ;

Standardele pentru motoarele de autovehicule prevad doar determinarea caracteristicii de turatie la sarcina totala respectiv caracteristica exterioara (este caracteristica la sarcină totală şi în condiţii de reglaje optime ale motorului). Aceste caracteristici reprezinta caracteristici limita.

In figura 9.3 sunt prezentate exemple de caracteristici exterioare pentru m.a.s. respectiv pentru m.a.c. Pe Pmax Pe Pmax

Me Pe Me P*max

Ch PN Ch Pe

ce Ch ce

Ch

Mmax Mmax

Me Me

ce ce

ce min MN ce min

n n

nmin nM nec nP nmax nmin nM nec nP* nmax,g nP

a) - MAS b) - MAC Fig. 9.3 - Caracteristica de turaţie exterioară

Din studiul caracteristiciii exterioare al m.a.i. (fig. 9.3) se disting următoarele regimuri de funcţonare în raport cu turaţia arborelui motor:

- nmin turaţia minimă de funcţionare a motorului în sarcină totală, la care se dezvoltă momentul efectiv Mmin şi puterea efectivă Pmin .

- nM turaţia de moment efectiv maxim , la care se dezvoltă momentul motor efectiv maxim intermitent Mmax şi puterea efectivă PM .

- nP turaţia la puterea maximă la care se dezvoltă momentul efectiv MP şi puterea efectivă maximă intermitenta Pmax .

- nmax turaţia maximă la care se dezvoltă momentul motor MN şi puterea PN .

Page 4: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

4 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

La motoarele cu aprindere prin scânteie , atunci când turaţia creşte peste valoarea nP ,puterea motorului se reduce din cauza înrăutăţirii umplerii cilindrilor cu amestec carburant. Deoarece acest regim de funcţionare este neeconomic, turaţia maximă nmax va depăşi numai cu 10 -20% turaţia de putere maximă nP .

Dacă motorul este echipat cu regulator-limitator de turaţie, atunci turaţia de intervenţie a limitatorului nP

* (fig. 9.3 b) este mai mică sau cel mult egală cu turaţia la puterea maximă nP. Caracteristica exterioară separă funcţionarea motorului în două zone :

- domeniul de turaţie nM – nP care reprezinta zona de funcţionare stabilă a motorului. - domeniul de turaţie nmin – nM care este zona de functionare instabila.

În figurile 9.4, 9.5 sunt prezentate, caracteristicile de turaţie pentru un m.a.s., de tipul:-- const,nfM,P see , fig. 9.4 (9.4)

-- constnfc sve ,, , fig. 9.5 (9.5)

În fig. 9.6 sunt prezentate, caracteristicile de turaţie pentru un m.a.c. , caracteristici de tipul:-- const,nfc,c,M,P sheee (9.6)

Pe[kW]Me[daNm]

Me,max,i(n,s,total)

Me(n,s=1,0)

s=0,5

Pe,max,i(n,s, total)

MCR (Pe,nom(n,s=1,0))

nmin nM nnom nP nmax nmax,g(θobt,max=ct) n[rot/min] nM(s=1) Fig. 9.4 nmax,g(θobt,nom=ct)

Me,max

Pe,max

ηv

nmin nmax n Fig. 9.5 nmin nmax n

ce χs=

χs

Page 5: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

5 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

În fig. 9.7 sunt prezentate, caracteristicile de turaţie constnfMP stee ,, , pentru un

m.a.c. prevăzut cu regulator automat de turaţie pentru toate regimurile de functionare.

După datele experimentale, caracteristicile de turaţie de tipul ctnPP see , şi

ctnMM see , , pot fi evaluate folosind polinomul de gradul 3, astfel:

3

P

2

PPmax,ee n

n

n

n

n

nPnP (9.7)

nmin nmax n nmin nmax n

nmin nmax n Fig. 9.6 nmin nmax n

χs= χs=

χs=

χs=

Pe

Me

ch

ce

Pe[kW]Me[daNm]

Mte(n,hmax=ct)

Mte(n,hnom=ct)

Pte(n, hmax=ct)

P (n,h =ct)

Pe,max*

Pe(n,yk,max=ct) MCR Mte(n,yk,max=ct)

Pe(n,yk,nom=ct) Mte(n,yk,nom=ct)

nmin nM nnom nmax,rFig. 9.7 n[rot/min]

Memax

Pemax

Pe,nom

Page 6: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

6 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

2

PPP

PP

3

P

2

PPmax,e

ee n

n

n

nM

n

nn

n

n

n

n

n

nP30

n

P30nM (9.8)

In locul nP, Pe,max si MP se pot folosi nnom, Pe,nom si Mnom.Condiţiile generale de determinare pentru coeficienţii ,, sunt, in functie de varianta considerata (regim maxim sau nominal):

max,eP PnnP ; 0nndn

dPP

e ; max,eMe MnnM ; 0 Me nn

dn

dM(9.9)

sau

nomenom PnnP , ; 0 nome nn

dn

dP; max,eMe MnnM ; 0 M

e nndn

dM (9.9’)

Se definesc:-- coeficientul cinematic de elasticitate: 72,0..58,0nnc PMe (9.10)-- coeficientul de adaptabilitate la tractiune: Pmax,ea MMc (9.11)

care trebuie să se încadreze: 1,15..1,4 pentru m.a.s. , respectiv 1,2..1,8 pentru m.a.c.

-- coeficientul dinamic : ea ccc (9.12)

Conform condiţiilor precizate mai sus, considerând coeficientul de elasticitate şi adaptabilitate definiţi anterior rezultă:

e

ec12

c43

; e

ec12

c2

; ec12

1

(9.13)

iar coeficientul de adaptabilitate este : 2

c3

c12

cc43c e

e

2ee

a

9.2 Caracteristici de sarcină

Caracteristicile de sarcină ale unui m.a.i. reprezintă dependenţele parametrilor principali de funcţionare, efectivi, funcţie de parametrul independent care este considerat coeficientul de sarcină (sarcina), cu considerarea celorlalţi parametri independenţi constanţi:

ctn,f..,,p,c,M,P smeceeetee (9.14)

-- caracteristici de sarcină de tipul : constnfcc seh ,,, pentru

m.a.s. , fig. 9.8;-- caracteristici de sarcină de tipul :

constnfcc seh ,,, cu limitare

la sarcină plină pentru m.a.c. , fig. 9.9;

s=0(m.gol) s=1 s,max=1,2 s

Fig. 9.8 s=0,8-0,95

n=const

ch

ce

ch

ce

Ch,m.g

Page 7: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

7 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

9.3 Caracteristici de reglaj

Caracteristicile de reglaj stabilesc influenţa pe care o au o serie de parametri de reglaj importanţi (unghiul de avans la producerea scânteii – pentru m.a.s., respectiv unghiul de avans la injecţie – pentru m.a.c.; presiunea de injecţie; dozajul aerului din amestec; temperatura gazelor arse; fazele distribuţiei etc.) asupra consumului specific efectiv de combustibil, cât şi asupra parametrilor efectivi şi indicati.Dintre cele mai utilizate caracteristici de

reglaj amintim:-- caracteristica de dozaj :

ct,n,hf avs (9.15)-- caracteristica de consum de combustibil, de tipul: ct,ctn,ct,cf,c,M,P avsheee (9.16)-- caracteristica de avans la injecţie (m.a.c) sau producerea scânteii (m.a.s), de tipul:

ct,ctn,fc,M,P sscanteieinj,aveee (9.17)

unde: n,sscanteieinj,avoptim,scanteieinj,av

9.3.1 Caracteristici de dozaj

Caracteristica de dozaj se obţine prin reprezentarea grafică a coeficientului de exces de aer ‘’ , funcţie de parametrii de regim, turaţia ‘n’ şi sarcina Caracteristica de dozaj se exprimă:

ct,n,f avs (9.18)

În fig. 9.10 este prezentată caracteristica de dozaj pentru un m.a.s. respectiv pentru m.a.c .

m.a.c n=ct

m.a.s

L.F

ec=1,015-1,15(m.as) =1 P=0,95-0,99(m.a.s)

0 <=s<0,2 0,2 <=s<0,85 0,85<=s<=1 1<s<=1,2 mers în gol sarcini mijlocii sarcini mari suprasarcini şi sarcini mici Fig. 9.10

ch

ce n=const

ch

ce

s=1 s,max=1,1 s

Fig. 9.9

Ch,m.g

Page 8: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

8 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

9.3.2 Caracteristici de consum de combustibil

Această caracteristică este utilizată pentru reglarea instalaţiei de alimentare în scopul obţinerii economicităţii maxime sau a puterii maxime. Aceste caracteristici sunt de tipul: ct,ctn,ct,cf,c,M,P avshetee (9.19)

În fig. 9.11 este prezentă caracteristica de consum a unui m.a.c :Pe măsura creşterii consumului orar ‘ch’ , coeficientul de exces de aer scade; cu creşterea consumului orar ch, la valori ale turaţiilor constante , puterea Pe creşte până la o valoare limită impusă de exploatare, ajungându-se la puterea maximă limitată de gradul de fum (limita de fum) . În fig. 9.12 este prezentată caracteristica de consum a unui m.a.s.:Pe măsura creşterii ch , coeficientul de exces de aer scade; cu creşterea consumului orar ch, la valori ale turaţiilor constante, puterea Pe creşte până la valoarea maximă posibilă. Creşterea consumului de combustibil, la valori constante ale turaţiei, este determinată de mărirea sarcinii prin modificarea directă a clapetei de acceleratie (la m.a.s.) sau prin acţiunea regulatorului pompei de injecţie (la m.a.c), regulator care determină deplasarea cremalierei pe o poziţie mai avansată, poziţie care determină un debit de combustibil mai mare.

9.3.3 Caracteristici de avans Reprezintă variaţii de tipul:

cth,ctn,fc,M,P obtscanteieinj,avetee (9.20)

unde : nsscanteieinjavoptimscanteieinjav ,,,, Pentru valori constante ale turaţiei n=const , şi pentru o poziţie dată a cremalierei pompei de injecţie (la m.a.c.) sau a clapetei de acceleratie (la m.a.s.), modificarea avansului scanteieinjav, , permite

stabilirea avansului la injecţie optim , pentru care puterea este maximă , Pe,max , iar consumul efectiv este minim ce,min , aşa cum, este prezentat în fig. 9.13.

hmax=ct n=ct. ec Pe

LF

ce

ce,min

Pe

ce

ch,ec ch,lim ch[kg/h] Fig. 9.11

Pe,max,lim

Pe

cen=ct;θobt,max(hmax) Pe,max Pe

ce

ce,min

Fig. 9.13 βav,inj(scant),optim βav,inj(scant)

n=ctθ0bt,max=ct Pe

ce

Pec

ce,min

ec

Pe,max

ch

ce,P

ch

P

Fig. 9.12 ch

Page 9: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

9 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

În gama de turaţii şi de sarcini de funcţionare, există un pol economic al consumului, pentru care avansul scanteieinj,av este optim.

Conform cu fig. 9.14 atât pentru m.a.c. cât şi pentru m.a.s., pentru h(obt)=ct, odată cu creşterea turaţiei, creşte şi avansul βav , iar odată cu acesta creşte şi puterea (fig. 9.15).

Conform cu fig. 9.16, pentru m.a.s. la n =ct, odată cu creşterea sarcinii, scade avansul βav,scanteie , pentru a se preveni detonaţia, odata cu cresterea consumului (fig. 9.17).

( obt1< obt2< obt3<obt4< obt5 )Conform cu fig. 9.18 pentru m.a.c. la n =ct, odată cu creşterea sarcinii, creşte şi avansul βav,inj.

Pe baza variaţiilor de tipul celor prezentate în fig. 9.14. 9.16, 9.18 rezultă caracteristicile de avans optime:

nsscanteieinjavoptimscanteieinjav ,,,, (9.21)

La stabilirea optimavans, se impun limite pentru Pe şi presiunea maximă de ardere,

din consideraţii de solicitări mecanice cât şi limite pentru gradul de creştere al presiunii din consideraţii de funcţionare liniştită .

Pe

Fig. 9.15 βav,optim1 βav,optim4

βav,inj(scanteie)

h( obt)=const n4

n3

n2

n1

βav,optim

βav,optim4

βav,optim1

n1 n2 n3 n4 n Fig. 9.14 ( n1 < n2 < n3 < n4 )

h( obt)=ct

βav,scant optim

βav,sc optim1

βav,sc optim2

βav,sc optim5

obt1 obt2 obt3 obt4 obt5 obtFig. 9.16

n=ct

Fig.9.17 βav,scant,optim5 βav,scanteie

βav,scant,optim2

n=ct.

obt5

obt4

obt3 obt2

obt1

ce

[kg/kWeh

Page 10: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

10 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

În general pentru m.a.s.: CO,n,sscanteie,av

optim,scanteie,av

(9.22)

Pentru realizarea optimscanteieavans ,, la

m.a.s. se folosesc:-- in cazul sistemelor clasice de aprindere:

-- regulatorul automat centrifugal care permite reglajul lui scanteieavans , cu

turatia ‚n’;-- regulatorul automat vacuumatic

care permite reglajul lui scanteieavans , cu

sarcina;-- corectorul octanic care permite reglajul lui scanteieavans , cu cifra octanică CO;

-- in cazul sistemelor electronice de aprindere

optimscanteieavans ,, este

stabilit de către U.E.C. (unitatea electronică de comandă şi control), în funcţie de semnalele primite de la traductoarele pentru turaţie si marcaj unghi, poziţie clapeta de acceleratie, temperatură lichid de răcire, depresiune din galeria de admisie etc , folosind şi datele memorate privind

caracteristicile optime de avans stabilite de către producător (vezi laborator - instalatia de aprindere).In figura 9.19 a se prezintă o caracteristică de reglaj al avansului la aprindere (βav,ps) specifica regulatoarelor mecanice, iar în figura 9.19 b cartograma avansului la aprindere (βav,ps) corespunzatoare pentru un sistem electronic.

În general pentru m.a.c.:

CC,n,hinjectie,avoptim,injectie,av (9.23)

Pentru realizarea optiminjectieavans ,, la m.a.c. se folosesc:

-- pentru sistemul de injecţie clasic:-- dispozitive centrifugale care permit reglajul lui injectieavans , cu turatia ‚n’;

-- dispozitive (mecanice ori pneumatice) care permit reglajul lui injectieavans , cu poziţia

cremalierei ‚h’ a pompei de injectie, poziţie a cremalierei care determină debitul de combustibil injectat;

βav,inj,optim

βav,inj,optim1

βav,inj,optim5

h5 h4 h3 h2 h1 h[mm] Fig. 9.18 (h5<h4<h3<h2<h1)

n=ct

Figura 9.19 a 9.19 b Cartograma aprinderii

Page 11: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

11 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

-- dispozitive automate (pneumatice, hidraulice ori centrifugale) care permit reglajul poziţiei cremalierei ‚h’ a pompei de injectie cu sarcina m.a.i.;

-- pentru sistemul de injectie electronic:-- optiminjectieavans ,, este stabilit de către U.E.C. (unitatea electronică de comandă şi control)

în funcţie de semnalele primite de la traductoarele pentru turatie si marcaj unghi, poziţie acceleratie, temperatură lichid de racire, depresiune din galeria de admisie etc, folosind şi datele memorate privind caracteristicile optime de avans stabilite de către producator (vezi laborator - instalatia de alimentare la m.a.c).

9.3.4. Caracteristici de detonaţie

Se determină pentru m.a.s. şi reprezintă variaţii de tipul: COn obtldscavldscav ,,,,,, (9.24)

unde: racldscav0

,, -- unghiul de avans la producerea scânteii la care apare arderea anormală

cu detonatie. În fig. 9.20 este prezentată dependenţa ct,ctCO,ct,n max,obtld,sc,avld,sc,av ,

considerând că detonaţia apare la regimul de cuplu maxim, pe caracteristica de turaţie la sarcină plină, pentru care se realizează

ldscav ,, .

Intensitatea detonaţiei poate fi maximă la regimul de cuplu maxim, în funcţie şi de construcţia m.a.s. şi a sistemului ce realizeaza si controleaza aprinderea.

( CO3>CO2>CO1 )

În fig. 9.21 sunt prezentate caracteristicile de avans la producerea scânteii pentru un m.a.s. cu evitarea arderii cu detonatie. Sunt prezentate caractereisticile:

ctctCOctn obtldscavldscav ,,, max,,,,, (9.25)

ctctCOctn obtoptimscavoptimscav ,,, max,,,,, (9.26)

ctctCOctn obtdisponibilscavdisponibilscav ,,, max,,,,, (9.27)

βav,sc,ld

βav,sc,ld3

βav,sc,ld2

βav,sc,ld1

Θobt,max=ctε =ct CO3=ct

CO2=ctCO1=ct

Fig. 9.20

Page 12: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

12 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

Unde: racooptimscav ,, - unghiul de avans la producerea scânteii optim, pentru care m.a.s. are

consumul specific efectiv de combustibil minim, ce=ce,min ; raco

ldscav ,, - unghiul de avans la producerea scânteii la limita de detonaţie pentru CO=ct şi

ctobt max, ;

racodispscav ,, - unghiul de avans la producerea scânteii realizat de către dispozitivul de avans, în

apropierea optimscav ,, la folosirea combustibilului cu CO =ct ;

racofixdispscav ,,, - unghiul de avans fix, la producerea scânteii, realizat de dispozitivul de avans

la turaţia n=0.Cunoscând pentru combustibilul dat şi m.a.s. studiat caracteristica limită de detonaţie

ctCOctn obtldscavldscav ,, max,,,,, cât şi caracteristica de reglare optimă

ctCOctn obtoptimscavoptimscav ,, max,,,,, rezultă caracteristica dispozitivului de avans la

producerea scânteii, caracteristică care trebuie să fie în apropierea celei optime în zona turaţiilor de cuplu maxim (nMmax) .Observatie :

Un grafic ca cel din fig. 9.21 permite stabilirea dependentei COscanteieav ,

pentru oricare m.a.s., din condiţia ca la regimul de cuplu maxim, pe caracteristica de turaţie la sarcină totala, arderea să fie la limita de detonaţie.

Uneori dependenta COscanteieav , se poate stabili acceptând arderea cu detonaţie

cu intensitate redusă în apropierea regimului de cuplu maxim, pe caracteristica de turaţie la sarcină totala, caz în care variaţiile ctCOctn obtoptimscavoptimscav ,, max,,,,, şi

ctCOctn obtdisponibilscavdisponibilscav ,, max,,,,, intersectează pe o zona redusă caracteristica

la limita detonaţiei ctCOctn obtldscavldscav ,, max,,,,, .

βav,sc,ld(n,CO=ct,θobt,max=ct)

βav,sc,optim(n,CO=ct,θobt,max=ct)

βav,sc,disp(n,CO=ct,θobt,max=ct)

θobt,max=ctε=ct

βav,sc,disp,fix

Fig. 9.21 nMmax

Page 13: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

13 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

9.4 Caracteristici de pierderi mecanice

Forma generală a caracteristicii de pierderi mecanice este:Pmec, pmec, Mtmec, mec = f(n, s(h sau θobt)) (9.28)

Puterea corespunzătoare pirderilor mecanice se poate exprima:

Pmec = Pfr + Paux + Ppompaj = kWpVn

zi mecs310

60 (9.29)

Pmec[kW] – puterea mecanică pierdută datorită frecărilor, pompajului, antrenării instalaţiilor auxiliare etc;pmec[N/m2] – pierderea de presiune corespunzaătoare puterii mecanice pierdute, care se poate exprima : p,medmec vbabarp (9.30)

a, b = constante stabilite experimental ; 30, Snsmv pmed

Pfr – puterea pierdută datorată frecărilor din m.a.i.; Paux – puterea consumata pentru antrenarea instalaţiilor auxiliare din m.a.i ( ex : pompele de de răcire, ulei, injectie; alternator etc); Ppompaj

– puterea pierduta corespunzătoare procesului de pompaj.Ponderea lui Pfr din Pmec este ridicată , reprezentând circa Pfr = 60 –75%Pmec .Randamentul mecanic este:

mecemecmece

e

i

emec PPPP

P

P

P

1

1

1

1 (9.31)

Există mai multe metode experimentale pentru determinarea acestor pierderi mecanice. Unele dintre acestea sunt uşor de aplicat, dar au o aproximare redusă, altele sunt mai complexe şi au o precizie bună. Dintre metodele experimentale cel mai des utilizate pentru determinarea pierderilor mecanice, metoda suspendării injecţiei pentru m.a.c. respectiv suspendării aprinderii pentru m.a.s. este cel mai des utilizată datorită preciziei bune şi a simplităţii acesteia.

9.4.1 Metoda suspendării injecţiei la m.a.c. respectiv suspendării aprinderii, la m.a.s.

Relaţia de calcul pentru determinarea puterii mecanice pierdută corespunzătoare pierderilor mecanice din m.a.i , Pmec , se poate determina scriind, de exemplu pentru un m.a.i cu 4 cilindri, puterile efectice realizate cu câte un cilindru ‘suspendat’ după cum urmează:

mec4i3i2i4mec3mec2mec'

1mec4i3i2i1e PPPPPPPPPPPP

mec4i3i1i4mec3mec'

2mec1mec4i3i1i2e PPPPPPPPPPPP

mec4i2i1i4mec'

3mec2mec1mec4i2i1i3e PPPPPPPPPPPP (9.32)

mec3i2i1i'

4mec3mec2mec1mec3i2i1i4e PPPPPPPPPPPP unde:Pe-j = puterea efectivă a motorului cu cilindrul ‘j’ suspendat (oprită alimentarea sau aprinderea la cilindrul respectiv, după caz ) ; Pi-j = puterea indicată la cilindrul ‘j’. Aproximaţia metodei rezultă din faptul că pentru cilindrul cu injecţia ori aprinderea suspendată, deci care nu funcţionează la regimul termic şi de presiune normal, se consideră pierderile mecanice aceleaşi ca şi la un regim normal de funcţionare. Prin adunarea relaţiilor (9.47) rezultă:

Page 14: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

14 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

i

1jmeceje

mecei

i

1jmecije PP1iP

PPP

PiP1iP (9.33)

unde: i = numărul de cilindri; Pe = puterea efectivă a motorului cu toţi cilindrii funcţionând la regimul la care se fac determinările;Pe-j = puterea efectivă a motorului cu cilindrul ‘j’ suspendat ; Dacă se condsideră Pe-j aproximativ egale, atunci:

jeemec PiP1iP (9.34)

De exemplu pentru un m.a.i. cu 4 cilindri, suspendând cilindrul numărul 1, relaţia devine:

1eemec P4P3P (9.35)

si randamentul mecanic: emecmece

emec PPPP

P

1

1 (9.36)

Observaţie : Pentru ca relaţiile (9.34) sau (9.35) să fie aplicate corect, este foarte important ca în momentul măsurării jeP , m.a.i. să se afle în aceleaşi condiţii de turaţie ‘n’ şi

sarcină ca m.a.i. care funcţionează cu toţi cilindrii. Se pune problema readucerii motorului care funcţionează în ’ i-1’ cilindri, la regimul de

funcţionare corespunzător al m.a.i. cu ‚ i’ cilindri, anterior suspendării cilindrului, astfel încât determinarea puterii Pe-j să fie făcută în aceleaşi condiţii de turaţie şi sarcină ca la motorul ce funcţionează cu toţi cei ‘i’ cilindri.

Doar în aceste condiţii determinarea pierderilor mecanice este corect realizată. Respectarea acestor condiţii trebuie să se facă pentru fiecare regim de funcţionare pentru care se doreşte stabilirea pierderilor mecanice şi a randamentului mecanic.

Odată cu suspendarea unui cilindru, păstrând aceeaşi încărcare a m.a.i, turaţia acestuia va scade. Pentru a readuce m.a.i. cu un cilindru suspendat, la turaţia m.a.i. pe care a avut-o anterior, când funcţiona cu toţi cilindrii, este necesar să se reducă încărcarea la m.a.i. cu un cilindru suspendat.Refacerea turatiei m.a.i. cu un cilindru suspendat, la turaţia m.a.i. care funcţiona cu toţi cilindrii prin mărirea acceleraţiei va determina o creştere a sarcinii m.a.i. faţă de sarcina pe care o avea m.a.i care funcţiona cu toti cilindrii, caz în care pierderile mecanice nu ar fi determinate corect .În urma reprezentărilor grafice a variaţiilor de tipul obtmecmec hn , se observă o

creştere a ‘ mec ’ cu sarcina pentru turaţii constante, respectiv o scădere a acestuia odată cu

creşterea turaţiei la sarcini constante, adica:-- mec la obth pentru ctn ;

-- mec la n pentru cth obt ;

9.5 Caracteristici de regulator

Caracteristicile de regulator sunt date de dependenţele: n,h.,constyeacceleratif,...,M,c,p,P sketeeee (9.37)

Dotarea m.a.i. cu regulator de turaţie, cât şi funcţionarea acestuia pe caracteristica de regulator permite creşterea stabilităţii regimurilor de funcţionare ale m.a.i. pe diversele caracteristici de propulsie.

Page 15: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

15 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

Regulatorul automat de turaţie se utilizează în general la m.a.c. şi mai puţin la m.a.s. la care se pot întlni de obicei doar limitatoare de turaţie.În cazul m.a.s. se utilizează (în special la m.a.s. cu rezervă mai mare de putere, m.a.s. cu

l0,3Vt ) limitatoare de turaţie pentru turaţia maximă impusă, limitatoare de diverse tipuri constructive care determină caracteristicile de limitator, şi care sunt în general doar pentru regimul de turaţie limită impus de constructor.

În fig. 9.22, 9.23 sunt prezentate caracteristicile de turaţie ale unui m.a.s. prevăzut cu limitator care intervine la turaţia nominală, limitator de turaţie cu comandă şi acţionare pneumatică pe baza depresiunii din galeria de admisie, depresiune care evaluează sarcina m.a.s.

Se observă că în acest caz turaţia maximă care poate fi atinsă la mers în gol este limmax,n .

Sunt prezentate caracteristicile:-- de turaţie: ctnPP see ,

-- de limitator: ctynPP kee ,

--de turaţie: ctnMM stete ,-- de limitator: ctynMM ktete ,

-- de consum efectiv: ctncc see ,

-- de limitator: ctyncc kee ,

-- de consum orar: ctncc shh ,-- de limitator: ctyncc khh ,

În fig. 9.23 sunt prezentate caracteristicile de turaţie ale unui m.a.s. prevăzut cu limitator care intervine la turaţia nominală, limitator de turatie cu traductor de turatie centrifugal şi acţionare pneumatică sau mecanică. Se observă că în acest caz turaţia maximă care poate fi atinsă la mers în gol este:

1limmax, sn pentru funcţionarea anterioară pe caracteristica de sarcină plină;

2,1limmax, sn pentru funcţionarea anterioară pe caracteristica de sarcină totală;

Pe(n,yk=ct) Pe

Mt e

ch

nmin nnom nmax,lim

nmin nnom nmax,lim

nmin Fig.9.22 a) nnom nmax,lim

Mte(n,yk=ct)

ch(n,yk=ct)

ce

Fig. 9.22 b) nnom nmax,lim

ce(n,yk=ct)

χs=

Page 16: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

16 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

În cazul m.a.c. clasice se utilizează regulatoare automate de turaţie care sunt:-- pentru un singur regim de functionare limitativ (arcul 8 din fig. 9.24 are o comprimare reglabilă, dar nu este acţionat de acceleraţie), regulatorul intervenind de la turatia limitativa.-- pentru două regimuri de funcţionare (există două arcuri dispuse pentru a se realiza acţiunea asupra cremalierei pompei de injectie la turaţia

minimă respectiv maximă limitativă);-- pentru toate regimurile de functionare, schema fiind prezentată în fig. 9.24 (regulator centrifugal de turatie).

Rolul regulatorului de turaţie este acela de a asigura o stabilitate bună a turaţiei motorului la o variaţie importantă de sarcină a m.a.c (determinată de variaţia încărcării), ceea ce se realizează prin modificarea corespunzătoare a debitului de combustibil, prin acţiunea regulatorului asupra cremalierei pompei de injectie. În general, la m.a.c. deoarece rezistenţele la înaintare variază continuu, pentru a se asigura un regim de funcţionare economic, de variaţie cât mai redusă a turaţiei cu sarcina, se utilizează regulatoare de turaţie pentru toate regimurile, regulatoare care asigură limitarea turaţiei maxime, stabilitatea la turaţia minimă în sarcină şi minimă de mers în gol şi stabilitatea la mersul în sarcină. Elementele precizate în fig. 9.31 sunt:

1--contragreutăţi; 2—pârghii articulate în punctele 3; 4—pârghie de acţiune; 5--manşon; 6—axul antrenat de pompa de injecţie; 7—disc mobil de comprimare a arcului, acţionat de la pedala de acceleraţie prin intermediul unei pârghii; 8—arcul principal al regulatorului; 9-- pârghie; 10--ax pentru transmiterea mişcării de la contragreutăţi la cremalieră; 11 – cremalieră;Pentru o anumită turaţie fixată prin intermediul pedalei de acceleraţie, regulatorul intervine pentru menţinerea acestei turaţii atunci când dintr-un anumit motiv sarcina m.a.c. se modifică.

De exemplu la scăderea rezistenţelor exterioare, scade sarcina şi creşte turaţia, greutăţile se depărtează şi acţionează cu capătul de sprijin pe manşonul 5, comprimă arcul 8, pârghia 10 se deplasează spre stânga împreună cu pârghia 9 de comandă a cremalierei ce va determina reducerea cantităţii de combustibil injectate pe ciclul motor, ceea ce va duce la scăderea turaţiei si stabilizarea acesteia in jurul valorii stabilite din acceleraţie.

La reducerea turaţiei, greutăţile 1 se apropie, ceea ce are ca efect deplasarea pârghiilor în sens invers (faţă de cazul prezentat mai sus) şi deci creşterea cantităţii de

1 2 3 4

56

1 2 3

7 8

9

10

11

Fig. 9.24

Pe

Mt e

Mte(n,s =1,2)

Mte(n,s =1)

Pe(n,s =1,2)

Pe(n,s =1)

Pe(n,yklim1=ct) Mte(n,yklim1=ct)

Mte(n,yklim2=ct)

Pe(n,yklim2=ct) nmaxlim(s=1,2)

nmin nnom nmaxlim(s=1) Fig. 9.23 n[rot/min]

Page 17: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

17 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

combustibil injectate pe ciclul motor, cu refacerea turatiei si stabilizarea acesteia in jurul valorii stabilite din acceleraţie.

Pentru fiecare poziţie a acceleraţiei (notată cu ‘yk’) regulatorul, pentru toate regimurile, acţionează independent asigurând o funcţionare a m.a.c. cu oscilaţii minime ale turaţiei ‘n’, în jurul valorii stabilite prin poziţia acceleraţiei, pentru o variaţie relativ mare a sarcinii, asigurându-se funcţionarea stabilă si economica la toate regimurile, cu protecţie faţă de turaţia maximă admisă, cât si funcţionarea stabilă la regimurile de cuplu de pe caracteristica de sarcina totala. În fig. 9.25 sunt prezentate:-- caracteristici de turaţie: cthnPP ee , ; cth,nMM ee

-- caracteristici de regulator pentru toate regimurile: ctynPP kee , ; cty,nMM kee Conform cu fig. 9.25, funcţie de poziţia acceleraţiei yk=const., turaţiile maxime de

funcţionare la gol sunt :-- n’max1 , n’max2 , …etc (pentru hmax), respectiv nmax1 , nmax2 , … etc (pentru hnom);-- turaţiile de la care intervine regulatorul sunt nnom , n2 , n3 , n4 ..etc, .

Regulatorul automat de turaţie este caracterizat de gradul de iregularitate definit de:

medn

nn minmax (9.38)

unde: 2

minmax nnnmed

; maxn = turaţia maximă pe caracteristica de regulator considerată ( de

exemplu, nmax =nmax,1 ); minn = turaţia minimă pe caracteristica de regulator cosiderată (deexemplu nmin = nnom).

În cazul m.a.c. cu computer care gestionează funcţionarea motorului (EDC), deci şi a instalaţiei de injecţie, cremaliera pompei de injecţie nu mai există si nici regulatorul centrifugal

Me(n,hmax=ct)

Me(n,hnom=ct)

Pe(n,hmax=ct)

Pe(n,hnom)

Fig.9.25 nmin n4 nmax4 n3 nmax3 n2 nmax2 nnom nmax1(hnom) n[rot/min] n’

max4 n’max2 n

’max1(hmax)

Pe(n,yk,max =ct)

Me(n,yk,max =ct)

Pe(n,yk,nom =ct) Me(n,yk,nom =ct)

Pe

Me

Page 18: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

18 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

de turatie, funcţiile acestora fiind preluate de catre calculator. Acesta, pe baza cartogramelor memorate si a semnalelor de la senzorii de pe motor, reglează debitul de combustibil, realizând legile de avans şi de injecţie optime, pe baza timpului de deschidere al injectoarelor electromegnetice ori piezoelectrice, al momentului de deschidere si inchidere, şi a frecvenţei de deschidere a acestora (vezi laborator – instalatia de alimentare la m.a.c).

9.6 Caracteristici de propulsie şi de consumator

În cadrul unei instalaţiilor energetice (I.E.) cu motoare cu ardere internă (m.a.i.) cele trei elemente principale sunt: motorul, consumatorul şi transmisia de putere. Rolul principal al transmisiei este acela de a acorda în permanenţă posibilităţile motorului la cerintele consumatorului (roţi motoare, osii motoare, elice etc.) prin modificarea convenabilă a raportului de transmitere.Caracteristicile de propulsie ale I.E. cu m.a.i., care sunt caracteristici reduse la arborele motorului sunt reprezentate de variaţiile:

tr

RtrR

tr

RRRReReR

cthinPcthnPcthnPP

,,

),(

trtr

RtrR

trtr

RRRReReR i

cth,inM

i

cth,nM)cth,n(MM

(9.39)

unde: -- ),( cthnP ReR , )cth,n(M ReR reprezintă puterea, respectiv cuplul pe care trebuie să le

realizeze m.a.i. cu transmisia respectivă pentru a putea echilibra puterea rezistentă, respectiv cuplul rezistent;-- ),( cthnP RRR , cth,nM RRR reprezintă puterea rezistentă, respectiv cuplul rezistent la consumator, acestea datorându-se rezistenţei la înaintare;hR - poziţia organului de reglare la consumator (raportul transmisiei itr , H/D pentru elice, elementul de reglare la frana care incarca motorul, etc) , nR[rot/min] - turaţia la consumator; tr –randamentul transmisiei utilizate; itr – raportul de transmitere curent, obţinut cu transmisia utilizată, Rtr nni ;

Caracteristicile de consumator care sunt caracteristici reduse la arborele consumatorului, se pot exprima sub forma:

mRPRRRR nCcthnPP

R , ; 130 m

RMRRtR nCnPMtR

(9.40)

unde : 5,3..1m (Observaţie: pentru măsurătorile în laborator se consideră în general m=3),

RPC , tRMC -- constante dependente de particularităţile constructive ale consumatorului.

Caracteristicile de consumator sunt de tipul, RRtRR hnfMP ,, şi sunt reprezentate de relaţiile:

treRm

RPRRR PnC)cth,n(PR

trtreR1m

RMRRR iMnCcth,nMtR

(9.41)

Fig. 9.26 prezintă caracteristicile mecanice ale consumatorului cth,nM RRR şi caracteristicile de turaţie ale m.a.i. reduse la arborele consumatorului. S-a considerat că transmisia de putere a I.E. cu m.a.i. are raportul de transmitere itr variabil în patru trepte, cu respectarea relaţiilor: 1trIVtrIIItrIItrI iiii ; s-au considerat hR1=itrIV ; hR2=itrIII ; hR3=itrII ;

hR4=itrI;

Page 19: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

19 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

Puterea necesară pentru propulsia unui autovehicul cu o remorca (puterea la rotile motoare, putere necesară pentru învingerea rezistenţelor la înaintare şi pentru asigurarea unei rezerve de putere pentru demaraj), neglijand influenta vitezei vantului asupra vitezei de deplasare, este:

3600

vamam

46800

vAkAk3600

vsincosfGGRRRR

3600

vPPkWP

rrema3

rem'

radapreRtrRr

(9.42)

unde : viteza v[km/h], acceleraţia a[m/s2]; Rr , Rp , Ra, Rd[N] – rezistenţele la rulare, la pantă, la aer şi la demaraj. Între turaţia motorului şi viteza la roată există legătura:

Fig. 9.26

MR(nR,hR4=ct)

MeR(nRitrI,s=total)trI itrI

MR(nR,hR3=ct)

MeR(nRitrII ,s=total)trII itrII

MR(nR,hR2=ct)

MeR(nRitrIII ,s=total)trIII itrIII

MeR(nRitrIV ,s=total)trIV itrIV

MR(nR,hR1=ct)

MeR

MR

nRnom

Mt Ro

Page 20: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

20 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

trtr

r

tr

rr

r i,nfvi

rn377,06,3

i

n

30

r6,3n

30

rhkmv

(9.43)

În fig. 9.27 este prezentată caracteristica de tracţiune (variaţia forţei de tracţiune cu viteza de deplasare) a unui autovehicul cu 5 trepte pentru mersul înainte, forţa de tracţiune fiind:

vf

hkmv

kWP6,3riMkNF k,rrk,trtreRk,t

(9.44)

In fig. 9.28 este prezentata caracteristica de consumator, puterea la rotile motoare in functie de

viteza de deplasare : vfP6,3

vFPP treR

kk,tRk,r

(9.45)

itr,k-raportul de transmitere în treapta ‘k’ ; rr – raza de rulare; Prez oriz – puterea rezistenta la deplasarea pe drum orizontal (puterea rezistenta la rulare si la aer).

Fig. 9.27 Fig. 9.28

9.7 Caracteristici limită

Regimurile limită de funcţionare ale m.a.i. se referă la:-- regimurile limită de funcţionare continuă, fără restricţii de durată;-- regimurile limită de exploatare intermitentă, cu restricţii de durată;

Caracteristicile limită de funcţionare ale m.a.i. precizează tocmai aceste regimuri limită de functionare, astfel încât parametrii de fiabilitate şi siguranţă în funcţionare să aibă valorile stabilite.

Criteriile considerate pentru evaluarea regimurilor limită de funcţionare ale m.a.i. pot fi unii dintre parametrii care caracterizează cel mai bine solicitările termomecanice ale m.a.i. şi/sau de poluare, aşa cum sunt:-- pz,max = presiunea maximă de ardere; Tg, max = temperatura maximă a gazelor de ardere din colectorul de evacuare;-- G.P. = gradul de poluare al mediului exterior de către m.a.i.; G.F. = gradul de fum din gazele de ardere;-- cciclu,max = doza de combustibil maximă pe ciclu;

Page 21: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

21 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

-- lim,lim obth = poziţia limită a cremalierei pompei de injectie (la m.a.c.) respectiv a clapetei de

aer la m.a.s.; -- = coeficientul de exces de aer;-- nmax,lim = turaţia maximă limită admisă în funcţionarea m.a.i.;-- nTK,max = turaţia maximă a agregatului de supraalimentare cu turbocompresor cu rotaţie

liberă;În fig. 9.29 este prezentată

caracteristica limită de funcţionare a unui m.a.c., de tipul pe= pe(n,hlim=ct), caracteristică limitată de parametrii: pz,max, Tg, max, G.Fmax, nTK,max. Cum presiunea efectiva pe

depinde de cantitatea de combustibil arsa pe ciclul motor, rezulta conform acestei caracteristici o limitare a dozarii realizata de sistemul de injectie astfel incat sa nu se depaseasca limitarile impuse.

9.8 Corectarea caracteristicilor de funcţionare ale m.a.i.

Caracteristicile statice de funcţionare ale m.a.i. prezentate în acest capitol se determină experimental, pe stand în conditiile atmosferice cu parametrii ooo Tp ,, .

Pentru a putea raporta aceste caracteristici determinate în conditiile precizate, la condiţiile standard de mediu precizate de normativele ţării în care se fac determinările, parametrii determinaţi se corectează cu coeficienţii de corecţie.La noi în ţară conform normativelor în vigoare condiţiile standard de mediu sunt:

mmHgbarp so 7501, ; KT so 298, ; %60, soÎn aceste condiţii factorii de corecţie sunt:

-- m.a.s.: 5,05,0

,

,, 298

1

o

oso

o

o

somass

T

pT

T

p

pk (9.47)

-- m.a.c.: 65,065,0

,

,, 298

1

o

oso

o

o

somacs

T

pT

T

p

pk (9.48)

barpo -- presiunea atmosferică în momentul efectuării măsurătorilor experimentale;

KTo -- temperatura atmosferică în momentul efectuării măsurătorilor experimentale;

Umiditatea atmosferică influenţează gradul de umplere, cantitatea de aer disponibilă influenţând astfel puterea m.a.i. Dacă se doreşte să se ia în considerare influenţa umidităţii aerului asupra parametrilor măsuraţi, se consideră corectarea presiunii aerului atmosferic, iar factorii de corecţie de mai sus devin:

nmin Fig. 9.29 nnom nmax n

pe Tg,max

[bar] G.F.max pz,max nTK,max

pe(n,hlim=ct)

Page 22: curs 9 mai

Conf.dr.ing. Burciu Mugurel Motoare cu ardere interna cu piston – procese termodinamice, supraalimentare, caracteristici de functionare si instalatii, ISBN (10) 973-7845-20-X, ISBN (13) 978-973-7845-20-7, Ed. Europlus Galati

22 | P a g e Motoare cu ardere interna cu piston-- Burciu Mugurel- Ed. Europlus Galati

-- m.a.s.:

5,0

,

,,,,

so

o

vo

svsosomass T

T

pp

ppk

(9.49)

-- m.a.c.:

65,0

,

,,,,

so

o

vo

svsosomacs T

T

pp

ppk

(9.50)

barpo -- presiunea atmosferică în momentul efectuării măsurătorilor experimentale;

KTo -- temperatura atmosferică în momentul efectuării măsurătorilor experimentale;

barp sv, -- presiunea de saturaţie a vaporilor de apă la temperatura standard;

% -- umiditatea atmosferică în momentul efectuării măsurătorilor experimentale;

barpv -- presiunea de saturaţie a vaporilor de apă la temperatura respectivă;

Folosind aceşti factori de corecţie, puterea efectivă, cuplul efectiv şi presiunea medie efectivă în condiţii standard sunt:

ese PkP , ; es,e MkM ; ese pkp , (9.51)

Unde : masskk , respectiv macskk , după caz;

eP , eM , ep sunt puterea efectivă, cuplul efectiv respectiv presiunea medie efectivă

determinate pe stand.

9.9 Tararea m.a.i.

Pentru noile m.a.i. aflate în stadiul de prototip este necesară efectuarea operaţiei de tarare, care cuprinde o serie de măsurători experimentale pe baza cărora sunt precizaţi parametrii tehnici, termoeconomici şi de exploatare ai prototipului în conformitate cu destinaţia lui.Operaţia de tarare permite stabilirea următoarelor:-- caracteristica de turaţie la sarcină totală cu limitările de timp care sunt impuse de constructor şi proiectant, pentru funcţionarea cu max,eP şi max,eM .

-- caracteristicile limită de funcţionare;-- caracteristica de turaţie la sarcină plină;-- reglarea sistemului de supraalimentare (dacă acesta există) în sensul stabilirii presiunii maxime de supraalimentare cu ajutorul sistemului de control a acestei presiuni;-- combustibilii, lubrifianţii şi lichidele de răcire care permit funcţionarea la parametrii stabiliţi cu uzura minimă a motorului;-- caracteristicile de reglare ale regulatoarelor automate de turaţie, a regulatoarelor pentru

injav, (la m.a.c.) respectiv psav, (la m.a.s.);

-- comportarea la regimurile nestaţionare de funcţionare şi anume la: pornire, accelerare, decelerare, frânare etc :-- direcţiile si metodele de imbunatatire a susbsistemelor m.a.i. în vederea îmbunătăţirii performanţelor acestuia în conformitate cu destinaţia lui.