ÎNDRUMĂTOR LUCRĂRI PRACTICE DE

LABORATOR 3 A.R.

Ş.l. dr. ing. Mariaşiu Florin Drd. ing. Doru Băldean

2

Cuprins Îndrumător de lucrări 1.  PROTECŢIA MUNCII ŞI PREZENTAREA LUCRĂRILOR ...................................................................... 4 

1.1.  PROTECŢIA MUNCII ÎN ACTIVITATEA DE LABORATOR ....................................................................................... 4 1.2.  LISTA LUCRĂRILOR DE LABORATOR P.C.M.A.I. .............................................................................................. 5 1.3.  CERINŢE ALE DISCIPLINEI ÎN PRIVINŢA LABORATOARELOR P.C.M.A.I. ............................................................ 5 

2.  ORGANOLOGIA ŞI FUNCŢIONAREA MAS ............................................................................................. 6 

2.1.  TERMINOLOGIE ÎN DOMENIUL M.A.I. ............................................................................................................... 6 2.2.  ORGANOLOGIA MECANISMULUI MOTOR ........................................................................................................... 6 2.3.  DESCRIEREA INSTALAŢIEI EXPERIMENTALE ŞI A ECHIPAMENTULUI NECESAR ................................................. 11 2.4.  MERSUL LUCRĂRII .......................................................................................................................................... 11 2.5.  INTERPRETAREA REZULTATELOR ................................................................................................................... 11 

3.  ORGANOLOGIA ŞI FUNCŢIONAREA MAC .......................................................................................... 12 

3.1.  CLASIFICĂRI MAI .......................................................................................................................................... 12 3.2.  PROCESE FUNCŢIONALE LA MAC ................................................................................................................... 14 3.3.  DESCRIEREA INSTALAŢIEI EXPERIMENTALE ŞI A ECHIPAMENTULUI NECESAR ................................................. 20 3.4.  MERSUL LUCRĂRII .......................................................................................................................................... 20 3.5.  INTERPRETAREA REZULTATELOR ................................................................................................................... 20 

4.  ORGANOLOGIA ŞI FUNCŢIONAREA INSTALAŢIEI DE ALIMENTARE LA MAS. CARBURATOARE .............................................................................................................................................. 21 

4.1.  TIPURI DE INSTALAŢII DE ALIMENTARE PENTRU M.A.I. ................................................................................... 21 4.2.  GENERALITĂŢI PRIVITOARE LA INSTALAŢIILE DE ALIMENTARE M.A.S. ......................................................... 21 4.3.  ELEMENTELE COMPONENTE ALE INSTALAŢIEI DE ALIMENTARE M.A.S. ......................................................... 22 4.4.  DESCRIEREA INSTALAŢIEI EXPERIMENTALE ŞI A ECHIPAMENTULUI NECESAR ................................................. 28 4.5.  MERSUL LUCRĂRII .......................................................................................................................................... 28 4.6.  INTERPRETAREA REZULTATELOR ................................................................................................................... 28 

5.  ORGANOLOGIA ŞI FUNCŢIONAREA INSTALAŢIEI DE ALIMENTARE LA MAC CU POMPE DE INJECŢIE ÎN LINIE ............................................................................................................................................ 29 

5.1.  CONSIDERAŢII GENERALE ............................................................................................................................... 29 5.2.  INSTALAŢII DE ALIMENTARE CU POMPĂ DE INJECŢIE CU ELEMENŢI ÎN LINIE ................................................... 31 5.3.  DESCRIEREA INSTALAŢIEI EXPERIMENTALE ŞI A ECHIPAMENTULUI NECESAR ................................................. 39 5.4.  MERSUL LUCRĂRII .......................................................................................................................................... 39 5.5.  INTERPRETAREA REZULTATELOR ................................................................................................................... 39 

6.  ORGANOLOGIA ŞI FUNCŢIONAREA INSTALAŢIEI DE ALIMENTARE LA MAC CU POMPE ROTATIVE. INJECTOARE ................................................................................................................................ 40 

7.  DETERMINAREA CARACTERISTICII DE REGLAJ ............................................................................. 41 

8.  DETERMINAREA CARACTERISTICII DE TURAŢIE LA MAS ............................................................ 42 

9.  DETERMINAREA CARACTERISTICII DE TURAŢIE CU REGULATOR LA MAC ............................ 43 

10.  DETERMINAREA CARACTERISTICII DE SARCINĂ LA MAI ............................................................ 44 

11.  DETERMINAREA CARACTERISTICII COMPLEXE A UNUI MAI ...................................................... 45 

12.  DETERMINAREA CARACTERISTICII DE PIERDERI A UNUI MAI ................................................... 46 

13.  DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE UMPLERE A UNUI MAI .................................................... 47 

14.  DETERMINAREA BILANŢULUI ENERGETIC AL UNUI MAI ............................................................. 48 

15.  RIDICAREA DIAGRAMEI INDICATE ŞI A PARAMETRILOR INDICAŢI A UNUI MAI .................... 49 

16.  ÎNCHEIEREA ŞI VERIFICAREA LUCRĂRILOR. TEST ........................................................................ 50 

ANEXA I – RELAŢIILE DINTRE UNITĂŢILE DE MĂSURĂ ......................................................................... 51 

ANEXA II – LIMITELE DE VARIAŢIE A UNOR PARAMETRII LA M.A.I. ................................................... 52 

BIBLIOGRAFIE .................................................................................................................................................. 53 

3

4

1. PROTECŢIA MUNCII ŞI PREZENTAREA LUCRĂRILOR

1.1. Protecţia muncii în activitatea de laborator

1.1.1. Pericole mecano-fizice Activităţile de laborator presupun folosirea unei diversităţi considerabile de aparaturi şi

scule. Atât studenţii şi tehnicienii cât şi cadrele didactice care folosesc aparatura şi instrumentarul din laborator, trebuie să cunoască modul corespunzător de utilizare şi să fie conştienţi de pericolul de vătămare care apare la mânuirea necorespunzătoare şi la întrebuinţarea neadecvată a obiectelor cu muchii ascuţite, tăioase şi a tuturor obiectelor rigide de altfel. Motoarele în funcţionare au piese în mişcare, iar gazele de evacuare ating temperaturi de până la 700÷800˚C. Există o serie de ministanduri şi piese de mărimi şi mase variate în cadrul laboratorului, care printr-o instrumentare necorespunzătoare pot să producă leziuni corpului uman, în special în zona membrelor, prin scăparea lor pe picioare sau mâini. Gropile standurilor sunt de asemenea periculoase, deoarece pot conduce la luxarea membrelor.

De aceea folosirea oricăror obiecte rigide, de metal sau din lemn, precum şi a sculelor cu grad sporit de periculozitate (şurubelniţe, pile, cuţite etc.) trebuie să se facă doar de către cei care au o anumită experienţă în folosirea lor, iar cei care le folosesc pentru prima dată să o facă sub supravegherea şi în prezenţa persoanelor calificate, ţinând seama de indicaţiile utile primite sau de instrucţiunile de utilizare corespunzătoare.

1.1.2. Pericole chimice

Activităţile de laborator presupun de asemenea şi utilizarea combustibililor, uleiurilor

(lubrefianţilor), acizilor (din baterii) şi a altor substanţe cu grad de risc ridicat. Unele dintre acestea atacă suprafeţele cu care vin în contact prin pătare, altele corodează sau ard obiectele cu care intră în contact. Alte substanţe au un caracter uşor inflamabil existând pericolul incendierii spaţiilor de laborator. De aceea în cadrul laboratoarelor îmbrăcămintea şi pielea trebuie protejate în mod special şi sursele de flacără trebuie îndepărtate obligatoriu sau ţinute sub control strict. Iar întrebuinţarea oricăror substanţe chimice trebuie să se facă doar de către cei care au experienţă în folosirea lor, iar cei care le folosesc pentru prima dată să o facă sub supravegherea şi în prezenţa persoanelor calificate. Vestimentaţia şi protecţia corpului trebuie să fie corespunzătoare şi conformă NTSM. Nu se va utiliza nici o sursă de foc şi nu se va fuma în incinta laboratorului.

1.1.3. Pericole electrice

Riscul de electrocutare în cadrul laboratorului apare în utilizarea surselor de energie electrică

sau a componentelor instalaţiilor electrice aflate sub tensiune. În cadrul laboratorului există atât interfeţe pentru alimentarea cu energie electrică la o

tensiune de 220 V, cât şi pentru curent trifazat de 380 V. Alte pericole de electrocutare există la instalaţiile electrice ale motoarelor de pe standurile şi de pe automobilele pe care se execută lucrările practice de laborator. Partea de joasă tensiune a unei instalaţii de aprindere a unui motor nu constituie un pericol major până la tensiunea de 24V, însă partea de înaltă tensiune poate trece cu uşurinţă de 10000 V, şi constituie un pericol chiar dacă valorile intensităţii curentului sunt relativ reduse. De aceea utilizarea oricăror elemente ale instalaţiilor electrice trebuie să se facă doar de către cei care au o anumită experienţă în folosirea lor, iar cei care le folosesc pentru prima dată să o facă sub supravegherea şi în prezenţa persoanelor calificate.

Obs.: Fiecare student va semna fişa de protecţia muncii, pe care cadrul didactic responsabil

de coordonarea activităţilor practice de laborator este obligat să o pună la dispoziţie.

5

1.2. Lista lucrărilor de laborator P.C.M.A.I.

1. Protecţia muncii şi prezentarea lucrărilor. 2. Organologia şi funcţionarea MAS 3. Organologia şi funcţionarea MAC 4. Organologia şi funcţionarea instalaţiei de alimentare la MAS. Carburatoare 5. Organologia şi funcţionarea instalaţiei de alimentare la MAC cu pompe de injecţie în linie 6. Organologia şi funcţionarea instalaţiei de alimentare la MAC cu pompe rotative. Injectoare 7. Determinarea caracteristicii de reglaj 8. Determinarea caracteristicii de turaţie la MAS 9. Determinarea caracteristicii de turaţie cu regulator la MAC 10. Determinarea caracteristicii de sarcină la MAI 11. Determinarea caracteristicii complexe a unui MAI 12. Determinarea caracteristicii de pierderi a unui MAI 13. Determinarea coeficientului de umplere a unui MAI 14. Determinarea bilanţului energetic al unui MAI 15. Ridicarea diagramei indicate şi a parametrilor indicaţi a unui MAI 16. Încheierea şi verificarea lucrărilor. Test

1.3. Cerinţe ale disciplinei în privinţa laboratoarelor P.C.M.A.I. - Semnarea fişei de protecţia muncii - Ora începe la fix, nimeni nu mai intră după cadrul didactic - Prezenţa este obligatorie - Problemele obiective care determină o absenţă se anunţă din timp - Absenţele trebuiesc recuperate (una se permite, fără recuperare) - Dosar complet (coperta, lista de lucrări, chenar, concluzii şi interpretări) pt. notă - Implicarea tuturor studenţilor la rezolvarea lucrării (lucru individual şi în echipă) - Prezenţa de spirit/atenţie sporită - Nu se mănâncă/bea/fumează în incinta laboratorului - Rezolvarea individuală a sarcinilor de laborator deoarece notarea se face individual - Rezultatele şi activitatea unei lucrări de laborator se interpretează personal şi individual - Elaborare de concluzii - Calculator de buzunar - Riglă, creion, radieră (desenele se realizează cu linear şi creion) - În cadrul lucrărilor de laborator se va pune accent pe partea practică, pe analiza şi studiul

pieselor, ansamblelor şi subansamblelor motoarelor cu ardere internă, studentul având obligaţia să întrebe şi să ceară lămuriri şi să i se preyinte piesele din cadrul laboratorului

- Fiecare lucrare de laborator trebuie sa conţină cel puţin câte două desene, figuri, schiţe - Partea scriptică se va rezuma la ideile principale, câteva definiţii, denumirile pieselor şi

părţilor componente - Nota obţinută la activităţile de laborator are o pondere de 20÷30% din nota finală

6

2. ORGANOLOGIA ŞI FUNCŢIONAREA MAS

2.1. Terminologie în domeniul M.A.I. - MAS – motor cu aprindere prin scânteie (aprindere comandată) - MAC – motor cu aprindere prin comprimare (autoaprindere) - PMS – punct mort superior (nou – Transilvania); TDC – top dead center - PMI – punct mort inferior (nou – Transilvania); BDC – bottom dead center - PMI – punct mort interior (învechit – Bucureşti) - PME – punct mort exterior (învechit – Bucureşti) - Dimensiuni fundamentale (SxD): cursa x alezajul

2.2. Organologia mecanismului motor Motorul constituie sursa de energie a automobilului, fiind de fapt o maşină de forţă care

transformă o formă oarecare de energie (termică, electrică, solară etc.) în energie mecanică. Motorul care transformă energia termică, degajată prin arderea unui combustibil, în energie

mecanică se numeşte motor termic. Dintre aceste motoare, cel la care procesul de ardere a combustibilului şi transformarea energiei termice în energie mecanică au loc în interiorul motorului se numeşte motor cu ardere internă.

Motoarele cu ardere internă sunt de mai multe feluri, clasificându-se după mai multe criterii. Criteriul care diferenţiază cel mai mult motoarele cu ardere internă din punct de vedere

funcţional (şi în mare măsură şi constructiv) este modul de aprindere. Din acest punct de vedere, motoarele cu ardere internă sunt:

• motoare cu aprindere prin scânteie (MAS), care realizează aprinderea amestecului carburant în cilindru prin declanşarea unei scântei electrice (Fig. 2.1);

• motoare cu aprindere prin comprimare (MAC), care realizează aprinderea amestecului carburant prin autoaprindere.

Modul de realizare a ciclului funcţional permite clasificarea în motoare în patru timpi (la care ciclul funcţional se efectuează la patru curse ale pistonului sau la două rotaţii ale arborelui cotit) şi motoare în doi timpi (la care ciclul funcţional se efectuează la două curse ale pistonului sau la o rotaţie a arborelui cotit).

Viteza medie a pistonului clasifică motoarele în: lente (wpm<6,5 m/s), semirapide (wpm=6,5...10 m/s) şi rapide (wpm>10 m/s).

Un motor cuprinde 2 mecanisme şi cel puţin încă 5 sisteme şi instalaţii auxiliare, după cum urmează:

- mecanismul motor, - mecanismul de distribuţie,

o sistemul de ungere o instalaţie de răcire, o sistemul de alimentare o sistemul de pornire o sistemul de aprindere

Mecanismul motor – mecanismul fundamental al motorului care realizează transformarea energiei termice în lucru mecanic – este alcătuit la rândul lui din două părţi şi anume:

- partea mobilă numită mecanism bielă-manivelă, care preia forţa exercitată de presiunea gazelor din cilindru, tranformând mişcarea rectilinie a pistonului în mişcare de rotaţie a arborelui cotit. Construcţia mecanismului bielă-manivelă este prezentată în figura 2.2;

- partea fixă (figura 2.3) – cu rol de susţinere a celei mobile, formată din blocul cilindrilor, carterul, chiulasa si elementele de îmbinare. Prin carcasă, motorul se fixează de şasiul autovehiculului.

Aparatura de comandă şi control este constituită din blocul electronic de comandă şi control, senzori, termometre, manometre, turometre etc.

Laborato

F

1-piston

Simp

or P.C.M.A

Fig. 2.1. Sch

nul; 2-segm

Ccarbu

lu corp

A.I.

hema de cl

Fig. 2.2. Pmenţii; 3-bol

u urator

Dublu 

asificare a

Partea moblţul; 4-biela

MotoaOtto (M

corp

M.A.S. în f

bilă a mecaa; 5-arborele

are MAS)

Directă

GDI, FS

M

funcţie de s

anismului me cotit; 6-cu

Cu injecți

ă

SI

Monopun

sistemul de

motor [15] uzineţii biele

e

Indirectă

ct M

Continuă

e alimentar

ei; 7-capacu

Multipunct

Disc

7

re

ul bielei.

continuă

7

8

Fig. 2.2. Partea fixă a mecanismului motor [15]

1-capac chiulasă; 2-garnitură; 3-chiulasă; 4-garnitură de chiulasă; 5-blocul cilindrilor; 6-garnitură de etanşare; 7-carter inferior.

Elementele caracteristice generale ale motoarelor de autovehicul sunt prezentate în figura

2.4.

Fig. 2.4. Părţile principale ale motorului [15]

1-chiulasa; 2-galeria de admisie; 3-supapa de admisie; 4-camera de ardere, 5-piston; 6-cilindru; 7-biela; 8-arborele cotit; 9-bolţul; 10 – segmenţi; 11- canalizaţie de răcire; 12-supapa de evacuare; 13-

galeria de evacuare; 14-axul cu came; 15-culbutor

9

Punctul mort inferior (PMI) este poziţia corespunzătoare volumului maxim ocupat de fluidul motor în cilindru.

Alezajul (D) reprezintă diametrul interior al cilindrilor motorului. Cursa pistonului (S) este distanţa parcursă de piston de la punctul mort superior la punctul

mort inferior, măsurată pe axa cilindrului. Cilindreea unitară sau volumul util (Vs) este volumul generat de piston atunci când se

deplasează de la punctul mort superior la punctul mort inferior. Se măsoară în cm3 sau litri. Cilindreea totală sau capacitatea cilindrică (Vt) este dată de suma cilindreelor unitare a

tuturor cilindrilor unui motor. Volumul camerei de ardere sau de comprimare (Vc) este spaţiul închis din interiorul

cilindrului, corespunzător poziţiei pistonului în punctul mort superior. Raportul de comprimare (ε) este raportul dintre volumul total (Va) al unui cilindru al

motorului (cilindreea unitară + volumul camerei de ardere) şi volumul camerei de ardere:

ε = VaVc

= Vs + VcVc

= VsVc

+ 1 . (2.1)

Raportul de comprimare arată de câte ori se reduce prin comprimare volumul amestecului carburant atunci când pistonul se deplasează de la punctul mort inferior la punctul mort superior.

Puterea motorului reprezintă lucrul mecanic produs în unitatea de timp; lucrul mecanic se produce prin deplasarea pistonului datorită presiunii rezultate din arderea amestecului carburant în timpul cursei active.

Puterea efectivă a motorului (Pe) se determină cu relaţia:

Pe = peVsni30.000τ

[kW] , (2.2)

în care: pe este presiunea medie efectivă din cilindru (Anexa 2), în N/m2; Vs - cilindreea unitară, în m3; n - turaţia arborelui cotit al motorului, în rot/min; i - numărul de cilindri ai motorului; τ - numărul de timpi ai motorului.

În practică puterea se exprimă şi în cai putere (CP). Specifică fiecărui motor este puterea maximă determinată la o anumită turaţie: 54 CP la 5250 rot/min pentru motorul autoturismului Dacia 1300; 106 CP la 5800 rot/min pentru motorul autoturismului Daewoo Nubira, 163 CP la 5300 rot/min pentru motorul autoturismului Mercedes SLK 200 etc.

Consumul specific efectiv de combustibil (ce) este dat de cantitatea de combustibil consumată pentru a produce o unitate de putere:

ce = ChPe

, [kg/kWh] sau [kg/CPh] , (2.3)

unde Ch este consumul orar de combustibil. Cu ajutorul consumului specific de combustibil se poate aprecia economicitatea motorului

cu ardere internă. La motoarele de autovehicul, consumul specific minim de combustibil, foarte diferit în funcţie de tipul motorului, poate avea valori cuprinse între 200 şi 500 g/kWh, uneori chiar mai mici.

Sarcina reprezintă puterea dezvoltată de motor şi preluată (consumată) de autovehicul, la un moment dat. Sarcina se reglează prin pedala de acceleraţie (la MAS se reglează cantitatea de amestec, iar la MAC cantitatea de combustibil). Aprecierea sarcinii se poate face prin raportul dintre puterea efectivă Pe dezvoltată de motor la o anumită turaţie şi puterea efectivă continuă Pec, la aceeaşi turaţie, raport numit coeficient de sarcină:

χ = PePec

. (2.4)

Încărcarea motorului este reprezentată de acţiunea exterioară aplicată motorului de către consumator (autovehicul sau frână la încercarea pe ştand).

Succesiunea proceselor care se repetă periodic în cilindrul unui motor se numeşte ciclu motor. Partea din ciclul motor care se efectuează într-o cursă a pistonului se numeşte timp. Un motor care execută un ciclu complet în patru curse se numeşte motor în patru timpi; dacă ciclul se

10

execută în două curse atunci motorul se numeşte motor în doi timpi. Din cele patru curse ale pistonului (două la motorul în doi timpi), doar una este destinată producerii de lucru mecanic, şi anume cursa de destindere, din care cauză ea a primit denumirea de cursă activă, iar timpul corespunzător ei, timp motor.

Cei patru timpi ai motorului sunt: timpul I - admisia; timpul II - comprimarea; timpul III- arderea şi destinderea; timpul IV - evacuarea.

Ciclul funcţional (diagrama indicată) al unui motor în patru timpi este redat în figura 2.5.

Fig. 2.5. Schema unui MAS şi diagrama indicată

11

2.3. Descrierea instalaţiei experimentale şi a echipamentului necesar Pentru desfăşurarea unor activităţi experimentale în cadrul lucrării de laborator se vor folosi

cel puţin următoarele instrumente: - pistoane de diferite motoare (MAS), - cilindrii (MAS), - biele (MAS), - arbori cotiţi (MAS), - şubler (cu posibilitate de măsurare interior/exterior), - micrometru, - ceas comparator cu dispozitiv de fixare.

2.4. Mersul lucrării Pentru realizarea lucrării de laborator se vor avea în vedere următoarele obiective: - se vor trece în revistă ideile principale ale lucrării de laborator după indicaţiile cadrului

didactic responsabil (conspect succint), - stabilirea motorului căruia îi aparţine piesa analizată (τ=2 sau τ=4), - determinarea prin măsurare (cu şublerul şi micrometrul) a dimensiunilor piesei

mecanismului motor, - evidenţierea numărului de segmenţi de pe piston, - studiul configuraţiei canalelor tuturor segmenţilor, în special la segmentul de ungere, şi a

celui de pe mantaua pistonului dacă există, - analiza capului pistonului şi a părţii interioare a acestuia, - realizarea de către studenţi a unor schiţe ale pieselor primite de la cadrul didactic, - realizarea unui desen al unei piese din mecanismul motor pe calculator (facultativ), - elaborarea concluziilor în urma activităţilor derulate, - verificarea şi evaluarea lucrărilor studenţilor individual de către cadrul didactic, - comunicarea temei pentru întâlnirea următoare.

2.5. Interpretarea rezultatelor Lucrarea de laborator trebuie să aibă la final un set de concluzii care să evidenţieze pe scurt

travaliul desfăşurat în timpul şedinţei experimentale, precum şi observaţiile principale legate de piesa mecanismului motor studiată de fiecare student.

Interpretările activităţii trebuie să aibă un caracter concis, exprimate fiind printr-un ansamblu de idei concluzive, care vor puncta următoarele chestiuni:

- motorul de provenienţă al piesei (timpi, alimentare, etc.), - numărul de canale pentru segmenţi practicate pe circumferinţa pistonului, - starea tehnică (nou/uzat), - dimensiuni (comparaţie cu valorile nominale), - materiale folosite pentru piesele studiate în laborator, - ce sunt cilindrii amovibili, - ce este capacul de bielă şi ce rol are, - ce este un arbore cotit demontabil, - care sunt diferenţele între fusul maneton şi fusul palier.

Tabelul 2.1

Temă de casă: Caracteristici tehnice ale unor MAS-uri produse în România

Motor Nr. cilindri, i

Turaţie maximă [rot/min]

Puterea max. [kW]

Moment max. [Nm]

Presiunea pe[daN/cm2]

12

3. ORGANOLOGIA ŞI FUNCŢIONAREA MAC

3.1. Clasificări MAI După destinaţie motoarele sunt: de autovehicul, de tracţiune feroviară, navale, de avion şi

industriale. Alte criterii de clasificare a motoarelor sunt redate în tabelul 3.1. Tabelul 3.1

Clasificarea motoarelor cu ardere internă [15] Criteriul de clasificare

Denumirea motorului Observaţii

După procedeul de aprindere

Motor cu aprindere prin comprimare (MAC)

Aprinderea are loc datorită temperaturii rezultată prin comprimarea încărcăturii proaspete (aer + gaze reziduale)

Motor cu aprindere prin scânteie (MAS)

Aprinderea se face de la o scânteie electrică.

Motor cu cap de aprindere (cu cap incandescent)

Aprinderea are loc datorită comprimării încărcăturii proaspete şi datorită temperaturii locale a unui perete cald.

Motor convertibil Prin unele modificări poate fi transformat din MAC în MAS.

După starea combustibilului

Motor cu combustibil lichid Funcţionează cu combustibil lichid

Motor cu gaz Funcţionează în principal cu combustibili în stare gazoasă

Motor policarburant Motor care, fără modificări constructive, poate utiliza combustibili având diferite proprietăţi de aprindere

Motor cu gaz şi injecţie pilot

MAC la care combustibilul principal este gazos iar combustibilul lichid este utilizat pentru aprindere

După procedeul de formare a amestecului

MAS cu carburator (motor cu carburator)

Amestecul aer + combustibil se realizează în afara cilindrilor, în carburator

MAS cu injecţie de benzină Combustibilul este injectat fie în tubulatura de admisie a aerului fie direct în cilindru

MAC cu injecţie de motorină (motor Diesel)

Aerul este comprimat în cilindru, iar combustibilul este injectat în fiecare cilindru spre sfârşitul comprimării

Motor cu amestecător (motor cu gaz)

Amestecul aer + gaz se realizează în exteriorul cilindrului, în amestecător

După ciclul motor

Motor în patru timpi Ciclul de lucru se realizează la patru curse succesive ale pistonului sau la două rotaţii complete ale arborelui cotit

Motor în doi timpi Ciclul de lucru se realizează la două curse succesive ale pistonului sau la o rotaţie completă a arborelui cotit

După procedeul de răcire

Motor răcit cu lichid Cilindri şi chiulasa sunt răcite cu lichid Motor răcit cu aer Cilindri şi chiulasa sunt răcite cu aer

După modul de acţionare a pistonului

Motor cu simplu efect Arderea are loc de o singură parte a pistonului

Motor cu dublu efect Arderea are loc alternativ de o parte şi de alta a fiecărui piston

Motor cu pistoane opuse (în general în doi timpi)

În fiecare cilindru există câte două pistoane legate mecanic, având între ele fluidul de lucru

Motor cu cap de cruce Efortul lateral este transmis în afara cilindrului prin capul de cruce

13

Criteriul de clasificare

Denumirea motorului Observaţii

Motor reversibil Sensul de rotaţie poate fi schimbat prin utilizarea unui sistem de comandă.

Motor cu pistoane libere

Pistoanele nu sunt legate mecanic între ele. Puterea nu este transmisă unui arbore cotit (motor). Ea poate fi furnizată sub formă de gaz cald. Motorul poate fi utilizat ca generator de gaze cu pistoane libere etc.

După dispunerea cilindrilor

Motor vertical Cilindri sunt situaţi deasupra arborelui cotit

Motor orizontal Cilindri sunt situaţi în acelaşi plan cu arborele cotit

Motor inversat Cilindri sunt situaţi sub arborele cotit Motor în linie Cilindri sunt dispuşi pe un singur rând

Motor în V Cilindri sunt dispuşi pe două linii, în V, pe un singur arbore cotit

Motor cu cilindri opuşi (motor boxer)

Două rânduri paralele de cilindri situaţi în acelaşi plan şi dispuşi de o parte şi de alta a arborelui cotit

Motor înclinat Axele cilindrilor sunt înclinate faţă de un plan vertical

Motor în stea Motor cu unul sau mai multe grupuri de cilindri, fiecare grup având un număr impar de cilindri dispuşi uniform în jurul arborelui cotit

Motor în X Motor cu patru rânduri de cilindri şi un singur arbore cotit

Motor în H Motor cu doi arbori cotiţi, având patru rânduri de cilindri dispuse în două planuri paralele

Motor în poligon

Motor cu pistoane opuse, cu trei sau mai multe linii de cilindri dispuse astfel încât să formeze un poligon, fiecare arbore cotit constituind vârful poligonului.

Transformarea energiei termice a amestecului carburant în energie mecanică (lucru mecanic), la motorul cu ardere internă, se realizează printr-o serie de procese termochimice care au loc în interiorul motorului, respectiv în cilindri (Fig. 3.1).

Fig. 3.1. Funcţionarea motorului cu aprindere prin comprimare (MAC) în patru timpi [15]

Această transformare, care are loc de-a lungul unui ciclu motor, la MAC se produce astfel: în cilindrul motorului este admis fluidul motor proaspăt care în acest caz este constituit numai din aer. Ajuns în cilindri, aerul este comprimat. În punctul i (v. fig. 2.5) se injectează în cilindru un jet

14

de combustibil fin pulverizat, care, la temperatura înaltă din interiorul cilindrului se autoaprinde. În timpul arderii se produce o creştere rapidă a presiunii şi temperaturii, iar gazele apasă asupra pistonului, făcând ca acesta să se deplaseze în lungul cilindrului şi să antreneze arborele cotit prin intermediul mecanismului bielă - manivelă.

Timpul I - admisia. Prin deplasarea pistonului de la PMS la PMI se face admisia aerului în cilindri, datorită depresiunii care se creează.

Pentru ca admisia să se facă mai uşor, supapa de admisie începe să se deschidă chiar spre sfârşitul cursei de evacuare (punctul dsa), astfel că în momentul în care pistonul ajunge la PMS, supapa este deschisă. În acest fel se îmbunătăţeşte într-o oarecare măsură şi evacuarea gazelor arse din cilindru, prin împingerea acestora de către aerul proaspăt admis în cilindru.

Închiderea supapei de admisie (îsa) se face cu întârziere, după ce pistonul a trecut de PMI. Aceasta permite ca aerul, care intră cu o anumită viteză în cilindru, să-şi continue drumul spre interiorul cilindrului şi după ce pistonul a pornit spre PMS şi a început cursa de comprimare. Avansul la închiderea supapei de admisie este de 5...40 ºRAC (rotaţii arbore cotit) iar întârzierea la închiderea supapei de 4...70 ºRAC.

Timpul II - comprimarea. De la PMI, pistonul îşi continuă mişcarea deplasându-se spre PMS. În acest interval, supapa de admisie se închide. Prin ridicarea pistonului se realizează comprimarea aerului (până în punctul i, unde se produce injecţia combustibilului) şi, în acelaşi timp, micşorarea volumului său (la sfârşitul comprimării, în cilindru presiunea amestecului are valoarea de 25...45 şi chiar 55 daN/cm2, iar temperatura acestuia ajunge la 600...700 uneori până la 900 ºC). Datorită acestui fapt are loc omogenizarea şi creşterea temperaturii amestecului carburant. Comprimarea propriu-zisă începe abia după închiderea supapei de admisie.

Timpul III - arderea şi destinderea. La capătul cursei de comprimare, când pistonul ajunge aproape la PMS, se produce injecţia combustibilului (punctul i), care se autoaprinde ca urmare a temperaturii ridicate din camera de ardere. Prin arderea amestecului carburant (arderea având loc până în punctul z) cresc brusc atât temperatura (până la 1500...2000 ºC) cât şi presiunea gazelor din cilindru (până la 45...80 daN/cm2).

Pentru ca arderea să nu se prelungească prea mult în timpul cursei pistonului de la PMS la PMI, este necesar ca autoaprinderea să aibă loc înainte ca pistonul să ajungă la PMS.

Distanţa între poziţia pistonului corespunzătoare momentului când se produce injecţia combustibilului şi poziţia când acesta se găseşte la PMS (unghiul pe care îl face braţul arborelui cotit cu axa cilindrului în momentul când se produce injecţia) se numeşte avans la injecţie şi se măsoară în ºRAC.

Destinderea gazelor începe după ce a fost atins punctul de presiune maximă. În acest timp, gazele exercită o presiune asupra pistonului şi efectuează un lucru mecanic util (cursa activă). La sfârşitul cursei de destindere, presiunea este de 2...4 daN/cm2 iar temperatura de 600...900 ºC.

Timpul IV - evacuarea. În punctul dse are loc deschiderea supapei de evacuare şi începe evacuarea gazelor arse, mai întâi liber, datorită diferenţei de presiune, urmată de evacuarea forţată a gazelor la deplasarea pistonului de la PMI la PMS, până în punctul îse unde are loc închiderea supapei de evacuare, ciclul repetându-se.

Pentru asigurarea evacuării cât mai complete a gazelor arse din cilindru, supapa de evacuare se deschide cu un avans faţă de PMI de 35º...70 ºRAC. De asemenea, supapa de evacuare se închide cu o întârziere de 20...30 ºRAC, pentru a se folosi inerţia pe care o au gazele în timpul evacuării.

3.2. Procese funcţionale la MAC Procesele funcţionale ale unui motor cu ardere internă se urmăresc prin intermediul

diagramelor indicate, în coordonate p–v sau p–ϕ. Succesiunea proceselor funcţionale este: admisia, comprimarea, arderea, destinderea şi

evacuarea. Comparând procesele funcţionale reale cu cele teoretice (v. fig. 2.5), se observă că procesele

de admisie şi evacuare, denumite şi procese de schimb de gaze, depăşesc cursele corespunzătoare teoretice, iar procesele de comprimare şi destindere se desfăşoară pe intervale mai mici. Procesul arderii are loc parţial în cursa de comprimare şi parţial în cursa de destindere.

15

Pentru a facilita analiza proceselor funcţionale (reale) ale motorului Diesel, este util a face câteva referiri la ciclurile teoretice.

Procesele funcţionale ale unui motor cu ardere internă se urmăresc prin intermediul diagramelor indicate, coordonate p–v sau p–ϕ.

Succesiunea proceselor funcţionale este: admisia, comprimarea, arderea, destinderea şi evacuarea.

Comparând procesele funcţionale reale cu cele teoretice, se observă că procesele de admisie şi evacuare, denumite şi procese de schimb de gaze, depăşesc cursele corespunzătoare teoretice, iar procesele de comprimare şi destindere se desfăşoară pe intervale mai mici. Procesul arderii are loc parţial în cursa de comprimare şi parţial în cursa de destindere.

Pentru a facilita analiza proceselor funcţionale (reale) ale motorului Diesel, este util a face câteva referiri la ciclurile teoretice (Fig. 3.2).

Fig. 3.2. Diagrama indicată și ciclul teoretic pentru MAC [15]

Din analiza ciclurilor teoretice se desprind următoarele concluzii: posibilitatea măririi

randamentului termic şi a presiunii medii prin creşterea raportului de comprimare şi a exponentului adiabatic (mărirea conţinutului de aer a fluidului motor); posibilitatea măririi presiunii medii, deci a puterii motorului, la aceeaşi cilindree, prin mărirea presiunii în cilindrii la sfârşitul admisiei.

Concluziile obţinute pe baza ciclurilor teoretice arată doar direcţiile în care trebuie acţionat, aceasta deoarece procesele reale de funcţionare ale motoarelor sunt cu mult mai complexe, iar posibilitatea influenţării lor pentru obţinerea unei eficienţe maxime sunt condiţionate de cunoaşterea aprofundată a acestor procese în interdependenţa lor.

O comparaţie prin suprapunere între ciclul teoretic cu procesul real de funcţionare al motorului Diesel este redată în fig. 3.3.

Fig. 3.2. Comparaţia diagramei indicate (reale) cu ciclul teoretic al motorului Diesel [15]

16

În cazul real, reluarea fiecărui ciclu de lucru este posibilă numai prin evacuarea gazelor după destindere şi introducerea unui fluid motor proaspăt, apărând astfel diagrama de pompaj (aria 1), care reprezintă un consum de lucru mecanic de 1...3%. Procesul de comprimare în realitate se desfăşoară după o transformare politropică, având loc un schimb de căldură cu pereţii proporţional. În procesul de ardere, prin faptul că se desfăşoară într-un timp finit, cu disociaţii şi schimb de căldură, apar pierderi proporţionale cu aria 3, care pot atinge 4...6%. Pierderile din timpul destinderii (aria 2) sunt cele mai importante, ajungând până la 15...20%.

Deschiderea cu avans a supapei de evacuare conduce la o pierdere de 2 ... 3%, proporţinală cu aria 4.

În cazul proceselor reale de funcţionare apar şi alte fenomene (modificarea proprietăţilor fizico-chimice ale gazelor cu temperatura etc.) care complică şi mai mult studiul.

La M.A.C. amestecul se formează la sfârşitul cursei de comprimare, când aerul din interiorul cilindrului are o temperatură şi o presiune mult mai mari decât la admisie, moment în care motorina începe să fie injectată în această masă comprimată de aer.

Formarea amestecului la M.A.C. începe odata cu injecţia combustibilului (punctul i), cu avansul la injecţie βi şi durează până la sfârşitul arderii (puncul z). Injecţia combustibilului trebuie să se termine când presiunea din cilindru atinge valoarea maximă (Fig. 3.2).

aa

T

B

i

6045301515304560 PMS

500

700

900

K

c

T

T

40

50

20

30

60

10

70

0

βi

Y

ZA

daNcm 2

p

ϕ, [RAC] Fig. 3.2. Diagrama indicată, în p-φ, la M.A.C.

La M.A.C. durata de formare a amestecului este foarte scurtă 15÷25oRAC (în comparaţie cu

motorul pe benzină 120÷180oRAC). La M.A.C. apar particularităţi esenţiale faţă de motorul pe benzină datorită formării amestecului, autoaprinderii şi arderii.

Pentru a facilita autoaprinderea combustibilului temperatura aerului din cilindru Tc în momentul începerii injecţiei trebuie să fie mai mare cu cel puţin 40oC decât temperatura de autoaprindere a combustibilului Taa.

Factorii care influenţează formarea amestecului sunt: penetraţia, dispersia, mărimea particulelor, numărul de picături (Fig. 3.3). Aceştia sunt de altfel parametrii jetului de combustibil.

Picăturile pulverizate ale jetului injectat sunt, distribuite neuniform: picăturile mici în zonele periferice, picăturile mari în zona centrală. Arderea se iniţiază la exterior (picăturile mici vaporizându-se primele), apoi se aprind şi picăturile mai mari din zona mediană a jetului. Injectarea combustibilului continuă şi după iniţierea arderii (,,ardere principală"). Dacă o particulă de motorină arde incomplet la prima ardere, sau dacă întârzierea la aprindere este prea mare, arderea are loc violent, cu explozie (fenomenul fiind cunoscut sub numele de detonaţie), iar motorul funcţionează neuniform, cu zgomote metalice puternice.

Pentru formarea unui amestec aer-combustibil cât mai omogen, motorina trebuie pulverizată în picături foarte mici, vaporizată rapid şi amestecată complet cu aerul admis în motor. Întrucît motorina se vaporizează relativ greu, pulverizarea trebuie făcută cât mai fin posibil. Pulverizarea

17

fină a motorinei se obţine prin injecţia acesteia în camera de ardere a motorului, utilizând în acest scop un echipament de injecţie format din pompă de injecţie, conducte de înaltă presiune şi injector.

Fig. 3.3. Caracteristicile specifice ale jetului de motorină.

Vaporizarea motorinei are loc în interiorul cilindrului motorului, imediat după declanşarea

injecţiei, la temperaturi de circa 2,5…3 ori mai mari decât temperatura mediului ambiant. Sub efectul mişcărilor aerului (Fig. 3.4) admis în cilindru prin supapa de admisie (mişcarea turbulentă, mişcarea axială, mişcarea de rotaţie şi mişcarea radială), motorina deja vaporizată se amestecă cu aerul, formând tranşe de aer care se autoaprind şi ard.

Vaporizarea motorinei continuă în timpul arderii, la temperaturi mari. Picăturile de motorină sunt înconjurate de o anvelopă de flacără cu temperatura de circa 2500 K. flacăra intensifică vaporizarea prin transfer radiant de căldură. Motorina vaporizată în aceste condiţii, datorită mişcărilor intense din cilindrul motorului, se amestecă cu aerul neutilizat, formând noi tranşe de amestec care se aprind şi ard.

Autoaprinderea este aprinderea combustibilului (sau, mai corect, a amestecului) de la temperatura înaltă a aerului (Tc>>Taa).

Tc = 500÷530 (2.1) TMAS = 3000 K; (2.2) TMAC = 2000 K; (2.3)

pMAC = 60÷80 daN/cm2; (2.4) pMAS = 35÷40 daN/cm2; (2.5)

aW

i

50

40700

900

T2

daNcm

ϕ, [RAC]

p

SWIRL

K

a

Fig. 3.4. Mişcările aerului, presiunea şi temperatura de autoaprindere la M.A.C.

Forma capului de piston (Fig. 3.5) de la MAC trebuie să faciliteze arderea, fiind determinată

de tipul motorului şi al camerei de ardere. Condiţiile funcţionării pistonului pentru MAC sunt determinate de tipul motorului, respectiv

de particularităţile proceselor de umplere, formare a amestecului, aprindere sau autoaprindere şi ardere, de solicitările termo-mecanice etc.

18

Fig. 3.5. Construcţia pistonului MAC [15]

Arhitectura camerei de ardere, prin faptul că influenţează în mod hotărâtor procesul arderii

în MAC, a fost şi este foarte mult studiată, deoarece se pare că mai există rezerve de perfecţionare în această direcţie.

Injecţia combustibilului lichid se poate face în interiorul cilindrului motorului (Fig. 3.6) sau în afara acestuia (Fig. 3.7).

a. b. c.

Fig. 3.6. Tipuri de camere de ardere unitare pentru MAC cu injecţie directă

La motoarele Diesel cu camere de ardere divizate (separate) jetul de combustibil este injectat într-un compartiment separat de camera de ardere propriu-zisă din cilindru (Fig. 3.7). În această categorie intră:

a) Motoare cu cameră de vârtej (turbulenţă) La care camera separată (de formă cilindrică sau sferică) comunică cu cilindrul printr-un canal de forma unui ajutaj, dispus tangenţial la camera separată. Astfel, în timpul comprimării în camera separată în care are loc injecţia, se produce un vartej puternic care măreşte viteza de ardere. Acelaşi vârtej produce în cilindru o mişcare circulară a aerului. Favorabil extinderii rapide şi uniforme a frontului de flacară. Prin această circulaţie se asigură arderea în cilindru a combustibilului care s-a aprins iniţial în camera de vârtej. Volumul camerei de vartej reprezintă 50-80% din volumul total al camerei de ardere.

b) Motoare cu antecameră (cameră de preardere), la care injecţia are loc într-o cameră separată, de formă cilindrică, tronconică sau sferică, reprezentând 25-40% din volumul total al camerei de ardere, şi care comunică cu cilindrul prin unul sau mai multe orificii de secţiune redusă care au rolul unor diuze.

Clasificarea camerelor divizate se face după cum urmează (Fig. 3.7):

19

- CSV - cameră separată de vârtej, - CSP - cameră separată de preardere, - CSRA - cameră separată cu rezervă de aer.

a. b. c.

Fig. 3.7. Tipuri de camere de ardere divizate pentru MAC cu injecţie indirectă

Un dezavantaj al camerelor de ardere nedivizate îl constituie înrăutăţirea economicităţii o dată cu creşterea turaţiei, ceea ce limitează turaţiile nominale la aceste motoare la valori n1<4000 rot/min, în timp ce la camerele de ardere separate unde economicitatea este mai puţin influenţată de turaţie se pot alege turaţii nominale n2> 4000 rot/min (Fig. 3.7).

ID

CS

C

n

e

Fig. 3.8. Variaţia comparativă a consumului specific efectiv în cazul camerelor de ardere

unitare şi a camerelor de ardere separate în funcţie de turaţie

Din analiza fenomenelor caracteristice fiecărei faze a reieşit că asupra procesului arderii şi mersului liniştit al motorului, o influenţă deosebită o exercită întîrzierea la autoaprindere şi realizarea unui amestec cât mai omogen. De aceea în vederea dirijări convenabile a procesului, pentru a obţine randamente ridicate (arderea completă cu un exces minim de aer şi postarderea redusă) cît şi durabilitatea sporită (evitarea funcţionării dure şi asupra sarcinilor), trebuie avut în vedere următoarele: reducerea întârzierii la autoaprindere precum şi a cantităţii de combustibil injectate în această fază, pentru a evita dezvoltarea arderii rapide; reducerea cantităţii de aer de care dispune combustibilul la începutul arderii pentru a favoriza autoaprinderea; reducerea cantităţii de combustibil care arde în destindere; organizarea mişcării aerului în vederea omogenizării amestecului.

20

3.3. Descrierea instalaţiei experimentale şi a echipamentului necesar Pentru derularea lucrării experimentale în cadrul activităţii de laborator se vor utiliza

următoarele instrumente: - pistoane de la diferite motoare (MAC), - cilindrii (MAC), - biele (MAC), - arbore cotit (MAC), - şubler (cu posibilitate de măsurare interior/exterior), - micrometru.

3.4. Mersul lucrării Pentru finalizarea lucrării de laborator se vor avea în vedere următoarele obiective: - se vor trece în caietul de laborator ideile principale ale temei de laborator după indicaţiile

cadrului didactic responsabil (conspect), - stabilirea motorului căruia îi aparţine piesa studiată (τ=2 sau τ=4), - determinarea prin măsurare (cu şublerul şi micrometrul) a dimensiunilor piesei, - evidenţierea numărului de segmenţi de pe piston (în RPS şi pe mantaua pistonului), - studiul configuraţiei canalelor segmenţilor, în special la segmentul de ungere, şi a celui

de pe mantaua pistonului dacă există, - analiza capului de piston şi a părţii interioare a acestuia, - realizarea de către studenţi a unor schiţe ale pieselor primite de la cadrul didactic, - realizarea unui desen al unei piese din mecanismul motor pe calculator (facultativ), - elaborarea concluziilor în urma activităţilor derulate, - verificarea şi evaluarea lucrărilor studenţilor de către cadrul didactic, - comunicarea titlului lucrării pentru întâlnirea următoare şi a temei de casă.

3.5. Interpretarea rezultatelor Lucrarea de laborator trebuie să aibă la final un set de concluzii care să evidenţieze pe scurt

munca desfăşurată în timpul şedinţei experimentale, precum şi observaţiile principale legate de piesa studiată de fiecare student.

Consideraţiile pe marginea activităţii desfăşurate trebuie să aibă un caracter concis, exprimate fiind printr-un ansamblu de idei concluzive, care vor puncta următoarele chestiuni:

- tipul motorului de la care provine piesa (timpi, alimentare, etc.), - numărul de canale pentru segmenţii de compresie/ungere practicate pe circumferinţa

pistonului, - starea tehnică a piesei (nou/uzat), - dimensiuni (comparaţie cu valorile nominale), - materiale folosite pentru piesele studiate în laborator, - dacă există cilindrii amovibili la MAC, - cum este capacul de bielă constituitşi ce rol are, - ce diferă la un arbore cotit de MAC faţă de unul de MAS, - care sunt diferenţele între fusul maneton şi fusul palier.

Tabelul 3.2 Temă de casă: Caracteristici tehnice ale unor MAC-uri produse în România

Motor Nr. cilindri, i

Turaţie maximă [rot/min]

Puterea max. [kW]

Moment max. [Nm]

Presiunea pe[daN/cm2]

21

4. ORGANOLOGIA ŞI FUNCŢIONAREA INSTALAŢIEI DE ALIMENTARE LA MAS. CARBURATOARE

4.1. Tipuri de instalaţii de alimentare pentru m.a.i. În vederea clasificării instalaţiilor de alimentare pentru m.a.i. se face apel la următoarele

criterii: - după tipul motorului (combustibilului):

• MAS, • MAC,

- după modul de formare a amestecului: • carburaţie, • injecţie:

i. benzină, ii. motorină,

- după locul de formare a amestecului: • în interiorul cilindrilor (injecţie directă), • în exteriorul cilindrilor,

a. carburator, b. injecţie indirectă,

i. monopunct, ii. multipunct.

4.2. Generalităţi privitoare la instalaţiile de alimentare M.A.S. Funcţionarea motoarelor de automobile şi tractoare, precum şi dezvoltarea indicilor

energetici (puterea, momentul etc.) şi economici (randamentul efectiv şi consumul specific efectiv de combustibil) optimi sunt condiţionaţi de starea şi perfecţionarea instalaţiei de alimentare.

Printre cerinţele care se impun instalaţiei de alimentare se amintesc: asigurarea cantităţii necesare de combustibil şi aer la toate regimurile de funcţionare ale motorului; asigurarea calităţii combustibilului; asigurarea pornirii rapide a motorului în orice condiţii de temperatură; funcţionarea sigură, fără întrerupere şi silenţioasă, cu consum de combustibil cât mai redus şi noxe minime în gazele de evacuare. De asemenea, părţile componente să fie rezistente la uzură şi să prezinte durabilitate ridicată, să se recondiţioneze uşor (comod), să nu prezinte pericol de incendiu.

Instalaţiile de alimentare se diferenţiază în funcţie de tipul motorului şi în funcţie de modul de formare a amestecului. La MAC, unde combustibilul se injectează în cilindru, se consideră că amestecul se formează în interiorul cilindrului, iar la MAS, unde formarea amestecului începe în carburator, se consideră că amestecul se formează în exteriorul cilindrului.

MAS cu injectie de benzină se poate încadra în ambele grupe în funcţie de locul unde este plasat injectorul (injecţia producându-se în ţeava de admisie sau direct în cilindru).

În figura 4.1 se redă schema unei instalaţii de alimentare a unui MAS, prin carburaţie, iar în figura 4.2 a unui MAS prin injecţie de benzină, în ţeava de admisie (Fig. 4.2., a) sau direct în cilindru (Fig. 4.2., b).

Carburatorul trebuie să asigure iniţierea procesului de vaporizare a combustibilului şi amestecarea cu aerul. Amestecul carburant la un motor cu carburator se formează pe intervalul a mai mult de 3600 RAC. El începe înainte de a intra în cilindru, încă din difuzorul carburatorului, şi continuă în timpul admisiei şi comprimării, adică pe parcursul a doi timpi (a câte 180 de grade RAC fiecare) ai unui ciclu motor. La sfârşitul comprimării este iniţiată scânteia, şi în timpul arderii se poate considera că amestecul carburant a ajuns în faza finală de amestecare şi începe să ardă.

Camera de nivel constant (CNC), difuzorul, obturatorul şi clapeta de pornire (4, 5, 6, 9) formează carburatorul.

Observaţie: Capătul pulverizatorului este mai sus decât nivelul benzinei din CNC. Utilizarea sistemelor de injecţie în locul carburatoarelor conduce la o economie de

combustibil de 10...15%, în aceleaşi condiţii de trafic. În acest caz, prin faptul că fiecare cilindru

22

este prevăzut cu injector (plasat fie direct în cilindru, fie în spatele supapei de admisie), se asigură o distribuţie mai bună a combustibilului. Prin injecţia combustibilului se obţin şi alte avantaje: puterea maximă a motorului creşte cu până la 20%, datorită eliminării rezistenţelor de curgere ale carburatorului, se reduc emisiile poluante, flexibilitatea mai mare a motorului la trecerea de la un regim la altul; posibilitatea utilizării unor benzine cu cifră octanică mai redusă; eliminarea givrării.

4

32

1

8

9

5

6

7

Fig. 4.1. Instalaţia de alimentare cu carburator a unui MAS.

1 – rezervor de combustibil, 2 – pompă de combustibil, 3 – filtru, 4 – cameră de nivel constant, 5 – difuzor, 6 – clapeta obturatoare, 7 – supapa de admisie, 8 – filtru de aer, 9 – clapeta de pornire.

b.a.

Aer Aer4

4

32

1

Fig. 4.2. Instalaţia de alimentare cu injecţie de benzină indirectă (a) şi în cilindru (b).

1 – rezervor de combustibil; 2 – filtru; 3 – pompa de injecţie; 4 – injector.

Presiunea de injecţie a benzinei este cuprinsă în intervalul 2÷5 daN/cm2. Diferenţa între cele două tipuri de injecţie pe benzină constă în presiunile diferite din locurile unde se face injecţia. La injecţia în galeria de admisie presiunea aerului este apropiată sau mai mică decât presiunea atmosferică, în vreme ce la injecţia directă de benzină în camera de ardere presiunea aerului atinge valori cuprinse în intervalul 5÷20 bari.

4.3. Elementele componente ale instalaţiei de alimentare M.A.S. Rezervorul trebuie să asigure la autoturisme un parcurs de minim 500÷700 km, iar la

autocamionae şi mai mult. Forma rezervorului trebuie să corespundă formei caroseriei. El nu are o formă impusă. Forma rezervorului trebuie corelată cu celelalte subansamble ale autovehiculului, astfel încât să se asigure funcţionalitatea, durabilitatea şi siguranţa în funcţionare.

23

Rezervorul conţine şi un traductor pentru măsurarea nivelului combustibilului şi un filtru – sită (plasat în racordul de alimentare).

OBS.: Din construcţie se asigură ca în rezervor să rămână o anumită cantitate de combustibil ce nu va fi folosită pentru că aici vor fi depuse impurităţile din combustibil. De asemenea rezervorul are pereţi interiori veriticali, care diminuează balansul masei de combustibil, reducând astfel zgomotul produs de acesta şi eliminând posibilitatea agitării impurităţilor.

b)a) Fig. 4.3. Rezervorul de combustibil.

a – labirint lateral; b – labirint vertical.

Buşonul - la MAS (în particular) rezervorul trebuie prevăzut cu un capac de construcţie specială. Supapa de aer 1, este reglată la o depresiune de (0,01...0,04).105N/m2, care permite intrarea aerului pe măsură ce se consumă benzina, iar supapa de vapori 2, este reglată la o suprapresiune de (0,1...1,15) daN/cm2, care are rolul de a proteja rezervorlu faţă de creşterea presiunii interioare, pe timp de vară.

Când depresiunea din rezervor depăşeşte o anumită valoare, supapa de aer se deschide şi lasă aerul în rezervor. Dacă acest lucru nu s-ar întâmpla, în momentul în care depresiunea ar creşte suficient de mult, alimentarea motorului ar fi afectată (oprită), iar motorul s-ar opri.

Fiindcă în condiţii de temperaturi ridicate combustibilul se evaporă, în rezervor se crează o anumită presiune. La presiuni prea mari, va fi împins mai mult combustibil din rezervor în instalaţia de alimentare, mărindu-se în acest fel consumul fără a fi însă necesar sau util acest lucru. Aici intervine rolul buşonului. La o anumită presiune, se deschide supapa de vapori, şi refulează surplusul de vapori în atmosferă. Deşi aceşti vapori sunt poluanţi, este totuşi mai convenabil să se facă acest lucru decât să se producă alte fenomene nedorite.

21 Fig. 4.4. Capacul rezervorului de combustibil.

1 – supapă de admisie pentru depresiune; 2 – supapă de refulare la suprapresiune.

Carburatorul elementar - compus din: camera de nivel constant CNC, camera de amestec CA şi tubul portjiclor TPJ.

Camera de nivel constant, constituie rezervorul de combustibil al carburatorului, în care trebuie asigurat un nivel constant, ceea ce se realizează prin plutitorul P şi cuiul-ventil CV, astfel construit încât la deplasări foarte mici ale lui oferă secţiuni mari de curgere a combustibilului, asigurând prin aceasta fluctuaţii reduse ale nivelului de combustibil în timpul funcţionării.

Laborato

CamDifuzorul modificat)

În fcare curenrăspândite,

Comb.

Obtconstituie o

Tubdozează co

Vitaerului car

Parpulverizareaprinderea

Carexces de ae

or P.C.M.A

mera de aeste consti. funcţie de d

ntul de aer p, şi carburat

Aer

Amesteccarburant

a.

turatorul (corganul de rbul portjiclombustibilu

teza de curgre este 50.. .rametrii de ea şi vaporşi arderea.

racteristicaer (Fig. 4.6)

A.I.

amestec, cutuit dintr-u

direcţia de cpoate fi asctoare orizon

t

Fig

a

clapeta de reglare a salor, este prl la trecerea

Fig. 4

gere a combu150 m/s. curgere ai

rizarea com

a carburato).

uprinde difun tub cilin

urgere a aercendent (Fi

ntale (Fig. 4Aer

Amesteccarburant

b. g. 4.5. Clasi– ascendent; b

acceleraţiercinii motorrevăzut cu a din CNC î

4.6. Schema

ustibilului d

combustibimbustibilulu

orului elem

fuzorul D dric cu sec

rului prin dig. 4.5., a) .5., c).

Comb.

ificarea carb – descenden

), comandarului. o piesă de

în CA, în fu

a carburato

din TPJ este

ilului şi aerui, cât maî

mentar - se

şi obturatocţiune varia

difuzor se desau descen

Aer

rburatoarent; c – orizont

at din exte

e secţiune uncţie de dep

orului elem

e de circa 2.

rului trebuiuniform î

obţine urm

orul (clapetabilă, în lun

eosebesc candent (Fig.

c. elor. al.

erior prin p

calibrată, dpresiunea d

mentar.

.. .6 m/s, ma

ie aleşi astfn masa de

mărind vari

ta de accengul axei (

arburatoare v4.5., b) car

pedala de

denumită jicdin difuzor (

ai redusă fa

fel încât săe aer, facili

iaţia coefic

24

eleraţie) O.tub venturi

verticale, lare sunt mai

Amesteccarburant

acceleraţie,

clor J care(Fig. 4.6).

aţă de viteza

ă se asigureitând astfel

cientului de

4

. i

a i

,

e

a

e l

e

25

Fig. 4.7. Caracteristica carburatorului elementar comparativ cu caracteristica optimă

Dispozitive pentru corectarea caracteristicii carburatorului elementar - Formarea

amestecului optim la fiecare regim de funcţionare a MAS presupune un carburator complex, compus din dispozitivul principal, care asigură formarea unui amestec economic la sarcini mijlocii (20...85%), dispozitivul de pornire, care asigură formarea unui amestec bogat, necesar pornirii motorului; dispozitivul de mers în gol şi progresiune, care asigură formarea amestecului, la mers în gol, sarcini mici şi progresive (0-20%); dispozitive de putere (economizorul, econostatul şi supraalimentatorul), care intră în funcţiune la sarcini mari şi suprasarcini (85...110%), completând dispozitivul principal; pompa de acceleraţie, care asigură îmbogăţirea amestecului la regimul tranzitoriu de accelerare. Unele carburatoare mai sunt prevăzute cu limitatoare de turaţie, corectoare de altitudine etc.

Dispozitivul de frânare pneumatică (Fig. 4.8) se bazează pe principiul că benzina nu este antrenată sub depresiunea totală din difuzor (Δpd) ca la carburatorul elementar, ci sub acţiunea unei depresiuni mai reduse. Dispozitivul principial cu frânare pneumatică cuprinde: tubul de aer TA care comunică printr-o secţiune calibrată cu atmosfera (prin jiclorul tubului de aer) JTA, tubul de emulsie TE, cu extremitatea în secţiunea minimă a difuzorului şi jiclorului principal de combustibil Jp.

Fig. 4.8. Corectarea caracteristicii carburatorului elementar prin frânare pneumatică

În figurile 4.9...4.12 se prezintă dispozitivele şi modurile de funcţionare a carburatorului

pentru diferite regimuri de sarcină a motorului.

Laborato

Fig. 4.9. D

A

a

Ae

a

or P.C.M.A

Dispozitivul

Aer

a.

a – pornire l

O2

O1

er

. Fig. 4

A.I.

l principal

A

la rece; b – p

4.11. Dispo

a – sarci

al carburajiclor

Aer

b. Fig. 4.10. Dpornire la c

Aer

b.ozitive pentini medii; b

atoarelor Sor de compe

Dispozitive cald; c – cu

O1

O2

ru mers în

b – sarcini m

olex şi Web

ensare

c.de pornire

supapă de a

gol, sarcinmici; c – mer

ber şi schem

e aer; d – cu a

A

ni mici şi mrs în gol.

ma unui dis

d.

arc bimetalic

Aer O

Aer

c. ijlocii

26

spozitiv cu

.

c.

O1

O2

6

Laborato

10°

or P.C.M.A

Aer

a. Fig. 4.12

a

a – î

a – pompă

A.I.

A

2. Regim dea – sarcină p

a.

îmbogăţitor

a. F

ă de accelera

0°

Aer

b. e sarcini mplină; b – sa

Fig. 4.13. D

r cu membra

Fig. 4.14. Diaţie cu pisto

mari şi mers

arcină totală

Dispozitiveană; b – îmb

ispozitive donas; b – po

s în gol forţă; c – mers î

e de puterebogăţitor cu

de accelerarompă de acc

c. ţat (frână dîn gol forţat

b

u tub II inve

bre

celeraţie cu m

de motor) t.

b.

ersat.

b.

membrană.

27

7

28

4.4. Descrierea instalaţiei experimentale şi a echipamentului necesar Pentru derularea lucrării experimentale în cadrul activităţii de laborator se vor utiliza

următoarele instrumente: - buşon de rezervor, - rezervor, - pompă de alimentare cu benzină (cu membrană, cu role etc.) - filtru de benzină, - carburatoare diferite, - injectoare de benzină, - filtru de aer, - clapetă obturatoare.

4.5. Mersul lucrării Pentru finalizarea lucrării de laborator se vor avea în vedere următoarele obiective: - se vor trece în caietul de laborator ideile principale ale temei de laborator după indicaţiile

cadrului didactic responsabil (conspect), - stabilirea motorului (τ=2 sau τ=4) căruia îi aparţine piesa studiată, - determinarea prin măsurare (cu şublerul) a dimensiunilor difuzorului carburatorului, - evidenţierea numărului de jicloare de combustibil, - studiul configuraţiei canalelor de aer/combustibil din carburator, - analiza supapelor unisens ale pompei de alimentare, - realizarea de către studenţi a unor schiţe ale pieselor primite de la cadrul didactic, - realizarea unui desen al unei piese din instalaţia de alimentare pe calculator (facultativ), - elaborarea concluziilor în urma activităţilor derulate, - verificarea şi evaluarea lucrărilor studenţilor de către cadrul didactic, - comunicarea titlului lucrării pentru întâlnirea următoare şi a temei de casă.

4.6. Interpretarea rezultatelor Lucrarea de laborator trebuie să aibă la final un set de concluzii care să evidenţieze pe scurt

munca desfăşurată în timpul şedinţei de laborator, precum şi observaţiile principale legate de elementele studiate de către fiecare student.

Consideraţiile pe marginea activităţii desfăşurate trebuie să aibă un caracter concis, exprimate fiind printr-un ansamblu de idei concluzive, care vor puncta următoarele chestiuni:

- tipul motorului de la care provine piesa (timpi, alimentare, etc.), - numărul de canale pentru segmenţii de compresie/ungere practicate pe circumferinţa

pistonului, - starea tehnică a piesei (nou/uzat), - dimensiuni (comparaţie cu valorile nominale), - materiale folosite pentru piesele studiate în laborator, - dacă există cilindrii amovibili la MAC, - cum este capacul de bielă constituitşi ce rol are, - ce diferă la un arbore cotit de MAC faţă de unul de MAS, - care sunt diferenţele între fusul maneton şi fusul palier.

Tabelul 4.1 Temă de casă: Tipuri de carburatoare produse în România

Carburator Motor Nr. cilindrii Putere Presiune Observaţii

29

5. ORGANOLOGIA ŞI FUNCŢIONAREA INSTALAŢIEI DE ALIMENTARE LA MAC CU POMPE DE INJECŢIE ÎN LINIE

5.1. Consideraţii generale Instalaţia de alimentare cu combustibil a motorului Diesel trebuie să asigure:

– dozarea cantităţii de combustibil pe ciclu în funcţie de încărcarea motorului; – crearea unei presiuni ridicate la injector, necesară pulverizării com-bustibilului în

camera de ardere a motorului; – pulverizarea combustibilului şi distribuţia acestuia în camera de ardere a motorului

conform cerinţelor de formare a amestecului; – declanşarea injecţiei combustibilului la un moment bine determinat pe ciclu; – aceeași dozǎ de combustibil la toţi cilindri motorului.

Pompa de alimentare are rolul de a asigura transportul combustibilului de la rezervor la pompa de injecţie, în timpul funcţionării motorului. Necesitatea învingerii rezistenţei filtrelor şi conductelor, precum şi a asigurării alimentării uniforme a pompei de injecţie, fac ca valoarea presiunii de refulare a pompei de alimentare să fie cuprinsă între 1 şi 5 daN/cm2, iar debitul său să fie de 3…8 ori mai mare decât consumul orar de combustibil al motorului la plină sarcină (consumul maxim al motorului).

Pompele de alimentare cu piston pot fi realizate în două variante constructive: cu simplu efect şi cu dublu efect şi fac corp comun cu corpul pompei de injecţie fiind acţionate de acelaşi arbore cu came din componenţa pompei de injecţie.

Schema unei pompe cu piston, cu simplu efect, este redată în figura 5.1. Când cama 1, de pe arborele pompei de injecţie 2, permite pistonului 3, acesta se deplasează sub acţiunea arcului 4, aspirând combustibilul prin supapa 5, în spaţiul de sub pistonaş. În cursa de refulare a pistonului 3, comandat de cama 1, combustibilul este refulat prin supapa 7, în spaţiul de deasupra pistonului, iar la cursa inversă (sub acţiunea arcului) spre pompa de injecţie.

Spaţiul de sub pistonaş este spaţiu de aspiraţie, în vreme ce spaţiul de deasupra pistonului este spaţiu de refulare. Se consideră că pompa aceasta este cu autoreglare, în funcţie de consumul de combustibil al motorului. La un consum redus, presiunea în spaţiul de deasupra pistonului creşte, reducându-se în felul acesta şi cursa pistonului, precum şi debitul de combustibil refulat.

O astfel de pompă asigură până la 10x necesarul de combustibil.

7 6

54

3

2

1

Fig. 5.1. Schema constructivă şi funcţională a pompei de alimentare cu piston cu simplu efect

a – admisie; b – refulare; 1 – arbore; 2 – camă; 3 – canal refulare; 4 – canal admisie 1 – excentric; 2 – axul de antrenare, care poate fi chiar axul pompei de injecţie; 3 – pistonul pompei;

4 – arc; 5 – supapa de aspiraţie; 6 – capac de vizitare; 7 – supapa de refulare.

30

Pompele de alimentare cu dublu efect (Fig. 5.2) asigură la o singură cursă atât aspirația cât și refularea acestuia.

Fig. 5.2. Schema constructivă şi funcţională a pompei de alimentare cu piston cu dublu efect

a – admisie; b – refulare; 1 – arbore; 2 – camă; 3 – canal refulare; 4 – canal admisie

Pompa de amorsare serveşte pentru introducerea combustibilului în sistem atunci când motorul nu este încă în funcţiune. Ea este alcătuită dintr-un piston acţionat manual de către operator care se deplasează într-un cilindru ce are la baza sa supapele de admisie şi refulare.

Filtre - Instalaţia de alimentare a motorului Diesel este prevăzută obligatoriu cu un sistem de filtrare (Fig. 5.3) care cuprinde unul sau mai multe filtre montate în serie, ce reţin aproape integral impurităţile şi apa din combustibil. Jocul dintre piesele de precizie ale acesteia fiind de ordinul 0,001 mm, orice impuritate de diametru mai mare ca acest joc poate produce deteriorarea suprafeţei de lucru a acestor piese, rezultând uzuri premature sau chiar gripări. În afara impurităţilor, în combustibil nu trebuie să existe nici particule de apă care conduc la coroziuni.

5

3

2

5

4

6

1

Fig. 5.3. Filtru de motorină

1 – suport de prindere pe motor; 2 – element filtrant; 3 – capac de vizitare; 4 – şurubul de prindere; 5, 6 – garnituri de etanşare.

31

După destinaţie filtrele pot fi: filtre ce asigură o filtrare pralabilă a combustibilului, filtre brute, filtre fine şi filtre preventive. Uzual autovehiculele sunt echipate cu unul sau două tipuri de filtre.

Din punct de vedere constructiv filtrele de combustibil au o mare varietate tipodimensională. Filtrele brute asigură reţinerea impurităţilor solide din carburanţi cu dimensiuni de 50…150

μm şi în mod uzual se montează după pompa de alimentare. În cazul montării înaintea acesteia, filtrele trebuie să opună o rezistenţă foarte mică la trecerea combustibilului pentru a se asigura uşor debitul necesar la pompa de alimentare.

Filtrele fine reţin impurităţi cu dimensiuni de 2…2,5 μm şi au actualmente elementul filtrant realizat din hârtie (filtru micronic).

Pompa de injecţie este o componentă de bază în cadrul instalaţiei de alimentare cu combustibil a motoarelor cu aprindere prin comprimare, ea trebuind să îndeplinească următoarele cerinţe:

– asigurarea alimentării cilindrilor cu o cantitate precis dozată în funcţie de sarcina motorului;

– momentul începutului injecţiei să fie precis determinat şi variabil funcţie de turaţie şi sarcină;

– asigurarea unei legi optime de debitare a combustibilului; – asigurarea debitării uniforme a combustibilului injectat în cilindri motorului; – momentul de început şi sfârşit de injecţie să fie brusc.

Pentru satisfacerea acestor cerinţe, de-a lungul timpului s-au dezvoltat diferite tipuri constructive de pompe de injecţie care, în general funcţio-nează pe principiul interacţiunii camă-piston.

Având în vedere tipul constructiv-funcţional pompele de injecţie se împart în două mari grupe:

⇒ cu element de pompă de injecţie; ⇒ cu distribuitor rotativ.

Pompele de injecţie cu element de pompă de injecţie sunt realizate la rândul lor în două variante constructive:

• cu elemente de refulare (piston-sertar) grupate într-un singur ansamblu constructiv, constituind un agregat;

• cu elementul cuplat cu injectorul, formând un ansamblu con-structiv denumit element pompă.

5.2. Instalaţii de alimentare cu pompă de injecţie cu elemenţi în linie În figura 5.4 este prezentată schema generală de construcţie a sistemului de injecţie cu

pompă de injecţie cu elemenţi în linie pentru M.A.C. Combustibilul din rezervor, antrenat de pompa de alimentare este trecut prin bateria de filtre, după care - odată ajuns în pompa de injecţie - este adus la o presiune de câteva sute de daN/cm2, şi este trimis spre injectoare.

O astfel de pompă este construită prin alăturarea unui număr de elemenţi de refulare (elemente de pompare) astfel încât aceştia (acestea) să aibă în comun spaţiul de aspiraţie, arborele de antrenare (axul cu came), regulatorul de turaţie şi dispozitivul de modificare a debitului de combustibil.

Pistonaşele şi elementele se execută din oţel special de rulment, se tratează, se finisează şi pe urmă se sortează din 5 în 5 μm, după care se face împerecherea. Se face apoi rectificarea de finisare, se face iar împerecherea, se face finisarea la 0,08 μm şi se verifică cu aer dacă sunt etanşe.

Pompele de injecţie cu elemenţi în linie (Fig. 5.5) au câte un element pentru fiecare cilindru al motorului. Aceşti elemenţi sunt dispuşi pe un rând. Arborele cu came al pompei de injecţie este antrenat prin roţi dinţate sau lanţ de către arborele motor. Pompa de injecţie cu elemenţi în linie are jumătate din turaţia motorului şi totdeauna funcţionează în mod sincron în raport cu deplasările pistonului motorului cu aprindere prin comprimare. Combustibilul ajunge la injector prin intermediul unor conducte de înaltă presiune [35].

32

III

3

6

74

21

Fig. 5.4. Schema generală a instalaţiei de alimentare a unui MAC cu injecţie directă

1 – rezervor de combustibil; 2 – filtru decantor; 3 – filtre de combustibil; 4 – pompa de injecţie; 5 – injector; 6 – regulator; 7 – pompa de amorsare.

a. b.

Fig. 5.5. Pompă cu elemenţi în linie a – Părţi principale; b – Secţiune parţială; 1 – Elemente de antrenare; 2 – Corpul pompei; 3 –

Supape de refulare; 4 – Pârghie de acţionare a cremalierei; 5 – Partea de regulator; 6 – Pompă de amorsare; 7 – Pompă de alimentare.

În figura 5.6 se prezintă schema de principiu a instalaţiei de alimentare cu pompă de injecţie

cu elemenţi în linie cu injecţie indirectă. În acest caz combustibilul aflat în rezervorul (1) trece prin bateria de filtre (3) sub acţiunea pompei de alimentare (5) care lucrează sub presiune. Combustibilul filtrat intră în corpul pompei de injecţie, unde va fi refulat la presiune mare prin conduc-tele de legătură (4) către injectorul (7). Surplusul de combustibil este preluat prin conducta de retur (8) şi dus înapoi în rezervor (1).

Pompa de injecţie cu elemenţi în linie (Fig. 5.7) se înscrie în clasa celor cu aspiraţie totală şi descărcare parţială prin modificarea sfârşitului injecţiei. Ea este alcătuită dintr-un număr de elemenţi de pompare identici (egal cu numărul cilindrilor) grupaţi într-un ansamblu, formând un agregat. Prinderea pompei pe motor se face prin intermediul unei flanşe frontale.

Antrenarea pompei de injecţie se face de la arborele cotit al motorului prin intermediul unei transmisii cu roți dinţate.

33

Elemenţii de pompă sunt denumiţi elemenţi piston-sertar, iar pompele de injecţie cu elemenţi de pompă poartă denumirea de pompe de injecţie cu piston-sertar.

a. b.

Fig. 5.6. Schema de principiu a instalaţiei de alimentare a motorului cu pompa de injecţie cu elemenţi în linie şi cu injecţie indirectă

1 – rezervorul de combustibil; 2 – releu; 3 – filtrul de combustibil; 4 – pompa de injecție; 5 – pompa de alimentare; 6 – regulator de turație; 7 – injector; 8 – conducta de retur; 9 – bujei

incandescentă; 10 – baterie de acumulatori; 11 – contact.

a. b.

Fig. 5.7. Tipuri de pompe cu elemenţi în linie a - Pompă cu şase elemenţi; b - Pompă cu patru elemenţi.

Pompa de injecţie cu piston-sertar are în general o construcţie monobloc, cu fiecare piston-

sertar din componenţă repartizat fiecăruia dintre cilindri motorului, care este echipat cu respectivul subansamblu de injecţie. Ea realizează presiunea de injecţie necesară (300...1200 daN/cm2), care este distribuită către injectoare prin intermediul unui piston-sertar profilat, acţionat de o camă pro-filată. Astfel se obţine posibilitatea alegerii legii de mişcare a pistonului, astfel încât să se asigure caracteristica de injecţie optimă şi să fie satisfăcute condiţiile unei bune pulverizări a combustibilului. Dispunerea elementelor de refulare în lungul liniei arborelui cu came a dus şi la utili-zarea denumirii de pompe de injecţie în linie.

Elementul de refulare (pistonul-sertar) are o construcţie specială (Fig. 5.8) pentru a crea condiţiile desfăşurării procesului de injecţie – reglarea dozei de combustibil injectată pe ciclu.

34

Concret acest lucru este realizat prin prelucrarea specială a capului pistonului, frezarea unui canal de legătură şi a unui canal elicoidal (helix) (Fig. 5.9).

c.e.c.c.

c.l.

s.n.

Fig. 5.8. Schema unui element al pompei de injecţie cu elemenţi în linie.

c.c. – canalul circular; c.e. – canalul elicoidal; c.l. – canalul longitudinal; s.n. – start nut.

Fig. 5.9. Forme constructive ale pistonului-sertar.

a – un canal elicoidal; b - două canale elicoidal; c – fără start nut.

Poziţiile în funcţionarea unui element de refulare care execută o cursă de refulare sunt redate în figura 5.10.

Fig. 5.10. Funcţionarea unui element de refulare în cadrul unei curse complete

a ... f – poziţii de lucru.

De asemenea, în cilindrul elementului de refulare se practică orificii care realizează legătura dintre spaţiul de joasă presiune şi cel de înaltă presiune, purtând denumirea de orificii de descărcare.

Refularea combustibilului începe când supapa de refulare se ridică de pe scaunul ei şi se termină în momentul în care rampa elicoidală deschide orificiul de alimentare. În acest moment

35

spaţiul de înaltă presiune este pus în comunicaţie cu spaţiul de joasă presiune, ceea ce face ca sensul de curgere a combustibilului să se schimbe brusc, iar combustibilul din spaţiul de refulare să treacă, prin canalele oferite de prelucrarea specială a capului pistonului şi orificiul de alimentare, către colectorul pompei.

Supapa de refulare are rolul de a întrerupe legătura dintre conducta de înaltă presiune şi pompa de injecţie (Fig. 5.11). Apoi, descarcă într-o anumită măsură conducta de înaltă presiune şi împiedică propagarea oscilaţiilor de presiune.

În figura 5.11 este redată vederea în secţiune a unei pompe de injecţie cu elemenţi în linie, în care se pot vedea părţile principale ce contribuie la realizarea presiunii de injecţie.

a. b.

Fig. 5.11. Partea de forţă a unei pompe cu elemenţi în linie a – Secţiune într-o pompă cu şase elemenţi; b – Detaliu element; 1 – Corpul pompei; 2 – Bucşa elementului de injecţie; 3 – piston sertar; 4 – elementul de injecţie; 5 – supapă de refulare; 6 –

tachet cu rolă; 7 – racord filetat pentru conducta de înaltă presiune.

Prin acţionarea pistonului-sertar de către camă (fig. 5.12) şi de către tachet, acesta execută cursa de refulare comprimând motorina aspirată în spaţiul de admisei (la mişcarea de aspirare) şi o refulează către injectoare, prin intermediul supapei de refulare.

Fig. 5.12. Acţionarea pistonaşului de către cama de comandă

a – fază de aspiraţie; b – fază de refulare.

Cursa de refulare efectivă este variabilă, depinzând de lungimea porţiunii rampei elicoidale în poziţia în care aceasta este tangentă la orificiul de descărcare. Cu cât aceasta este mai mare, cu atât cursa utilă şi în con-secinţă cantitatea de combustibil refulată este mai mare.

Perechea piston-cilindru este realizată, de la fabricant la fabricant, sub diferite forme constructive.

36

r

nsn

d.c.b.a.

Stanga

n

r

g

StangaDreapta

pd

r

a

e.

p p

d

p

dp

De

f.

cc

ca

oi

a

f

Fig. 5.13. Soluţii de realizare a pistonului sertar

Reglarea debitului pompei în funcţie de sarcina motorului se reali-zează prin rotirea

simultană şi identică a tuturor pistonaşelor elementelor de pompare (Fig. 5.14) prin acţionarea acceleraţiei motorului. În acest mod se modifică, cursa lor activă (lungimea porţiunii rampei elicoidale din faţa orificiului de descărcare) şi deci cantitatea de combustibil injectată.

Fig. 5.14. Reglarea dozei de combustibil

a – debit nul; b – debit pariţal; c – debit maxim; 1 – corp element refulare; 2 – orificiu; 3 – pistonaşul sertar; 4 – canal refulare; 5 – sector dinţat pentru reglare.

Supapa de refulare are un rol important în desfăşurarea procesului de injecţie împiedicând

golirea conductei de înaltă presiune prin pompă la sfârşitul cursei de refulare, precum şi prin reducerea manifestărilor a feno-menelor perturbatoare din conducta de înaltă presiune în pompă.

Ca şi dezavantaj, prezenţa supapei de refulare determină reflectarea undelor de presiune care circulă în conducta de înaltă presiune de la injector spre pompă, menţinând în conductă un nivel ridicat de presiune, ceea ce poate determina apariţia fenomenului de postinjecţie. Din acest motiv se

37

adoptă soluţii constructive care permit descărcarea conductei de înaltă presiune la sfârşitul procesului de injecţie (Fig. 5.15; 5.16).

h

sd

Fig. 5.15. Supapa de refulare

a – schemă; b – vedere în secţiune.

Debit nulSfarsitul debitarii

Inceputul debitarii

B

B

h

d

c.

b.

20

65

4

16

3

4

5

6

9

10

11

7

8

2

1

14

12

13

15

17

18

19

a.

Fig. 5.16. Schema unui element al pompei de injecţie în linie 1 – cremalieră; 2 – sector dinţat; 3 – racord de presiune; 4 – arcul supapei de refulare; 5 – supapa de refulare; 6 – scaunul supapei; 7 – bucşă; 8 – canal pentru intrare comb.; 9 – şurub de blocare; 10 –

piston sertar; 11 – şurub de strângere; 12 – bucşă rotitoare; 13 – taler fix; 14 – arcul pistonului; 15 – talerul mobil; 16 – şurub de reglare; 17 – tachet; 18 – rolă; 19 – camă; 20 – brâu cilindric.

38

Condiţiile de funcţionare ale unui motor cu aprindere prin comprimare variază în raport cu sarcina şi turaţia, astfel ca pompa de injecţie trebuie să satisfacă următoarele cerinţe:

– limitarea turaţiei maxime pentru a se preveni înrăutăţirea procesului de ardere (depăşirea limitei de fum) şi creşterea excesivă, peste valorile admise, a forţelor de inerţie deter-minate de masele în mişcare;

– asigurarea unei turaţii constante la mersul în gol, fără intervenţia din afară; – asigurarea stabilităţii la mersul în sarcină.

Regulatorul prezentat în figura 5.17 este un regulator mecanic pentru toate regimurile. Regulatoarele pentru toate regimurile prezintă următoarele avantaje:

– poate imprima orice turaţie motorului între nmin şi nmax; – ameliorează condiţiile de conducere ale autovehiculului; – creşte economicitatea motorului la funcţionarea la sarcini parţiale.

Elementul activ al regulatorului mecanic centrifugal este format din două contragreutăţi (1), antrenate direct de către arborele cu came (2) al pompei de injecţie sau prin intermediul unui angrenaj cu raport de multiplicare, cu ajutorul căruia se obţine o funcţionare corectă a regu-latorului şi la turaţii mici. Prin deplasarea contragreutăţilor se acţionează asupra manşonului (3), se comprimă arcurile (4), pârghia se deplasează, antrenând prin intermediul tijei (5) şi a tirantului (5) cremaliera (6) a pompei de injecţie în sensul în care aceasta va comanda micşorarea debitului de combustibil, iar turaţia va scădea către turaţia fixată.

În cazul creşterii rezistenţelor exterioare, turaţia motorului va avea tendinţa să scadă, forţa centrifugă ce acţionează asupra contragreutăţilor va scădea şi ea, iar prin intermediul sistemului de comandă (7) se va acţiona asupra cremalierei pompei de injecţie în sensul măririi debitului de com-bustibil, restabilind turaţia motorului.

Fig. 5.17. Schema de principiu al unui regulator mecanic centrifugal pentru toate regimurile

91110

73164 2

5

- +

+-

Fig. 5.18. Schema al unui regulator centrifugal şi a mecanismului de acţionare al pompei

39

5.3. Descrierea instalaţiei experimentale şi a echipamentului necesar Pentru derularea lucrării experimentale în cadrul activităţii de laborator se vor utiliza

următoarele instrumente: - pompă de injecţie cu elemenţi în linie, - rezervor, - pompă de alimentare cu piston, - filtru de motorină, - injectoare de motorină, - elemenţi de pompă, - supapă de refulare, - şubler interior/exterior, - micrometru.

5.4. Mersul lucrării Pentru finalizarea lucrării de laborator se vor avea în vedere următoarele obiective: - se vor trece în caietul de laborator ideile principale ale temei de laborator după indicaţiile

cadrului didactic responsabil (conspect), - stabilirea motorului (τ=2 sau τ=4, i=?) căruia îi aparţine pompa de injecţie, - determinarea prin măsurare (cu şublerul) a dimensiunilor pistonului sertar şi bucşei, - evidenţierea numărului de elemenţi ai pompei, - studiul configuraţiei canalelor de pe capul pistonului sertar, - analiza supapelor de refulare din racordurile conductelor de înaltă presiune, - realizarea de către studenţi a unor schiţe ale pieselor primite de la cadrul didactic, - realizarea unui desen pe calculator (facultativ) al unei piese din instalaţia de alimentare

cu pompă de injecţie în linie, - elaborarea concluziilor în urma activităţilor derulate, - verificarea şi evaluarea lucrărilor studenţilor de către cadrul didactic, - comunicarea titlului lucrării pentru întâlnirea următoare şi a temei de casă.

5.5. Interpretarea rezultatelor Lucrarea de laborator trebuie să aibă la final un set de concluzii care să evidenţieze pe scurt

munca desfăşurată în timpul şedinţei de laborator, precum şi observaţiile principale legate de elementele studiate de către fiecare student.

Consideraţiile pe marginea activităţii desfăşurate trebuie să aibă un caracter concis, exprimate fiind printr-un ansamblu de idei concluzive, care vor puncta următoarele chestiuni:

- tipul motorului de la care provine pompa de injecţie (timpi, alimentare, etc.), - numărul de canale elicoidale practicate pe circumferinţa pistonului, - starea tehnică a pompei (nouă/uzată), - dimensiuni (comparaţie cu valorile nominale), - materiale folosite pentru piesele studiate în laborator, - modalitatea de antrenare a pistoanelor sertare în vederea măririi debitului, - cum este arborele cu came al motorului comparativ cu arborele cu came al pompei, - ce diferă la doi arbori cu came de la două pompe de injecţie în linie din laborator, - care sunt diferenţele între canalul longitudinal şi cel elicoidal al pistonului.

Tabelul 5.1 Temă de casă: Tipuri de pompe de injecţie în linie produse în România

Cod pompă Motor Nr. cilindrii Putere Presiune Observaţii

40

6. ORGANOLOGIA ŞI FUNCŢIONAREA INSTALAŢIEI DE ALIMENTARE LA MAC CU POMPE ROTATIVE. INJECTOARE

41

7. DETERMINAREA CARACTERISTICII DE REGLAJ

42

8. DETERMINAREA CARACTERISTICII DE TURAŢIE LA MAS

43

9. DETERMINAREA CARACTERISTICII DE TURAŢIE CU REGULATOR LA MAC

44

10. DETERMINAREA CARACTERISTICII DE SARCINĂ LA MAI

45

11. DETERMINAREA CARACTERISTICII COMPLEXE A UNUI MAI

46

12. DETERMINAREA CARACTERISTICII DE PIERDERI A UNUI MAI

47

13. DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE UMPLERE A UNUI MAI

48

14. DETERMINAREA BILANŢULUI ENERGETIC AL UNUI MAI

49

15. RIDICAREA DIAGRAMEI INDICATE ŞI A PARAMETRILOR INDICAŢI A UNUI MAI

50

16. ÎNCHEIEREA ŞI VERIFICAREA LUCRĂRILOR. TEST

ANEXA I – RELAŢIILE DINTRE UNITĂŢILE DE MĂSURĂ

Unitate căutată → Unitate dată ↓

N/m2 bar

dyn/cm2 barye μbar

Kgf/m2 mmH2O

Kgf/cm2 at At

mmHg 1 torr

1 N/m2 1

10-5 10 0,102 0,102x10-

4 0,987x10-

5 750x105

1 bar 105 1

106 0,102x105 1,02 0,987 750

1 dyn/cm2 1 barye 1 μbar

10-1 10-6 1 0,0102 1,02x10-6 0,987x10-

6 750x10-6

1 Kgf/m2 1 mmH2O 9,81 9,81x10-5 98,1

1

10-4 9,68x10-5 735,5x10-

4

1 Kgf/cm2 1 at 9,81x104 0,981 9,81x105 104

1

0,968 735,5

1 At 1,013x105 1,013 1,013x106 10332 1,0332 1

760

1 mmHg 1 torr

133,3 1,333x10-

3 1,333x103 13,6 1,36x10-4 1,32x10-3 1

52

ANEXA II – LIMITELE DE VARIAŢIE A UNOR PARAMETRII LA M.A.I. Tabelul 1

Limite de variaţie a unghiurilorde avans şi întârziere la deschiderea supapelor la MAI Unghiul Simbol şi UM Limite de variaţie

De avans la deschiderea supapei de admisie [ ] RAC1oϕ 10 ... 12

De întârziere la închiderea supapei de admisie [ ] RAC2oϕ 40 ... 70

De avans la deschiderea supapei de evacuare [ ] RAC3oϕ 40 ... 70

De întârziere la închiderea supapei de evacuare [ ] RAC4oϕ 10 ... 40

Tabelul 2 Limitele unghiurilor de avans şi întârziere ale supapelor la diferite tipuri de motoare

Motor MAS MAC

Admisie Deschidere 10 ... 12 10 ... 40 Închidere 45 ... 70 20 ... 45

Evacuare Deschidere 40 ... 60 30 ... 50 Închidere 15 ... 30 10 ... 35

Tabelul 3

Limite de variaţie a presiunii medii efective la diferite tipuri de motoare Tip motor Simbol şi UM Limite de variaţie

MAS aspirat

pe, [daN/cm2]

8,5 ... 10,5 MAS supraalimentat 12,5 ... 17

MAC aspirat, 4τ 7 ... 9 MAC supraalimentat, 4τ 14 ... 18

MAC, 2τ ≤19

Tabelul 4 Valorile orientative ale presiunii şi temperaturii pentru procesele mai

Tipul motorului Presiunea pc [daN/cm2]

Temperatura Tc [K] Faza ciclului motor

MAS 10 ... 20 600 ... 750 Sfârşitul comprimării MAC 30 ... 50 800 ... 950 MAS 35 ... 50 2400 ... 2900 Ardere

(temperatura maximă) MAC 45 ... 80 1800 ... 2400 MAS 3 ... 5 1200 ... 1600 Sfârşitul destinderii MAC 2 ... 4 900 ... 1200

53

BIBLIOGRAFIE

[1] Abăităncei, D., ş.a., Fabricarea autovehiculelor rutiere. Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1982.

[2] Abăităncei, D., ş.a., Motoare pentru automobile şi tractoare. Vol. 1. Bucureşti, Editura Tehnică, 1978.

[3] Abăităncei, D., ş.a., Motoare pentru automobile şi tractoare. Vol. 2. Bucureşti, Editura Tehnică, 1980.

[4] Anghelache, I., Noi combustibili pentru automobile. Bucureşti, Editura Tehnică, 1993. [5] Apostolescu, N., Băţagă, N., Motoare cu ardere internă. Bucureşti, Editura Didactică şi

Pedagogică, 1967. [6] Apostolescu, N., Taraza, D., Bazele cercetării experimentale a maşinilor termice.

Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1979. [7] Băţagă, N., ş.a., Motoare cu ardere internă. Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică,

1995. [8] Băţaga, N., Burnete, N., ş.a., Combustibili, lubrifianţi şi materiale speciale pentru

automobile. Economicitate şi poluare, ISBN 973-8397-37-5, Editura Alma Mater, Cluj-Napoca, 2003.

[9] Băţagă, N., Burnete, N., Motoare cu ardere internă. Vol. 1. Cluj-Napoca, 1995. [10] Bobescu, Gh., Dragoş, P., Motoare. Dinamica şi proiectarea motoarelor. Vol. 2, Galaţi,

Editura Fundaţiei Univeristare „Dunărea de Jos”, 2000. [11] Brain, M., How Diesel Engines Work, http://auto.howstuffworks.com/diesel1.htm 1/8/2008

11:21:15 AM. [12] Burnete, N. ş.a., Automobile. Construcţie, Uzare. Evaluare, Ed. Todesco, Cluj-Napoca,

2000. [13] Burnete, N., Băldean, D., ş.a., Condiţii ale funcţionării motoarelor cu ardere internă

utilizând combustibili specifici în amestec cu alcool, SECOND INTERNATIONAL CONGRESS, AUTOMOTIVE, SAFETY AND ENVIRONMENT, Vol.2, 23-25 Oct., Editura Universitaria Craiova, Craiova, 2008, pp. 24-34, ISBN 978-606-510-253-8, 978-606-510-246-0.

[14] Burnete, N., ş.a., Construcţia şi calculul motoarelor cu ardere internă (Mecanismul motor), ISBN 973-8198-17-8, Editura Todesco, Cluj-Napoca, 2001.

[15] Burnete, N., ş.a., Motoare Diesel şi biocombustibili pentru transportul urban, ISBN 978-973-713-217-8, Editura Mediamira, Cluj-Napoca, 2008.

[16] Burnete, N., ş.a., Rapiţa o provocare pentru fermieri şi energeticieni, ISBN 973-9234-57-7, Editura Sincron, Cluj-Napoca, 2004.

[17] Burnete, N., ş.a., Research concerning the Diesel engine using vegetal oil as fuel, In vol.: FISITA, World Automotive Congress, Paper Reference Number: F2004V047, Barcelona, Spain, 23-27 may, 2004.

[18] Dăscălescu, D., Motoare termice cu piston. Aspecte constructive. Bucureşti, Editura Matrix Rom, 1998.

[19] Grűnwald, B., Teoria, Calculul şi Construcţia motoarelor pentru autovehicule rutiere. Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1980.

[20] Grama, L., Tehnologia construcţiei de maşini - Tehnologii de fabricare. Tg. Mureş, Univ. Petru Maior, 1998.

[21] Holotescu, S., Cercetări privind simularea numerică a funcţiilor motoarelor cu ardere internă. Teză de doctorat.

[22] Mariaşiu, F., Modelarea injecţiei de combustibil la motoare cu aprindere prin comprimare, ISBN 973-9234-44-5, Editura Sincron, Cluj-Napoca, 2001.

[23] Mariaşiu, F., Motorul diesel contemporan. Procese. Construcţie. Elemente de calcul, ISBN 973-9234-59-3, Editura Sincron, Cluj-Napoca, 2005.

[24] Mădăraş, L. Influenţa etanşării camerelor de ardere ale unui M.A.C. asupra poluării, http://dpr.unitbv.ro/seminarom/Publicatii_Prelegeri/Buletin_SNOM_05/ MADARAS.pdf.

54

[25] Mirica, B. BMW pregăteşte primul sau motor diesel tri-turbo. http://www.automarket.ro/stiri/bmw-pregateste-primul-sau-M.A.C.-tri-turbo-20091.html.

[26] Naghiu, Al., ş.a., Baza energetică pentru agricultură, ISBN 973-656-374-X, Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2003.

[27] Naghiu, A., Burnete, N., Sistem integrat de prelucrarea şi utilizarea combustibililor tip biodiesel în ferme, folosind seminţe de rapiţă, Revista MECANIZAREA AGRICULTURII, nr. 8/2005, ISSN 1011-7296.

[28] Negrea, V. Procese în motoare cu ardere internă. Economicitate. Combaterea poluării. vol. I, vol. II, Editura Politehnica ISBN 973-9389-0 2001.

[29] Popa, G. M., Negurescu, N., Pană, C., Motoare diesel, Procese vol. 1, Editura Matrix Rom, Bucureşti, 2003.

[30] Tudora, O., Studii şi cercetări privind termogazodinamica motoarelor diesel prin metode numerice. Teză de doctorat.

[31] Ţiţeica, R., ş.a., Dicţionar de termeni tehnici., Editura Tehnică, Bucureşti, 1972, p. 508. [32] ***, Automotive Technology. http://www.bosch.com/, 2009.05.28, 18:13. [33] ***, Bosch. Motor-Elektronik, Stuttgart, Wever & Co. GmbH, 1990. [34] ***, Cifră octanică, http://ro.wikipedia.org/wiki/Cifr%C4%83_octanic%C4%83,

2010.01.08, 22.00. [35] ***, Electronic Diesel Control, http://rb-k.bosch.de/en/, 2009.05.28, 19:22. [36] ***, Mean effective pressure, http://en.wikipedia.org/wiki/Mean_effective_pressure, 2010. [37] ***, Motor diesel, http://ro.wikipedia.org/wiki/Motor_diesel, 2009.08.22, 19.00.