1. Studiul motoarelor din aceeași categorie cu motorul proiectat In situatia din zilele noastrenivelul performantelor motoarelor trebuie sa fie cat… [311380]

CUPRINS

1. [anonimizat] a combustibilului sa fie de o calitate superioară. Pentru ca normele de poluare s-au modificat iar cerintele odata cu ele s-a dovedit ca aceasta ardere cat mai eficienta nu este suficienta iar acestia s-[anonimizat] a [anonimizat] s-a marit considerabil.Motoarele actualetrebuie sa indeplinesca o serie de caracteristici iar cateva din acestea sunt prezentate pe scurt in urmatoarele randuri:

pe intreg domeniul de functionare acesta trebuie sa iaba un consum redus;

emisii poluante(HC,CO,,,)sa fie cat mai reduse ;

functionalitate pe un dominiu cat mai lard de temperaturi exterioare;

fiabilitate cat mai buna;

forțele și momentele de inerție ale pieselor aflate în mișcare de translație și rotație să nu afecteze in vreun mod funcționarea motorului;

soluții constructive care sa nu provoace uzura motorului (materiale, calitate a suprafețelor, tratamente termochimice și filtrare ulei);

[anonimizat] a [anonimizat], consumul de combustibil scade iar cu acesta si emisiile poluante.

Astfel, dacă analizăm unele motoare cu aprindere prin scanteiecu capacitate cilindrica vom observa diferitele caracteristici ale acestora.

[anonimizat], a căror carteristici sunt prezentate în tabelul 1.1.

[anonimizat]:

[anonimizat]:

cm3

[anonimizat]:

kW/l

Presiunea medie efectivă:

N/m2

În Tabelul 1 [anonimizat], urmărindu-se următorii parametri: Pn – puterea nominală (efectivă), nn – [anonimizat] – cilindreea unitară, i – [anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat].

Parametrii constructivi ai motoarelor ce echipează autovehicule similare

Tabelul 1.1

[anonimizat]:

durabilitatea și fiabilitatea tuturor sistemelor și pieselor componente;

[anonimizat];

putera raportată la unitatea de volum al cilindrului;

[anonimizat];

gradul de nocivitate și indicele de fum al gazelor de evacuare și nivelul de zgomot în timpul funcționării motorului;

simplitatea și tehnologicitatea construcției, comoditatea întreținereii tehnice și prețul de cost al fabricației, exploatării și reparării motorului;

siguranța pornirii motorului;

perspectiva menținerii motorului în fabricație prin modernizarea succesivă, prin creșterea presiunii de ardere și creșterea turației, respectiv prin creșterea puterii pe măsura dezvoltării tehnologiilor și ridicării calității materialelor.

Ca urmare a celor prezentate mai sus, se considera de interes proiactarea unui motor cu aprindere prin scanteie(MAS) cu un numar de cilindri de i=4 care sa dezvolte o putere nominala Pn =70[kW] = 95[CP] la turatia de nn = 6000 [rot/min].

2 Calculul termic al motorului

Calculul termic al unui motor, cunoscut și sub denumirea de "calculul ciclului de lucru al motorului", se efectueaza în scopul determinării anticipate a parametrilor proceselor ciclului motor, a indicilor energetici și de economicitate, a presiunii gazelor în cilindrii motorului. Aceste date ale clculului permit stabilirea dimensiunilor fundamentale ale motorului, trasarea diagramei indicate și efectuarea calculelor de rezistență a principalelor piese ale motorului.

Această metodă se poate aplica atât in stadiul de proiectare, cât și incel de perfecționare a prototipului. Datele inițiale necesare pentru calculul ciclului de lucru al unui motor in stare de proiect se estimează după rezultatele cercetărilor efectuate pe motoare analoage. Coincidența rezultatelor calculului cu acelor obținute prin încercarea motorului depinde de alegera corectă a parametrilor inițiali, estimare dificilă îndeosebi când se realizează motoarele de construcție originală.

În cele ce urmează se prezintă calculul termic al motorului ales spre a fi studiat, principalele caracteristici fiind prezentate în tabelul 2.1:

Tabelul 2.1: Principalele caracteristici ale motorului cu aprindere prin scanteie

2.1 Alegerea parametrilor inițiali

Se adoptă parametrii iniațiali conform tabelului 2.2, [1, pag. 220]:

Tabelul 2.2: Alegerea parametrilor inițiali

2.2 Parametrii procesului de schimbare a gazelor

Se adoptă parametrii proceselor de schimbare a gazelor conform tab.2.3, [1, pag. 221]:

Tabelul 2.3: Alegerea parametrilor procesului de schimbare a gazelor

În continuare se calculează:

Coeficientul gazelor reziduale:

(2.1)

Temperatura la sfârșitul arderii:

(2.2)

Coeficientul de umplere:

(2.3)

2.3 Parametrii procesului de comprimare

Se adoptă Coeficientul politropic de comprimare:

Presiunea la sfârșitul comprimării:

(2.4)

Temperatura la sfârșitul comprimării:

(2.5)

2.4 Parametrii procesului de ardere

Se adoptă următoarea compoziție a benzinei, conform tabelului 2.4, [1, pag. 220]:

Tabelul 2.4: Principalii componenți ai motorinei

Se adoptă Coeficientul de utilizare a căldurii:

Coeficientul de creștere a presiunii: (2.6)

Aerul minim necesar arderii a 1kg de combustibil:

(2.7)

Cantitatea de aer reală necesară arderii:

(2.8)

Coeficientul teoretic de variație molară a încărcăturii proaspete:

(2.9)

Coeficientul real de variație molară a încărcăturii proaspete:

(2.10)

Căldura specifică molară a amestecului inițial:

(2.11)

Căldura specifică molară medie a gazelor de ardere:

(2.12)

Temperatura la sfârșitul arderii Tz se calculează din următoarea ecuație:

(2.13)

(2.14)

Presiunea la sfârșitul arderii:

(2.15)

Gradul de destindere prealabila:

(2.16)

2.5 Parametrii procesului de destindere

Se adoptă Coeficientul politropic al destinderii: (2.17)

Gradul de destindere:

(2.18)

Presiunea la sfârșitul destinderii:

(2.19)

Temperatura la sfârșitul destinderii:

(2.20)

2.6 Parametrii principali ai motorului

Se adopta Coeficientul de rotunjire a diagramei:

Randamentul mecanic:

Presiunea medie a ciclului teoretic:

(2.21)

Randamentul indicat al motorului:

(2.22)

Presiunea medie efectivă:

(2.23)

Randamentul efectiv al motorului:

(2.24)

Consumul specific efectiv de combustibil:

(2.25)

2.7 Dimensiuni fundamentale ale motorului

Raportul cursă-alezaj:

(2.26)

Capacitatea cilindrică necesară:

(2.27)

Alezajul:

(2.28)

Cursa:

(2.29)

Viteza medie a pistonului:

(2.30)

Cilindreea totală a motorului:

(2.31)

Puterea litrică a motorului:

(2.32)

2.8 Trasarea diagramei indicate a motorului

Diagrama indicată are o importanță deosebită in procesul de proiectare a unui motor, ea reprezentând de fapt lucrul mecanic util produs de motor în timpul funcționării și fiind determinată de evoluția presiunii din cilindrul motorului pe durata celor patru timpi ai motorului (admisie-comprimare-destindere-evacuare) în funcție de volumul dizlocat de piston în timpul mișcării între cele două puncte moarte (p.m.s.-p.m.i.).

Prin urmare, se vor calcula:

Volumul la sfârșitul cursei de admisie:

(2.33)

Volumul la sfârșitul compresiei:

(2.34)

Cursa pistonului corespunzătoare unghiului de avans la scanteie:

(2.35)

Cursa pistonului corespunzătoare unghiului de avans la deschiderea evacuării:

(2.36)

Unghiul de avans la scanteie:

Unghiul de avans la evacuare:

Raportul raza manivelei si lungimea bielei:

În sistemul de coordonate p-V se vor plasa punctele a,c,z,b astfel:

-se plasează izocorele: si

-pentru trasarea prin puncte a politropelor de comprimare și de destindere se utilizeaza ecuațiile [1, pag. 226]:

politropa ac reprezintă procesul de comprimare și se trasează conform formulei:

(2.37)

politropa zb reprezintă procesul de destindere și se trasează pornind de la relația:

(2.38)

Rezultatele calculelor efectuate pe baza relațiilor de mai sus sunt trecute in tabelul 2.5:

Tabelul 2.5

3 Calculul cinematic si dinamic al motorului

3.1 Cinematica mecanismului bielă-manivelă

Analizele cinematice si calculul dinamic al mecanismului bielă-manivelă sunt necesare pentru determinarea forțelor care acționează asupra pieselor motorului.

Cercetările de detaliu ale cinematicii mecanismului bielă-manivelă din cauza regimului variabil de funcționare, sunt foarte complexe. La determinarea sarcinilor de pe piesele motorului se folosesc însa formule simplificate obținute în ipoteza unei viteze unghiulare constante a arborelui cotit si la regim stabilizat, care dau o precizie suficientă și ușurează esențial calculul.

La o viteză unghiulară constantă de rotație a arborelui cotit, unghiul de rotație este proporțional cu timpul și prin urmare toate mărimile cinematice pot fi exprimate în funcție de unghiul de rotație a arborelui cotit.

Se va considera, în calcule, că poziția inițială pentru măsurarea unghiului este poziția corespunzătoare pentru care pistonul este la distanța maximă de la axa arborelui cotit.

În construcția de automobile se întâlnesc soluții constructive cu mecanism bielă-manivelă de tip axat, când axa cilindrului intersectează axa arborelui cotit, si mecanism bielă-manivelă de tip dezaxat.

În cazul de fața se va lucra cu un mecanism bielă-manivelă axat, conform figurii 3.1.

Pe schema principală a mecanismului bielă-manivelă s-au făcut următoarele notații:

– unghiul de rotație al manivelei la un moment dat, care se masoară de la axa cilindrului în sensul de rotație al arborelui cotit. (sensul acelor de ceasornic);

– unghiul de înclinare al axei bielei, în planul ei de oscilație, de o parte a axei cilindrului.

– viteza unghiulară de rotație a arborelui Fig. 3.1 Mecanismul bielă-manivelă cotit.

de tip axat

– cursa pistonului sau distanța între p.m.s. și p.m.i.

– raza manivelei sau distanța între axa arborelui cotit și axa fusului maneton.

– raportul dintre raza manivelei și lungimea bielei.

Pentru motoarele contemporane de automobile se folosesc limitele:

Se va adopta:

– lungimea bielei.

Stabilirea ecuațiilor de mișcare ale pistonului, [2]:

Spațiul parcurs de piston : este expresia obținută din geometria mecanismului bielă-manivelă, prin operații matematice specifice geometriei plane si trigonometriei.

(3.1)

Viteza pistonului : se obține prin derivarea ecuației spațiului parcurs de piston.

(3.2)

Se observă că viteza pistonului este compusă din două armonice:

– armonica de ordinul I (3.3)

– armonica de ordinul II (3.4)

Accelerația pistonului : este expresia derivatei de ordinul II al spațiului parcurs de piston sau a derivatei de ordinul I a vitezei pistonului:

(3.5)

De asemenea se observă două armonici care dau doua accelerații:

– accelerația de ordinul I (3.6)

– accelerația de ordinul II (3.7)

Valorile variației acestor mărimi caracteristice în funcție de unghiul de rotație a arborelui cotit sunt prezentate in tabelul 3.1.

Tabelul 3.1

3.2 Dinamica mecanismului bielă-manivelă

Prin calculul dinamic al mecanismului bielă-manivelă se urmărește determinarea mărimii și caracterului variației sarcinilor care actionează asupra pieselor motorului. Cercetările în detaliu sunt foarte complexe din cauza regimului variabil de funcționare. De aceea se folosesc relații simplificate, obtinute în ipoteza unei viteze unghiulare constante a arborelui cotit si la regim stabilizat.

Forțele care acționeaza in mecanismul bielă – manivelă

Asupra mecanismului bielã-manivelã, actioneazã fortele date de presiunea gazelor din cilindru si fortele de inertie ale maselor mecanismului aflate în miscare. Fortele de frecare vor fi considerate neglijabile. Fortele de inertie sunt constituite din fortele de inertie ale maselor aflate în miscare alternativã de translatie si forte de inertie ale maselor aflate în miscare de rotatie.

Pentru calculul organelor mecanismului bielã-manivelã, al sarcinilor în lagãre, pentru cercetarea oscilatiilor de torsiune, etc., trebuie determinate valorile maxime, minime si medii ale acestor forte. De aceea mãrimile fortelor se vor determina pentru o serie de pozitii succesive ale mecanismului, functie de unghiul de rotatie al arborelui cotit.

Pentru determinarea fortelor din elementele mecanismului bielã-manivelã este recomandabil sã se înceapã cu determinarea fortelor care acționeazã dupã axa cilindrului , cercetând separat fortele de presiune a gazelor si fortele de inertie.

Fig. 3.2 Forțele si momentele care actionează în mecanismul bielă-manivelă

Forța de presiune a gazelor

Forța dată de presiunea gazelor pe piston se determină cu relația, [2]:

(3.8)

(3.9)

în care – aria suprafeței capului pistonului (3.10)

– presiunea gazelor în cilindru după diagrama indicată.

Forța de presiune a gazelor este îndreptată după axa cilindrului si poate fi considerată în axa bolțului de piston. Această forță este considerată pozitivă când este orientată spre axa arborelui cotit si negativă când este orientată invers.

Calculul valorilor forțelor Fg se face tabelar – tabelul 3.2 – și se construiește curba Fg = f(α).

Fig. 3.3 Presiunea gazelor în cilindru

Forțele de inerție

Forțele de inerție sunt produse de masele aflate în mișcare accelerată și anume: piston asamblat (piston, bolț, segmenți, siguranțele bolțului), bielă și arbore cotit.

Forțele de inerție sunt îndreptate în sens opus accelerației și sunt date de formula generalã:

(3.11)

în care – masa elementelor în mișcare, [kg];

a – accelerația maselor, [m/s2].

În funcție de felul mișcării elementelor mecanismului motor distingem următoarele tipuri de forțe de inerție:

Forțele de inerție produse de masele elementelor aflate în mișcare de translație (Fj);

Forțele de inerție produse de masele neechilibrate ale elementelor aflate în mișcare de rotație (Fr).

Forțele de inerție ale maselor în mișcare de translație

Aceste forțe se determină prin multiplicarea acestor mase (mj), considerate in axa bolțului de piston, cu accelerația pistonului, adică:

(3.11)

Masele aflate in mișcare de translație sunt constituite din masa pistonului asamblat (mp), care cuprinde masa pistonului, segmenților, bolțului și siguranțelor acestuia și o parte din masa bielei (), care se consideră concentrată în axa piciorului acesteia. Astfel:

(3.12)

Întreaga masa a bielei se consideră aproximativ concentrată în cele doua axe în care este articulată, respectiv în axa piciorului bielei () și în axa capului bielei ().

Prima componentă este luata în calcul la determinarea forței de inerție Fj, iar a doua componentă se adaugă maselor rotitoare ale manivelei.

Din documentația de specialitate se vor adopta urmatoarele mase specifice:

(3.13)

(3.14)

Pentru majoritatea motoarelor de autovehicule repartizarea masei bielei pe cele două componente se află în limitele următoare:

(3.15)

Forța de inerție Fj se poate exprima ținând seama de expresia generalizată a accelerației pistonului:

(3.16)

Se observă apariția în expresia forței de inerție a maselor în mișcare de translație a doua armonici:

(3.17)

Această problemă este foarte importantă în studiul echilibrării motoarelor. Din acest punct de vedere se desprind următoarele concluzii:

– componentă care se echilibrează parțial cu ajutorul contragreutăților amplasate pe arbore;

– componentă care nu se poate echilibra cu contragreutați deoarece prezintă o viteză de rotație dublă față de cea a arborelui cotit, însă se pot echilibra total cu contragreutăți plasate pe arbori suplimentari care se rotesc cu viteza unghiulară dublă față de arborele cotit.

Forțele de inerție ale maselor în mișcare de rotație

Masele din mecanismul motor care dau forțe de inerție în mișcare de rotație sunt:

masa bielei concentrată în axa capului bielei ();

masa fusului maneton ();

masa neechilibrată a brațului, care va fi redusă la distanța r.

Expresia forței de inerție a maselor în mișcare de rotație este:

(3.18)

unde: – masa elementelor în mișcare de rotație.

(3.19)

Observație : Forțele de inerție ale maselor în mișcare de rotație nu prezintă un pericol pentru echilibrarea motorului întrucât ele se echilibrează total cu ajutorul unor contragreutăți plasate pe arborele cotit al motorului.

Forțele rezultante din mecanismul motor și momentul motorului monocilindric

Conform figurii 3.2 vom întâlni următoarele forțe, [2]:

Forța sumară care acționează de-a lungul axei cilindrului si este egală cu suma algebrică a forței create de presiunea gazelor Fg și forța de inerție a maselor în mișcare de translație Fj.

(3.20)

Valorile variației acestor forțe în funcție de unghiul de rotație a arborelui cotit sunt prezentate in tabelul 3.2.

Tabelul 3.2

Forța F aplicată în axa bolțului se descompune în două componente, [2]:

Componenta normala N ( de sprijin ) după axa cilindrului – această forță strivește pelicula de ulei. Această componentă dă naștere unui moment care tinde să rotească blocul motor în jurul arborelui cotit în sens invers față de sensul de rotație al acestuia, moment ce se transmite la punctele de fixare a motorului pe șasiu.

Momentul dat de forța N este egal ca valoare absolută cu momentul dezvoltat de forțele active pe manivela arborelui cotit.

Din punct de vedere a convenției de semn, forța N este considerată pozitivă atunci când tinde să roteasca mecanismul invers sensului de rotație.

(3.21)

(3.22)

Forța din lungul bielei S, care este un vector alunecător.

(3.23)

Această forță se transmite fusului maneton și se consideră pozitivă când comprimă biela, și negativă atunci când solicită biela la întindere.

Forța S, fiind un vector alunecător, este transpusă în axa fusului maneton și se descompune în două componente, [2]:

Componenta radială Z, considerată pozitivă atunci când acționează spre axa arborelui cotit.

(3.24)

Componenta tangențială T, care se va considera pozitivă atunci când este orientată în sensul de rotație al arborelui cotit.

(3.25)

Observație: Singura forță care furnizează moment este forța T. Momentul motor va fi dat, prin urmare, de forța T.

Momentul monocilindrului:

(3.26)

Valorile variației acestor forțe (N, S, Z, T și M) în funcție de unghiul de rotație a arborelui cotit sunt prezentate in tabelul 3.3.

Tabelul 3.3

Stelajul motorului. Decalajul funcționării cilindrilor. Ordinea de aprindere. Momentul total al motorului

Stelajul poate fi definit ca fiind decalajul geometric al brațelor arborelui cotit. Forma stelajului se alege în funcție de următoarele elemente importante:

ordinea de funcționare a cilindrilor să nu determine apariția exploziilor în doi cilindrii apropiați;

să asigure un echilibraj natural al forțelor și momentelor de inerție pe grupe de câte doi cilindrii.

Această împrejurare conduce la apariția arborilor cotiți simetrici față de palierul central (arbori în oglindă).

Ordinea de aprindere este ordinea în care apare fenomenul de ardere la cilindrii motorului. Se va stabili următoarea ordine de aprindere pentru motorul considerat: 1 – 3 – 4 – 1.

Decalajul funcționării cilindrilor este unghiul măsurat în care marchează începutul ciclului între cilindrii succesivi în funcționare.

Fig. 3.4 Schița arborelui cotit

În cazul de față, unghiul de decalaj va fi:

(3.27)

Pentru a se putea stabili care este momentul rezultat la un unghi oarecare de rotație a arborelui cotit din toți cilindrii motorului, va trebui să se stabilească diagrama de funcționare a motorului.

Tabelul 3.4 Diagrama de funcționare a motorului

Momentul total al motorului reprezintă suma momentelor cilindrilor și are variația valorilor prezentată în tabelul 3.5.

Tabelul 3.5

Forțele care acționează asupra fusului maneton și palier. Desfașurata forțelor pe fusul maneton și palier.

O observatie foarte importanta este aceea ca masa fusului maneton si masa bratelor nu solicita fusul maneton.

Asupra manetonului actioneaza fortele T si Z si mai actioneaza si forta de inertie din masa bielei:

(3.28)

Rezultanta forțelor care acționează asupra fusului maneton are expresia:

(3.29)

Rezultanta forțelor care acționează asupra Fig. 3.5 Forțele din fusul maneton fusului palier are expresia:

(3.30)

Fig. 3.6 Forțele ce acționează în fusurile arborelui cotit

(3.31)

(3.32)

Valorile variației forțelor ce acționează în fusurile arborelui cotit în funcție de unghiul de rotație a acestuia sunt prezentate în tabelul 3.6.

Tabelul 3.6

Diagramele de uzura ale fusurilor maneton si palier

Se va porni de la ipoteza că uzura este proportională cu forțele care actionează asupra fusului. La construcția diagramelor, convențional, se consideră că forțele care solicită la un moment dat fusul se distribuie pe suprafața lui la 60°, de ambele parți ale punctului de aplicație.

Pentru construirea diagramei se trasează un cerc care reprezintă secțiunea fusului.

Către periferia acestui cerc sunt aduse valorile Rm și Rp luate din diagramele polare.

Pe rând, de la direcția fiecărei forțe, la 60°, în ambele parți, se duc în interiorul cercului fâșii circulare a căror înalțime este proporțională cu mărimea forței.

În mod treptat, suprafața acumulată reprezintă insași diagrama.

Din construcția acestei diagrame se trag concluzii privind zona celor mai mici presiuni exercitate pe fus, zonă care va constitui locul exact al găurii pentru ungere din fus.

Fig. 3.7 Construcția diagramei de uzură

4. Calculul organologic al principalelor piese fixe ale motorului

4.1. Calculul cilindrului motorului

5. Calculul organologic al principalelor piese mobile ale motorului

5.1. Calculul pistonului

5.2 Calculul boltului de piston

5.3 Calculul bielei

Fig. 5.10 Dimensionarea corpului bielei

5.4 Calculul arborelui cotit

6. Calculul mecanismului de distributie

7 Calculul instaltiei de ungere

7.1 Principiul de functionarea instalatiei de ungere

Uleiul trebuie să asigure funcționarea corectă atât a părților calde ale motorului cât și a părților reci; să asigure protecția împotriva coroziunii datorate umidității și acizilor care apar în urma arderii; să asigure evacuarea impurităților.

Pe lângă aceste funcții, uleiul prezent în ansamblul piston-segmenți-cămașa cilindrului îndeplinește și rolul de element de etanșare.

Condițiile de lucru ale motorului cu ardere internă impun următoarele cerințe uleiului din sistemul de ungere: oncțuozitate optimă; variație redusă a viscozității funcție de temperatură; stabilitate chimică ridicată; să împiedice aglomerarea particulelor rezultate în urma arderii; să fie filtrabil; să posede o temperatură de congelare cât mai redusă.

Ungerea suprafețelor diferitelor piese ale motorului este influențată în principal de rolul lor funcțional și de condițiile de lucru (sarcină și viteză).

După modul cum uleiul este adus la suprafețele în frecare, ungerea se poate realiza sub presiune, prin stropire cu jet de ulei; prin ceață de ulei sau mixt. Motoarele pentru autovehicule utilizează ungerea mixtă unde anumite componente (lagărele, bolțul, tacheții hidraulici, etc.) se ung cu ulei sub presiune, altele (cilindrul, pistonul, camele, supapele, etc.) se ung prin ceață de ulei sau prin stropire cu jet.

După locul unde este plasat uleiul de ungere sistemul de ungere poate fi cu "carter umed", în care caz uleiul se află depozitat în baia plasată la partea inferioară a motorului sau cu "carter uscat" la care uleiul se află depozitat într-un rezervor special plasat în afara motorului.

În figura 4.1 se prezintă schema sistemului de ungere cu carter umed. Sistemul cuprinde circuitul principal cu: pompa de ulei 1 cu sorbul 2 care aspiră uleiul din baia de ulei 13 și îl refulează prin intermediu conductei 3 către filtrul de curățire brută 4, după care este trimis în magistrala de ulei 5. Din magistrala de ulei, uleiul este distribuit prin conducte la lagărele paliere iar prin intermediul canalizației existente în arborele cotit la lagărele fusurilor manetoane. La anumite construcții ungerea bolțului se poate realiza sub presiune printr-un canal care străbate biela în lungul ei. Motoarele cu solicitări termice intense și cu turație moderată pot utiliza acest circuit pentru răcirea pistoanelor. Lagărele arborelui cu came și axul culbutor 11 sunt alimentate cu ulei prin intermediul conductelor 7. Oglinda cilindrului, camele și supapele sunt unse prin stropire cu jet și ceață de ulei.

La circuitul principal al sistemului de ungere se poate anexa în paralel un filtru de curățire fină 8. Prin acest filtru trece 10-15% din debitul de ulei al instalației de ungere, după care uleiul se întoarce în baie sau în circuitul principal contribuind la regenerarea uleiului.

Fig. 7.1 Schema instalației de ungere mixtă cu carter umed

Menținerea temperaturii în limite acceptabile se realizează prin introducerea în paralel cu circuitul principal a schimbătorului de căldură

Fig. 7.2 Pompa de ulei cu angrenare exterioară: 1-roata conducătoare; 2-roata condusă; 3-frezare; A-spațiul de aspirație; R-spațiul de refulare.

Fig. 7.3 Răcirea pistonului cu jet de ulei printr-un orificiu plasat în piciorul bielei

Fig. 7.4 Răcirea pistonului cu jet de ulei printr-un orificiu calibrat plasat la nivelul lagărelui palier

Sistemul de ungere este prevăzut cu supape de siguranță la pompa de ulei pentru evitarea suprapresiunilor, la filtru pentru a permite trecerea uleiului spre locurile de ungere când acesta este îmbâcsit, și la radiatorul de ulei în vederea scurtciurcuitării acestuia când uleiul este rece.

Presiunea și temperatura uleiului din magistrală sunt controlate pentru a se evidenția funcționarea defectuoasă a instalației. Nivelul uleiului din baia de ulei se verifică cu ajutorul tijei 12, pe care sunt trasate limita maximă și minimă.

Răcirea pistoanelor la motoarele de turație ridicată se poate realiza cu ajutorul unui orificiu calibrat amplasat la nivelul lagărului palier (fig. 7.3), iar la motoarele de turație mai coborâtă, orificiul calibrat se găsește în piciorul bielei (fig. 7.4).

7.2 Partile componente ale instalatiei de ungere

7.2.1 Pompa de ulei

Circulația uleiului este asigurată de către pompa de ulei. Dintre acestea, pompele cu roți dințate sunt cel mai des utilizate, deoarece au construcția simplă și prezintă siguranță în funcționare. Pompele cu roți dințate au dimensiuni reduse față de spațiul disponibil în carter.

Fig. 7.5 Pompa de ulei cu rotor cu lobi 1-orificiu de aspirație; 2-rotor interior; 3-rotor exterior; 4-orificiu de refulare; 5-presiune înaltă; 6-presiune de aspirație: 7-corpul pompei.

Pompa cu roți dințate cu angrenarea exterioară (fig. 7.2) este alcătuită dintr-o carcasă prevăzută cu orificii de intrare și ieșire în care se montează două roți dințate cu dantură dreaptă sau elicoidală. Una din roți este antrenată de la arborele cu came sau de la arborele cotit, cealaltă este antrenată de prima roată în sens invers. Camerele A și R reprezintă camere de aspirație respectiv refulare.Uleiul pătrunde în camera de aspirație A, umple spațiul dintre dantura și carcasă, apoi este antrenat de dantura roții și refulat în camera R. Comprimarea uleiului dintre dinții roților este evitată printr-o frezare și uleiul este deplasat în camera de refulare, în acest mod se elimină încărcarea suplimentară a fusurilor roților pompei. Sistemul de ungere poate fi prevăzut și cu o pompă cu rotor cu lobi (fig. 7.5), care prezintă avantajul unui gabarit redus, siguranță în funcționare, asigură presiuni ridicate la turații scăzute.

Pompa cu rotor cu lobi (cu angrenare interioară) se compune din două rotoare 2 și 3 montate în carcasa 1. Rotorul interior 2 este antrenat prin intermediul arborelui de comandă de la arborele cu came sau arborele cotit. Rotorul 3, exterior este dezaxat față de rotorul 2 și arborele de comandă. La rotirea rotorului interior este antrenat în mișcare de rotație în același sens și rotorul exterior. Uleiul aspirat în spațiul dintre rotoare este transportat de către lobii rotorului interior și exterior, în spațiul care se micșorează datorită excentricității, comprimat uleiul este refulat sub presiune spre magistrala de ulei.

7.2.2 Supapa de siguranță

Fig. 7.6 Supapă cu piston

Fig. 7.7 Schema de lucru a unui sorb plutitor a) sită în stare de funcționare; b) sită înfundata

Fig. 7.8 Supapă cu bilă

În scopul protejării instalației de ungere de creșterea presiunii se introduce în circuitul de refulare al pompei supape de siguranță care menține o presiune constantă într-un domeniu larg de turații și temperatură. Surplusul de ulei este deviat în circuitul de aspirație al pompei de ulei sau baie.

Presiunea uleiului se consideră optimă pentru motoarele de autovehicule în limitele 0,2…0,5 MPa la o temperatură de 70. În cazul motoarerlor mici cu cantități mici de ulei se utilizează supape cu bilă (fig. 7.8), iar la motoarele cu debite mari de ulei în sistemul de ungere se utilizează supape cu piston (fig. 7.6).

Uleiul este absorbit din baia de ulei printr-un element filtrant (sorb) care poate fi fix sau plutitor, situat în partea cea mai de jos a băii de ulei.

Filtrul sorbului (fig. 7.7) este confecționat dintr-o sită din sârmă de oțel sau tablă perforată. Acest filtru protejează pompa de ulei de impuritățile solide. La motoarele mici filtrul sorbului poate prelua funcțiile filtrului din circuitul principal, în acest caz sita trebuie să asigure reținerea impurităților și să fie accesibil la curățat.

7.2.3 Filtrele de ulei

Uleiul în timpul funcționării motorului cu ardere internă pierde din calitățile sale datorită pătrunderii unor impurități: particule metalice rezultate în urma fenomenului de uzură; particule de praf care pătrund în motor odată cu aerul nefiltrat corespunzător la admisie; impurități rezultate în urma unui montaj și unei întrețineri necorespunzătoare; impurități ce se formează în carter; produse chimice rezultate în urma acțiunii gazelor scăpate în carter.

Datorită fenomenului de degradare a calității uleiului ungerea este compromisă antrenând amplificarea uzurilor și chiar apariția de avarii ale motorului.

Pentru a elimina efectele negative pe care la produc impuritățile, în sistemul de ungere se introduc elemente de filtrare care au rolul de curățire.

După finețea filtrării, filtrele de ulei se împart în două categorii: filtre de curățire brută și filtre de curățire fină.

Filtrul de curățire brută se montează în serie în circuitul de refulare al pompei de ulei, prin el trecând întreaga cantitate de ulei. Rezistența hidraulică este redusă. Filtrul brut reține impurități de dimensiuni cuprinse între 20…100mm. Montajul în serie al filtrului impune prezența unei supape de siguranță care să permită scurtcircuitarea filtrului în cazul îmbâcsirii acestuia.

Filtrul de curățire fină se montează în paralel cu circuitul principal de ungere, cantitatea de ulei care-l străbate este de 10…15% din cantitatea de ulei din sistemul de ungere pentru a se evita pierderile hidraulice. Filtrul fin reține impurități cu dimensiuni de până la 5 mm. După filtrare uleiul este returnat în baia de ulei contribuind la regenerarea acestuia.

După gradul de filtrare, filtrele se pot clasifica în filtre statice și filtre dinamice.

Filtre statice

Reținerea impurităților se realizează cu ajutorul unui element filtrant, care poate fi: sită metalică, discuri metalice sau de hârtie, cu acțiune magnetică sau active.

a) b) c)

Fig. 7.9 Filtru cu sită metalică: a) ansamblu de elemente cu site metalice; b) element de filtrare cu sită metalică; c) asociere a unui filtru magnetic la un filtru cu site

Filtrele cu sită metalică (fig. 7.9), sunt utilizate în general pentru filtrarea uleiului înainte de intrarea în pompa de ulei, dar și ca filtre de curățire brută sau fină (pot reține impurități până la 5 mm).

Construcția elementului de filtrare se realizează dintr-un pachet de discuri în care se încorporează site și care montate formează între ele spații suficient de mari pentru impuritățile reținute. Filtrele cu sită rețin prin aderență și emulsiile gelatinoase.

Filtrele cu discuri (fig. 7.10) au elementul filtrant dintr-un număr de discuri din metal sau carton de forme speciale așezate unele peste altele care formează interstiții de trecere a uleiului.

Impuritățile de dimensiuni mai mari sunt reținute în exteriorul filtrant, iar cele de dimensiuni mici în spațiul dintre discuri.

Filtrul cu discuri metalice este prevăzut cu elemente care asigură posibilitatea curățirii interstițiilor chiar în timpul funcționării prin rotirea din exterior a pachetului de discuri.

Filtrul cu discuri din carton se utilizează ca filtru fin. Filtrele cu element filtrant din hârtie (fig. 7.11) sunt utilizate pe scară largă, ele pot fi utilizate atât ca filtre de curățire brută cât și ca filtre de curățire fină în funcție de dimensiunile porilor hârtiei. Pentru a se îmbunătății rezistența și proprietățile de aderență hârtia de filtru este impregnată cu diferite produse. Gabaritul acestor filtre este redus datorită modului de construcție al elementului filtrant, hârtia de filtru fiind pliată, iar forma este menținută de o armătură metalică.

Filtrele cu element filtrant din hârtie nu pot fi curățite, când acesta se îmbâcsește este înlocuit cu unul nou.

Filtrul este prevăzut cu o supapă de siguranță care se deschide la o presiune de 0,1…0,25 MPa, asigurând trecerea uleiului în circuitul de ungere fără să mai treacă prin elementul filtrant când acesta este îmbâcsit sau uleiul are vâscozitate mare.

Fig. 7.10 Filtru cu discuri a) cu discuri metalice; b) cu discuri din carton.

Fig. 7.11 Filtru cu cartuș filtrant din hârtie

a) ansamblu; b) funcționare normală; c) funcționare când filtrul este îmbâcsit

Filtrele magnetice se utilizează ca filtre suplimentare pe lângă filtrele cu sită, cu discuri sau dopurile de golire.

Aceste filtre rețin particule feroase și prin coeziune particule de bronz sau alte particule nemagnetice rezultate în urma uzurii.

Filtrele active rețin unii produși organici dizolvați în ulei precum și apă. Separarea lor se realizează prin absorție, hidratare sau reacții chimice. Ca element filtrant se folosesc: pâsla, hârtia de filtru; amestecuri de oxid de aluminiu, bauxită, mangan, sulf sau vată de zgură.

7.3 Calculul instalatiei de ungere

Calculul lagarelor. Fortele care actioneaza asupra lagarelor si dimensiunilor fusurilor arborelui cotit se determina pe baza calculului dinamic.

Jocurile minime:

in care: – turatia arbolei cotit;

– vascozitatea dinamica;

– coeficientul de corectie;

– diametrul suprafetei de sprijin a lagarului;

– lungimea suprafetei de sprijin a lagarului;

– jocul relativ;

– jocul diametral pentru lagare turnate din babit;

– presiunea pe suprafata;

– forta rezultanta care actioneaza asupra lagarului.

Verificare:

in care:

– inaltimile microneregularitatilor lagarului si fusului care pentru diferite prelucrari pentru superfinisare au valori intre 0,05…0,25;

– coeficient de siguranta.

7.4 Calculul debitului de ulei

Debitul pompei de ulei se determina pe baza bilantului energetic,considerand ca uleiul preia caldura dezvoltata, prin frecare, care reprezinta o fractiune din caldura degajata in cilindru.

in care: – coeficientul de frecare lichida.

– puterea calorica a combustibilului;

– consumul orar de combustibil;

– puterea motorului;

– consumul specific de combustibil.

Debitul de ulei din conducta principala, necesar pentru evacuarea calduri:

in care: – caldura specifica a uleiului;

– masa specifica a uleiului.

7.5 Calculul pompei de ulei

La calculul pompei de ulei se are in vedere ca debitul acesteia sa fie de peste doua ori mai mare decat debitul de ulei necesar in circuitul de ungere.

Debitul pompei de ulei:

Tinand cont de tipul si puterea motorului se recomanda:

Debitul pompei cu roti dintate:

in care: – randamentul volumetric al pompei.

Diametrul exterior al roti dintate:

in care: – viteza periferica a rotilor dintate;

– turatia pompei.

Latimea rotii:

in care: – numarul de dinti;

– modulul rotii dintate;

– inaltimea dintelui.

Puterea necesară antrenării pompei de ulei:

in care: – caderea de presiune;

– randamentul mecanic al pompei de ulei.

Volumul de ulei din baie:

8 Instalatia de alimentare

Instalatia de alimentare a motoarelor cu aprindere prin scanteie (MAS) este ansamblul organelor care servesc la alimentarea motorului cu amestec carburant format din benzina si aer, avand compozitia si cantitatea necesara regimului de functionare. Insotita si de o sonda Lambda,reduce poluarea atmosferica cu gazele de esapament.

Instalatia de alimentare cuprinde urmatoarele elemente(fig 8.1):

·       Rezervor.

·       Sorb.

·       Pompa de benzina.

·       Filtru de benzina.

·       Regulatorul de presiune.

·       Rampa de injectie.

·       Amortizorul de pulsatii.

·       Injectoarele.

Fig. 8.1 Instalatia de alimentare

Rezervorul de combustibil

La sistemul rezervorului gasim :

·        Legatura cu aerul prin canistra cu carbon activ,

·        Dispozitivul de prea-plin,

·        Dispozitivul anti depresiune,

·        Protectia la suprapresiune,

·        Dispozitivul anti-golire la rasturnarea vehiculului.

Rezervorul si conductele necesita: verificarea elementelor de strangere, curatirea rezervorului de impuritati la 15 000 – 20 000 km, eventual prin barbotarea a 8 – 10 l de benzina (dupa demontare), eliminand-o prin busonul de golire; se exclude orice lovire cu corpuri metalice, pentru evitarea exploziei;

Pompa electrica de benzina.

Pompa de benzina are ca rol furnizarea carburantului sub presiune catre injectoare iar debitul sau este mult superior nevoilor motorului, prentu ca în zona injectoarelor sa existe tot timpul benzina proaspata si în cantitate suficienta.Excesul de benzina se întoarce în rezervor  prin intermediul regulatorului care tine o presiune constanta în rampa de injectie. Pompa electrica de benzina este fixata in rezervor, fiind imersata in benzina si este comandata de calculator, prin intermediul unui releu.

La punerea contactului, cu cheia in pozitia M (motor), dar fara a seporni motorul, pompa va fi alimentata cu curent numai pentru 3-4 sec. Pompa va debita permanentnumai atunci cand calculatorul primeste semnal de la senzorul de turatie si trebuie sa asigure un debit de min. 65l/h si presiunea de 1-1,1 bari la 12 V.

Fig. 8.2 Pompa electrica de benzina

1 Pompa electrica de benzina., 2 Placa suport. 3 Joja de combustibil. 4 Sorb.

Sursa: Bosch

Principiu de functionare al pompei electrice de benzina

Pompa de benzina este de tipul multicelular cu rulouri antrenat de un motor electric.O supapa de securiate se deschide atunci când presiunea în interiorul pompei  devine prea mare. La iesire, o supapa anti-retur mentine presiunea în conducte pentru ceva timp.Aceasta evita dezamorsajul circuitului la oprirea motorului si formarea bulelor de vapori în circuitul de alimentare atunci când temperatura carburantului devine prea mare.

Filtrul de benzina

Filtrul de benzină protejează sistemul de alimentare cu motor, eliminând eventualele impurități din combustibil. Filtrele de combustibil contribuie astfel la creșterea performanțelor motorului și a duratei de viață a acestuia. Filtrul de benzină elimină orice particule mai mari de 8 micrometri. Acesta suporta o presiune de șase bare și are un prag de filtrare de 3 până la 5 micrometri.

Filtrul de combustibil se curata de impuritati, la fiecare 5 000 km, iar la 15000 km se inlocuieste elementul filtrant.

Regulatorul de presiune

Regulatorul de presiune controleaza debitul de combustibil pe conducta de retur catre rezervor pentru a obtine o presiune diferentiala constanta între amontele si avalul injectorului.

Acesta functioneaza pe baza presiunii din colector iar rolul sau este de a adapta presiunea carburantului. Presiunea în rampa de injectie este corectata în functie de depresiunea din colectorul de admisie pentru ca injectoarele sa lucreze la presiune constanta.Camera resortului este legata printr-o conducta la colectorul de admisie.La toate regimurile presiunea de refulare a injectoarelor devine astfel constanta.Calculatorul de injectie nu modifica decât timpul de injectie pentrua varia debitul injectat.

Regulatorul este de fapt o supapă de control a presiunii reglată pneumatic (vezi figura de mai jos). Acesta conține o diafragmă (membrană) elastică (4) care împarte corpul regulatorului în două camere: de combustibil și de aer. În interiorul regulatorului se află o supapă (5) și un arc elicoidal (2). Supapa este ținută pe sediu datorită apăsării arcului. În momentul în care forța datorată presiunii din rampă devine mai mare decât forța de apăsare a arcului, supapa (5) se deschide (se ridică) și combustibilul este refulat către rezervor prin intermediul canalului de retur (7).

Fig. 8.3 Regulatorul de presiune

Rampa comuna de injectie si injectorul

Normele de poluare din ce în ce mai severe au impus utilizarea sistemelor de injecție cu control electronic pe motoarele cu ardere internă. De asemenea, aceste sisteme au permis obținerea de puteri specifice mai mari precum și un consum mai scăzut de combustibil.

Fig. 8.4 Sistem de injecție motor benzină (rampe combustibil, injectoare și regulator de presiune)
Sursa: Delphi

Cantitatea de combustibil injectată trebuie să fie controlată foarte precis deoarece se face în funcție de masa de aer care intră în cilindri. Pe baza informației primită de a senzorul de masă de aer calculatorul de injecție controlează momentul și durata deschiderii injectoarelor.

Fig. 8.5 Injectoare benzină (injecție indirectă)
Sursa: Delphi

Injectorul de combustibil este un dispozitiv electromecanic care debitează, pulverizează și direcționează combustibilul în galeria de admisie, în poarta supapei de admisie. Injectoarele sunt montate pe galeria de admisie. Acestea sunt instalate etanș pe galerie pentru a preveni scăparea de aer admis în motor.

Fig. 8.6 Poziția injectorului în galeria de admisie (injecție indirectă de benzină)

1. injector, 2. arbore cu came, 3. Tachet, 4. supapă de admisie, 5. chiulasă, 6. galerie de admisie

Fiind un motoar cu două supape de admisie jetul este divizat sub un anumit unghi, în două conuri, fiecare jet direcționat către o supapă de admisie (vezi fig. 8.6).

Fig. 8.7 Injector benzină injecție indirectă
Sursa: Denso

În partea superioară injectoarele sunt alimentate direct din rampa de combustibil. Pentru a fi conectate etanș, atât de rampă cât și de galeria de admisie, acestea sunt prevăzute cu garnituri de cauciuc (O-ring-uri).

Carcasa injectorului, metalică sau din plastic, conține o supapă acționată de un solenoid și două conexiuni electrice pentru alimentarea cu energie electrică. Pentru a preveni contaminarea cu impurități, în partea superioară injectorul are prevăzut un filtru.

Fig. 8.8 Secțiune longitudinală printr-un injector – orificii multiple de injecție
Sursa: Bosch

1. garnituri (O-ring-uri), 2. Filtru, 3. carcasă (prevăzută cu conector electric), 4. Solenoid, 5. arc elicoidal de revenire, 6. acul injectorului (armătura mobilă), 7. sediul supapei (cu orificii), 8. contacte electrice

Pentru a injecta combustibilul în galeria de admisie, calculatorul de injecție, prin intermediul contactelor electrice (8), alimentează cu energie electrică solenoidul (4). Acesta se energizează și produce o forță magnetică care ridică acul injectorului (6) de pe sediu (7). Pentru a opri injecția de combustibil, calculatorul de injecție întrerupe alimentarea cu energie electrică iar arcul elicoidal (5) apasă acul injectorului (6) pe sediu (7).

Fig. 8.9 Secțiune longitudinală printr-un injector – jet în formă de con unitar
Sursa: Bosch

1. orificiu conic, 2. acul injectorului, 3. armătură mobilă, 4. arc elicoidal de revenire, 5. Solenoid, 6. conectori electrici, 7. Filtru, 8. garnituri din cauciuc (O-ring-uri)

Divizarea jetului se poate face se asemenea cu mai multe orificii pentru a permite pulverizarea cât mai fină a combustibilului lichid.

Fig. 8.10 Injector Deka VII
Sursa: Continental

Jetul de combustibil este caracterizat de o serie de parametrii. Acești parametrii depind de forma constructivă a acului injector precum și de sediul supapei. Jetul de combustibil este determinat de o serie de unghiuri cu următoarele specificații:

Fig. 8.11 Tipuri de jet de combustibil – injecție indirectă benzină
Sursa: Bosch

A – injecție cu jet unitar
B – injecție cu jet divizat

Sursa: Bosch

Calculatorul de injecție, pe baza informațiilor primite de la senzori, controlează ordinea injecțiilor, momentul și durata deschiderii injectoarelor. Deoarece diferența de presiune între galeria de admisie și rampa de combustibil este menținută tot timpul constantă cu ajutorul regulatorului de presiune, cantitatea totală de combustibil injectată se controlează doar prin durata de deschidere a injectoarelor.

Fig. 8.12 funcționare injector
Sursa: Wikimedia Commons

Timpul de răspuns al injectorului, diferența de timp între comanda dată de calculatorul de injecție și momentul efectiv de ridicare al acului injector, este în jur de 1.5…18 ms. Înălțimea de ridicare a acului injectorului este de numai 60…100 μm. Frecvența de deschidere a injectoarelor este direct legată de turația motorului și are valori de 3…125 Hz.

În funcție de tipul solenoidului și de circuitul de comandă din calculatorul de injecție, injectoarele sunt de două tipuri:

cu curent „peak & hold” (vârf & menține)

cu curent saturat

Injectoarele „peak & hold” au solenoizii cu rezistență electrică în jur de 1…4 Ω. Acestea sunt alimentate continuu cu tensiunea de la baterie până când curentul atinge o valoare de vârf (t1). În această fază forța electromagnetică generată de solenoid este maximă și acul injectorului este ridicat de pe sediu. În faza de menținere a poziției acului injector (t2) curentul este redus deoarece forța necesară electromagnetică este mai mică. Comanda în tensiune pe durata (t2) este de tipul PWM. Avantajul acestui tip de injectoare este timpul de răspuns mai mic. Dezavantajul este curentul consumat care este mai mare, din acest motiv injectorul se încălzește mai mult.

Injectoarele cu curent de saturare sunt alimentate continuu cu tensiunea de la baterie. Rezistența electrică a solenoidului este în jur de 10…17 Ω. Avantajul constă în curent consumat mai mic, deci căldură disipată mai mică, dar au un timp de răspuns mai mare.

Este important să se țină cont caracteristicile tehnice ale injectoarelor atunci când se înlocuiesc. Utilizarea unor injectoare cu caracteristici mecanice și electrice diferite poate rezulta în funcționarea defectuoasă a motorului.

Caracteristici tehnice injector Bosch EV6 (0 280 155 868)

Fig. 8.13 Injector Bosch EV6
Sursa: Bosch

9 Proces tehnologic de fabricare al supapei de admisie

9.1 Conditii functionale, materiale si semifabricate

9.1.1 Conditii functionale si tehnice

În ansamblul motor, supapa de admisie are rolul de a umple camera de ardere cu aer respectiv cu amestec carburant. În timpul functionarii supapa de admisie este supusa la compresiune (capatul tijei respectiv tija) la temperaturi relativ înalte, oxidari si coroziuni.

În acest scop la executia supapelor se impun conditii riguroase privind pozitia relativa a talerului si a cozii supapei în raport cu tija, precum si asupra rectiliniaritatii tijei. Trecerea de la tija la taler trebuie sa fie continua.

Supapa cu forma concava a talerului este caracteristica pentru admisie la motoarele rapide, de putere mare, deoarece asigura o forma buna pentru curgerea gazelor, masa mica si rigiditate suficienta.

Supapa cu taler bombat este utilizata pentru admisie deoarece este mai rigida.

Pentru a asigura conditii optime procesului umplerii, supapa de admisie se face cu diametru maxim posibil. Dupa datele experimentale aceasta ajunge la 42-50% din alezajul cilindrului si la 1,15 ori diametrul canalului. Supapele de admisie au 82-88% din diametrul supapelor de admisie.

9.1.2 Materiale.

Datorita conditiilor de lucru, pentru supapa de admisie se utilizeaza oteluri speciale, termorezistente si anticorozive, fata de care se impun o serie de cerinte:

– Rezistenta la solicitari dinamice.

– Rezistenta la temperaturi ridicate pentru a nu se rupe în functionare.

– Rezistenta sub sarcina prelungita pentru a nu se deforma în functionare.

– Mentinerea duritatii la temperatura de regim.

– Rezistenta la coroziune în diferite medii.

Materialele cele mai populare pentru supape de admnisie , sunt din oțel inoxidabil austenitic, aliaje, cum ar fi de 21 de 2N și 21-4N. Forme de oțel austenitic atunci când este încălzită peste o anumită temperatură, care variază în funcție de aliaj. Pentru oțeluri multe, austenitizing variază de la temperatura de 1600-1675 °F, care este de aproximativ temperatura unde oțel la cald merge de la roșu la aproape alb). Cromul este adăugat pentru a creste rezistenta la coroziune.

9.1.3 Tratament termic

Se aplica un tratament de îmbunatatire:

– Calire la 830ș cu racire în ulei.

– Revenire la 600ș cu racire în aer.

Pentru capatul tijei calire C.I.F. cu o duritate min. 50 HRC pe adâncime de 1,2-2 mm.

În vederea îmbunatatirii calitatii de alunecare a supapelor si pentru evitarea tendintei spre gripare, tija supapei se cromeaza.

Grosimea stratului de cromare este de 0,004-0,006 mm fara o corectare ulterioara (respectiv rectificare) a tijei supapei.

9.1.4 Semifabricate pentru supape

Metoda de realizare a semifabricatului trebuie sa tina seama de asigurarea unei înalte stabilitati dimensionale si unei rezistente la oboseala ridicate, la un cost minim. Pentru satisfacerea acestor cerinte, semifabricatele se obtin prin deformare plastica, electrorefulare, urmata de matritarea de precizie si extrudare.

9.2 Stabilirea succesiunii operatiilor si fixarea bazelor de asezare

Forma constructiva, precum si caracterul productiei de serie sau de masa, face posibila automatizarea procesului de prelucrare mecanica. Tehnologiile moderne prevad obtinerea unor semifabricate foarte precise, cu adaosuri mici , astfel ca uzinarea sa se poata face numai prin rectificare.

Conditia principala ce trebuie îndeplinita la prelucrarea supapei este realizarea unei concentricitati cât mai perfecte a conului de asezare al corpului supapei cu portiunea de ghidare a tijei.

În cazul general supapele se prelucreaza prin strunjire si rectificare. Când se obtin semifabricate precise, prelucrarea supapelor se face numai prin rectificare. Etapele principale de prelucrare mecanica depind de procesul tehnologic adoptat.

Deoarece semifabricatul este foarte precis, numarul de operatii este mult mai mic, ceea ce constituie principalul avantaj al acestei tehnologii. Operatiile de prelucrare se executa pe masini de rectificat plan, masini de rectificat fara centre sau masini speciale.

Rectificarea tijei supapelor se executa pe masini de rectificat fara centre.

Metoda aplicata pentru rectificarea tijei supapei pe R.F.C. este rectificarea cu avans transversal pentru piese scurte cu reborduri.

Latimea discurilor abrazive este mai mare decât lungimea portiunii de rectificat, pentru a se putea rectifica dintr-o singura trecere toata lungimea.

Avansul transversal este continuu.

Piesele se introduc prin partea de sus si se aseaza pe rigla de reazem fiind împinse pâna la opritor, care determina lungimea.

9.3 Succesiunea opetatilor

10 Studiul privind clapeta de acceleratie

Clapeta de acceleratie are rolul de a varia cantitatea de incarcatura proaspata admisa in cilindrii motorului, realizându-se astfel variatia cantitativa a sarcinii motorului; la sarcini reduse, clapeta de acceleratie este aproape inchisa, in timp ce la sarcina totala, clapeta este complet deschisa.

Clapeta de accelerație electronică – obturatorul motorizat

Reglarea sarcinii la motorul pe benzină se face prin controlul masei amestecului aer-combustibilintrodusă în motor. În funcție de cantitatea de aer care intră în motor, calculatorul de injecție calculează masa de combustibil ce trebuie injectată. Clapeta de accelerație reglează masa de aer care intră în motor prin obturarea galeriei de admisie.

Fig. 10.1 Clapeta de accelerație electronică Delphi
Sursa: Delphi

Componentele clapetei de accelerație controlată electronic

Cuplul motor cerut de conducătorul auto este exprimat prin poziția pedalei de accelerație. Când conducătorul auto dorește să accelereze automobilul, practic cere un cuplu mai mare de la motorul termic. În cazul clapetelor de accelerație controlate electronic calculatorul de injecție comandă, prin intermediul unui motor electric, de curent continuu, poziția obturatorului (clapetei).

Fig. 10.2 Clapeta de accelerație electronică Bosch DV-E5
Sursa: Bosch

1. corpul clapetei de accelerație; 2. clapeta de accelerație; 3. angrenaj cu roți dințate; 4. senzor de poziție clapetă; 5. motor electric de curent continuu; 6. conector electric

Sistemele cu clapetă de accelerație electronică se mai numesc și sisteme „drive by wire” deoarece nu există o legătura directă, mecanicăl între pedala și clapeta de accelerație. Pedala de accelerație este prevazută cu un senzor de poziție care trimite informația calculatorului de injecție. În funcție de poziția pedalei de accelerație calculatorul de injecție comandă motorul electric (5) pentru a ajusta poziția clapetei de accelerație (2). Cuplul motorul electric este amplificat de un angrenaj cu roți dințate (3) și transmis mai departe clapetei de accelerație (2). Un senzor de poziție (4) citește poziția clapetei de accelerație pe care o trimite calculatorului de injecție.

Fig. 10.3 Clapeta de accelerație – componente
Sursa: vwvortex.com

1. corpul clapetei și clapeta de accelerație; 2. angrenajul cu roți dințate; 3. senzor de poziție clapetă de accelerație; 4. carcasă cu conector electric

Poziția clapetei de accelerație este controlată în bucla închisă. Calculatorul de injecție primește o referință a poziție de la pedala de accelerație și comanda motorul electric pentru a deschide sau închide clapeta de accelerație. Pentru a asigura poziția corectă a clapetei calculatorul de injecție utilizează semnalul de la senzorul de poziție al acesteia și corectează comanda motorului electric, dacă este cazul.

Fig. 10.4 Clapeta de accelerație – sistemul de control (pedala de accelerație → calculator de injecție → clapetă de accelerație)
Sursa: Bosch (componente)

Clapeta de accelerație electronică – avantajele utilizării

Sistemul de control electronic al clapetei de accelerație a fost introdus în principal pentru a reduce consumul de combustibil al motorului. Comparativ cu o clapeta de accelerație cu comandă mecanică, clapeta de accelerație electronică permite strategiilor de control motor, din calculatorul de injecție, să optimizeze punctul de funcționare al motorului în sensul scăderii consumului de combustibil. De asemenea în cazul automobilelor cu transmisie automată clapeta de accelerație electronică a permis o anumită flexibilitate în ceea ce privește legile de schimbare a treptelor de viteză (acestea depind în principal de poziția pedalei de accelerație și de viteza automobilului).

De asemenea clapeta de accelerație electronică a permis integrarea mai ușoară a sistemului de control al vitezei de croazieră a automobilului (Cruise Control) și a sistemului de control a stabilității automobilului(ESP). Aceste sisteme modifică cuplul motorului (mărit sau redus) prin ajustarea poziției clapetei de accelerație independent de poziția pedalei de accelerație.

Monitorizarea și validitatea informației de poziție pedală și clapetă de accelerație

Monitorizarea clapetei de accelerație este deosebit de importantă deoarece funcționarea incorecta a acesteia poate avea impact asupra siguranței automobilului și a pasagerilor. În cazul în care apare un defect al clapetei de accelerație motorul intra în regim de avarie iar performanțele de tracțiune vor fi limitate.

Senzorul de poziție al pedalei de accelerație cât și senzorul de poziție al clapetei de accelerație conține două elemente sensibile, informația de poziție fiind transmisa pe doua canale. Astfel, calculatorul de injecție primește două semnale de poziție de la pedala de accelerație și două de la clapeta de accelerație. Cu aceste informații, pe baza unui algoritm software, calculatorul de injecție verifică corectitudinea informației de poziție de la cei doi senzori.

Clapeta de accelerație electronică – diagnosticarea poziției

Funcția de diagnosticare compară poziția clapetei de accelerație cu poziția pedalei de accelerație. Dacă apare o diferență mare între cele două semnale calculatorul de injecție ridică un cod de eroare. Dacă sistemul de control (calculatorul de injecție) al poziției clapetei de accelerație, prin încercări repetate, nu ajunge la poziția corespunzătoare pedalei de accelerație, ridică un cod de eroare.

În cazul în care temperatura exterioară este sub zero grade, datorită înghețului, este posibil să se blocheze clapeta de accelerație. Sistemul de control al clapetei are o rutina cu care încearcă dezghețarea acesteia prin mișcări succesive alternative. După încercări succesive, dacă nu se reușește deblocarea clapetei, calculatorul de injecție ridică un cod de eroare.

BIBLIOGRAFIE

Gh. Bobescu, Gh. Al. Radu, A. Chiru , C. Cofaru, V. Ene, V. Amăriei, I. Guber – MOTOARE PENTRU AUTOMOBILE SI TRACTOARE, vol. I, II și III Chisinau, Ed. Tehnica 1998.

Radu Gh.Al, Ispas N. – Calculul și construcția instalațiilor auxiliare pentru autovehicule , Reprografia Universității Transilvania Brașov, 1972

C.Cofaru, N. Ispas, M. Nastasoiu, H. Abaitancei, H.R. Anca, M. Dogariu, A. Chiru, V. Eni—PROIECTAREA MOTOARELOR PENTRU AUTOVEHICULE, Brasov, Reprografia Universitatii Transilvania 1997

D. Abaitancei, Gh. Bobescu – MOTOARE PENTRU AUTOMOBILE, Bucuresti, E.D.P 1975

D. Abaitancei, C. Hasegan, I. Stoica, D. Claponi, L. Cihodaru – MOTOARE PENTRU AUTOMOBILE SI TRACTOARE, Bucuresti,Ed. Tehnica, 1978

Conat ‘ 99 “Automotive for the next century”

T. Nagy, M. Alex. Stanescu, N. Turea, D. Dima—Fiabilitatea si terotehnica autovehiculelor vol I Brasov, Reprografia Universitatii Transilvania 1997.

D. Marincaș, D. Abăităncei – Fabricarea și repararea autovehiculelor rutiere București, E.D.P. 1982

D. Marincaș – Combustibili, lubrifianți și materiale speciale pentru automobile. București Ed. Tehnică 1983.

Colecția revistelor AUTOMOTIVE ENGINEERING – editată de Society of Automotive Engineers

Documentații despre motoarele autovehiculelor BMW

Hűtte – Manualul inginerului – Fundamente București, Ed. Tehnică 1995

Installation manual for scania industrial engines.

Diverse site-uri ale firmelor constructoare de masini si subansamble pentru industria auto.

Wolters, Peter, Fuel Economy Concepts for Gasoline Engines in Connection With Future Emission Legislation, FISITA Congress, PAsis, 1998, Paper F98T214.