Analiza Teoretica Si Experimentala a Fenomenelor din Sistemul de Alimentare cu Combustibil la M.a.c

CUPRINS

Pag.

1.Introducere.

2.Cercetări teoretice privind fenomenele din sistemul de alimentare cu combustibil.

2.1.Studiul procesului de injecție .

2.1.1.Studiul factorilor care influențează procesul de injecție.

2.1.1.1.Influența undelor de presiune asupra procesului de

injecție.

2.1.1.2.Influența compresibilității combustibilului asupra

injecției.

2.1.1.3.Influența cocsării injectorului .

2.1.1.4.Influența golurilor de combustibil din conducte.

2.1.1.5.Neuniformități introduse de tehnologia de fabricație.

2.1.1.6.Neuniformități introduse de geometria diferită a

traseelor de înaltă presiune.

2.2.Aspecte privind modelarea și calculul analitic al procesului

de injecție.

2.3.Analiza procesului din conducta de înaltă presiune.

2.4.Construcția conductelor de combustibil de înaltă presiune.

2.4.1.Construcția conurilor de etanșare.

3.Cercetări teoretice privind fenomenele din pompa de injecție cu distribuitor rotativ.

3.1.Metode de calcul a presiunii de refulare la pompa de

injecție cu distribuitor rotativ.

4.Cercetări teoretice privind fenomenele din

conducta de înaltă presiune și injector.

4.1.Calculul procesului din conducta de înaltă presiune în regim laminar.

4.2.Calculul procesului din conducta de înaltă presiune în regim variabil.

4.3.Calculul procesului din conducta de înaltă presiune în regim turbulent.

4.4.Calculul pierderilor fluido-dinamice din conducta de înaltă presiune.

4.5.Stabilirea regimului de curgere și calculul presiunii la intrarea în injector.

4.5.1.Stabilirea regimului de curgere.

4.5.2.Calculul presiunii la intrarea în injector.

4.6.Construcția injectoarelor.

4.6.1.Dimensionarea orificiilor pulverizatorului.

4.6.2.Condiții tehnice .

4.6.3.Materiale și semifabricate pentru construcția injectoarelor.

4.7.Cercetări teoretice privind jetul de combustibil.

4.7.1.Jetul de combustibil.

4.7.2.Calculul vitezei medii a combustibilului prin orificiile injectorului.

Calculul acului pulverizatorului injectorului.

Calculul adaosurilor de prelucrare pentru cota

Bibliografie.

Anexe , Desene, Schite

Diagrame

=== Cap.1+Cap.2 ===

CAP.1.INTRODUCERE

1.1.Importanța perfecționării construcției și tehnologiei aparaturii de injecție

Avantajele pe care le reprezintă MAC față de MAS privind consumul mai redus de combustibil sunt deja unanim dovedite și recunoscute.Aceasta este explicația că la automobilele de cilindree mare și mijlocie se poate vorbi de o generalizare a MAC.La autoturisme,statisticile arată de asemenea o creștere a procentului de MAC.

Realizarea unor MAC de dimensiuni,puteri și turații proprii autoturisme-

lor permit ca în viitor ponderea acestora să crească continuu.

Analizele efectuate în institutele de cercetare specializate și cele de prognoză arată că motoarele cu ardere internă cu piston rămân în continuare

principala sursă de putere folosită la propulsia autovehiculelor.Astfel se prognozează ca în anul 2010,circa 35% din totalul autoturismelor să fie echipate cu MAC.

În cazul motoarelor la care formarea amestecului aer-combustibil se realizează prin injecție,performanțele de putere și consum specific de com-bustibil depind esențial de parametri constructivi și funcțional ai sistemului de injecție.În acest sens,pentru stabilirea soluției energetice optime a unui astfel de motor,echipamentul de injecție trebuie corelat cu motorul respectiv.

Corelarea echipamentului de injecție cu motorul reprezintă rezultatul unor cercetări laborioase,în care parametrii constructivi ai echipamentului de injecție se acordează intim cu cei ai camerei de ardere și ai sistemului de distribuție al motorului.

Comparînd consumul de combustibil pentru două motoare Mercedes-Benz cu cilindreea de 1200 (fig.1.1.) se observă avantajele pe care le are MAC față de MAS,în ceea ce privește consumul de combustibil în special la viteze moderate de circulație.

În figura 1.2,este redată variația consumului de combustibil în funcție de masa automobilului,rezultă de asemenea,avantajele pe care le are MAC,în special cele cu injecție directă.Se face însă precizarea,că din motive funcțio-nale și de confort (silențiozitate mai bună,trepidații mai reduse,posibilitatea realizării unor turații mai mari) majoritatea MAC pentru autoturismele reali-zate sunt cu camere separate.Direcțiile de perfecționare ale MAC,care afectează consumul de combustibil sunt cele care variază optimizarea alimentării și arderii,lărgirea gamei de combustibili folosiți (realizarea unor motoare policarburante);turbosupra-alimentarea,reducerea pierderilor termice și mecanice;modularea;optimizarea rețelei de izoconsumatori.

Fig.1.1.Consumul de combuatibil al unui MAC și MAS cu aceeași cilindree

Fig.1.2.Variația consumului de combustibil în funcție de masa automobilului

Optimizarea alimentării și arderii , face obiectul a numeroase cercetări ștințifice cu scopul de a asigura pornirea ușoară la orice temperatură a mediului ambiant , arderea completă a combustibilului , reducera trepidațiilor , reducerea noxelor , în special a fumului la evacuare , etc .

Procesul de ardere în motorul cu aprindere prin compresie este influențat în mod deosebit de modul cum se realizează injecția combustibilului.De asemenea realizarea unor echipamente de injecție care să contribuie la desfășurarea optimă a procesului de injecție și ardere,devine o condiție primordială pentru fabricarea motoarelor în prezent și în perspectivă.Injecția sau procesul de injecție constituie un procedeu complex de pulverizare fină a combustibililor lichizi,în vederea vaporizării cât mai rapidă a picăturilor pulverizate și a amestecării intime cu aerul pentru formarea unui amestec combustibil cât mai omogen,în scopul arderii eficiente a acestuia.

Principial,pulverizarea combustibilului se realizează prin mărirea vitezei relative dintre combustibilul lichid și aer.Cu cât viteza relativă dintre cele două fluide este mai mare,cu atât frecarea pe suprafața de contact,dintre jetul de combustibil și aer,devine mai importantă,intensificînd procesul de pulve-rizare a combustibilului în picături foarte mici.

Calitatea pulverizării este influențată de mai mulți factori cum ar fi:para-metri funcționali ai sistemului de injecție,dați de presiunea inițială de injecție,viteza combustibilului prin orificiul pulverizatorului,turația pompei de injecție,starea mediului în care are loc injecția,proprietățile fizice ale combustibilului,elementele constructive ale sistemului de injecție,profilul camei,tipul pompei de injecție și al injectorului,forma și dimensiunile ori-ficiului pulverizatorului,factori de expluatare.

Calculele privind optimizarea ciclului motor,precum și modul în care trebuie condusă arderea,atrag atenția asupra rolului deosebit pe care îl are viteza și uniformitatea de debitare a combustibilului în procesele de formare a amestecului și arderii.Instalația de alimentare,pe lângă asigurarea unei caracteristici de injecție optimă pentru fiecare regim de funcționare al motorului,trebuie să îndeplinească și funcțiile:să asigure realizarea unei pre-siuni de injecție mare,de ordinul sutelor de daN/ ,necesară pulverizării fine a motorinei în camera de ardere,dozarea cantității de motorină pe ciclul în concordanță cu regimul de funcționare al motorului,asigurarea uniformi-tății dozei de motorină la toți cilindrii motorului,să realizeze o caracteristică de turație convenabilă utilizării motorului,o fiabilitate înaltă,construcția simplă,întreținere ușoară,preț de cost redus.

La motoarele de mică putere,costul instalației de alimentare reprezintă un procent însemnat din prețul de cost al motorului.

Dintre pompele cu un singur element de pompare au fost dezvoltate două tipuri constructive:pompe cu distribuitor rotativ și pompe monobloc.

Datorită avantajelor pe care le prezintă pompele cu distribuitor rotativ,acestea echipează tot mai multe MAC-uri.

Avantajele acestor pompe sunt următoarele :

-utilizează un singur element de pompare pentru toți cilindrii motorului,

asigurînd o uniformitate sporită a debitului refulat

-încorporează într-un ansamblu compact elementul de pompare,regulatorul de turație,variatorul automat de avans.

-pompa de transfer

-construcția nu comportă rulmenți,angrenaje,arcuri cu rigiditate mare,pompa este etanșă și lubrefiată cu motorină sub presiune ceea ce împiedică pătrun-derea apei,aerului și a impurităților.

-pompa se poate monta pe monta pe motor în orice poziție

Utilizarea unui singur element de pompare pentru cilindri motorului atrage și un dezavantaj important,anume uzarea mai rapidă a acestuia,

precum și faptul că timpul pentru admisia și refularea motorinei este de i ori mai mic,i fiind numărul de cilindri.Aceasta face ca la turații ridicate umplerea pompei să fie incompletă.Din acest motiv pompele cu element unic de pompare se echipează cu pompe de transfer,care permit realizarea unor presiuni de alimentare suficient de mari,astfel încât umplerea elementului de pompare este asigurată și la turații mari.

Există în prezent o permanentă preocupare pentru îmbunătățirea și perfecționarea sistemului de injecție.

Firmele de avangardă au trecut deja la producerea de sisteme de injecție echipate cu microprocesor pentru comanda debitării combustibilului.Astfel,

în Japonia marea majoritate a automobilelor sunt dotate cu sisteme de injecție comandate electronic.Pe lângă faptul că asigură o funcționare mai silențioasă a motorului,o îmbunătățire a proceselor de ardere și o diminuare a noxelor,acestea asigură și o reducere cu 8-10% a consumului de combusti-

bil.

Dintre motoarele cu ardere internă destinate autoturismelor,o soluție de viitor în domeniu,atât din punct de vedere al economiei de combustibil (ardere mai bună),cât și al combaterii poluării mediului înconjurător (formarea amestecului este mai bună și arderea mai completă,deci reducerea noxelor la evacuare),o constituie motoarele cu aprindere prin compresie rapide,cu turația mai mare de 4000 rot./min.

Optimizarea variantelor constructive și a noilor principii funcționale este o operație complexă,care necesită o amplă cercetare experimentală de mare finețe,efectuată în condiții de lucru foarte variate și cu soluții constructive extrem de numeroase,toate făcute în strânsă legătură cu cerințele particulare ale motorului pe care urmează a se monta echipamentul de injecție studiat.

De aceea pe lângă încercările efectuate „la rece”asupra echipamentului de injecție pe standul de probe,trebuie efectuate încercări „la cald”,pe motor,

pentru a se vedea în ce măsură performanțele motorului au fost îmbunătățite.

Studierea pe cale experimentală a unui echipament de injecție este dificilă datorită numărului mare de parametri care intervin,fiind necesare multe variante constructive,ceea ce implică cheltuieli mari și o durată mare a cer-cetării.

Modelarea proceselor și utilizarea unor metode de calcul moderne,face po-sibilă studierea unui număr mare de variante,pentru alegerea variantei optime.Un alt avantaj al cercetării teoretice constă în faptul că la varierea unui parametru,toți ceilalți parametrii pot fi menținuți constanți,lucru practic imposibil în cercetările experimentale.

Cu toate astea cercetarea experimentală pe motor este necesară în fază finală după studiul diferitelor variante atât prin modelare cât și pe stand,la rece,pentru validarea rezultatelor cercetării.

Ținînd seama de cele prezentate lucrarea își propune o analiză teoretică și experimentală asupra pompelor de injecție cu distribuitor rotativ în vederea reducerii gradului de neuniformitate al debitării combustibilului,pentru a vedea influența diferiților factori asupra neuniformității și influența acestora asupra unor parametri ai motorului.

În acest scop în prima parte a lucrării se prezintă factorii care influențează uniformitatea de debitare urmată de studiul teoretic și experimental al acestora.Avînd în vedere influența mare pe care o are gradul de neuniformitate al debitării asupra diferiților parametrii ai motorului.Avînd în vedere influența mare pe care o are gradul de neuniformitate al debitării combustibilului asupra diferiților parametri ai motorului se prezintă ți o soluție (metodă)originală de determinare a acestuia.

Cap.2. CERCETĂRI TEORETICE PRIVIND FENOMENELE DIN SISTEMUL DE ALIMENTARE CU COMBUSTIBIL LA M.A.C.

2.1. Studiul procesului de injecție

Studii și cercetări asupra pompei de injecție cu piston plonjor sunt nume-roase.De aceea datorită modelării procesului,rezultatele obținute prin calcule nu diferă mult de cele experimentale.

Pompa de injecție cu distribuitor rotativ și pistoane opuse s-a introdus pe

motoarele de serie relativ mai recent,ca urmare studiile efectuate asupra acestui tip de pompă sunt mai reduse.Prima construcție se datorează firmei American Bosch care în anul 1946 a produs pompa PSB.În 1950 firma Stanadine (SUA)produce o pompă cu distribuitor rotativ cu pistoane radiale opuse,iar în anul 1956,firma CAV (Anglia) le produce sub indicativul DPA.

Din anul 1970 pompa este fabricată în licență de MEFIN Sinaia pe bază de licență cumpărată de la Lucas CAV.În anul 1981 licența încetează,MEFIN dezvoltă în concepție proprie pompa DPA modificată pentru autoturismul ARO.Firma Bosch a experimentat pompa de tip VE pentru autoturisme,echi-pată cu dispozitiv de cercetare și control electronic.Dispozitivul controlează și reglează în mod permanent debitul,avansul și turația pompei.Astfel mo-mentul de injecție și cantitatea de combustibil este calculată în fiecare punct de funcționare a motorului.

Schema instalației de alimentare a firmei Bosch este redată în figura 2.1,

iar în figura 2.2.este prezentată schema propusă de firma CAV care este ase-mănătoare cu cea a firmei Bosch.

Controlul electronic al injecției combustibilului este asemănător în ambe-le cazuri.Aceste sisteme cuprind trei module:senzor,unitate de control și unitate de execuție.Cu ajutorul semnalelor de intrare,unitatea de control ur-mărește și comandă mecanic pompa de injecție.Semnalele de intrare sunt preluate de senzori care determină proprietățile fizice și chimice ale combus-tibilului și le convertesc în semnale electrice.Elementele de execuție conver-tesc semnalele electrice în forțe mecanice.

Pentru controlul cantității de combustibil injectat și avansul la injecție sunt elemente de execuție separate.Elementul de execuție pentru cantitatea de combustibil injectat este introdus în pompă (în corpul pompei este introdus un element magnetic care controlează direct cantitatea de combustibil injectat)

Fig. 2.1. Schema instalației firmei Bosch: 1- poziția pedalei de accelerație; 2- turația motorului; 3- temperatura mediului; 4- temperatura la intrare a aerului; 5- temperatura combustibilului; 6- începutul injecției; 7- presiunea barometrică; 8- emisii poluante; 9- altitudinea; 10- ax; 11- pompă de injecție; 12- bobină control avans; 13- bobină control combustibil; 14- unitate control electronic.

Elementul de execuție pentru avans,funcționează printr-un circuit servo,presiunea lui controlînd presiunea mecanismului de avans.Avansul la injecție poate fi măsurat printr-un senzor integrat direct pe acul injectorului pentru detrminarea precisă a avansului la injecție.

Poziția pedalei de accelerație,a regulatorului de turație,sunt determina-te de senzori inductivi cu turația și începutul injecției măsurate.Unitatea de control electronic evaluează pentru primul cilindru momentul optim de in-jecție.

O altă funcție a regulatorului electronic este de a controla emisiile po-luante.Nu se măsoară direct emisiile eșapate,încă este posibil să se stabileas-

că caracterul lor modificînd cantitatea de combustibil injectată și avansul la injecție,în funcție de poziția pedalei.Unitatea de control,calculează constant amestecul de evacuare cel mai favorabil și îl poate modifica prin elementul de execuție.

Utilizarea unui element de debitare unic,la pompa cu distribuitor rotativ asigură o uniformitate a debitării la fiecare cilindru mai bună,eliminînd astfel reglajul de uniformizare a debitelor de la diferite secțiuni,necesar la pompele cu elemenți în linie.

Fig. 2.2. Schema instalației firmei CAV-LUCAS: 1- unitate de control electronic; 2- filtru; 3- injectoare; 4- rezervor; 5- pompă de alimentare; 6-control avans; 7- control combustibil.

2.1.1. Creșterea calității procesului de injecție impuse de ridicarea

performanțelor motorului

Procesul de injecție este un fenomen complex de pulverizare fină a combustibilului lichid pentru formarea unui amestec omogen aer-combus-tibil.Omogenizarea amestecului,de care depinde foarte mult procesul de ardere,se obține prin pulverizarea fină a combustibilului lichid,prin vaporiza-rea lui relativ rapidă și amestecarea lui cu aerul.

Analizînd dezvoltarea fabricației de MAC și a echipamentelor de injecție se remarcă necesitatea unei corelări între ele,pentru ca procesul de injecție și ardere a combustibilului specific fiecărui tip de motor în parte,săpoată asigura parametrii scontați.De aceea,injecția trebuie să asigure combinarea optimă a momentului de început,forma,structura și dozarea combustibilului în timpul formării,aprinderii și arderii amestecului în condițiile în care acestea din urmă sunt strâns legate de forma camerei de ardere.

Jetul de combustibil se caracterizează prin patru parametri fundamentali care alcătuiesc caracteristicile jetului:finețea pulverizării,omogenitatea pul-verizării,penetrația,unghiul de dispersie a jetului.

Primii doi parametrii au un rol hotărâtor în desfășurarea procesului de vaporizare,ultimii doi sunt importanți pentru amestecare.În funcție de tipul combustibilului lichid injectat în motor,se disting: injecție de motorină,injec-ție de combustibil greu,injecție de benzină și injecție de combustibil necon-vențional.

Pentru injecția fiecărui tip de combustibil menționat s-au dezvoltat echipamente de injecție specifice.În general,pentru combustibilii care se va-porizează greu,echipamentele de injecție comportă o pompă de injecție capabilă să dezvolte presiuni de refulare suficient de mari pentru pulveriza-rea fină a combustibilului.

În acest scop,combustibilul este comprimat pe cale mecanică până când se atinge presiunea de refulare necesară pulverizării fine,injecția se numește în acest caz mecanică.Când pulverizarea rezultă ca urmare a presiunii com-bustibilului prezent într-un spațiu de acumulare a forței unui arc sau a pre-siunii aerului din spațiul de acumulare,injecția se numește cu acumulare,iar când pulverizarea se realizează prin antrenarea combustibilului de către un jet de aer,injecția se numește pneumatică.

Injecția se numește mecanică și atunci când comanda debitului de com-bustibil injectat în cilindrul motorului se face cu dispozitive mecanice.Dacă comanda dozei injectate se face electronic,injecția se numește electronică.

Fracționarea dozei ciclice de combustibil cu scopul de a reduce cantita-tea injectată în cilindru în perioada întârzierii la autoaprindere (se evită funcționarea brutală a motorului) se realizează prin intermediul injecției pi-lot.Aceasta este o injecție de tip mecanic,care decurge în două etape.

În prima etapă se injectează pilotul cu avans mare față de pms,care se aprinde cu o întârziere apreciabilă,dar fiind în cantitate redusă,degajarea de căldură și creșterea de presiune sunt moderate.În a doua etapă se injectează fracțiunea principală,care avantajată de temperatura și presiunea mediului din cilindrul motorului,se aprinde cu o întârziere redusă.

Parametri ce caracterizează procesul de injecție și definesc cel mai bine calitățile unui echipament de injecție sunt: debitul de combustibil injectat pe ciclu,presiunea de injecție,durata injecției,caracteristica de injecție.

Deoarece tendințele de dezvoltare și utilizare a MAC au determinat și determină în mare măsură căile de dezvoltare și perfecționare a sistemelor de injecție,în continuare se vor prezenta principalele tendințe în fabricația MAC și efectul lor asupra aparaturii de injecție: creșterea turației motorului,mări-rea puterii volumice (litrice),îmbunătățirea condițiilor de pornire la rece,reducerea poluării și mărirea fiabilității.

Consecințele acestor tendințe asupra sistemului de injecție sunt prezen-tate în tabelul 2.1.Pentru funcționarea economică și silențioasă a MAC rapide este necesară satisfacerea cerințelor față de procesul de injecție,res-pectiv față de injectoare și pompa de injecție,care se consideră părțile princi-pale ale instalației de alimentare.

O problemă importantă este reducerea masei injectoare.În acest scop se utilizează injectoare miniaturizate de tip creion în care acul injectorului în-chide nemijlocit canalele de pulverizare cu comandă electrică,ca în fig.2.3.

Sistemul de comandă electrică se compune din acumulatorul 1,bobina de inducție 2,condensatorul 3, injectorul 4,distribuitorul 5 și resortul 6.

Distribuitorul 5 este acționat mecanic de la arborele cotit iar cantitatea de

combustibil injectat depin de de gradul de încărcare a conden satorului. Sistemul prezintă ca avantaj principal posibilitatea autoreglării.

Dacă turația motorului tinde să scadă timpul de încărcare al condensato- rului se mărește,deci crește încărcarea condensatorului ceea ce va determina o ridicare mai mare a acului și în consecință o creștere a cantității de combu-

stibil injectat.

Ca dezavantaj mai important al acestui sistem îl constituie insensibili-tatea lui la sarcini mari.Modul de satisfacere a cerințelor speciale arătate pentru pompele cu distribuitor rotativ,de către pompele fabricate pe plan mondial sunt prezentate în tabelul 2.2. .

Notațiile din tabel sunt: A- reglarea debitului din afară; B- controlul alurii curbei de debit; C- direcția pentru supraalimentare; D- corecția altimetrică; E- compensarea variației de vâscozitate a motorinei în funcție de temperatură; F- limitarea supra sarcinii în funcție de temperatura motorului; G- exces de debit pentru pornirea la rece-variator de avans; H- funcție de sarcină; H’- funcție de turație; J- reducerea avansului de pornire; K- în două regimuri; L- ralanti accelerat; M- hidraulic,electronic-alte accesorii; N- electroscopic; P- antrenare consolidată pentru curea dințată; Q- autoaerisirea circuitului presiunii de transfer; R- alimentare îmbunătățită; S- amortizator de oscilații a presiunii de transfer.

2.1.1. Studiul factorilor care influențează procesul de injecție

Neuniformitatea debitării combustibilului se datorează în principal următoarelor cauze: fenomenele perturbatoriii în sistemul de injecție dato-rită undelor de presiune,compresibilitatea combustibilului,golurile de combustibil din conducte,toleranțelor de fabricație ale pieselor componente ale sistemului de injecție,geometriei diferite a traseelor de înaltă presiune,expluatarea sistemului de injecție.

2.1.1.1. Influența undelor de presiune asupra procesului de injecție

Deoarece pistoanele pompei se deplasează cu viteze variabile,care exercită o forță asupra lichidului proporțional cu accelerația lor.Dacă fluidul

ar fi incompresibil,creșterea vitezei pistoanelor determină o creștere de presiune care se transmite instantaneu în toată masa fluidului din conductă.În realitate fluidul este compresibil,astfel încât perturbația produsă de pistoane-le pompei nu se transmit instantaneu,ci din aproape în aproape,sub forma unei unde care se deplasează prin conductă cu viteza sunetului.Când perturbația ajunge într-un punct al conductei,regimul de presiune și viteza se modifică.Cum pistoanele se deplasează continuu cu viteze variabile,ele introduc continuu perturbații noi în coloana de lichid.

Ca urmare,presiunea și viteza vor varia în lungul conductei,iar în fiecare secțiune a conductei,ele vor varia în timp.Astfel regimul de curgere al combustibilului prin conductă devine un regim variabil de curgere,caracteri-zat prin variația în spațiu și timp a mărimilor caracteristice.

Considerînd a viteza de deplasare a perturbațiilor și L lungimea conductei,după timpul L/a prima perturbație ajunge la injector (fig. 2.4.).

Dacă acesta este închis,unda se reflectă în întregime și se îndreaptă spre pompă cu viteza sunetului.Ajunse la pompă undele se reflectă din nou și se deplasează spre injector,undele reflectate la pompă se adună algebric cu undele noi emise de pompă și se propagă spre injector.Procesul de injecție se

poate împărții în patru faze:

Faza I se subîmparte în două etape.Prima etapă durează 6nL/a,adică atât cât este necesar ca prima undă lansată de pompă să parcurgă conducta.În această etapă,deși pompa a început refularea,injectorul nu este influențat de această acțiune.Etapa a doua începe din momentul în care injectorul a ajuns prima undă și se termină în momentul când la injector a ajuns o undă suficient de puternică pentru a deschide acul injectorului și a începe curgerea fluidului.

Fig. 2.4. Corelarea ridicării acului cu presiunea din injector și din pompa de injecție : h – ridicarea acului, p – presiunea de injecție la injector, p – presiu-nea de injecție la pompă.

-Faza a II-a durează din momentul în care începe injecția pănă în

momentul în care la injector sosește prima undă reflectată tot la injector.

În această fază,curgerea combustibilului prin injector este determinată numai de undele lansate de pompă.Injecția corespunde legii de refulare.

-Faza a III-a durează până încetează acțiunea pompei de injecție.

În această fază legea de curgere prin injector este complet diferită de legea de injecție,deoarece la injector ajung atât perturbațiile produse de pistoanele pompei cât și de la injector și reflectate la pompă.

-Faza a IV-a durează din momentul încetării refulării la pompă până la încetarea injecției.În această fază,deși pompa nu refulează,in-jectorul continuă să debiteze sub acțiunea undelor prezente în conductă.

Propagarea undelor în conductă are următoarele consecințe:

Întârzie injecția din cauza primei faze

Modifică legea de injecție din cauza fazei a treia

Produce picurarea combustibilului din faza a patra

Undele de presiune influențează în mod evident uniformitatea de

debitare a pompelor de injecție prin faptul că ele modifică valoarea presiunii din conducte și din injector.

De asemenea undele de presiune pot favoriza apariția fenomenu-lui de picurare cu efecte negative asupra procesului de ardere și asupra cocsării injectoarelor.

2.1.1.2. Influența compresibilității combustibilului asupra procesului de injecție

Analiza influenței compresibilității combustibilului se face după datele din literatura de specialitate,adaptate la condițiile pompei cu distribui-tor rotativ.

Când conducta de combustibil este scurtă efectul undelor de pre-siune este neglijabil.În acest caz un rol important îl joacă compresibilitatea combustibilului.Ecuația de continuitate la pompă,cu considerarea compre-sibilității combustibilului,are formă generală.

(2.1)

Coeficientul de compresibilitate al combustibilului variază cu presiunea și temperatura,în calcule utilizîndu-se o valoare medie,V repre-zintă debitul de combustibil care părăsește sistemul de injecție prin injector.

La injectoarele închise apare din cauza presiunii reduse fenome-nul de picurare care este dăunător injecției.Acest fenomen apare spre finele injecției când picăturile de combustibil care se preling prin orificiul pulveri-zatorului se cocsează și blochează pulverizatorul.Fenomenul de picurare se anulează pe următoarele căi:

se descarcă conducta de înaltă presiune cu ajutorul supapei de refulare cu guler.

se micșorează volumul de combustibil dintre pompă și injector până la eliminarea integrală a conductelor prin utilizarea pompei-injector,etc

2.1.1.3. Influența cocsării injectorului

Cocsarea injectorului este un fenomen caracteristic care constă din formarea de depuneri în orificiile pulverizatorului cît și pe alte părți ale acestuia.Depunerile sunt de două feluri: unele numite lacuri,se formează în interiorul pulverizatorului,se depun pe ac și sediu și compromit etanșarea,iar cocsul care se formează pe suprafața pulverizatorului în contact cu gazele fierbinți,obturează parțial secțiunea liberă a orificiului și compromite caracteristicile jetului (pulverizarea,

penetrația,debitul).

Lacurile integral și cocsul parțial se datoresc instabilității termo-

oxidante a combustibilului;cocsul se datorește în parte și depunerilor în orificiile pulverizatorului a particulelor de fum formate în timpul arde-rii,precum și fenomenului de picurare.Temperatura injectorului și punctul final de fierbere a motorinei au un rol hotărâtor asupra gradului de cocsare.Creșterea puterii litrice la motoarele de autovehicule prin mărirea vitezei medii a pistonului și supraalimentare,amplifică nivelul de temperatură a pulverizatorului,ceea ce contribuie la intensificarea fenomenului de cocsare.

Se aplică soluții pentru a menține temperatura pulverizatorului la un nivel redus (răcirea mai intensă a injectorului prin intermediul apei din cilindru,răcirea forțată,independentă,a injectorului);de asemenea se caută reducerea fracțiunilor grele din motorină,care au stabilitatea termică mai redusă (punctul final de fierbere la unele clase de combustibil Diesel pentru motoare de autovehicule s-a redus la 340…370 C),sau se aplică aditivi adecvați care măresc stabilitatea termică a motorinei.

Creșterea gradului de cocsare a injectorului produce înrăutățirea arderii și micșorarea puterii motorului,ilustrate prin creșterea consumu-lui specific de combustibil și a indicelui de fum.

Arderea este compromisă din cauza modificării caracteristicilor jetului de combustibil,(se reduce penetrația jetului și crește diametrul particulelor de combustibil,întrucât se modifică geometria canalului pulverizatorului,se reduce secțiunea și se pierde etanșarea).

Reducerea penetrației jetului concentrează arderea în vecinătatea injectorului,temperatura acestuia crește,aerul periferic rămâne neutilizat și se intensifică arderea incompletă.Apare o influență reciprocă între fenomenul de cocsare și gradul de ardere incompletă.Cocsarea injectorului compromite nu numai performanțele consumului de com-bustibil ci și cea a indicelui de fum din gazele de evacuare.S-a observat în plus o modificare a proprietăților uleiului datorită combustibilului li-chid nears care ajunge în carter.

Cocsarea injectorului are ca efect creșterea gradului de neuni-formitate al debitării combustibilului,influențînd atât cantitatea de combustibil care trece prin injectorul respectiv cât și cantitatea de combustibil care va fi debitată,în celelalte conducte,de către pompa de injecție cu distribuitor rotativ.

2.1.1.4. Influența golurilor de combustibil din conducte

În urma cercetărilor experimentale s-a confirmat faptul că golu-rile sau bulele de cavitație,perturbă caracterul general al legii de injecție

favorizează producerea unor imense eroziuni mecanice în elementele sistemului,creează regimuri nestabile în desfășurarea sistemului de injecție,provoacă întreruperea timpurie a injecției și variația debitului ciclic de combustibil injectat în camera de ardere.

Dar dificultatea principală pe care o cauzează cavitatea în siste-mul de injecție,constă în imposibilitatea stabilirii prin calcule a unei legi de injecție precis determinate.Esența fenomenului constă în întreruperea continuității coloanei de combustibil din sistem.

Golurile ce apar în diverse zone ale sistemului de injecție se produc mai frecvent la închiderea supapei de refulare.Numărul,mărimea și poziția golurilor ce apar în sistemele de injecție,puternic descărcate,

influențează desfășurarea proceselor oscilatorii din sistem.

Ca urmare a fenomenelor oscilatorii și a interferenței undelor,

presiunea combustibilului poate să scadă local în anumite secțiuni ale sistemului de injecție până la valoarea presiunii de vaporizare,sau chiar sub această valoare,făcînd posibilă eliminarea aerului și a fracțiunilor ușoare de combustibil.Această nouă stare fizică constituie momentul apariției golurilor în sistemul de injecție.

Golurile sunt influențate de mai mulți factori constructivi,dintre care înălțimea și diametrul gulerului supapei de refulare,volumul camerei supapei și volumul conductei au un rol predominant.

Se înțelege astfel de ce uzina constructoare interzice schimbarea în expluatare a dimensiunilor unei conducte de înaltă presiune,deoarece în încercările pe stand,pentru punerea la punct a sistemului de injecție,se stabilesc dimensiunile conductei astfel încât efectele de compresibilitate și de goluri să afecteze controlat parametrii injecției.

Neuniformitatea injecției introdusă în goluri de pe traseul de înaltă presiune se poate ameliora numai dacă fenomenul este înlăturat.

În acest sens,în lucrare se propune un sistem de injecție original,

principial deosebit,caracterizat prin schimbarea procedeului de umplere a pompei,în scopul evitării formării golurilor.Aceasta asigură menține-rea unei presiuni constante diferită de zero,între pompă și injector de

3-5 daN/,la începutul fiecărui ciclu de debitare,evitînd astfel posibilitatea apariției golurilor.

2.1.1.5. Neuniformitățile introduse de toleranțele de fabricație

Deoarece injecția trebuie făcută cu precizie atât cantitativ,cât și în timp și la presiuni foarte ridicate,se impune ca jocurile (torelanțele),

dintre piesele aflate în mișcare care se află în circuitul de pompare să fie cât mai mici (1-3 ).

Cuplurile de piese în mișcare se împerechează la montaj,în limitele toleranțelor de fabricație,lipsa interschimbabilității lor fiind o condiție esențială pentru funcționarea corectă și cu uniformitate sporită.Împere-

cherea necorespunzătoare, pe aceeași secțiune de pompare, cât și montarea cuplelor,pe aceeași pompă în limite largi ale toleranțelor de fabricație,fac ca în tot timpul funcționării sistemului de injecție să apară neuniformitățile care depășesc,cu mult pe cele admise (respectiv 2-4 % la regim nominal și 8-10 % la ralanti).

2.1.1.6. Neuniformități introduse de toleranțele de fabricație ale

elementului de refulare

Împerecherea necorespunzătoare a rotorului în bucșa capului hidraulic creează posibilitatea apariției însă în această fază,a jocurilor foarte mari sau foarte mici.Cuplurile vor etanșa diferit,iar în funcționa-re prin neetanșeități debitele vor fi de asemenea diferite.

Analiza neuniformității introduse se face prin calcularea gradului de neuniformitate cu relația:

Unde : reprezintă debitul maxim,respectiv debitul minim de combustibil debitat de injectoare.

2.1.1.7. Neuniformități introduse de toleranțele de fabricație ale supapei de refulare

Toleranțele de fabricație ale cuplului,supapei de refulare in-fluențează debitul de combustil,refulat de pompă,astfel încât la anumite valori ale acestora pot apare neuniformități importante ale debitului de combustibil injectat.

Neuniformitatea debitării la pompele cu distribuitor rotativ au fost studiate în diferite lucrări unde se demonstrează posibilitatea de modifi-care a caracteristicii de debit a pompei de injecție cu distribuitor rotativ și pistoane opuse,prin modificări constructive aduse supapei de refulare.

După cum se știe la varianta originală a pompei,caracteristica de debit este coborâtoare până la o turație de aproximativ 1400 rot/min. pentru care a fost concepută pompa,după care la turații mai mari până la 2500 rot/min. debitul ciclic rămâne constant.Realizarea unei caracteristici de debit coborâtoare până la 2500 rot/min. se poate obține modificînd geometria orificiului supapei de refulare și caracteristicile resortului,astfel încât secțiunea lui să crească pe întreg domeniul de turații.Neuniformitatea debită-rii relativ ridicate mai ales la anumite turații demonstrează sensibilitatea deosebită a acestui tip de pompă la diferențe mici de rezistență hidraulică a traseului de înaltă presiune care necesită adoptarea unor condiții foarte severe privind forma,geometria și executarea acestui traseu.

h) Neuniformități introduse de geometria diferită a traseelor de

înaltă presiune.

Neuniformitatea injecției introdusă de geometria diferită a traseelor de înaltă presiune se datorește în principal următoarelor elemente:la elementul de refulare a prelucrării teșite sau rotunjite a muchiilor – frontală a capului pistoanelor,orificiile din rotorul distribuitor,la supapa de refulare,di-ferențelor existente între cursele de descărcare și înălțimea centurii de descărcare,secțiunilor de curgere diferite din interiorul racordului de refula-re,geometriei și elasticității diferite a arcului supapei de refulare.

Prelucrarea teșită sau rotunjită a pistoanelor (datorită unor greșeli de execuție sau produse prin utilizarea avansată și inegală în timpul funcționă-rii) modifică începutul debitării determinînd modificarea atât a avansului la injecție cât și a cantității de combustibil refulată către injector,prin micșorarea începutului cursei utile a pistoanelor cu valoarea înălțimii teșiturii respective.

Neuniformități introduse de exploatarea sistemului de injecție

În exploatarea sistemelor de injecție este posibilă apariția gradului maxim de neuniformitate.Aceasta se datorează,în principal:

înfundării conductelor de înaltă presiune sau filtrelor de la injector,

cu impurități transportate de combustibilul necorespunzător filtrat

obturării orificiilor de pulverizare datorită cocsării

gripării pistoanelor,supapei de refulare,sau acului pulverizatorului

Neuniformități importante introduc și uzurile mari și inegale ale ele-

mentelor componente ale pompei și injectorului.

2.2. Unele aspecte privind modelarea și calculul analitic al procesului

de injecție

Pentru precizarea soluției energetice optime a motorului,care să permită realizarea unor performanțe superioare de putere și consum de combustibil sunt necesare cercetări experimentale laborioase de corelare a echipamentului de injecție cu sistemul de admisie și camera de ardere.În principal aceste cercetări se desfășoară fie definind inițial parametrii cons-tructivi și funcționali ai echipamentului de injecție și modificînd parametri sistemului de admisie și ai camerei de ardere,fie definindu-i pe cei din urmă și modificînd parametri echipamentului de injecție,lungimea conductei de înaltă presiune,fie corelînd variantele optime rezultate din primele două căi de cercetare.Cum cercetările experimentale sunt de durată și deosebit de cos-tisitoare,prin faptul că solicită realizarea practică a tuturor variantelor cons-tructive și încercarea acestora pe un stand de injecție sau pe motor,modela-rea fizico-matematică a procesului de injecție și calculul acestuia cu ajutorul computerului oferă o posibilitate mult mai rapidă de optimizare a soluției energetice.

Prin modelarea și calculul procesului de injecție se obțin o serie de date care nu pot fi deduse experimental și valorile optime ale parametrilor constructivi și funcționali ai echipamentului de injecție,folosind un număr redus de experimentări.În acest scop este necesară stabilirea unor expresii de calcul cât mai fidele procesului modelat.

În cazul echipamentelor mecanice de injecție formate din pompa de injecție,conducta de înaltă presiune și injector,calculele la pompă și la injector se fac ținînd seama de curgerea staționară a debitului de motorină și de dinamica mișcării pistoanelor,acului injectorului și arcurilor aferente.

Calculul procesului din conducta de înaltă presiune se poate aborda prin metoda Griffen și Row,care utilizează ecuațiile propagării undelor prin conductă (ecuațiile lui Allievi) sau prin metoda lui Knaight,bazată pe cercetarea creșterii debitului de motorină într-o conductă împărțită în N sec-țiuni.

Regimul de curgere al motorinei prin conducta de înaltă presiune este un regim variabil de curgere,produs de perturbațiile introduse de pistoa-ne în timpul cursei acestora.Perturbațiile se propagă spre injector sub forma unor unde de presiune care se deplasează prin conducte cu viteză apropiată de viteza sunetului,determinînd variația presiunii și vitezei în spațiu și timp (în lungul conductei,iar în fiecare secțiune a acestuia în timp).

Curbele de variație a presiunii în două secțiuni ale conductei de injecție (la pompă și la injector),corelate cu curba de ridicare a acului injectorului sunt prezentate în fig. 2.1..Prima perturbație produsă de pistoane (punctul 1) ajunge la injector după timpul /a (punctul 2) lungimea conductei,a viteza sunetului.Dacă injectorul este închis,unda se reflectă și se îndreaptă spre pompă cu viteza sunetului.

La pompă,unda se reflectă din nou,unda reflectată se însumează algebric cu unda nou emisă și se propagă împreună spre injector.Acul injectorului se va ridica de pe scaun în momentul în care la injector ajunge o undă a cărei presiune are valoarea (punctul 3).

Din momentul în care începe injecția (punctul 3) și până în momentul în care la injector sosește prima undă reflectată tot la injector,curgerea moto-rinei prin injector este determinată numai de undele lansate de pistoane.Din acest moment și până la încetarea acțiunii de refulare a pistoanelor (puncte-lor 4),curgerea motorinei prin injector are loc atât sub acțiunea undelor lan-sate de pistoane,cât și a celor plecate de la injector și reflectate la pompă.

După încetarea acțiunii pistoanelor (punctul 4)curgerea motorinei prin injector are loc atât sub acțiunea undelor lansate de pistoane,cât și a celor plecate de la injector și reflectate la pompă.

După încetarea acțiunii pistoanelor (punctul 4) curgerea motorinei prin injector continuă sub acțiunea undelor prezente în conductă,până când presiunea scade la valoarea p – presiunea de închidere și acul se așează pe scaun (punctul 5 – sfârșitul injecției).

Fig.2.6 Variația presiunii la pompă -a

Momentele principale ale procesului de injecție,duratele fazelor mai importante și parametrii principali care îl caracterizează se poate preciza pe oscilograme (v. fig.2.6).Astfel,punctul 1 reprezintă începutul refulării la pompă, 2- sosirea undei la injector, 3- începutul injecției, 4- sfârșitul injecției,intervalul 1-2 ( ) reprezintă decalajul între momentul începutului creșterii presiunii la injector,1-3 ( ) decalajul între începutul creșterii presiu-nii la pompă și începutul ridicării acului de pe sediu,1-4 – durata refulării geometrice la pompă (durata cursei utile ),1-6 – durata procesului ciclic la pompă,2-7 – durata procesului ciclic la injector,3-4 – durata injecției determinată de perturbațiile introduse de pistoane,5-7 – durata injecției determinată de undele prezente în conductă după încetarea acțiunii pistoanelor,3-5 – durata totală a injecției ( ),și reprezintă presiunea de deschidere respectiv de închidere a acului injector, – valoarea maximă a presiunii de injecție la pompă, – valoarea maximă a presiunii de injecție la injector.

2.2.Analiza procesului din conducta de înaltă presiune

Alura curbei de variație a presiunii de injecție prezintă mai multe zone caracteristice (fig.2.6.).

Fig.2.1.Zonele caracteristice ale oscilogramei presiunii din conducta

de înaltă presiune( pantele ramurilor crescătoare și descrescătoare ale presiunii)

Zona A – zona presiunii remanente (reziduale) , după închiderea acului pulverizatorului și descărcarea conductei de înaltă presiune și pînă la rularea injecției următoare , motorina prezentă în conductă are în general un nivel de presiune mai mare decît presiunea atmosferică, numită presiune remanentă

sau reziduală .Aceasta solicită conducta de înaltă presiune între două injecții consecutive și favorizează apariția fenomenelor de postinjecție și cavitație.Fiecare echipament de injecție este caracterizat printr-un nivel al presiunii remanente determinat , în principal de intensitatea fenomenului de descărcare a conductei.

Zona B – Zona ramurii crescătoare a presiunii , porțiunea 2 din ramura crescătoare a presiunii indică faptul că supapa de refulare s-a ridicat de pe scaun , dar nu a atins valoarea cursei de descărcare .În momentul atingerii acesteia presiunea scade usor (porțiunea 3), ca urmare a măriri secțiunii de curgere , după care nivelul presiunii crește continuu (porțiunea 4)ca efect al creșterii vitezei de deplasare a pistoanelor și al ridicării maxime a supapei de refulare.

Zona C – zona vîrfurilor de presiune ; primul vîrf de presiune ( punctul 5 ) indică momentul de ridicare a acului pulverizatorului de pe scaunul prelucrat în pulverizator.

După ridicarea acului , presiunea scade ușor datorită măririi secțiunii de curgere ( porțiunea 6).Sub acțiunea pistoanelor presiunea crește apoi pînă la valoarea maximă (punctul 7 ) , care depind de mărimea pompei , viteza pistoanelor , reglajul dozei de refulare și starea tehnică de funcționare.

Zona D – zona ramurii coborîtoare a presiunii concomitent cu micșorarea debitului de motorină ți scăderea presiunii , acul pulverizatorului începe să revină pe scaunul din pulverizator ( punctul 10) micșorînd secțiunea de curgere , astfel apare o ușoară cădere de presiune ( porțiunea 9).Odată cu revenirea supapei pe scaun și descărcarea conductei de injecție , presiunea motorinei scade pronunțat ( porțiunea 11 ), pînă cînd acul injectorului se așează pe scaunul din pulverizator (punctul 12 ).

Zona E –zona oscilațiilor din conductă , după închiderea acului pulverizatorului și a supapei de refulare , undele de presiune se reflectă la injector și la pompă , propagîndu-se sub forma unor oscilații care se atenuează ( vîrfurile 13 ) în intervalul dintre două injecții consecutive.Dacă vîrful oscilațiilor de presiune are nivelul mai mare decît nivelul presiunii de deschidere ,atunci acul pulverizatorului se deschide în intervalul dintre injecții , producîndu-se fenomenul de post-injecție .Alura curbei de variație a presiunii de injecție se modifică cu regimul de funcționare a motorului ( sarcină și turație ).

Tratarea analitică a procesului de injecție a cunoscut o mare varietate de modele verificate experimental pe diferite echipamente de injecție particulare.

În toate aceste cazuri , pentru scrierea ecuațiilor care modelează procesul de injecție se apelează la o serie de ipoteze cu caracter general :

-în timpul unei singure injecții , temperatura motorinei se consideră constantă ;

– presiunea depinde de proprietățile motorinei ( vîscozitate , tensiune superficială , densitate si modul de elasticitate ) care în timpul unei singure injecții se consideră constante;

-dacă in coloana de combustibilnu apar goluri , viteza sunetului se consideră constantă;

-deformația elastică a traseului de înaltă presiune se neglijează;

-se neglijează vaporii de motorină;

Cu aceste ipoteze, ecuațiile care descriu procesul de injecție se pot stabili cu suficientă precizie.

2.4.Construcția conductelor de combustibil de înaltă presiune

Conductele de înaltă presiune se confecționează din oțel și sunt de tipul cu pereți groși deoarece ,în funcționare sunt supuse la solicitări variabile cu frecvență mare, de către o presiune care atinge un vărf de 600…800 daN/cm2urmat de o valoare minimă, după cum descărcarea este parțială sau totală.Diametrul exterior al țevii este de 6 mm, iar diametrul interior de 1.5 mm,1.7mm,2mm.Se utilizează oțel moale cu un conținut mic de sulf și fosfor. Conductele trebuie să fie scurte pentru ca volumul elastic de combustibil să nu producă perturbații în transmiterea semnalului de la pompă la injector.Pentru același motiv au un diametru interior mic. Lungimea conductelor trebuie să fie aceași pentru toți cilindrii, pentru a prevenii funcționarea neuniformă a sistemului pompă de injecție-injector.Lungimea conductelor este hotărîtă de cilindrul aflat la distanța cea mai mare față de pompă.Pentru cilindrii aproăiați conductele se curbează cu o rază minimă de 50mm.La capetele conductelor se ezecută prin presare la rece conuri de etanșare .

Conductele de joasă presiune au un diametru interior mare de 10…15 mm, care permite deplasarea bulelor de aer ,gaze și vapori. Se confecționează din țevi de cupru sau oțel zincat.

2.4.1.Conatrucția conurilor de etanșare.

=== Cap.3(3.1) ===

Cap.3.Cercetări teoretice privind fenomenele din pompa de injecție cu distribuitor rotativ.

3.1. Metoda de calcul a presiunii de refulare.

Pentru a putea determina presiunea de injecție debitată de o pompă de injecție cu distribuitor rotativ se pleacă de la relațiile deplasării , vitezei și accelerației pentru tipul de came cu care este prevăzut inelul pompei.

Profulul camelor este simetric format din arce de cerc (fig.3.1.1.).Cama cuprinde o porțiune de urcare (porțiunea AB), care determină caracteristica de injecție ,o porțiune de retracție (porțiuneaBC) , utilizată pentru descărcarea conductei de înaltă presiune și o porțiune de coborîre

Fig.3.1.1.Profilul camei pentru o pompă de injecție cu distribuitor rotativ

Relația pentru deplasarea s,folosind notațiile din (fig 1) este :

(3.1.1.)

Relația pentru calculul vitezei de deplasare a pistonașelor cînd urmaresc cama este :

(3.1.2.)

Relația de calcul pentru a putea determina accelerația dată de camă, pistoanelor este :

(3.1.3.)

În relațiile3.1,3.2, si 3.3,a ,a , k ,și k sunt constante și au valorile:

Schema generală a instalației de alimentare cu combustibil în cazul dotării cu pompă de injecție cu distribuitor rotativ , este prezentată în figura 3.1.2.

Pentru determinarea presiunii de injecție am folosit ecuațiile pentru procesele dinamice date de deplasările ți vitezele maselor în mișcare.

În cazul spațiilor cu volum variabil și dimensiune mare în raport cu volumul de lichid intrat sau ieșit , pentru determinarea presiunii considerată uniformă în volum , se aplică legea de conservare a masei , considerînd lichidul incompresibil.Variația în timp a presiunii în acest caz , conform literaturii de specialitate este dată de relația:

Fig.3.1.2. Schema de principiu a alimentării unui MAC cu pompă de injecție cu distribuitor rotativ

pistoane ; 2- racord de refulare ;3- conducta de înaltă presiune ; 4- injector ;

(3.1.4.)

în care : E- modulul de elasticitate a motrinei; – variația lui V în raport cu timpul ;

Pentru se poate scrie :

(3.1.5.)

unde , conform figurii 3.1.3.

Înlocuind (3.1.6.) și (3.1.1.) în (3.1.5.), rezultă:

(3.1.7.)

unde:

(3.1.8.)

Avînd în vedere (3.1.8.) , relația (3.1.7.) devine :

(3.1.9.)

Înlocuind ecuația (3.1.9.) și derivata ei în raport cu timpul în relația (3.1.4.) , obținem:

relația (3.1.10.).

Ecuația (3.1.4.) poate fi scrisă și sub forma :

(3.1.11.)

de unde :

(3.1.12.)

Integrîna ecuația diferențială (3.1.12.) , obținem:

(3.1.13.)

efectuînd calculele , rezultă :

(3.1.14.)

Valorile constantei de integrare se determină din condițiile la limită , astfel pentru :

(3.1.15.)

Rezultă:

(3.1.16.)

unde:

(3.1.17.)

Înlocuind relațiile (3.1.17.) și (3.1.16.) în (3.1.14.) se obține legea de variație a presiunii motorinei sub forma :

(3.1.18.)

Valoarea maximă a presiunii rezultă din condiția :

(3.1.19)

Folosind relația (3.1.10.) se obține :

(3.1.20.)

Din sistemul (3.1.20.) obținem:

Ecuația (3.1.21.) se poate rezolva , necunoscuta fiind . După rezolvarea acestei ecuații se poate determina o valoare maximă:

(3.1.22.)

Înlocuind (3.1.22.) în relația (3.1.18.) rezultă :

(3.1.23.)

Cu acest model de calcul a presiunii de refulare a pompei de injecție se obține prin calcul o presiune maximă la ieșirea din pompa de injecție de :

pentru o conductă cu diametrul interior de :

=== Cap.4.1.Calculul proc. din cond. de inalta pres.in regim lam ===

I. MIȘCARE LAMINARĂ

Metodă de calcul a presiunii de injecție pe conducta de înaltă presiune.

Pentru determinarea presiunii pe conducta de înaltă presiune se consideră că mișcarea fluidului prin conductă este de tip laminar.

Astfel din ( I.5. Dinamica fluidelor reale în mișcare laminară) vom încerca să determinăm această presiune. Prin fluid real se înțelege un fluid vîscos.

1.Ecuația constructivă.

Eforturile unitare care definesc efortul unitar au expresiile:

(1.1)

În cadrul fluidelor ideale, eforturile unitare tangențiale sunt nule, adică .Ținînd seama în (1.1) de aceste relații, precum și de relațiile , , , se obține:

(1.2)

Eforturile unitare normale au deci o valoare comună. Această valoare comună se notează cu –p , ( p0) ; atunci , ceea ce sublinează faptul că efortul unitar normal este întotdeauna o compresiune.Scalarul p este presiunea din punctul curent al domeniului ocupat de fluidul ideal în mișcare. Prin urmare:

(1.3)

Prin definiție,mărimea :

(1.4)

este presiunea din punctul curent al domeniului ocupat de un fluid real aflat în mișcare.

În cazul fluidelor vâscoase incompresibile , avem relațiile:

(1.5)

Dacă se ține seama de ecuațiile (1.5) și introducând vâscozitatea cinematică , se obțin ecuațiile lui Navier și Stokes pentru mișcările laminare ale fluidelor vâscoase incompresibile:

(1.6)

Pentru determinarea necunoscutelor ,, și p mai este necesară o ecuație și anume ecuația de continuitate:

(1.7)

2.Soluții exacte ale ecuației lui Navier și Stokes

2.1. Mișcarea laminară într-o conductă circulară.

Ca un exemplu de soluție exactă asistemului (1,6) și ecuației (1.7), se consideră mișcarea laminară a unui fluid vâscos incompresibil ,într-o conductă cilindrică a cărei secțiune dreaptă este un cerc de rază și a cărei axa este înclinată cu un unghi față de un plan orizontal.

DESEN FIG.1.1

Se aleg axele de coordonate ca în figura 1.1 și se presupune că liniile de curent sunt drepte paralele cu axa conductei ,că mișcarea este permanentă și că forțele masice se reduc la forța de greutate; ca urmare, și iar .Această mișcare se numește mișcarea lui Hagen și Pouseille.Pentru simplificare notăm .Sistemul (1.6),(1.7) se reduc la forma:

(2.1)

sau la forma:

(2.2)

unde iar .

Integrând ecuația (2.2) în raport cu z între și apoi notând și se obține ecuația lui Poisson:

(2.3)

pe care funcția trebuie s-o satisfacă pe secțiunea dreaptă S situată în planul Se caută acea soluție a ecuației (2.3) care satisface condiția la limită.

pentru (2.4)

Se pornește de la faptul că soluția generală a ecuației (2.3) este de forma:

(2.5)

unde este o funcție particulară a ecuației (2.3)

este o funcție armonică pe S

Se observă că o soluție pariculară a ecuației (2.3) este:

(2.6)

Pentru a satisface condiția la limită (2.4) funcția trebuie determinată prin condiția:

pentru (2.7)

Și este evident că expresia :

(2.8)

este o funcție armonică pe S și satisface condiția (2.7) .Din relațiile (2.5),(2.6),(2.8) rezultă că soluția căutată este:

(2.9)

unde

Se spune că pe S există o distribuție parabolică a vitezelor.Viteza maximă de pe S are ca suport axa conductei și are valoarea:

(2.10)

unde:- vâscozitate dinamică

;diferență de presiune [bar]

-presiunea înainte de secțiunea S

– presiunea după secțiunea S

– raza conductei cilindrice

– densitatea fluidului

g – accelerația gravitațională

-unghiul conductei față de axa x

Debitul volumic prin secțiunea dreaptă S:

(2.11)

iar viteza medie de pe S are valoarea:

(2.12)

Se va calcula pierderea de sarcină din conductă, între sectiunile drepte S1 și S2 aparținând respectiv planelor și .Fie

Domeniul limitat de S1 și S2 și de porțiunea de conductă cuprinsă între aceste secțiuni drepte. Din ecuațiile și relația (2.12) rezultă:

(2.13)

În conformitate cu relația:

-ecuația pierderii de sarcină

rezultă pentru cazul nostru:

(2.14)

sau, notând cu D diametrul conductei:

(2.15)

unde: -coeficientul lui Darcy

Re –numărul Reynolds al mișcării

Prin această demonstrație se observă capacitatea de determinare a vitezei maxime a fluidului într-o secțiune S aleasă aleator pe conductă. Astfel în amonte de secțiunea S avem presiunea p1 iar în aval de aceeași secțiune avem presiunea p2 a fluidului.Astfel ia naștere o diferență de presiune .

Dac[ pentru regimul de curgere laminar impunem viteza maximă a fluidului ca fiind cunoscută , putem determina diferența de presiune din relația (2.10).Astfel:

(2.16)

Dacă considerăm p1 la ieșirea din pompa de injecție și p2 la intrarea în injector, atunci va fi egal cu lungimea conductei. Cunoscând presiunea p1 de refulare a combustibilului din pompa de injecție va rezulta :

presiunea la intrarea în injector.

II.MIȘCARE TURBULENTĂ

3.Distribuția vitezei într-o conductă cilindrică, circulară, hidraulic netedă.

3.1.Determinarea distribuției de viteze.

=== Cap.4.3.regimul turbulent ===

4.3.Calculul procesului din conducta de înaltă presiune în regim turbulent.

Mișcarea turbulentă și ecuațiile ei

4.3.1.Despre mișcarea turbulentă

4.3.2.Ecuațiile diferențiale ale mișcării turbulente

Pentru a deduce aceste ecuații se va porni de la ecuațiile generale ale mișcării flu-idului vâscos compresibil.

(4.3.2.1)

Se înlocuiesc în ecuațiile generale,parametrii mișcării cu formulele:

(4.3.2.2)

Ținînd seama de faptul că:

(4.3.2.3.)

cu mențiunea că pulsațiile parametrilor sunt nule,obținem ecuațiile diferențiale(cu derivate parțiale)ale mișcării medii. (4.3.2.6.)

unde se folosește notația și însumarea tensorială.

Vom deduce acum ecuația energiei totale pentru mișcarea medie,potrivit ecuației continuității

(4.3.2.7.)

Avem de asemenea formulele:

(4.3.2.8.)

Înlocuind valorile instantanee ale parametrilor,în ecuația energiei totale,cu valori-le medii și pulsatorii,luăm media termenilor,ținem seama de formulele de mai sus și obținem ecuația energiei totale a mișcării turbulente:

(4.3.2.9.)

Dacă ținem seama de faptul că :

(4.3.2.10.)

ecuația (2.9),pentru energia totală medie io se scrie sub forma :

(4.3.2.11.)

în cazul fluidului incompresibil cu = const( ), =const, =1,în care p are numai un sens mecanic și în care neglijăm termenii care provin din funcția de disipație,ecuațiile (4.3.2.4),(4.3.2.5),(4.3.2.11) devin:

(4.3.2.13.)&(4.3.2.14)

unde este laplasianul vitezei medii .

Evident mișcăriile medii turbulente a fluidului vâscos incompresibil sunt neli-niare,dar,evident,cu mult mai simple decât ecuațiile corespunzătoare din cazul compresibil.Ecuațiile (4.3.2.13.) sunt ecuațiile clasice ale lui Reynolds.Dacă comparăm ecuațiile lui Reynolds (4.3.2.13) cu ecuațiile lui Navier – Stokes , se constată ușor că ecuațiile (4.3.2.13) pot fi obținute dacă

se înlocuiește cu , iar tensorul tensiunilor ,se înlocuiește cu tensorul tensiunilor medii totale ale curentului turbulent.

(4.3.2.15.)

(4.3.2.16.)

unde este tensorul suplimentar al tensiunilor turbulente care se datoresc existenței vitezelor de pulsație .Dacă vi ar fi toate nule, atunci sunt nule și tensorul se reduce la tensorul tensiunilor într-un curent laminar.Tensiunile mai poartă și numele lui Reynolds.Ecuația (4.3.2.14.) este ecuația transferului turbulent de căldură într-un fluid incompresibil.Mărimea reprezintă fluxul de căldură ce se datorează transferului turbulent de masă.Din examinarea ecuațiilor mișcării turbulente medii rezultă următoarea regulă:

– o miscare turbulentă medie se studiază ca o mișcare laminară cu viteza

presiunea etc , cu condiția de a adăuga tensiunile turbulente suplimentare potrivit cu ecuațiile (4.3.2.4),(4.3.2.5),(4.3.2.6)și(4.3.2.11).Ecuațiile (4.3.2.12),(4.3.2.13),(4.3.2.14),conțin pe lângă funcțiile necunoscute încă șase funcții necunoscute g care se introduc prin tensiunile turbulente suplimentare.Pentru ca sistemul de ecuații să fie închis vor trebui date relații suplimentare prin care să fie cunoscute valorile medii ale produselor vitezei de pulsație (tensiunile suplimentare).Tensiunile suplimentare (medii)sunt în general,ca și tensiunile laminare,de două feluri: normale și tangenția-le.Cele Tangențiale se numesc tensiuni suplimentare de frecare sau,mai pe scurt,fre-cări turbulente.

4.3.3) Distribuția vitezei într-o conductă cilindrică,circulară,hidraulic netedă

4.3.3.1 Determinarea distribuției de viteze

Se consideră o mișcare ovasistaționară a unui fluid incompresibil vâscos newtonian.Mișcarea medie se consideră axial-simetrică.Se stabilește profilul vitezei pentru cazul unei plăci plane și infinite.Pentru simplificare,se consideră că trecerea de la nucleul turbulent al mișcării,la substratul vâscos,se face brusc (fig. 4.3.3.1),adică se presupune că deci că nu există o zonă de tranziție.

În substratul vâscos,viteza are expresia:

(4.3.3.1.)

Punînd în această relație în evidență viteza dinamică dată de relația:

(4.3.3.2.)

se obține :

de unde rezultă:

(4.3.3.4.)

Relația (4.3.3.4.) exprimă legea adimensională de repartiție a vitezei în substratul vâscos.Viteza curentului pe frontiera substratului vâscos se va nota cu deci:

(4.3.3.5.)

Pe frontieră substratul vâscos,ținînd seama de condiția (4.3.3.5),rezultă:

(4.3.3.6.)

Mărimea din partea dreaptă a egalității (3.6)este un criteriu de tip Reynolds,a cărui valoare,dedusă din experiențele lui J.Nikuradse,este:

(4.3.3.7.)

Pentru nucleul turbulent al mișcării se admite legea logaritmică,dată de relația:

(4.3.3.8.)

Constanta C2 se determină astfel încât,pe frontiera de separație a substratului vâscos de nucleul turbulent,profilele de viteză să se racordeze:

(4.3.3.9.)

iar înlocuind expresia lui C2 în relația (4.3.3.8),se obține:

(4.3.3.10.)

Se exprimă și în funcție de parametrul definit pe frontiera substratului vâscos,ținînd seama de relațiile (4.3.3.6)și(4.3.3.7):

(4.3.3.11.) și (4.3.3.12.)

Dacă se înlocuiesc expresiile lui și în (3.10),rezultă:

(4.3.3.13.)

Ordonînd în mod convenabil,se obține pentru nucleul turbulent al mișcării următoarea repartiție adimensională a vitezei:

(4.3.3.14.)

Se observă că repartițiile de viteze corespunzătoare unei mișcări turbulente într-o conductă dreaptă cu secțiune circulară,definită cu ajutorul relațiilor (4.3.3.4) și (4.3.3.14),este complet determinată dacă se cunosc parametrii mișcării turbulente și .Aceste valori stabilite pe baza experiențelor lui J.Nikuradse sunt =0.4 și =11.5.

Cu aceste valori numerice relația (4.3.3.14) devine:

(4.3.3.15.)

sau,trecînd la logaritm zecimal:

(4.3.3.16.)

Viteza maximăse realizează în axa conductei:

(4.3.3.17.)

Și din relația (4.3.3.16) rezultă:

(4.3.3.18.)

Făcînd diferența între relațiile (4.3.3.16) și (4.3.3.18) se obține:

(4.3.3.19.)

sau :

(4.3.3.20.)

Relația (4.3.3.20) reprezintă legea deficitului de viteză.

În continuare se va determina viteza medie pe secțiune,corespunzătoare debitului mediu temporal:

(4.3.3.21.)

Integrala (4.3.3.21) se scrie ca o sumă de două integrale,una corespunzînd nucleului turbulent și alta corespunzînd substratului vâscos:

(4.3.3.22.)

Pentru nucleul turbulent se va utiliza dată de relația (4.3.3.19).Viteza în substratul vâscos (3. 4 ) se va exprima,ținînd seama de relația (4.3.3.7),astfel:

(4.3.3.23.)

Cu aceste observații,viteza medie devine:

(4.3.3.24.)

Între y și R,conform figurii (4.3.3.1),există legătura:

y=R-r. (4.3.3.25)

Efectuînd toate calculele,se ajunge la următoarea expresie pentru :

(4.3.3.26.)

Deoarece grosimea substratului vâscos este mult mai mică decât raza conductei,termenul este neglijabil și va fi considerat egal cu 0.În acest caz termenul care conține logaritmul natural conduce la o nedeterminare care,dacă este ridicată,conduce la valoarea 0. Se obține astfel următoarea expresie pentru viteza medie adimensională:

(4.3.3.27.)

De subliniat că viteza medie este o medie spațială a vitezelor medii temporale,deci este o medie dublă,temporală și spațială.Ținînd seama de relația (4.3.3.18),relația (4.3.3.27) se poate scrie și sub forma :

(4.3.3.28.)

4.3.4)Verificarea experimentelor lui J.Nikuradse.

Se notează R/D –rugozitatea relativă.

Dependența obținută pentru (Re ,K/D ) este reprezentată în figura 4.3.4.1 (în foi 7.8).Din această diagramă rezultă următoarele concluzii:

mișcarea este laminară pentru Re<2000

pentru domeniul mișcării laminare,coeficientul lui Darcy depinde exclusiv de nr. Reynolds, și nu depinde de rugozitatea relativă a peretelui ( dreapta I din figură )

în domeniul mișcării turbulente există niște regimuri de curgere pentru care,indiferent de rugozitate,=(Re) (curba II);conductele în care există un asemenea regim se numesc conducte hidraulic netede

de la o anumită valoare a lui Re,coeficientul rămâne constant și depinde numai de rugozitatea relativă : =(R/D) (dreptele III);conductele în care există un asemenea regim de curgere se numesc conducte hidraulic rugoase.

Astfel formula : dă rezultate confirmate pentru :

(4.3.4.1.)

iar formula dă rezultate pentru:

(4.3.4.2.)

Aceste rezultate confirmă modelul curgerii turbulente, adică existența unei zone de tranziție între substratul vâscos și nucleul turbulent,spre deosebire de modelul de calcul adaptat,din considerente de simplificare,unde zona de tranziție a fost absentă.

Din domeniul de valabilitate al formulei ,care corespunde substratului vâscos , rezultă că grosimea reală a acestuia este dată de relația :

(4.3.4.3.)

Distanța de la perete,de unde începe nucleul turbulent și unde este valabilă formula : rezultă din relația :

(4.3.4.4.)

=== Cap.4.4.Pierderi fluido-dinamice ===

4.4.Curgerea fluidelor prin conducte.Calculul pierderilor fluido-dinamice.

Pierderea totală de presiune se calculează cu relația:

Pierderea de presiune datorită frecărilor interne se calculeată:

unde:-coeficientul lui Darcy

l-lungimea conductei [m]

d-diametrul interior al conductei [m]

w-viteza fluidului prin interiorul conductei [m/s]

-densitatea motorinei

În funcție de numărul lui Reynolds se pot deosebii doup tipuri de mișcări ale fluidelor, astfel pentru:

Re<2320 -curgere laminară

Re>2320 -curgere turbulentă

Deoarece se țiine cont de rugozitatea țevilor atunci se vor calcula două numere Reynolds:

unde :k –rugozitatea absolută a țevii [mm]

-rugozitatea relativă [-]

Pentru regimul de curgere turbulent se vor deosebii în continuare mai multe cazuri în fucție de cele două numere Reynolds , care țin seama de rugozitatea țevii.

A)Regim turbulent neted, pentru 2320< Re < ( r.t.n.)

În acest caz : unde -grosimea stratului limită laminar

1)Pentru Re=2320…..

2)Pentru Re=

3)Pentru Re >

B)Regim turbulent semirugos pentru (r.t.s.r.)

C)Regim turbulent rugos , pentru Re > (r.t.r.)

Pierderile de presiune locale se calculează cu relația:

Pierderile de presiune datorită accelerației gravitaționale:

H-înălțimea la care este conducta

Pierderile de presiune datorită accelerației fluidului:

Rugozitatea absolută a unor țevi:

1)Pentru țevi din alamă (țevi moi) K=0……0,0002 [mm]

2)Pentru țevi din oțel fără sudură )calitate mare) :K=0,0003….0,002 [mm]

3)Pentru țevi moi din oțel sau sudate :K=0,003…0,01 [mm]

4)Pentru țevi oțel puternic ruginite :K=0,1…0,3 [mm]

5)Pentru țevi curățate după o coroziune puternică :K=0,015…0,02 [mm]

=== Cap.4.5.1.Stabilirea regimului de curgere ===

4.5.CALCULUL PIERDERILOR DE PRESIUNE PE CONDUCTA DE ÎNALTĂ PRESIUNE.CALCULUL PIERDERILOR FLUIDO-DINAMICE DE PRESIUNE.

4.5.1.Calculul pierderilor de presiune pe conducta de înaltă presiune.

Pierderea totală de presiune se calculează cu formula:

Fiecare termen al ecuației se calculează separat,astfel:

-pierdere de presiune datorită frecărilor interne

-coeficientul lui Darcy

l-lungimea conductei,l=60[cm]

d-diametrul interior al conductei,d=1,5[mm]

-densitatea fluidului;=850

w-viteza fluidului[m/s]

Pentru calculul regimului de curgere (turbulent sau laminar) este necesară determinarea vitezei fluidului,cu ajutorul căreia se va putea numărul lui Reynolds.Se impun condițiile:

Re<2320 –curgere laminară

Re>2320 –curgere turbulentă

Considerăm pentru cazul de față ,un consum mediu de 12L/100Km ,iar un traseu de 100km îl considerăm că va fi parcurs într-un interval de 1 ore.Astfel va rezulta un consum de 12L/1ore.

Știind că [Kg]

Pentru un volum de motorină de V= va rezulta m=0,850[Kg]

Astfel pentru un consum de 12 litrii va rezulta m=10,2 [Kg],iar debitul masic va fii :

; =0,0028[Kg/s]

Astfel se poate calcula viteza motorinei prin conductă,cu formula:

Cu ajutorul vitezei se va putea calcula numărul Reynolds:

Deoarece numărul Re >2320 rezultă că avem curgere turbulentă

Pentru curgerea turbulentă avem trei tipuri de regimuri de curgere:

a)Regim turbulent neted, pentru 2320<Re<Re

b)Regim turbulent semirugos pentru Re<Re< Re

c)Regim turbulent rugos pentru Re>Re

NOTĂ!

Numărul Reynolds calculat este Re=29,9

Numărele Reynolds Reși Re reprezintă:

unde = rugozitatea relativă [-]

; K=rugozitatea absolută [mm]

În acest caz țevile sunt din oțel fără sudură , de aceea vom alege K=0,0003……0,002 [mm] (calitate mare).Alegem K=0,001[mm].

Datorită ecuației de mai sus rezultă că ne încadrăm în cazul regimului turbulent semirugos (r.t.s.r.).Astfel pentru r.t.s.r. formula de calcul a coeficientului lui Darcy este:

Din volumul Termotehnică și Mașini Termice (cap. Calculul hidrodinamic al schimbătoarelor de căldură ) avem coeficientul de rezistență locală :

Pentru conducte inclinate cu un unghi se va

lua ; la noi

Rezultă:

-densitatea la ieșirea respectiv intrarea în conductă

-datorită frecărilor fluidului cu pereții conductei și implicit a încălzirii motorinei datorită vitezei mari de curgere (și a presiunii mari)

Considerăm și astfel rezultă:

Cu aceste calcule ,pierderea fluido-dinamică totală de presiune va fii:

Astfel rezultă presiunea la intrarea în injector, ca fiind :

=== Cap.4.5.2.Calculul presiunii la intrarea in injector ===

CAP.4.5.2.CONDUCTA DE ÎNALTĂ PRESIUNE

CALCULUL PRESIUNII LA INTRAREA ÎN INJECTOR CONSIDERÂND CUNOSCUTĂ PRESIUNEA DE REFULARE A POMPEI DE INJECȚIE CU DISTRIBUITOR ROTATIV

Din calculul presiunii de refulare a pompei de injecție rezultă .Astfel în continuare vom determina presiunea la intrarea în injector și astfel se poate face o verificare a calculului fluido-dinamic pe conducta de înaltă presiune.

Din cartea[III] (cap.5.3.-Mișcări în conducte cilindrice), aplicat la regimul turbulent de curgere , descris in subcap.5.3.2. –Conducte în secțiuni diferite.

Pentru o conductă de secțiune oarecare , distribuția de viteze se deduce rezolvând ecuația:

(1)

cu condițiile la limită u =0 pe conturul conductei (sau pe două cntururi , dacă secțiunea conductei este inelară ).Ecuația (1) este de tip Poisson cu termenul liber negativ dacă u este pozitiv.

Problema se poate rezolva direct sau prin analogie cu alte probleme care conduc la o ecuație diferențială și la condițiile la limită similare.Astfel , în teoria elasticității problema este similară cu torsiunea unei grinzi sau cu flexiunea unei membrane subțiri , încărcată cu sarcină distribuită , cu marginile fixare pe contur; în hidrodinamică , problema este similară cu rotația unui fluid perfect într-un cilindru sau cu echilibrul suprafeței libere sub acțiunea tensiunii superficiale.Se mai pot imagina și alte analogii electrice , electromagnetice , etc.În sfârșit , problema se poate reduce la căutarea unei funcții armonice , dar cu condiții la limită ceva mai complicate.Într-adevăr , deoarece într-un plan Oyz gradientul de presiune este constant , putem definii o nouă funcție:

(2)

în care caz rezultă:

(3)

iar condiția se va înlocui cu :

(4)

Soluțiile pot fii apoi căutate prin metode cunoscute , ca dezvoltări în serie , separarea variabilelor , transformări conforme etc.

O soluție utilă pentru aplicații , a distribuției vitezei și debitul de curgere prin conducte cilindrice este următoarea:

(5),(6);

Cunoscând debitul se poate determina presiunea la intrarea în injector din relația (6) știind că , unde l este lungimea conductei de înaltă presiune (60 cm)

Notăm : =K

Determinarea vitezei fluidului se face ca verificare la calculul pierderilor fluido-dinamice de presiune , unde s-a calculat viteza motorinei pentru o conductă cu diametrul interior de 1,5 mm și un regim de curgere semirugos.

Din calculul precedent a rezultat o viteză de :

În urma calculului vitezei motorinei prin conductă a rezultat o valoare foarte apropiată de cea calculată iîn capitolul pierderilor de presiune pe conducta de înaltă presiune.

=== Cap.4.6.Constructia injectoarelor. ===

Cap.4.6. Construcția injectoarelor

Injectoarele se împart în două mari clase : injectoare închise și injectoare deschise. Injectorul este închis sau deschis după cum orificiul de pulverizare este sau nu controlat de un ac sau o supapă.Motoarele de autovehicule folosesc injectorul de tip închis cu ac.După modul în care se comandă deschiderea acului , injectoarele se împart în trei grupe :cu comandă hidraulică (folosite frecvent pe motoarele de autovehicule ), cu comandă electrică și cu comandă mecanică.

Injectorul BOSCH reprezintă o soluție clasică de injector cu comandă hidraulică (fig. 4.6.1.).și este fabricat curent de IMF – Sinaia.

Injectorul are un corp 1 la care se fixează pulverizatorul 2 prin intermediul piuliței 3.În corpul pulverizatorului se introduce capul 4 , acționat prin intermediul tijei 5 de arcul elicoidal 6. Tensiunea arcului se reglează prin intermediul șurubului de reglare 7, care se deplasează în piulița 8 și se fixează cu contrapiulița 9 .Arcul se sprijină pe discurile 10 și 11.La partea superioară a corpului este montat capacul 12 ,care asigură etanșeitatea prin garnitura 13. Filtrul 14 reține impuritățile mecanice , iar garnitura 15 asigură etanșarea.Canalul 16 practicat în corpul injectorului servește pentru deplasarea combustibilului de la conducta de înaltă presiune prin racordul 17 la pulverizator.Corespondența dintre canalele 16 și 18 ,ultimul practicat în corpul injectorului , se asigură la montaj prin intermediul știftului 19. Ridicarea acului de pe sediu are loc sub acțiunea forței dezvoltate de presiunea combustibilului din camera pulverizatorului CP ,asupra gulerului acului ,realizat prin prelucrarea acului cu două diametre diferite.Injectoarele deschise se numesc cu comandă hidraulică ,deoarece deschiderea acului este efectuată de combustibil.Acul (fig.4.6.2.) este de tip lung sau scurt.Corpul 1 al acului asigură etanșarea și se prelucrează cu precizie mare ( jocul dintre ac și corp este de 1,5…3 ).Conul 2 preia presiunea combustibilului și asigură ridicarea acului;conul 3 servește pentru etanșare ;coada 4 preia sau transmite forța de acționare.Tija 5 mărește lungimea pulverizatorului , cerută în unele cazuri de poziționarea injectorului în chiuloasă.Deși jocul dintre ac și corp este mic datorită presiunii ridicate ,combustibilul scapă în corpul pulverizatorului și este evacuat prin racodul 20; la motoarele policilindrice , uniformitatea presiunii de injecție se realizează prin reglarea la banc ainjectorului cu ajutorul șurubului de reglare 7.(vezi fig. 4.6.1.).

Reglarea se execută pe un dispozitiv simplu cu acționare manuală prevăzut cu un manometru care indică presiunea statică la care se ridică acul de pe sediu .

După forma vîrfului acului , injectoarele se împart în două clase:injectoare cu ac cu vîrf conic ( fig. 4.6.3. a și b ) și injectoare cu ac cu vîrf profilat (c și d ) sau cu ac cu știft.Cînd știftul este cilindric , rostul lui principal este de a curărții orificiul pulverizatorului de depunerile cărbunoase.Cînd știftul este dublu tronconic , la acțiunea de autocurățire se adaugă efectul de dispersiune a jetului: particulele de combustibil se lovesc de ultima suprafață conică și formează un jet de forma unei pînze conice co unghi la vîrf cuprins între 40 și 60 de grade. Pentru a realiza etanșarea , acul cu știft se sprijină cu brîul de etanșare pe sediul conic.Grosimea brîului de etanșare este de 0,01 mm, ceea ce asigură o presiune ridicată de contact.Cînd stiftul este dublu tronconic , la ridicarea lui secțiunea de trecere variază (fig.4.6.4.).Din această cauză aria secțiunii echivalente la ridicarea unui ac cu știft (curba 1) se deosebește de cea realiyată la un injector cu ac cu vîrf conic (curba 2 ) ,prin aceea că la începutul injecției crește lent.Ca urmare , la începutul injecției se introduce o fracțiune mică din doza pe ciclu , doza principală introducîndu-se ulterior.Această particularitate este convenabilă pentru limitarea mersului brutal ; cu toate acestea , injectorul cu știft nu se poate utiliza decît la camerele de vîrtej, deoarece dă un jet cu penetrație redusă.La camerele unitare de ardere se utilizează injectoarele cu ac cu vîrf conic ,cu mai multe orificii ,ceea ce asigură distribuția convenabilă a combustibilului și penetrației mari a jetului; unghiul dintre axele orificiilor se optimizează.La motoarele cu camerele de preardere ,fiind necesar un jet compact cu penetrație mare ,se utilizează injectoare cu ac cu vîrf conic cu un singur orificiu.

Injectorul se așează în locașul din chiuloasă într-o poziție univocă, deoarece orificiile pulverizatorului trebuie să orienteze jetul de combustibil după direcții determinate de cerinșele procesului de formare a amestecului.De aceea nu se montează cu o bujie prin înșurubare.Injectorul se fixează în locaș cu o bridă cazul motorului SAVIEM 797 sau cu o piuliță ,cazul motorului MAN-D 2156.Între locaș și injector se prevede o garnitură de etanșare. Poziția axială a injectorului în cilindru se optimizează fiind impusă de penetrația jetului.

Ecuația echilibrului static al acului este:

(4.6.1.)

unde este tensiunea inițială a resortului ; k-constanta elastică ; -ridicarea arcului ; -presiunea combustibilului din camera pulverizatorului ; -diametrele acului și vîrfului ; -presiunea combustibilului sub vîrful acului ,mai mică decît din cauza laminării .

Condiția de ridicare a acului de pe sediu este:

(4.6.2.)

Deoarece inițial iar .Presiunea din camera pulverizatorului, la care seridică acul injectorului de pe sediu se numește presiune inițială de injecție.În relația (4.6.2.) presiunea apare ca un parametru cunoscut, impus de caracteristicile jetului (dinețe ,omogenitate, penetrație, dispersie ), care depind de prin .La proiectare se asigură reproducerea lui fie prin controlul tensiunii inițiale a resortului,fie prin dimensionarea convenabilă a gulerului(diferența ).Faptul că începe injecția și se termină la o presiune ridicată constituie principalul avantaj al injectorului cu ac.Injectorul cu ac cu comandă hidraulică are un avantaj suplimentar:nu pretinde un organ special de comandă ,ceea ce explică marea lui răspîndire.Printre dezavantaje se menționează:uzarea accentuată a acului pe brîul de etanșare,la așezarea cu șoc pe sediu;vibrația sistemului ac-arc , care perturbă injecția normală.

După ridicarea acului ,presiunea din camera pulverizatorului este redusă de secțiunea de laminare oferită de vîrful acului, ca urmare .

Din relația (4.6.1.) rezultă înălțimea de ridicare a acului:

(4.6.3.)

unde este definit de relația (4.6.2.).

La studiul arderii s-a caracterizat refularea de combustibil în cilindru prin caracteristica de injecție:

(4.6.4.)

unde reprezintă masa (volumul) de combustibil injectată în cilindru din momentul inițial pînă la momentul dat .

Viteza relativă de injecție este:

(4.6.5.)

unde este debitul absolut de combustibil, adică ,iar ,deci . Debitul momentan se determină din ecuația debitului și a vitezei prin orificiile pulverizatorului, de secțiune și coeficient de debit :

(4.6.6.)

iar viteza relativă de injecție este:

(4.6.7.)

care se determină relativ ușor cu simplificarea .

Presiunea din camera pulverizatorului se determină analitic sau experimental cu un receptor de presiune. Prin integrare rezultă caracteristica de injecție .De-a lungul anilor, investigația eperimentală a parcurs calea inversă: s-a determinat din relația (4.6.4.) apoi prin derivare s-a obținut .

Se numește caracteristica injectorului dependența sau . Caracteristica injectorului rezultă din relația (4.6.7.):

; (4.6.8.)

Ea se ridică pe un stand de încercare , în regim staționar, deci pe baza debitului mediu .Debitul mediu de combustibil este :

(4.6.9.)

și fiind durata injecției în secunde , respectiv .Relația (4.6.8.) devine:

(4.6.10.)

Se observă că presiunea crește proporțional cu pătratul turației.La motoarele de autovehicule turația variază în raportul 1:10 ( turația nominală 2500 rot/min, turația de mers în gol 250 rot/min ) deci presiunea variază în raportul 1:10. Dacă presiunea de injecție în regim nominal este corespunzătoare cerințelor de pulverizare, la turații mici sau mers încet pulverizarea este compromisă. Secțiunea echivalentă se determină din ecuția de laminare : unde, secțiunea oferită de acul pulveruzatorului este

prin însumare rezultă diferența adică inversul pătratului secțiunii echivalente este:

(4.6.11.)

Experiențele de mare finețe, efectuate în țară au evidențiat rolul deosebit pe care-l are jocul dintre vîrful acului și orificiul pulverizatorului și geometria vîrfului acului cu știft asupra caracteristicilor injecției și performanțelor de economicitate și putere ale motorului. Astfel, urmărind variația diametrului mediu al picăturilor de combustubil cu unghiul RAP ( unghiul de rotație al arborelui pompei ), pe baza fotografiilor picăturilor din jet , luate din 1,6 în 1,6 grade, se constată existența unui joc optim între vîrful acului și orificiul pulverizatorului , la care păstrează o valoare redusă pe toată perioada injecției; totodată fotografierea rapidă a jetului evidențiază modificarea penetrației lui odată cu variația jocului .Aceste modificări influențează întîrzierea la declanșarea arderii rapide și gradul de formare a amestecului, ceea ce conduce în final la realizarea unor valori optime ale consumului specific efectiv de combustibil și a puterii motorului.

4.6.1.Dimensionarea orificiilor pulverizatorului.

Din relația (4.6.6.), cu simplificarea rezultă care substituie în (4.6.9.) și rezultă doza de combustibil în unități de volum:

(4.6.12.)

Se știe că : sau:

(4.6.13.)

Unde este în g/kWh (g/CPh); în kW (CP) ; în ;n în rot/min .Notînd cu numărul de orificii rezultă , unde în mm ;se ține seama că și se substituie relația (4.6.13.) în (4.6.12.)

sau pentru motorul în patru timpi:

[mm] (4.6.14.)

Coeficientul de debit al orificiului pulveriyatorului variayă între 0,65…0,70 .Diametrul orificiului nu trebuie să coboare sub 0,1…0,2 mm, valoare limitată de tehnologia de fabricație.

Viteya de curgere prin orificiul pulverizatorului este :

(4.6.15.)

În relațiile (4.6.12.), (4.6.14.) și (4.6.15.), peste în

=== Cap.4.7.Cercetari teoretice privind jetul de combustibil. ===

Cap.4.7.Cercetări teoretice privind jetul de combustibil.

4.7.1.Jetul de combustibil.

Prin jetul liber de combustibil se înțelege o undă de combustibil ce pătrunde liber într-un mediu de combustibil cu aceleași proprietăți fizice sau cu proprietăți fizice diferite.

Curgerea combustibilului în acest caz este turbulentă deoarece particulele schimbă impuls cu particulele din mediul în care intră.

!Obs. De la iașirea de la gura de formare în aval , ecuația conservării debitului nu are sens.Ecuația conservării energiei nu este interesantă deoarece nu este vorba de două jeturi de combustibil cu temperaturi de ale mediului ambiant.Ceea ce ne interesează este ecuația conservării impulsului.

Pentru studiu profesional adăugăm acuația energiei disipate și a energiei turbulente.

Ca urmare a schimbului de impuls dintre particulele din jet și particulele care intră , viteza va caracteriya doar particulele care aparțin nucleului jetului .În afara nucleului apare ,în secțiune , o variație de viteză a cărui grosime se mărește continuu. ( în zona II ).

Astfel avem trei zone :

Zona de tranziție ;

Zona de bază se extinde pînă la limitele perceptibile ale combustibilului ;

Zona de bază pînă cînd viteza va fi de 0,25 m/s

Cu X s-a notat bătaia jetului.

Gaura de formare a jetului are secțiunea 2 ,este rotundă ,dar poate avea și alte forme.

În zona inițială consumul de energie cinetică duce la dispariția nucleului, iar în zona de bază duce la micșorarea vitezei de curgere pe toată secțiunea lui .

NOTĂ:Deși viteza de curgere a combustibilului scade cu abscisa x ,energia totală a combustibilului rămîne constantă ,deoarece avem în vedere că masa de curgere în aval contribuie prin adunarea de gaz din mediul înconjurător.

La o anumită turație energia cinetică va scădea așa de mult încît nu se va mai putea ,, împrumuta ,, energia necesară înfrîngerii forțelor de vîscozitate.

4.7.2. Calculul vitezei medii a combustibilului prin orificiile injectorului.

Fenomenul care are loc la injector se pune în evidență prin ecuația:

(4.7.2.1.)

În care :

f este aria geometrică a orificiilor pulverizatorului ;

– coeficientul de pierderi în orificiile pulverizatorului ;

– secțiunea afectivă de curgere a orificiilor pulverizatorului ;

– viteza medie a combustibilului ;

– timpul ;

Fig.4.7.2.1.Secțiune prin pulverizatorul unui injector

Pentru un anumit tip de injector , mărimea se poate determina pe cale experimentală , în cazul curgerii staționare , adică la o viteză , fiind funcție de cursa acului pulverizatorului .

(4.7.2.2.)

Viteza medie a combustibilului se obține cu ecuația :

(4.7.2.3.)

În care :

este presiunea combustibilului din camera de presiune a pulverizatorului ( fig. 4.7.2.1.) ,

este presiunea gazelor din camera de ardere a motorului

densitatea combustibilului

Pe baza relațiilor (4.7.2.1.),(4.7.2.2.), (4.7.2.3.) , se obține legea de injecție sub următoarele forme :

(4.7.2.4.)

(4.7.2.5.)

(4.7.2.6.)

În care : -n este turația pompei de injecție ; [rot/min]

Cînd injectorul nu este montat pe motor pulverizarea are loc la presiunea mediului ambiant , deci:

(4.7.2.7.)

(4.7.2.8.)

Deoarece densitatea combustibilului variază în funcție de temperatură , iar coeficientul de pierderi în orificii depinde de înălțimea de ridicare a acului pulverizatorului , legea de injecție se poate exprima sub forma unei funcții de forma :

(4.7.2.9.)

Cerința impusă legii de injecție de către dezvoltarea puterii necesare în cilindrii motorului , cu un consum de combustibil , împreună cu forma acestuia impusă de necesitatea formării corespunzătoare a amestecului, întîrzierii la autoaprindere , arderii și mersului liniștit , fără fum la evacuare, este de cea mai mare importanță la MAC.

Deși legea de injecție este influențată de o serie de factori ca dimensiunile orificiilor pulverizatorului , diametrul și lungimea conductelor, presiunea de strîngere a acului injectorului , profilul camei de la pompa de injecție , turația pompei , diametrul și cursa pistoanelor , contrapresiunea gazelor din camera de ardere , debitul pompei de injecție , etc.O parte din acești factori rămînînd constanți în timpul funcționării motorului , nu influențează legea de injecție.Parametrii care ar fi necesari să rămînă constanți în timpul injecției , pentru o perioadă cît mai mare de exploatare sunt: diametrul orificiilor pulverizatorului , diametru pistoanelor și profilul camei la pompa de injecție.

=== Cap.7. ===

Cap.7. Norme de tehnica securității muncii.

Protecția muncii constituie o importantă problemă de stat.

Materializarea acestei preocupări majore se manifestă prin fondurile și materialele însemnate pe care statul le alocă anual pentru protecția muncii , precum și măsurile tehnice , organizatorice și educative ce se aplică atât pe plan național cât și pe plan mondial.

Condițiile din ce în ce mai bune create , la toate locurile de muncă , fiecare om la locul de muncă are datoria de a răspunde pentru activitățile sale , prin aplicarea și respectarea cu strictețe a măsurilor de protecție a muncii.

Pentru ca măsurile de protecție a muncii , parte integrantă a procesului de producție să-și dovedească întradevăr eficiența și activitatea de prevenire și combatere a accidentelor , este necesar ca normele de protecție a muncii să fie temeinic însușite de fiecare om la muncii , ceea ce reprezintă o condiție fundamentală a aplicării și respectării lor , conform legislației în vigoare.

Nerespectarea normelor de protecție a muncii , nefolosirea echipamentului de protecție, ne luarea măsurilor de tehnică a securității la locul de muncă , sunt socotite infracțiuni.

Tehnica securității muncii în cadrul reparării și exploatării motoarelor diesel rapide , cuprinde un complex de măsuri tehnico organizatorice care aplicându-se cu strictețe de conducătorul lucrării , precum și de cei care participă la executarea lor , duc la eliminarea cauzelor producătoare de accidente.

Evitarea pericolului , cauzelor producătoare de accidente , se va putea face numai în măsura în care se cunosc temeinic toți factorii care pun în pericol integritatea corporală și sănătatea participanților la aceste lucrări de reparare și exploatare , precum și măsurile ce trebuiesc aplicate și respectate la fiecare lucrare.

În cele ce urmează se vor prezenta principalele măsuri de tehnică a securității muncii specifice lucrărilor de reparare și exploatare.

-Este interzisă pornirea sau manevrarea utilajelor în lipsa personalului autorizat.

-Repararea și exploatarea autovehiculelor se va face cu personal special instruit și examinat în acest scop și care trebuie să aibă permis de conducere valabil pentru toate autovehiculele sau cel puțin valabil pentru tipul de autovehicul cu care se face lucrarea de încercare.

-Lucrările de încercare pe drumurile publice se vor efectua cu respectare tuturor normelor de circulație in vigoare.

De asemenea se vor lua următoarele măsuri:

-se va respecta distanța între stand și perete impusă de normele de protecția muncii și PSI.

-standul și toate instalațiile anexe vor fi prevăzute cu instalații de protecție prin legare la pământ și nul a tuturor părților metalice pentru evitarea electrocutării datorită tensiunilor de atingere accidentală.

-se interzice folosirea standului cu părți componente demontate sau ne-asigurate și cu instalații improvizate.

-în apropierea standului, la intrare și ieșire din sala standului vor fi prevăzute tăblițe avertizoare de exemplu: FUMAT OPRIT,.INTRAREA INTERZISĂ

-înainte de începerea probelor de rodaj și la intrarea în schimb verificați standul d.p.d.v. al măsurătorilor de tehnica securității muncii și PSI

-la darea în funcțiune a standului se va echipa încăperea respectivă cu materiale necesare de prevenirea incendiilor

-se interzice accesul persoanelor străine în sala de rodaj

-se interzice personalului de deservire părăsirea locului de muncă pe toată durata cât standul este în funcțiune

-după terminarea lucrului se va întrerupe curentul electric de alimentare al standului atât de la tabloul de distribuție cât și de la tabloul de comandă

-la terminarea schimbului se va informa schimbul următor asupra defecțiunilor ivite în timpul verificărilor care se vor consemna în procesul verbal de predare-primire a standului

-periodic se vor verifica punctele de legare la pământ și la nul a tuturor părților metalice

-standul va fi deservit numai de personal calificat și instruit special în acest scop

-pentru eventualele defecțiuni și modificări a elementelor funcționale și de rezistență se va informa și consulta proiectantul

-se interzice depozitare de ori ce fel de materiale în spațiu standului pe căile de acces, inclusiv în apropierea instalațiilor anexe

-la realizarea montajului electric se vor respecta normativele în vigoare.