Scopul acestei lucrări este de a prezenta mecanismul de distribuție și de a studia influența [615048]
UNIVERSITATEA TEHNIC Ă DIN CLUJ -NAPOCA
FACULTATEA DE MECANI CĂ
SPECIALIZAREA: AUTOV EHICULE RUTIERE
PROIECT DE DIPLOMĂ
STUDII ȘI CERCETĂRI PRIVIND INFLUENȚA
MECANISMULUI DE DIST RIBUȚIE ASUPRA
PERFORMANȚELOR M.A.I
Conducător: Absolvent: [anonimizat].dr.ing Nicolae BURNETE Raum JEBRIL
Raum Jebril Rezumat
2 REZUMAT
Scopul acestei lucrări este de a prezenta mecanismul de distribuție și de a studia influența
acestuia asupra performanțelor motoarelor cu ardere internă prin simulări realizate în prog ramul
Lotus Engine Simulation.
Prezenta lucrare are drept obiectiv studiul parametrilor caracteristici ai sistemului de distribuție
care au impact asupra performanțelor motoarelor cu ardere internă. Modificarea parametrilor
caracteristici ai sistemului de distribuție se realizează după principiile de funcționare folosite de
sistemele de distribuție variabilă în vederea evidențierii importanței dezvoltării mecanismelor de
distribuție. Parametri principali ai mecanismului de distribuție asupra cărora se conce ntrează
simulările efectuate sunt avansul la deschiderea supapei de admisie, respectiv durata de
deschidere a supapei de admisie.
În Capitolul 1 s-a prezentat un scurt istoric a sistemului de distribuție, și impactul acestuia asupra
autovehiculelor în de -a lungul timpului, de asemenea s -au enumerat obiectivele lucrării.
În Capitolul 2 s-a descris sistemul de distribuție și s -au prezentat noțiunile teoretice aferente
acestuia, cât și o clasificare generală a sistemelor de distribuție.
În Capitolul 3 s-au enu merat diferitele tipuri de sisteme de distribuție moderne, modul acestora
de funcționare și influența acestora asupra performanțelor motoarelor.
În Capitolul 4 s-a surprins stadiul actual al cercetărilor de dezvolt are a sistem elor de distribuție
variabilă.
În Capitolul 5 s-a realizat prezentarea programului de simulare utilizat Lotus Engine Simulation,
pașii efectuați în vederea introducerii datelor de intrare, validarea modelului virtual, și rezultatele
procesului de simulare.
În Capitolul 6 s-au expus con cluziile finale rezultate în urma studiului efectuat asupra sistemului
de distribuție, contribuțiile proprii și perspectivele de dezvolt are a sistemelor de distribuție.
Raum Jebril Abstract
3 ABSTRACT
The aim of this paper is to present the valve actuation system and to study it s influence on the
performances of the internal combustion engines using simulations that were performed with the
aid of Lotus Engine Simulation software.
This paper is aimed at studying the characteristic parameters of the valve actuation system which
impact the performances of the internal combustion engines. The a ltering of the characteristic
parameters of the valve actuation system is performed in accordance with the functional
principles of the variable valve actuation systems, pursuing to highlight th e importance of future
developments regarding the valve actuation systems. The main parameters of the valve actuation
system, on which the simulations are focused , are the advancement of the inlet camshaft,
respectively the opening duration of the inlet va lve.
In the First Chapter a short history of the valve actuation system was introduced, alongside with
the impact upon vehicules along time of the formerly mentioned system, as well as listing the
main aimes of the paper was made.
In the Second Chapter the valve actuation system is presented, alongside with its theoretical
concepts, as well as a general classification.
In the Third Chapter various types of modern valve actuation system were listed, their operating
principles and their influence upon engine performances.
In the Fourth Chapter the current state of the development researches on the variable valve
system was presented.
In the Fifth Chapter the introduction of the simulation software Lotus Engine Simulation was
performed, the steps needed to comp lete the data introduction into the software, the validation of
the virtual model and the obtained results of the simulation activity were submitted.
In the Sixth Chapter the final conclusions resulted throughout the study that was made regarding
the valve actuation system were presented, alongside with personal contributions and future
perspectives regarding the development of the valve actuation system.
Raum Jebril Cuprins
4 CUPRINS
Rezumat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 2
Abstract ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 3
Cuprins ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 4
Lista de notații și abrevieri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 6
Lista de figuri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 7
Lista de tabele ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 10
1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 11
1.1. Scopul și obiectivele lucrării ………………………….. ………………………….. …………………….. 12
2. Noțiuni teoretice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 13
2.1. Mecanismul de distribuție prin supape ………………………….. ………………………….. ……….. 13
2.1.1. Sistemul de transmitere a mișcării ………………………….. ………………………….. ………. 14
2.1.2. Axul cu came ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 17
2.1.3. Sistemul de împingători ………………………….. ………………………….. …………………….. 19
2.1.4. Grupa supapei ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 24
2.2. Fazele de distribuție ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 30
3. Stadiul actual privind distribuția variabilă ………………………….. ………………………….. ………… 32
3.1. Distribuția la motoarele cu 2 supape pe cilindru ………………………….. ………………………. 32
3.2. Distribuția la motoarele cu multisupape ………………………….. ………………………….. ……… 33
3.2.1. Motoare cu 3 supape pe cilindru ………………………….. ………………………….. …………. 33
3.2.2. Motoare cu 4 supape pe cilindru ………………………….. ………………………….. …………. 34
3.2.3. Motoare cu mai mult de 4 supape pe cilindru ………………………….. ……………………. 34
3.3. Distribuția balistică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 35
3.4. Soluții realizate de diferiți producători ………………………….. ………………………….. ……….. 36
3.4.1. VTEC – HONDA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 36
3.4.2. MIVEC – MITS UBISHI ………………………….. ………………………….. ……………………. 38
3.4.3. Sistemul Valvetronic – BMW ………………………….. ………………………….. …………….. 39
3.4.4. VarioCam Plus – Porsche ………………………….. ………………………….. …………………… 43
3.4.5. UniAir – Fiat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 46
4. Dezvoltarea sistemelor de distribuție variabilă ………………………….. ………………………….. ….. 49
4.1. Studiu comparativ între CVVL și VVT ………………………….. ………………………….. ………. 49
4.2. Analiza economiei de combustibil la sarcini parț iale a sistemului de distribuție
variabilă, pe baza a două MAC ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 51
4.3. Studiul fazelor de distribuție ale unui sistem de distribuție variabilă Volkswagen …….. 55
Raum Jebril Cuprins
5 5. Simularea în Lotus Engine Simulation ………………………….. ………………………….. ……………… 58
5.1. Introducerea datelor de intrare ………………………….. ………………………….. …………………… 58
5.2. Datele de i ntrare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 61
5.3. Validarea modelului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 63
5.4. Influența avansului și a duratei de deschidere a supapei ………………………….. ……………. 67
5.4.1. Influențe asupra puterii motorului ………………………….. ………………………….. ……….. 68
5.4.2. Influențe asupra momentului motor ………………………….. ………………………….. …….. 69
5.4.3. Influențe asupra presiunii medii efective ………………………….. ………………………….. 70
5.4.4. Influ ențe asupra consumului specific efectiv ………………………….. …………………….. 71
5.4.5. Influențe asupra presiunii din cilindru ………………………….. ………………………….. …. 72
5.4.6. Influențe asupra temperaturii din cilindru ………………………….. …………………………. 73
5.4.7. Influențe asupra vitezei de curgere a aerului ………………………….. ……………………… 74
6. Concluzii, contribuții proprii și perspective ………………………….. ………………………….. ………. 75
6.1. Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 75
6.2. Contribuții proprii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 76
6.3. Perspective de dezvoltare ………………………….. ………………………….. …………………………. 76
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 78
Anexe ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 80
Raum Jebril Lista de notații și abrevieri
6 LISTA DE NOTAȚII ȘI ABREVIERI
Simbol Semnificație u.m.
CR Common R ail
CVVL Continuous Variable Valve L ift
HC Hidrocarburi
MIVEC Mitsubisch i Inovative Valve timing and lift Electronic C ontrol
OHC OverHead C amshaft
OHV OverHead V alve
PMI Punct mort interior
PME Punct mort exterior
RAC Rotații ale arborelui cotit
SOHC Single OverHead C amshaft
VCT Variable Camshaft Timing
VTEC Variable valve Timing and lift E lectronic C ontrol system
VVA Variable Valve V ctuation
VVEL Variable Valve Event and L ift
VVL Variable Valve L ift
VVT Variable Valve T iming
ce Consumul specific efectiv [g/kWh]
dA Diametrul talerului supapei de admi sie [mm]
dE Diametrul talerului supapei de evacuare [mm]
pe Presiunea medie efectivă [bar]
pi Presiunea medie indicată [bar]
Raum Jebril Lista de figuri
7 LISTA DE FIGURI
Fig. 2.1 Sistemul de comandă a supapei așezate în chiulasă [1] ………………………….. ……………… 14
Fig. 2.2 Schema de principiu a mecanismului de distribuție OHV [19] ………………………….. …… 15
Fig. 2.3 Schema de principiu a mecanismulu i de distribuție OHC [26] ………………………….. …… 16
Fig. 2.4 Schema de principiu a mecanismului de distribuție DOHC [24] ………………………….. … 17
Fig. 2.5 Axul cu came [19] ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 18
Fig. 2.6 Decalarea camelor [19] ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 19
Fig. 2.7 Tipuri constructive de tacheți [19] ………………………….. ………………………….. ……………… 20
Fig. 2.8 Tachet hidraulic [19] ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 21
Fig. 2.9 Tija împingătoare [19] ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 22
Fig. 2.10 Schema raportului dintre brațele culbutorului [5] ………………………….. ……………………. 23
Fig. 2.11 Culbutorul – vedere de sus [19] ………………………….. ………………………….. ………………… 23
Fig. 2.12 Părțile componente ale grupei supapei [5] ………………………….. ………………………….. …. 24
Fig. 2.13 Supapă în stare montată [26] ………………………….. ………………………….. ……………………. 25
Fig. 2.14 For mele suprafeței de etanșare [5] ………………………….. ………………………….. ……………. 25
Fig. 2.15 Protecția tijei supapei pentru a preveni griparea [5] ………………………….. ………………… 26
Fig. 2.16 Distribuția temperaturii supapei de evacuare la diferite rapoarte de comprimare [5] .. 27
Fig. 2.17 Construcții ale ghidului supapei [5] ………………………….. ………………………….. ………….. 28
Fig. 2.18 Arcuri elicoidale pentru supape [5] ………………………….. ………………………….. …………… 29
Fig. 2.19 Soluții de fixare a arcului cu galeți sau știft [5] ………………………….. ………………………. 29
Fig. 2.20 Legea de ridicare a supapelor [16] ………………………….. ………………………….. ……………. 31
Fig. 2.21 Fazele de distribuție [16] ………………………….. ………………………….. ………………………… 31
Fig. 3.1 Variatorul de faze [12] ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 32
Fig. 3.2 Distrib uirea supapelor pe cilindru [29] ………………………….. ………………………….. ……….. 33
Fig. 3.3 Cameră de ardere cu trei supape pe cilindru [21] ………………………….. ……………………… 34
Fig. 3.4 Legea de ridicare a sistemului de distribuție balistică[21] ………………………….. ………….. 36
Fig. 3.5 Sistemul de distribuție Honda VTEC [21] ………………………….. ………………………….. …… 37
Fig. 3.6 Sistemul de distribuți e Mitsubishi MIVEC [21] ………………………….. ……………………….. 38
Fig. 3.7 Sistemul BMW -Valvetronic cu înălțimea de ridicare a supapelor minimă (A) și maximă
(B) [18] ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 39
Raum Jebril Lista de figuri
8 Fig. 3.8 Varierea înălțimii de ridicare a supapelor de admisie a sistemului de distribuție
Valvetronic [18] ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 40
Fig. 3.9 Si stemul Dublu VANOS [18] ………………………….. ………………………….. ……………………. 41
Fig. 3.10 Exemplu de faze de distribuție ale sistemului Dublu VANOS [18] ……………………….. 42
Fig. 3.11 Prima versiune de sistem de distribuție variabilă VarioCam [14] ………………………….. 43
Fig. 3.12 Sistemul de distribuție variabilă VarioCam Plus [14] ………………………….. ……………… 44
Fig. 3 .13 Deschiderea supapelor de admisie [14] ………………………….. ………………………….. …….. 45
Fig. 3.14 Elementele de acționare al sistemului de distribuție VarioCam Plus pentru modificarea
înălțimii de ridicare a supapelor [14] ………………………….. ………………………….. ………………………. 46
Fig. 3.15 Elementele componente ale sistemului de distribuție variabilă UniAir [17] ……………. 48
Fig. 4.1 Faze de distribuție [6] ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 50
Fig. 4.2 Comparația pierderilor prin pompaj și a consumului specific efectiv [6] …………………. 51
Fig. 4.3 Reducerea procentuală a consumului specific efectiv funcție de momentul deschiderii
supapei de admisie, pent ru motorul #1 [2] ………………………….. ………………………….. ……………….. 53
Fig. 4.4 Reducerea procentuală a consumului specific efectiv funcție de momentul deschiderii
supapei de admisie pentru motorul #2 [2] ………………………….. ………………………….. ………………… 54
Fig. 4.5 Media valorilor reducerii procentuale a consumului specific efectiv c e pentru fiecare
condiție impusă în parte [2] ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 54
Fig. 4.6 Fazele de distribuție la diferite regimuri de funcționare [11] ………………………….. ……… 56
Fig. 4.9 Procesul de umplere a cilindrului la regimul de recirculare a gazelor arse [9] …………… 57
Fig. 5.1 Alegerea tipului de injecție și a tipului de c ombustibil ………………………….. ………………. 59
Fig. 5.2 Adăugarea parților componente ………………………….. ………………………….. ………………… 59
Fig. 5.3 Completarea datelor supapei de admisie ………………………….. ………………………….. ……… 60
Fig. 5.4 Completarea datelor cilindrului motor ………………………….. ………………………….. ………… 60
Fig. 5.5 Setarea condițiilor de lucru ………………………….. ………………………….. ……………………….. 61
Fig. 5.6 Rularea simulării și încărcarea rezultatelo r în program ………………………….. ……………… 61
Fig. 5.7 Curbele de variație a motorului Lombardini (Anexa 1) ………………………….. ……….. 63
Fig. 5.8 Curbele de variație a puterii reale și a momentului motor real în comparație cu cele
simulate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 64
Fig. 5.9 Fazele inițiale de distribuție ………………………….. ………………………….. ………………………. 65
Fig. 5.10 Variația deb itului masic de aer ………………………….. ………………………….. ………………… 65
Fig. 5.11 Variația vitezei aerului ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 65
Fig. 5.12 Variația temperaturii din cilindru ………………………….. ………………………….. ……………… 66
Raum Jebril Lista de figuri
9 Fig. 5.13 Variația presiunii în cilindru ………………………….. ………………………….. ……………………. 66
Fig. 5.14 Fazele de distribuție aferente cazurilor de simulare ………………………….. ………………… 67
Fig. 5.15 Curbele de variație a puterii motorului ………………………….. ………………………….. ……… 68
Fig. 5.16 Curbele de variație a momentului motor ………………………….. ………………………….. …… 69
Fig. 5.17 Curbele de variație a presiunii medii efective ………………………….. …………………………. 70
Fig. 5.18 Curbele de variație a consumului specific efectiv ………………………….. …………………… 71
Fig. 5.19 Curbele de variație a presiunii din cilindru ………………………….. ………………………….. … 72
Fig. 5.20 Curbele de variație a temperaturii din cilindru ………………………….. ………………………. 73
Fig. 5.21 Curbele de variație a vitezei de curgere a aerului de admisie ………………………….. ……. 74
Raum Jebril Lista de tabele
10 LISTA DE TABELE
Tab. 3.1 Avantajele utilizării sistemului de distribuție UniAir [17] ………………………….. …………. 59
Tab. 4.1. Datele tehnice a le motoarelor folosite pentru studiu [6] ………………………….. ……………. 60
Tab. 4.2 Datele tehnice ale motoarelor [2] ………………………….. ………………………….. ……………….. 63
Tab. 5.1 Fișa tehnică a motorului Lombardini 3LD510 ………………………….. ………………………….. 75
Tab. 5.2 Dimensiuni măsurate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 76
Tab. 5.3 Caracteristici ale mediului ambiant și a condițiilor de lucru ………………………….. ………. 76
Tab. 5.4 Comparația dintre datele reale și cele simulate ………………………….. …………………………. 77
Tab. 5.5 Indicii de performanță obținuți în urma validării modelului ………………………….. ……….. 78
Raum Jebril Introducere
11 1. INTRODUCERE
Încă din secolul XIX erau folosite sistemele de distribuție la motoarele cu aburi. Prin anii
1920 soluția era adopt ată la unele motoare de aviație, însă numai la sfârșitul anilor 1960 s -a
brevetat primul sistem funcțional de distribuție variabilă , care să fie capabil să modifice
înălțimea de deschidere a supapelor în funcționare. [21]
Cu toate că la nivel actual se poate observa o creștere pronunțată a numărului motoare lor
multi supapă , în anul 1997 aproximativ un procent de 50 % din autovehicule erau prevăzute cu
două supape pe cilindru. Acest lucru justificându -se astfel :
încă se mai află în fabricație motoare de const rucție clasică, care prezintă avantajul unei
construcții mai simple, acestea având mai puține elemente în mișcare și având în același timp și
costuri mai scăzute decât motoarele cu mai multe supape;
la motoarele cu cilindree redusă , din cauza dimensiunilor reduse, intervine dificultatea
amplasării mai multor supape pe cilindru. E fectul acestora este mai scăzut în comparație cu
rezultatele obținute la motoarele cu cilindree mai mare. [21]
În marea majoritate a cazurilor , circulația de gaze la motoarele în 4 timp se realizează prin
intermediul supapelor acționate de arborii cu came. Profilul, poziția și dimensiunea camelor au
rol în determinarea înălțimii de ridicare a supapelor și momentul începerii deschiderii acestora,
asigurând în acest fel o funcționare o ptimă a motorului la regimul dorit. Utilizând mecanismele
de variere a înălțimii și a momentului de deschidere a supapelor, se obține o funcționare
optimizată care contribuie la creșterea performanțelor, reducerea cons umului și a emisiilor
poluante. [21]
Motoarele care sunt prevăzute cu mai mult de 2 supape pe cilindru, spre exemplu, au
elasticitate redusă. Totuși acest dezavantaj poate fi parțial despăgubit prin utilizarea unei
distribuții variabile. La funcționarea motorului la turații ridicate, o întârzi ere mai mare a
închiderii supapei de admisie asigură o umplere mai eficientă a cilindrilor, însă aceeași întârziere
rezultă într -o funcționare defectuoasă la ralanți și în regim de turație scăzută, atunci când o parte
din amestecul carburant aspirat este î mpins înapoi spre admisie. [21]
În cazul motoarelor destinate competițiilor, optimizarea distribuției variabile se
efectuează pentru regimurile de turații ridicate, iar din această cauză aceste motoare nu sunt
capabile în a menține o turație de mers în gol normală. [21]
Raum Jebril Introducere
12 1.1. SCOPUL ȘI OBIECTIVEL E LUCRĂRII
Având în vedere importanța deosebită care i se atribuie sistemului de distribuție,
este imperativă continuarea dezvoltării acestuia. Acesta are un rol important în menținerea
motoarelor cu ardere internă pe pia ța automobilelor, date fiind legile tot mai stricte de
reducere a poluării și a consumului de combustibil, care constrâng producătorii de
automobile să se adapteze la noile cerințe. Dar totodată, dezvoltarea acest ui sistem are ca
scop și creșterea performa nțelor motoarelor cu ardere internă în vederea atragerii
clienților.
Această lucrare are ca scop evidențierea influenței sistemului de distribuție asupra
performanțelor motoarelor cu ardere internă, dar și contribuirea în efectuarea unor
cercetări cu scopu l dezvoltării și îmbunătățirii performanțelor, a scăderii emisiilor
poluante și a consumului de combustibil, și în același timp reducerea pierderilor de
energie.
În vederea atingerii scopului impus de prezenta lucrare , se urmăresc următoarele
obiective:
Însușirea noțiunilor teoretice necesare unei î nțelegeri depline a conceptelor în
discuție;
Investigarea soluțiilor deja existente;
Identificarea parametrilor ce definesc procesele motorului cu ardere internă;
Cercetarea lucrărilor științifice realizate în do meniu;
Simularea sistemului de distribuție în programul Lotus Engine Simulation;
Compararea rezultatelor simulate cu datele reale din fișa tehnică.
Raum Jebril Noțiuni teoretice
13 2. NOȚIUNI TEORETICE
Sistemul de distribuție a gazelor reprezintă ansamblul tuturor organelor care au rolul
umplerii periodice a cilindrului cu gaze proaspete și evacuarea periodică a gazelor arse în
atmosferă din interiorul cilindrului. [ 1]
Sistemul de distribuție a gazelor trebuie să asigure desfășurarea optimă a proceselor de
schimbare a gazelor și distribuire a uniformă a fluidului motor între cilindri. Un sistem de
distribuție eficient permite evacuarea cât mai completă a gazelor arse din cilindri motorului și
asigură umplerea cât mai deplină a cilindrilor cu fluid motor proaspăt, astfel încât coeficientul de
umplere η u să fie cât mai ridicat. [ 7]
Sistemul de distribuție este alcătuit 3 părți:
a) colectoarele de gaze au rolul de a transporta și distribui fluidul proaspăt între cilindri, dar
și de a colecta și transporta gazele arse in atmosferă;
b) mecanismul de dist ribuție are rolul de a comanda deschiderea și închiderea periodică a
supapelor de admisie și evacuare;
c) amortizorul de zgomot are rolul de a scădea intensitatea zgomotelor produse în timpul
admisiei fluidului motor sau evacuarea gazelor arse. [1]
Colectorul de gaze – colectorul de admisie se confecționează prin turnare din aliaj de
aluminiu sau fontă și poate fi montat pe aceeași parte cu colectorul de evacuare, sau se pot monta
pe părțile opuse ale motorului. Iar colectorul de evacuare se confecționează din fontă cenușie sau
fontă aliată. [ 1]
Mecanismul de distribuție – poate fi clasificat după mai multe criterii. Cel cu importanța
cea mai ridicată este cel raportat la procedeul de comandă a deschiderii și închiderii orificiilor de
admisie și evacuare, aici deosebindu -se următoarele:
distribuția prin supape – este universală la motoarele în patru timpi;
distribuția prin sertare – se utilizează la motoarele de curse (de turații ridicate);
distribuția prin lumini – se utilizează la motoarele în doi timpi; [ 8]
2.1. MECANISMUL DE DISTRI BUȚIE PRIN SUPAPE
Mecanismul de distribuție prin supape (fig.2.1) este alcătuit din:
sistemul de transmitere a mișcării de la arborele cotit la axul cu came;
supapa 1;
Raum Jebril Noțiuni teoretice
14 arcul 2;
axul cu came 3 cu cama 4 care comandă mișcarea supapei;
sistemul de împingători (tachetul 5, tija împingătoare 6, culbutorul 7 amplasat pe
axul culbutorilor); [ 8]
Fig. 2.1 Sistemul de comandă a supapei așezate în chiulasă [ 1]
În timpul funcționării motorului, turația axului cu came este jumătate din turația
arborelui cotit deoarece supapele trebuie deschise doar o singură dată pe un ciclu
funcțional al motorului, axul cu came rotindu -se datorită mișcării primite de la arborele
cotit. Fiecare camă acționează un tachet, deplasându -l în sus, acesta din urmă apăsân d
asupra tijei împingătoare, tijă care imprimă o mișcare de rotație culbutorului (în jurul
său). Culbutorul acționează asupra tijei supapei, cu capul liber, deplasând -o în sensul
deschiderii pentru a realiza legătura dintre cilindru și galeria de admisie s au cea de
evacua re. [8]
2.1.1. SISTEMUL DE TRANSMIT ERE A MIȘCĂRII
Sistemul de transmitere a mișcării poate fi clasificat în funcție de locul de
amplasare:
OHV (OverHead Valves) – distribuție cu arborele cu came în blocul motor ;
OHC (OverHead Camshaft) – distribuț ie cu arborele cu came în chiulasă;
DOHC (Double OverHead Camshaft) – distribuție cu doi arbori cu
came în chiulasă; [15]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
15
Sistemul de distribuție OHV :
Acest sistem de distribuție este prevăzut cu axul cu came în blocul motor, în partea
inferioară a cilind rilor, sistemul de transmitere este format din două roți dințate, una fiind
amplasată pe arborele cotit iar cealaltă pe axul cu came. Antrenarea arborelu i făcându -se cu lanț
metalic. [ 15]
Fig. 2.2. Schema de principiu a mecanismului de distribuție OHV [19 ]
1 – supapă; 2 – chiulasă; 3 – culbutor; 4 – resort; 5 – tija împingătoare; 6 – tachet; 7 – camă; 8 –
piston; 9 – cilindru;
Schema de principiu a mecanismului de distribuție OHV este reprezentată în Fig.2.2.
Supapa 1 având o mișcare alternativă, are rol î n obturarea periodică a orificiului prevăzut în
chiulasa 2. Cursa de deschidere a supapei se realizează prin culbutorul 3, iar cea de închidere are
loc sub acțiunea resortului 4. [ 8], [19]
Culbutorul reprezintă o pârghie de transmitere a mișcării primite d e la tija împingătoare 5,
care este acționată de către tachetul 6. Punerea în mișcare a întregului sistem se realizează de
către o camă 7, montată pe axul cu came care primește mișcare de la arborele cotit. [19]
Sistemul de distribuție OHC:
Majoritatea mot oarelor care echipează automobilele moderne sunt cu distribuție
cu arborele cu came în chiulasă . Acționarea supapelor se face în mod direct de către axul cu
came prin intermediul tacheților sau a culbutorilor. Deoarece în cazul de față, amplasarea axului
Raum Jebril Noțiuni teoretice
16 cu came făcându -se la nivelul superior al blocului motor sau în chiulasă, transmisia
utilizată va fi cea cu lanț sau curea dințată, permițând o antrenare simultană a axului cu
came și a altor sisteme auxiliare. Sistemul poate fi prevăzut cu două supape de a dmisie și
două de evacuare pe fiecare cilindru, caz în care sistemul de distribuție va avea doi arbori
cu came ( DOHC ). [8], [19]
Pentru a -și exercita rolul de obturare periodică a orificiul din chiulasă, supapa 2
este acționată de către cama 6, care este m ontată pe axul cu came 5. Cama 6 acționează
asupra tachetului 4, iar acesta din urmă transmite mișcarea mai departe supapei 2, care
este ghidată prin intermediul ghidului 10, aceasta deschizând orificiul pentru permiterea
trecerii fluidelor. [26]
La termin area cursei de deschidere, supapa este împinsă în sus, către chiulasă, sub
acțiunea arcului 9 care apasă pe talerul 7 prevăzut cu semiconurile 8. Cursa supapei se
poate regla prin intermediul pastilei de reglaj 3. [ 26]
Fig. 2.3 Schema de principiu a me canismului de distribuție OHC [ 26]
1 – scaun supapă; 2 – supapă; 3 – pastilă de reglaj; 4 – tachet; 5 – ax cu came; 6 – camă; 7 –
taler; 8 –semiconuri; 9 – arc; 10 – ghid supapă; 11 – taler supapă;
Raum Jebril Noțiuni teoretice
17 Avantajele sistemului de distribuție OHC în raport cu sist emul de distribuție OHV:
număr mai mic de piese (lipsa tijelor împingătoare și a culbutorilor);
forma mai compactă a camerei de ardere, ceea ce duce la pierderi mai mici de căldură și
la realizarea unui raport de compresie mai mare;
randament volumetric ma i mare cu 10 -20% la puterea maximă;
gradul de umplere crește cu 5 -10% la cuplul maxim;
turația motorului crește cu 20 -30% la puterea maximă;
reducerea consumului specific de combustibil cu 5 -15% la sarcina de 90%; [19]
Sistemul de distribuție DOHC:
Sistem ul de distribuție OHC poate fi prevăzut și cu două supape de admisie și două de
evacuare pe fiecare cilindru, caz în care sistemul de distribuție va avea doi arbori cu came
(fig.2.4) si va fi denumit DOHC. [19]
Sistemul DOHC prezintă avantajul executării r olului clapetei obturatoare.
Fig. 2.4 Schema de principiu a mec anismului de distribuție DOHC [ 24]
2.1.2. AXUL CU CAME
Axul cu came (fig.2.5) reprezintă un ax care a cărui amplasare se face în chiulasă sau în
blocul motor, fiind dispus paralel cu arborele cotit . Are rolul de a comanda deschiderea periodică
a supapelor în ordinea necesară obținerii unei funcționări optime a motorului, dar totodată și
acționarea diferitelor agregate montate pe motor, cum ar fi: pompa de combustibil, pompa de
ulei, distribuitorul, etc. [ 1], [8], [19]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
18 Executând o rotație la fiecare ciclu, turația axului cu came trebuie sa fie egală cu
jumătatea turației arborelui cotit la motoarele în patru timpi și egală cu turația arborelui cot it
la motoarele în doi timpi. [ 1], [8], [19]
La motoar ele cu cilindri în linie se utilizează, de regulă, un singur ax cu came, care
comandă atât supapele de admisie cât și supapele de evacuare. Motoarele cu cilindri dispuși
în V pot fi prevăzute: cu un singur ax cu came dispus între cilindri, cu două axe cu c ame
așezate în carter, pe de o parte și de cealaltă a arborelui cotit, sau cu patru a xe cu came
montate pe chiulasă.[ 19]
În cazul montării axului cu came în carter, fusurile de sprijin sunt executate cu
diametre mai mari decât cotele maxime ale vârfurilor camelor, cu intenția de a permite un
montaj prin deplasare axială. În schimb, axul cu came montat in chiulasă se sprijină pe
lagăre care formează corp comun cu chiulasa, sau pe lagăre demontabile. Numărul
fusurilor de sprijin este determinat din condiția r espectării săgeții maxime admisibile,
aceasta variind funcție de lungimea motorului și de eforturile care acționează asupra
axului cu came. [ 19], [26]
În timpul funcționării, axul cu came este solicitat la încovoiere de forțele care apar
pe came în moment ul deschiderii supapelor. Axul cu came este solicitat la torsiune de
forțele de frecare apărute pe came și momentul rezistent introdus de agregatele antrenate.
Frecarea dintre tachet si camă duce la uzarea acestora, iar drept soluție pentru o durată de
viață mai îndelungată a acestor piese, se practică rotirea tachetului astfel încât locul de
contact dintre cele două componente să nu fie mereu același. [ 19]
Fig. 2.5 Axul cu came [ 19]
1 – pinionul de acționare; 2 – locașurile pentru ungere; 3 – fusurile pentru lagăre; 4 – came;
Printre materialele utilizate la realizarea axului cu came se enumeră oțelul și fonta
specială. Se folosesc OLC -uri de calitate sau ușor aliate cu crom, mangan, nichel, siliciu,
și oțeluri de cementare sau îmbunătățire. Fonta care se utilizează pentru fabricarea axului
cu came este o fontă aliată cu crom, mangan, vanadiu, nichel și cupru, sau fontă cu grafit
nodular. [ 19]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
19 Camele au rolul de a deschide supapele de admisie și evacuare în ordine a de funcționare
cerută . Pentru satisfac erea acestei necesități se aplică un decalaj de poziție care variază în funcție
de numărul de cilindri, de ordinea de aprindere și de fazele de distribuție. [15]
Așadar, decalarea camelor de admisie și evacuarea ale unui cilindru s e face în felul
următor ( fig.2.7 ): cama de evacuare se plasează astfel încât axa de simetrie a camei să treacă prin
canalul de pană de pe axul cu came. [19]
Axa de simetrie a camei de admisie a aceluiași cilindru se decalează în raport cu axa de
simetrie a camei de evacuare cu ung hiul: l: =(360+ DSE+ISA-ISE-DSA) / [grade],
unde DSE, ISA, ISE, DSA reprezintă avansurile și întârzierile la deschiderea și , respectiv,
închiderea supapelo r de admisie și de evacuare. este numărul de timpi ai motorului. [8], [19]
Fig. 2.6 Decalarea camelor [ 19]
Camele de același fel (admisie sau evacuare) sunt decalate cu 90ș pentru motoarele cu
patru cilindri, cu 60ș pentru motoarele cu șase cilindri, și cu 45ș pe ntru motoarele cu opt
cilindri. [26]
Determinarea profilului camei se face în r aport cu cerințele cinematice și se verifică prin
calcul. Profilul camei trebuie determinat astfel încât să comande deplasarea supapei cu
accelerații mici în vederea limitării forțelor de inerție, ridicarea și coborârea uniformă a acesteia ,
și reducerea zg omotului produs. [ 1]
2.1.3. SISTEMUL DE ÎMPINGĂT ORI
Tachetul transmite mișcarea primită de la camă la supapă sau la tija împingătoare, și
preia reacțiunea laterală produsă prin frecarea dintre camă și acesta. La motoarele cu supape
laterale, în partea superioară a tachetului se practică montarea unui șurub de reglaj a jocului
termic. În cazul motoarelor cu supape în chiulasă, locașul sferic la îmbinarea cu tija se realizează
cu un anumit joc. [ 5]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
20 Tachetul se execută gol în interior pentru reducerea masei acestui a. În funcție de
suprafața de contact cu cama, tacheții pot fi:
cu rolă; (fig.2. 7, a)
cu suprafață sferică; (fig.2. 7, b)
cu suprafață plană; (fig.2. 7, c)
hidraulici; (fig.2. 8) [19]
Fig. 2.7 Tipuri constructive de tacheți [ 19]
a) tacheți cu rolă; b) tach eți cu suprafață sferică; c) tacheți cu suprafață plană;
Tacheții cu rolă (fig.2. 7, a) asigură frecarea de rostogolire dintre aceștia și came.
Însă din cauza construcției complicate, a zgomotelor ridicate în funcționare și a costurilor
mari, utilizarea lor este extrem de restrânsă. La montaj se are în vedere centrarea rolei
(paralelismul dintre axa rolei si axa camei). [ 19]
La tacheții cu suprafață sferică ( fig. 2.7, b) cama de acționare este realizată cu o
ușoară conicitate a vârfului (unghiul din figură ). Această conicitate uniformizează
uzurile pe întreaga suprafață a platoului prin imprimarea unei mișcări de rotație
tachetului. Se aplică aceeași metodă și în cazul tacheților cu suprafață plană, doar că de
data aceasta prin dezaxarea acestora față de ax a camei. [19]
În cazul blocului motor din fontă se prevăd orificii, iar în cazul blocului motor de
aluminiu se prevăd bucșe, acestea având rol în ghidarea tacheților. În unele cazuri chiar și
la blocurile din fontă ghidurile tacheților se realizează sub f orma unor bucșe presate în
bloc sau sub forma unor piese unor piese separate a căror montaj se face cu șuruburi în
blocul motor. [ 5]
Raum Jebril Noțiuni t eoretice
21 Jocul dintre ghidaj și tija tachetului variază între: 0,01…0,08 mm. [19]
Tachetul hidraulic (fig.2. 8) este cel mai folosi t tip de tachet și constituie cea mai eficientă
soluție pentru prevenirea ruperilor supapelor prin oboseală. Acesta reduce zgomotul în
funcționare, uzura camei și uzura supapei, dar are rol și în compensarea jocului termic ceea ce
permite realizarea mecani smelor de distribuție în care se omit șuruburile de reglaj, acest lucru
însemnând lipsa lucrărilor de reglaj. [ 19], [26]
În interiorul corpului tachetului hidraulic 1 se montează cilindrul 2 alături de pistonul
plonjor 3 și supapa de reținere 4. Arcul 5 a cționează asupra pistonului 3 apăsând pe tija supapei
6. Uleiul sub presiune ajunge în tachet prin canalul 7 din sistemul de ungere al motorului. În
momentul acționării camei asupra tachetului acesta se ridică împreună cu cilindrul 2. Presiunea
uleiului di ntre piston și supapa de reținere crește așezând bila pe sediu, rezultând astfel în spațiul
8 o pernă de ulei care transmite mișcarea tachetului către pistonul plonjor. [19]
Fig. 2.8 Tachet hidraulic [ 19]
1 – tachet hidraulic; 2 – cilindru; 3 – piston p lonjor; 4 – came; 5 – arc; 6 – tija supapei; 7 – canal
ungere; 8 – spațiu;
Astfel, la uzura avansată a supapei sau tachetului se evită transmiterea mișcării prin șoc
datorită pernei de ulei, care își modifică volumul și posedă capacitatea asigurării unui c ontact
permanent între supapă și tachet, sau între tija împingătoare și tachet. [ 19]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
22 Tija împingătoare (fig.2.9 ) are rol în transmiterea efortului primit de la tachet la
culbutori, acest lucru fiind valabil în cazul motoarelor supape în ch iulasă și ax cu c ame în
carter. [5]
Aceasta asigură legătura cinematică cu tachetul și culbutorul prin locașul sferic
care este poziționat spre culbutor, și vârful sferic care se afla în spre tachet, ambele fiind
amplasate la capete. [ 5]
Fiind o piesă în mișcare, este afect ată de accelerații mari. Pentru evitarea forțelor
mari de inerție aceasta se execută tubular în vederea reducerii masei. [ 19]
Fig. 2.9 Tija împingătoare [19]
Culbutorul reprezintă o pârghie care oscilează în jurul unei axe în scopul
modificării sensulu i mișcării date de cama arborelui de distribuție și transmiterii acesteia
către tija supapei. Are un capăt sprijinit pe tija supapei, și celălalt pe tija împingătoare.
Capătul culbutorului sprijinit pe tija supapei este realizat după o suprafață cilindrică , în
schimb, axul culbutorilor se realizează tubular, culbutorii fiind menținuți la o anumită
distanță prin arcuri. [ 5], [19]
Materialele de construcție folosite sunt: OLC de calitate sau oțeluri de
îmbunătățire slab aliate. În general , capetele sunt sabla te apoi călite și detensionate. [ 19]
De regulă , culbutorul se rotește pe o bucșă sau pe un rulment, pe când axul
acestuia este fix. Pentru reglarea jocului termic se montează la capătul culbutorului
orientat spre tijă. [ 5], [19]
Ungerea culbutorilor se fac e fie prin tija împingătoare, fie prin axul culbutorilor și
prin canalele care ajung la capete. Pe lângă diminuarea uzurilor, ungerea are rol în
diminuarea zgomotului produs de culbutori. [5]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
23 Unele construcții de culbutori se realizează din tablă care osc ilează în jurul unui reazem
sferic. Această construcție permite o bună centrare cu tija supapei, respectiv cu tija împingătoare,
și micșorează masa culbutorului. Prin înșurubarea piuliței pe șurubul de reazem al culbutorului
se permite reglarea jocului. [ 5]
Funcție de tipul mecanismului de distribuție, mișcarea transmisă prin camă către culbutor
se face fie prin intermediul tijei împingătoare, fie direct d e la arborele de distribuție. [ 19]
Brațele culbutorului sunt realiza te, de regulă, inegale (fig.2.10 ) în scopul diminuării
accelerațiilor și forțelor de inerție, micșorând înălțimea de ridicare a tijei și a tachetului. Raportul
între lungimea brațului situat spre supapă ls și lungimea brațului situat spre tija împingătoare lt
este cuprins între ls/lt = 1,2…1,8. [ 5]
Fig. 2.10 Schema raportului d intre brațele culbutorului [ 5]
Planul de acționare al culbutorului poate fi realizat perpendicular pe axa de oscilație sau
cu înclinare (unghiul în vederea asigurării unui aranjament cât mai convenabil al supapelor
(fig.2.11 ). [19]
Fig. 2.11 Culbutorul – vedere de sus [19]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
24 Culbutorii sunt supuși la încovoiere și la uzură de către forța de pe linia came, fapt
care duce la impunerea unor condiții speciale de rigiditate. Aceștia se execută din OLC de
calitat e, OLA elementele de aliere fiind cromul și nichelul, cu conținut ridicat de mangan
sau din fontă nodulară. [19]
Semifabricatul este obținut prin matrițare sau turnare, suprafața de contact cu tija
supapei fiind călită prin curenți de inducție. În vederea îmbunătățirii rezistenței la uzură,
în unele cazuri, se realizează un proces de fosfatare. Pentru reducerea maselor
mecanismului de distribuție, în cazul motoarelor mai mici, culbutorii se confecționează
din aliaje de aluminiu cu capete armate cu pastile d in materiale dure. [ 19]
2.1.4. GRUPA SUPAPEI
Grupa supapei este alcătuită din supapa 6, ghidul supapei 7, cu piesele de fixare 8
și 9, arcul 10 și elementele de fixare ale arcului (galeții 4, conul port -galet 3, discul de
fixare 2 și manșonul 1. [ 5]
Fig. 2.12 Părțile componente ale grupei supapei [ 5]
1 – manșon; 2 – disc de fixare; 3 – con port -galet; 4 – galeți; 5 – scaun supapă; 6 – supapă;
7 –ghid supapă; 8 – piesă de fixare; 9 – piesă de fixare; 10 – arc;
Supapa are ca rol obturarea orificiilor de legătură dintre cilindri și galeriile de
admisie sau de evacuare. Aceasta este alcătuită din două parți: talerul supapei, ce are rolul
de a obtura orificiul din chiulasă, și tija supapei, element cu rol în ghidarea supapei,
primirea mișcării și evacuarea unei canti tăți din căldura primită de la taler. [ 8]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
25 Un exemplu de supapă în stare monta tă poate fi văzut în figura 2.13 . Talerul 1 este
rezemat cu fața conică în scaunul supapei 2 practicat în chiulasă sau bloc -carter. Tija 3 se
deplasează în bucșa de ghidare 4. Arc ul 6 se reazemă cu un capăt pe discul inferior 5 iar cu
celălalt capăt pe discul superior 7 care se fixează cu o bucșă coni că 8, secționată în două părți. [1]
Fig. 2.13 Supapă în stare montată [ 26]
1 – taler supapă; 2 – scaun supapă; 3 – tijă supapă; 4 – bucșă de ghidare; 5 – disc inferior; 6 – arc;
7 – disc superior; 8 – bucșă conică;
Pentru mărirea eficienței etanșării supapa se deschide în interiorul cilindrului, astfel încât
forța de presiune a gazelor să fie aplicată pe suprafața de eta nșare. Această suprafață poate fi
plană (2.14, a), conică (2.14, b) sau bombată (2.14 , c). În cazul unei supape cu taler plan, la
aceeași înălțime de ridicare, suprafața de trecere a gazelor este mai mare. În schimb, crește
devierea curentului de încărcătură , lucru care duce la pierderi gazo -dinamice semnificative. [ 5]
Fig. 2.14 Formele suprafeței de etanșare [ 5]
a) plană; b) conică; c) bombată;
Raum Jebril Noțiuni teoretice
26 Pe de altă parte, supapa conică este executată, de regulă, cu unghiul al suprafeței
conice de 45° sau 30°. Supapa având unghiul de 45°, la aceeași înălțime de ridicare, are
o secțiune mai mică de trecere decât supapa cu unghiul de 30°, în schimb asigură o
formă mai bună a curentului de gaze, rigiditate ridicată și pierderi gazo -dinamice reduse.
Astfel, în cazul supapelor de evacuare, aceasta se execută cu un unghi de 45°. Pentru
sporirea etanșării, se asigură o așezare mai bună a supapei pe scaun, acest lucru
însemnând realizarea unghiului suprafeței conice a supapei cu 0,5…1° mai mic decât
unghiul scaunului supapei . [5]
Tija supa pei poate fi plină sau tubulară în funcție de tipul supapei. În vederea
scăderii temperaturii supapelor de evacuare se mărește diametrul tijei și se lungește bucșa
de ghidaj . Pentru evitarea gripării dintre tijă și ghidaj, se micșorează diametr ul tijei
dinspre taler (fig.2.15, a) sau se mărește diametrul inte rior al ghidului (fig.2.15, b).[5]
Fig. 2.15 Protecția tijei supapei pentru a preveni griparea [ 5]
a) micșorarea diametrului tijei dinspre taler; b) mărirea diametrului interior al ghidaju lui;
În timpul funcționării supapele sunt supuse la sarcini dinamice mari ca urmare a
forței elastice a arcurilor și forțele de inerție a pieselor mecanismului de acționare.
Totodată supapa funcționează la niște temperaturi înalte și în prezența acțiunii c oroziv e a
gazelor arse. În figura 2.16 este reprezentată repartiția temperaturii în supapă. Supapele de
evacuare funcționează în condiții mai aspre, deoarece intră în contact cu gazele de ardere.
Temperatura capului supapei de evacuare poate atinge tempera turi de 800…850 °C, pe
când supapa de admisie atinge în jur de 300…400°C. [5]
Solicitările mecanice și temperaturile ridicate influențează proprietățile
materialului provocând deformarea talerului, ceea ce duce la o așezare neetanșă pe locaș,
precum și la deformarea tijei favorizând griparea supapei in ghid. Acțiunea gazelor de
ardere amplifică coroziunea supapei în prezența plumbului și a sulfului în combustibil. [ 5]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
27
Fig. 2.16 Distribuția temperaturii supapei de evacuare la diferite rapoarte de comp rimare [ 5]
Ghidul supapei (fig.2.17 ) are rol în ghidarea supapelor în mișcarea lor alternativă și
favorizarea răcirii acestora. I se atribuie forma unei bucșe și este presat în locașul s ău din
chiulasă sau bloc motor . Grosimea perete lui este cuprinsă între : 2,5-4 mm. A justajul la presare
este de 3 -5 μm din diametrul exterior al ghidului supapei. În unele cazuri, ghidul poate fi
prevăzut cu un umăr de sprijin pe supr afața exterioară (fig.2.17 , b).[5]
Cuplul tijă -ghid funcționează în condiții grele de tempera turi ridicate și uzuri avansate, cu
cerințe impuse complicate. În vederea unei evacuări cât mai bune a căldurii din supapă se reduce
jocul la minim, însă cu observația că acest lucru poate fi periculos din cauza dilatării tijei,
deoarece un joc prea mic du ce la șanse de gripaj. [1]
Jocul mediu între tijă și bucșă în cazul supapei de admisie este cuprins între: 20…50 μm,
iar în cazul supapei de evacuare acesta este mai mare deoarece dilatările sunt mai mari, așadar
acesta se află între limitele de: 50…70 μm. [1]
Ungerea cuplului tijă -ghid este realizată prin ceață de ulei și stropire. O ungere exagerată
și un joc prea mare duc la posibilitatea dublării consumului de ulei din cauza depresiunii din
galeria de admisie (spre deosebire de MAS). În vederea redu cerii consumului se limitează
accesul uleiului între tijă și ghid folosindu -se o garnitură de protecție. [ 1]
Eficientizarea construcției ghidului supapei poate fi obținută realizând ghidul cu suprafața
interioară tronconică (fig.2.17 , c), astfel satisfăcân du-se condiția de dilatare inegală în lungul
tijei. Folosind această soluție se poate reduce jocul la marginea ghidului la 7,5…15 μm,
reducându -se sensibil și consumul de ulei. [1]
Eliminarea ghidului supapei reduce temperatura acesteia cu 100…120 °C da torită ușurării
transferului de căldură. [1]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
28
Fig. 2.17 Construcții ale ghidului supapei [ 5]
Materialele folosite la confecționarea ghidului, de regulă, au proprietăți
antifricțiune ridicate și rezistență la temperatură înaltă. Printre aceste materiale s e
enumeră: fontă refractară și bronzul refractar. Bronzul de aluminiu are un coeficient
ridicat de conductibilitate și se comportă mai bine în cazul unei ungeri insuficiente. [ 1]
Scaunul supapei poate fi alezat direct în blocul motor sau în chiulasă, sau p oate
avea o formă de inel, fiind o piesă separată ce se presează în locașuri. [5]
În cazul în care chiulasa sau blocul motor sunt confecționate din fontă, scaunul
supapei este demontabil și se introduce doar pentru supapa de evacuare. În schimb, în
cazul c hiulasei/blocului motor de aluminiu scaunul demontabil se introduce pentru
ambele supape. [ 5]
Montarea scaunului supapei se realizează cu strângere: 1,5…3.5 μm, cu limite de
45…155 μm, deoarece în timpul funcționării, la încălzire, strângerea se măreșt e. [5]
Materialele din care sunt executate scaunele supapelor trebuie sa fie rezistente atât
la uzură și șoc, cât și la temperaturi înalte. Se utilizează oțeluri aliate cu wolfram și crom,
fonte speciale refractare și bronzuri de aluminiu. [19]
Arcurile su papelor au rolul de a menține supapa pe scaunul acesteia, în special în
timpul procesului de schimbare a gazelor, și preiau forțele de inerție care au tendința de a
perturba legătura dintre camă și supapă. [ 5]
De regulă se utilizează arcurile sub formă de spirală c e lucrează la torsiune
(fig.2.18 ). Se practică presarea spirelor din capăt până la alăturare și se rectifică în scopul
formării unei suprafețe inelare plane de reazem. Pasul spirei este constant pe înălțime de
cele mai multe ori. La posibilitatea apariției rezonanței, cu scopul de a modifica frecvența
proprie de oscilație, arcurile sunt exe cutate cu pas variabil (fig.2.18 , b,c) sa u sub formă
tronconică (fig.2.18 , d). [ 5]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
29
Fig. 2.18 Arcuri elicoidale pentru supape [ 5]
a) arc elicoidal cu pas cons tant; b) arcuri elicoidale cu pas variabil; c) arcuri elicoidale cu pas
variabil; d) arc elicoidal sub formă tronconică;
Se practică montarea a două sau trei arcuri concentrice, în vederea micșorării
dimensiunilor arcurilor. În cazul arcurilor concentrice, sensul spirelor trebuie să difere în vederea
evitării micșorării numărului de spire active în cazul unei ruperi. [ 5]
Păstrarea contactului dintre supapă și camă prin intermediul arcurilor provoacă dificultăți
la turații ridicate. Astfel, în cazul motoarel or de turație foarte ridicată este utilizat un mecanism
de comandă a supapei fără arcuri. Acest mecanism este prevăzut cu două c ame: una dintre came
este normală cu rol în deschiderea supapei, pe când cealaltă camă asigură închiderea supapei
nepermițându -i să se desprindă de prima camă. [5]
Elementele de fixare a arcurilor. Fixarea arcurilor la capătul tijei supapei se realizează
prin diferite procedee. [5]
În cazul în care supapa este acționată prin culbutor sau tachet, îmbinarea dintre discul
arcului supa pei și supapă se realizează prin intermediul unor galeți conici care cuprind degajarea
tijei supapei și se strâng în orifi ciul conic al discului (fig.2.19 , a,b). [5]
Galeții pot fi folosiți în număr de doi sau trei. În cazul unor construcții, galeții pot f i
înlocu iți de un știft (fig.2.19, c). [5]
La acționarea directă a supapelor, discul arcului supapei este înșurubat prin inte rmediul
unor siguranțe (fig.2.19 , a,b) [5]
Fig. 2.19 Soluții de fixare a arcului cu galeți sau știft [ 5]
a) fixare cu galeți; b) fixare cu galeți; c) fixare cu știft;
Raum Jebril Noțiuni teoretice
30 2.2. FAZELE DE DISTRIBUȚIE
În cazul sistemelor de distribuție fixă fazele de distribuție sunt dependente de
caracteristicile geometrice ale camelor . Profilul came i este alcătuit dintr -un cilindru de
bază și un lob. Durata de deschidere , înălțimea de ridicare ș i profilul mișcării supapei sunt
date de geometria lobului camei. [16]
În funcție de poziția arborelui cotit, momentele de deschidere și închidere ale
supapelor nu au loc la exact la PMI și la PME, ci acestea se produ c avans și întârziere.
Astfel supapa de admisie se deschide cu avans față de PMI și se închide cu întârziere față
de PME, pe când supapa de evacuare se deschide cu avans față de PME și se închide cu
întârziere față de PMI. [16]
Având în vedere decalarea de schiderii și închiderii supapelor în raport cu PMI și
PME, la trecerea din evacuare în admisie, are loc o perioadă de suprapunere a deschiderii
supapelor. [16]
Fazele de distribuție trebuie optimiz ate astfel încât să asigure cel mai bun raport
între gradul de umplere cu aer proaspăt al cilindrului și cât mai puține gaze arse reziduale
în cilindri , și să confere un lucru mecanic de pompaj minim. [16]
Deschiderea supapei de evacuare (DSE) are loc cu avans față de PME datorită
scăderii lucrul ui mecanic consuma t pentru evacuarea gazelor. Pierderea unei părți din
presiunea gazelor arse are loc datorită deschiderii supapei de evacuare pe cursa
destinderii, iar în momentul în care pistonul începe cursa de evacuare , acesta va întâmpina
o rezistență scăzută din parte a gazelor arse. Avansul la deschiderea supape i de evacuare
poate avea valori în jurul de 60°RAC . [16]
Închiderea supapei de evacuare (ÎSE) are loc cu întârziere după PMI în vederea
asigurării unei evacuări mai bune a gazelor arse. Întârzierea la închidere a supapei de
evacuare, care are loc după PMI, are loc între valori în jur de 30°RAC . [16]
Deschiderea supapei de admisie (DSA) are loc cu av ans față de PMI în vederea
asigurării unei umpleri mai bune a cilindrilor cu gaze proaspete. La momentul începerii
cursei de admisie de către piston, este recomandat ca deschiderea supapei de admisie să fi
avut loc deja, în vederea facilitării curgerii aerului proaspăt. A vansul la deschiderea
supapei de admisie poate avea valori orientative de 20ș RAC . [16]
Raum Jebril Noțiuni teoretice
31
Fig. 2.20 Legea de ridicare a supapelor [16]
Închiderea supapei de admisie (ÎSA) are loc cu întârziere după PME în vederea
optimizării umplerii cilindrilor cu aer proaspăt. Grație inerției aerului, curgerea în cilindru are loc
și după începerea cursei de comprimar e a pistonului. Umplerea cilindrului cu aer proaspăt este
este optimizată datorită deschiderii supapei de admisie după trecerea pistonului de PME.
Întârzierea la închiderea supapei de admisie se poate realiza cu valori în jur de 60 -70ș RAC. [16]
Dependența valorilor avansului și a întârzierii fazelor de distribuție are loc în principal de
tipul motorului (MAS/MAC) și de tipul sistemului de admisie al aerului (aspirat/supraalimentat).
Fig. 2.21 Fazele de distribuție [16]
A – admisia; B – comprimarea; C – destinderea; D – evacuarea;
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
32 3. STADIUL ACTUAL PRIVIND DISTRIBUȚIA
VARIABILĂ
Sistemele de distribuție variabilă sunt capabile să modifice momentul, durata și
înălțimea de deschidere a supapelor în timpul funcționării motorului. [12]
În general, modificarea mo mentului deschiderii supapei este realizată prin
intercalarea unui dispozitiv hidraulic între pinionul de acționare și arborele cu came,
acesta fiind capabil sa modifice poziția relativă a celor două repere, în trepte (două sau
chiar trei în cazul VaNOS – BMW) sau continuu. Variatorul folosește presiunea uleiului
din sistemul de ungere al motorului care este dirijată printr -o electrovalvă comandată la
rândul său de unitatea de control motor și poate fi montat fie pe arborele care comandă
supapele de admisie fie atât pe acesta cât și pe cel de evacuare. Strategia de funcționare ia
în calcul în principal turația și sarcina motorului. [12]
Fig. 3.1 Variatorul de faze [12]
1 – variator; 2 – pinion de antrenare; 3 – arbore cu came; 4 – electrovalvă de comandă;
3.1. DISTRIBUȚIA LA MOTOA RELE CU 2 SUPAPE PE CILINDRU
Majoritatea motoarelor de automobile erau prevăzute, până în anii 1980, cu două
supape pe cilindru: o supapă de admisie și o supapă de evacuare. În acest caz, presiunea
gazelor la evacuare depășind valoare a presiunii gazelor de admisie, rezultă că pentru o
evacuare a cantității de gaze admise prin secțiunea eliberată de supapa de admisie de
diametru dA, este suficientă secțiunea eliberată de o supapă de diametru dE<dA. [ 21]
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
33 Răspândirea motoarelor multisupa pe este justificată prin luarea în considerare a
dezavantajelor motoarelor clasice:
secțiunile de trecere eliberate de supapele de admisie și de evacuare sunt mai mici decât
la motoarele cu mai multe supape pe cilindru, acest lucru rezultând într -o umplere mai slabă a
cilindrilor motorului, în special la turații și sarcini ridicate;
piesele care se află în mișcare au dimensiuni relativ mari, ceea ce duce la apariția unor
forțe de inerție ridicate, lucru care limitează turația. Iar prin intermediul turației și puterea
maximă a motorului; [ 21]
3.2. DISTRIBUȚIA LA MOTOA RELE CU MULTISUPAPE
La motoarele multisupape s -a mărit secțiunea de trecere a fluxului gazos, cauză care duce
la o reducere a rezistenței de trecere. Astfel admisia și evacuarea gazelor făcându -se ma i ușor și
mai rapid, chiar și la regimuri de turație ridicată. Având o umplere a cilindrilor mai bună, se
realizează o creștere a puterii specifice a motoarelor, aceasta atingând valori de 60 -100 CP/dm3,
în comparație cu motoarele clasice caracterizate de o putere specifică de 45 -75 CP/dm3. [ 21]
În figura 3.2 este reprezentată distribuirea supapelor pe cilindru. Cel mai uzual se folosesc
2 supape de evacuare și 2 supape de admisie, aceasta fiind cea mai cea mai performantă metodă,
care justifică atât costur ile, cât și complexitatea de fabricație, în comparație cu alte metode mai
complexe. [21]
Fig. 3.2 Distribuirea supapelor pe cilindru [ 29]
3.2.1. MOTOARE CU 3 SUPAPE PE CILINDRU
Soluția cu trei supape pe cilindru a devenit răspândită în special la motoarele cu cilindree
mică, deoarece amplasarea mai multor supape în aceste cazuri este dificilă. În anul 1997, doar un
procent de 2,85% din totalitatea motoarelor erau prevăzute cu trei supape pe cilindru. Se
întâlnesc soluții la care diametrul este același atât pen tru supapele de admisie, c ât și pentru cea
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
34 de evacuare. Î n general se adoptă soluții la ca re diametrele supapelor diferă. Amplasarea
bujiei în cele mai multe cazuri se face lân gă supapa de evacuare (fig.3.3). [21]
Fig. 3.3 Cameră de ardere cu trei supa pe pe cilindru [21]
1 – supapă de evacuare; 2 – bujie; 3 – supape de admisie;
3.2.2. MOTOARE CU 4 SUPAPE PE CILINDRU
Această soluție este adoptată cel mai adesea. Din totalitatea motoarelor, în anul
1997, un procent de 44,57% dintre motoare erau prevăzute cu pat ru supape pe cilindru.
Această soluție asigură cheltuieli relativ reduse și creșteri de puteri semnificative.
Motoarele prevăzute cu patru supape pe cilindru ating aproape aceleași performanțe ca
cele prevăzute cu 5 supape pe cilindru, însă construcția lo r este mult mai simplă. [21]
S-a stabilit că motorul prevăzut cu patru supape pe cilindru poate asigura o formă
optimă termodinamică, optimizând arhitectura camerei de ardere, astfel obținându -se și
un raport optim între volumul spațiului interior a cam erei de ardere și suprafața laterală a
acesteia. La această construcție căldura disipată are tendința să atingă valoari minime. În
același timp, sunt înlăturate spațiile moarte, care produc apariția arderii cu detonații,
așadar raportul de compresie poate fi mărit cu aproximativ 0.2 unități, ceea ce rezultă în
creșterea puterii motorului. Bujia de cele mai multe ori este amplasată central, ceea ce
rezultă într -o ardere mai bună și mai uniformă a amestecului. [21]
3.2.3. MOTOARE CU MAI MULT DE 4 SUPAPE PE CILIN DRU
Rezultatele experimentelor au confirmat că suprafața semisferică a camerei de
ardere este adesea utilizată în cazul distribuției cu cinci supape pe cilindru, dintre care trei
supape sunt de admisie, iar două sunt supape de evacuare. Cercetările firmei Aud i au
demonstrat că un motor echipat cu cinci supape pe cilindru poate asigura o secțiune de
trecere la admisie mai mare cu 13%, ca același motor prevăzut cu patru supape pe
cilindru. [29]
Raum Jebril Stadiul actual privind dis tribuția variabilă
35 Primul motor de serie prevăzut cu cinci supape pe cilindru a fost u tilizat pe motocicletele
HONDA FZ 750. În anul 1997 din totalitatea motoarelor, doar un procent de 2,25% erau
echipate cu această soluție de cinci supape pe cilindru, cele mai des întălnite fiind cele care
echipează automobilele grupului Volkswagen (Audi, Skoda). [21]
Principalul dezavantaj al acestor soluții este complexitatea (există dificultăți în a
comanda supapele, iar construcția chiulasei este complexă), ceea ce rezultă într -un preț de cost
mai ridicat. [21]
3.3. DISTRIBUȚIA BALISTIC Ă
Funcționarea ace stui sistem de distribuție are la bază creșterea forțelor de inerție cu
creșterea turației motorului. Având aceleași componente ca și sistemul clasic, diferența constând
în dimensionarea arcului supapei. Acesta este dimensionat astfel încât la turații mici să mențină
contactul dintre camă și tachet, astfel supapa va realiza deplasarea conform profilului camei. În
cazul distribuție balistice, cama asigură o ridicare mai redusă, astfel asigurându -se turbulența
necesară la turații joase. [21]
Dezavantajul pri ncipal al acestui sistem de distribuție constă în apariția șocurilor și
vibrațiilor în momentul așezării supapei pe scaunul supapei. Pentru înlăturarea acestor
dezavantaje s -au luat următoarele măsuri:
profilul camei a fost alungit special;
a fost introdus un arc suplimentar între culbutor și tija supapei. [21]
La creșterea turației implicit vor crește și forțele de inerție, care la un moment dat
înving forța arcului, deplasând supapa suplimentar, astfel dând naștere unei mișcări relative între
tachet și camă (fig.3.4). [ 21]
Cercetarea experimentală arată următoarele:
la regimuri de sarcini și turații reduse este asigurată arderea unor amestecuri mai
sărace cu 10 – 18 %, cu funcționarea normală a motorului. Temperaturile gazelor de evacuare
vor fi mai r eduse chiar decât la motorul standard;
este realizată o reducere a consumului specific de combustibil. Aceasta poate ajunge
până la 20 %, pe un domeniu larg de sarcini și turații;
reducere de 4 -8 % a momentului maxim față de motorul standard. [21]
La reg imul de 3500 rot/min și χ=70%, coeficientul de dozaj trece peste 15% mai mare.
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
36
Fig. 3.4 Legea de ridicare a sistemul ui de distribuție balistică [21]
Experimentele s -au realizat pe un motor standard. Sistemele de reglare a dozajului
și avansului la decla nșarea scânteii nu au fost modificate, așadar este de prevăzut că
eficiența procedeului poate fi îmbunătă țită cu condiția asigurării unei optimizări a tuturor
sistemelor implicate în funcționarea motorului. [21]
3.4. SOLUȚII REALIZATE DE DIFERIȚI PRODUCĂTORI
Soluțiile tehnice sunt diferite de la un constructor la altul, existând variante
prevăzute cu came multiple cu profile diferite , sistemul comutând între acestea. În această
categorie ar fi de menționat VTEC de la Honda și MIVEC de la Mitsubishi . [21]
Profilul diferi t al camelor conferă avantajul unei funcționări line, cu emisii reduse
la re gimuri de turație joasă, și un regim de funcționare agresiv menit să confere
maximum ul de putere necesară la turații ridicate. [21]
Printre cele mai cunoscute sisteme distribuție variabilă se enumeră: VTEC de la
Honda; MIVEC de la Mitsubishi; Valvetronic de la BMW; VarioCam Plus de la Porsche;
UniAir de la Fiat; VVEL de la Nissan ; Valvematic de la Toyota. [21]
În continuare vor fi prezentate câteva dintre sistemele ante rior menționate.
3.4.1. VTEC – HONDA
Acest tip de distribuție poate fi în mai multe variante:
DOHC -VTEC, această variantă este orientată în vederea creșterii puterii motorului, cu
intervenind atât la admisie, câ t și la evacuare, pentru motoare DOHC;
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
37 SOHC -VTEC, această variantă simplificată intervine doar asupra procesului de admisie,
pentru motoare SOHC;
VTEC -E, variantă cu rol principal în reducerea consumului de combustibil
(E=Economy); [21]
Fig. 3.5 Sistemul de distribuție Honda VTEC [21]
Acest sistem modif ică atât ridicarea supapei, cât și fazele de distribuție. VTEC provenind
de la Variable Valve Timing and Lift Electronic C ontrol Sytsem, ceea ce se traduce în: sistem
electronic de control al fazelor și ridicării supapelor. Acest mecanism este adapta bil la motoare
existente. [13]
Funcționarea distribuției VTEC va fi prezentată , în continuare, în varianta SOHC -VTEC.
Celelalte sisteme având o funcționare similar ă. Principiul de funcționare poate fi dedus din
fig.3.5. Supape le de admisie , care sunt în număr de două, sunt comandate de trei came ale
arborelui cu came. [21]
Camele laterale prezintă același profil, realizeazând o deschidere mai mică a supapelor,
scăzând de asemenea și durata deschiderii . Aceste came sunt destinate regimurilor caract erizate
de turații joase. Cama mijloc ie determină o ridicare de amplitudine mai mare a supapelor și mai
bruscă, ceea ce atribuie autovehiculului o conduită mai sportivă. [21]
Proiectarea s istemul ui VTEC -E s-a efectuat cu scopul reducerii poluării. Sistemul
funcționează după principiu l sistemul ui REV (Rev olution Modulated Valve Control). Ceea ce
înseamnă că s ub turația de 2500 rot/min , motorul funcționează numai cu o singură supapă de
admisie , cei doi culbutori nefiind legați , astfel amplificând turb ulența și permițând folosi rea
amestecuri lor mai sărace. La depășirea turație i de 2500 rot/min are loc o crește re a presiunii
hidraulice , făcându -se și legătura dintre cei doi culbutori , iar funcționarea motorul ui în acest
stadiu are loc cu două supape de a dmisie care asigură o umplere optimă la turații mari. [13]
Raum Jebril Stadiu l actual privind distribuția variabilă
38 3.4.2. MIVEC – MITSUBISHI
Judecând după abrevierea utilizată la denumirea acestui sistem , se poate spune ca
modul de funcționare este unul asemănător sistemului VTEC . Denumirea de MIVEC -MD
provine din; Mitsubishi Innovative Valve Timing and Lift Electronic Control System +
Modulated D isplacement . Acest sistem intervine în două feluri asupra motorului :
la anumite regimuri de funcționare dezactivează anumiți cilindri, pen tru a
reduce pierderile rezultate din schimbul de gaze;
pentru a comanda supapele, acesta folosește două came de profile diferite. [27]
Mecanismul care face posibil aceste lucruri este prezentat în fig.3.6 . Atât cama
pentru tu rații ridicate, câ t și cama pentru turații mici au câte un culbuto r separat.
Acționarea supapelor se face simulta n de un culbutor în formă de T. Culbutor ii supapelor
pot fi solidarizați cu culbutorul T prin intermediul pistonașelor acționate hidraulic.[ 21]
La scoaterea din funcțiune a unui anumit cilindru, culbutorii cam elor nu sunt
solidarizați cu culbutorul principal. Aceștia se mișcă liber, supapele nefiind acționate. În
timpul funcționării motorului la turații joase, are loc creșterea presiunii uleiului în
circuitul culbutorului camei pentru turații joase deplasând pi stonașul în vederea
solidarizării culbutorului T cu culbutorul camei. [ 21]
Fig. 3.6 Sistemul de dis tribuție Mits ubishi MIVEC [ 21]
La depășirea unui anumit prag de turații , sistemul electronic va comand a scăderea
presiunii uleiului din acest circuit, și creșterea ei în circuitul celălalt, supapele fiind acționate în
acest caz de către cama pentru turații mari . [21]
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
39 3.4.3. SISTEMUL VALVETRONIC – BMW
Sistem ul Valvetronic a eliminat necesitatea clapetei de accelerație , astfel asigurând
modificarea înălțimii de d eschidere a supapelor de admisie între 0 și maxim și permițând, în
asociere cu VaNOS dublu, o îmbunătățire de 10% atât a performanțelor cât și a consumului de
combustibil . Funcțion area sistemului Valvetronic se bazează pe modificarea prin intermediul
unui motor electric (6) a poziției punctului de reazem (5) al pârghiei suplimentare (4) intercalată
între camă (1) și culbutor (2). [18]
În fig.3.7 este reprezentat sistemul BMW -Valvetronic . În figura A, înălțimea de ridicare a
supapelor este minimă, pe când în cazul figurii B aceasta este maximă. Între acestea existând o
infinitate de poziții intermediare. [18]
Controlul sarcinii motorului este realizat cu ajutorul unui motor electric care, în funcție de
poziția pedalei de accelerație, execută o poziționare opt imă a arborelui cu excentric pentru
realizarea deschiderii necesare a supapei de admisie. Rolul arcului de revenire este de a menține
contactul între levierul intermediar și culbutor. Timpul de răspuns al sistemului fiind de 0.3
secunde. [ 20]
Poziția arbo relui cu excentric permite o deschidere a supapei de admisie de:
0.27 mm la regim ralanți;
9.7 mm la sarcină maximă. [20]
Fig. 3.7 Sistemul BMW -Valvetronic cu înălțimea de ridicare a supapelor minimă (A) și
maximă (B) [18]
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
40 1 – arbore cu came; 2 – culbut or; 3 – supapă admisie; 4 – pârghi e intermediară; 5 –
excentric cu rol de reazem; 6 – motor electric; 7 – resort;
Fig. 3.8 Varierea înălțimii de ridicare a supapelor de admisie a sistemului de
distribuție Valvetronic [18]
Cu alte cuvinte , poziția pedale i de accelerație este transformatâ în înălțimea de
deschidere a supapei de admisie. Atunci când conducătorul auto acționează pedala de
accelerație, cu ajutorul unui motor electric, calculatorul de comandă a distribuției
Valvetronic ajustează poziția arbore lui cu excentric. Astfel realizându -se reglajul
punctul ui de funcționare al motorului. [18]
La motoarele prevăzute cu sistem ul de distribuție Valvetronic, la funcționarea în
regim de normal , reglarea sarcinii are loc doar din deschiderea supapelor de admis ie, și nu
din obturator . Cu toate acestea , motoarele se prevăd cu clapete obturatoare care se
utilizează în condiții speciale:
la pornirea motorului: crearea vacuumului în sistemul de admisie, clapeta obturatoare
este parțial închisă. Acest vacuum este necesar si stemelor de reducere a poluării. În urma
pornirii motorului , producerea de vacuum este executată de o pompa de vacuum , clapeta
obturatoare fiind complet deschisă;
la defectarea sistemului de distribuție V alvetronic: motorul funcționând în regim de
avarie, controlul sarcinii acestuia se realizează cu ajutorul clapetei obturatoare . [18]
Se produce o a doua generație a s istem ului de distribuție Valvetronic (fig.3.9) , care vine cu
o serie de îmbunătățiri cu rol în reducerea timpul ui de răspuns al sistem ului, reducerea
consumul ui de combustibil și creașterea puterii specifice a motorului. Modificările care s -au
efectuat asupra sistemului de distribuție sunt :
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
41 reducerea pierderilor prin pompaj la sarcini parțiale prin optimizarea profilului de ridicare
a supapelor de admisie ;
reducerea frecărilor dintre piesele în mișcare ;
optimizarea arderii în cilindri ;
reducerea maselor pieselor . [18]
Fig. 3.9 Sistemul D ublu VANOS [18]
1 – arbore cu came; 2 – lanț de distribuție; 3 – cilindru conducător; 4 – cilindru c ondus; 5 –
supapă electromagnetică;
Pe lângă modificările de ordin mecanic aduse pieselor sistemului, s -a modificat și profilul
camelor de acționare, în vederea optimizării procesului de ardere. Cele doua supape de admisie
sunt asimetrice, având un profil de ridicare diferit. Astfel s -a reușit crearea unui efect de vârtej la
curgerea aerului în cilindri, ce are un impact în îmbunătățirea procesului de ardere, în special la
sarcini parțiale. [ 20]
Sistemul Dublu VANOS permite modificarea momentului de deschid ere a supapelor prin
controlul poziției unghiula re a arborelui cu came (1). U n sistem clasic de distribuție prezintă o
legătura fixă între lanțul/cureaua de acționare și arborel e cu came, care împiedică mișcarea
relativă între cele do uă componente. La aces t sistem se poate modifica poziția arborelui cu came
în raport cu lanțul de antrenare, prin intermediul camerei hidraulice aflată între cilindr ul
conducător(3) și cel condus (4). Pri n controlul presiunii din camera hidrauli că se poate poziționa
cilindrul (4) în raport cu cilindrul (3). Controlul presiunii de ulei se realizează prin intermediul
unei supap e electromagnetice (5) comandate de ca lculatorul de injecție. F iecare arbore, de
admisie sau evacuare, este prevăzut cu câte o supapă electromagnetică care pot fi acționate
independent una față de cealaltă. [18]
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
42
Fig. 3.10 Exemplu de faze de distribuție ale sistemului Dublu VANOS [18]
Rezultatul ajustării poziției unghiulare a celor doi arbori cu came, realizate de
sistemul de distribuție VANOS, constă în creșt erea cuplului mot or la turații joase și
creșterea puterii la turații înal te, reducându -se atât consumul de combustibil , cât și
emisiile poluante. [18]
La regimuri de turații joase , arborele cu came de admisie este poziționat astfel
încât supapele de admisi e să se deschidă cu întârziere, îmbunătățind astfel stabilitat ea
turației de ralanți. La creșterea turației supapele de admisie se deschid cu avans, pătrunde
mai mult aer în cilindri, ce ea ce rezultă în creșterea cuplului motor. La turații foarte
ridicate are loc o întârziere la deschiderea supapelor de admisie pentru a permite obținerea
puterii maxime. [20]
Sistemul Dublu VANOS este capabil de a controla și cantitatea de gaze arse
reziduale. Prin prelungirea suprapunerii de deschidere a supapelor de admisi e și evacuare
sistemul funcționează ca un EGR intern, reduc ând emisiile poluante. [18]
Varierea fazelor de distribuție se utilizează la pornirea motorului , în faza de
încălzire, pentru permite rea catalizatorului pe tre i căi și sondei lambda să ajungă mai
repede la temperatura nominală de funcționare. [20]
Rezultatele testelor efectuate asupra unui motor cu patru cilindri echipat cu sistem
de distribuție Valvetronic, au arătat o reducere a consumului de carburant cu 15% și o
creștere a performanțelor dinamic e cu 20% , comparativ cu motorul predecesor. Un MAS
pe benzină aspirat, echipat cu a doua generație d e distribuție Valvetronic, reușește sa
atingă puteri specifice de peste 90 CP/litru și un cuplu motor specific de 105 Nm/litru,
respectând în același timp r eglementările în ceea ce privește emisiile poluante. [18]
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
43 3.4.4. VARIOCAM PLUS – PORSCHE
Începând cu anul 1992, Porsche 968 a fost primul automobil echipat cu un motor
prevăzut cu un sistem de distribuție variabilă cu control electronic, acest sistem numindu –
se VarioCam . Prima versiune a distribuție i variabile putea varia poziția arborelui cu came astfel
încât supapele de admisie s ă se deschidă cu avans de 15°. Utilizarea a cestui sistem a fost a avut
loc până în anul 2001 când a cesta a evoluat în VarioCam Plus. [14]
Sistemul de distribuție variabilă VarioCam inițială funcționa după principiu l: arborele cu
came de evacuare era antrenat prin intermediul unui lanț de arborele cotit . În același timp ,
arborele cu came de admisie era cuplat la arborele c u came de evacua re tot print intermediul unui
lanț prevăzut cu un sistem de întind ere electro -hidraulic oferind posibilitatea varierii poziției
lanțului, în raport cu cei doi arbori c u came, astfel încât să realizeze modificarea momentul ui de
deschidere al supapelor de ad misie. [14]
Prin acest mecanism era posibilă realizarea unei defazări cu 15° (Porsche 968) sau 25°
(Porsche Boxster) a arborelui cu came față de poziția nominală. Deschiderea cu avans a
supapelor de admisie era realizată în funcție de punctul de funcționar e al motorului, între turațiile
de 1500 și 5500 rot/min. [ 14]
Fig. 3.11 Prima versiune de sistem de distribuție variabilă VarioCam [14]
1 – arbore cu came de evacuare; 2 – lanț de an trenare de la arborele cotit; 3 – supapă e lectro -hidraulică; 4 –
lanț d e antrena re arbore cu came de admisie; 5 – întinz ător lanț cu piston comandat; 6 – arbore cu came de
admisie;
Actualul s istem de distribuție de la Porsche, VarioCam Plus, î mbină:
varierea continuă a fazelor de deschidere/închidere ale supapelor de admisie (VarioCam) ;
varierea înălțimii de ridicare a supapelor de admisie (Plus) . [14]
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
44 Comparativ cu predecesorul său, sistemul actual variază fazele de deschidere ale
supapelor de admisie în mod continuu. Cu ajutorul unor supape electrohidraulice este
controlată presiunea uleiului din camera (3) care poziționează relativ arborele cu came de
admisie față de coroana dințată de antrenare (2). Așadar, prin presiunea uleiului, se obține
posibilitatea unui control continuu a avansului de deschidere al supapelor de admi sie față
de valoarea nominală.[ 14]
Fig. 3.12 Sistemul de distribuție variabilă VarioCam Plus [14]
1 – defazor hidraulic; 2 – coroană dințată (antrenat ă cu lanț de arborele cotit); 3 – cameră hidraulică de
control; 4 – orificii de curgere a uleiului; 5 – came de admisie cu înălțime de ridicare mare; 6 – camă de
admisie cu înălțime de ridicare mică; 7 – pin de blocare; 8 – arc elicoidal; 9 – tachet d ublu (interior și
exterior); 10 – arcuri de supapă; 11 – supape de admisie;
Realizarea modificării înălțimii de ridica re a supapelor de admisie are loc prin
intermediul camelor cu profil diferit. [14]
Controlul înălțimii de ridicare a supapelor de admisie este realizat prin intermediul
unei supape electrohidraulice. Această supapă este comandată de calculatorul de injecție
și permite alimentarea cu ulei sub presiune a cilindrilor din interiorul tacheților. [ 14]
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
45
Fig. 3.13 Deschiderea supapelor de admisie [14]
A – cu camele cu înălțime mică; B – cu camele cu înălțime mare;
În timpul funcționării motorului, la utilizarea camei cu înălțime mică, presiunea uleiul din
cilindrul (6) este redusă iar arcul elicoidal (5) menține pinul (3) în tachetul exterior (1) și pinul
(4) în tachetul interior (7). Părțile tachetului, interioară și exterioară, au libertarea unei mișcări
independente una față de cealaltă. [ 14]
În acest timp, camele cu profil mare acționează pe tachetul exterior (1) care se mișcă în
gol. Deschiderea supapei de admisie este realizată de tachetul interior (7) care este a cționat de
cama cu profil mic. Înălțimea de ridicare a camei cu profil mic este de 3.6 mm, iar cea a camei
cu profil mare de 11 mm. [ 14]
Când se dorește punerea în funcțiune a camelor cu înălțime mare, prin orificiile (2),
prevăzute în tachetul interior (1) și în cilindrul (6), este in trodus ulei sub presiune. Uleiul
acționează asupra pinului (3) care este împins în tachetul interior (7) și la rândul lui împinge
pinul (4) în tachetul exterior (1). Astfel, cei doi tacheți devin solidari, supapele find deschise de
camele cu înălțime mare. [14]
La regimul de ralanți se pun în funcțiune camele cu înălțime de ridicare mică, și fazele de
deschidere și închidere a supapelor se setează astfel încât durata de suprapunere cu ambele
supape deschise să fie cât mai scurtă. Mulțumită profilului redus al camei are loc minimizarea
frecărilor mecanice, a consumului de combustibil și a emisiilor cu aproximativ 10%. [ 14]
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția var iabilă
46
Fig. 3.14 Elementele de acționare al sistemului de distribuție VarioCam Plus pentru modificarea
înălțimii de ridicare a supapelor [14]
1 – tachet exterior; 2 – orificiu de alimentare cu ulei; 3 – pinul tachetulu i exterior; 4 – pinul tachetului
interior; 5 – arc elicoidal de revenire; 6 – cilindru; 7 – tachet interior;
La sarcini parțiale rămân în funcțiune camele cu înălțime de ridicare m ică. Fazele
de deschidere și î nchidere a supapelor sunt configurate astfel încât durata de suprapunere
cu ambele supap e deschise să fie cât mai lungă . Astfel motorul funcționează cu
recircularea internă a gazelor de evacuare. Acest lucru permite reducerea pierderilor prin
pompaj și reducerea consumului de combustibil. [14]
La sarcini mari sunt utilizate camele cu înălțime de ridicare mare iar defazarea
timpilor de deschidere/închidere a supapelor este controlată în sensul obținerii unor
performanțe dinamice superioare. [14]
3.4.5. UNIAIR – FIAT
O colaborare dintre grupul Schaeffler și Fiat Powertrain a avut ca rezultat
proiectarea și fabricarea primului m.a.i cu sistem de distribuție variabilă cu acționare
hidraulică. Sistemu l a fost de numit UniAir, și acesta contr olează atât fazele de deschidere
cât și înălțimea de ridicare a supapelor. [17]
Un motor echipat cu acest sistem de distribuție, în comparație cu un motor echipa cu
un sistem de distribuție fixă, poate îmbunătăți semnificativ reduce rea consumul de carbur ant,
și reduce emisiile de CO2 cu aproximativ 25%. [23]
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
47 Utilizarea sistemului de distribuție UniAir prezintă următoarele avantaje :
un sistem de control al supapelor mai compact ;
îmbunătățirea comportamentului motorului la diferite regimuri de funcționare (pornire,
sarcini parțiale, accelerări) ;
reducere a emisiilor HC până într -un procent de 40% și a oxizilor de azot cu 60% ;
creșterea cuplului motor cu aproximativ 15% . [23]
Sistemul UniAir este un sistem de distribuție cu arbore cu came , însă la care contr olul
supapelor de admisie este realizat prin comandă electrohidraulică. Un ul dintre avantaj e este că
acest sistem nu depinde de tipul motorul ui, putând fi utilizat atât pe benzină cât și pe diesel, iar
pentru acționare este utilizat uleiul din sistemul de lubrifiere al motorului. [17]
Datorită unui control precis al deschiderii supapelor de admisie, sarcina motorului poate
fi regla tă fără utilizarea unui obturator, pe întreaga gamă de turații. În cazul motor ului diesel,
sistemul UniAir o feră controlul temp eraturii de ardere prin varierea cantității de gaze arse rămase
în cilindri. A cest sistem de distribuție variabilă permite și varierea raportului de comprimare, în
vederea obținerii unei arderi complete și omogene a amestecului aer -combustibil. [17]
Pe lâng ă faptul că sistemul UniAir permite varierea fazelor de deschidere și a înălțimii de
ridicare a supap elor de admisie, acesta permite deschiderea și închiderea supapelor de două ori
pe a celași ciclu de admisie. Această particularitate optimizează potențialu l de control al
procesului de ardere. [17]
În vederea deschiderii supapei de admisie (11), cama (6) apasă, prin intermediul
culbutorului (4), pe pistonul pompei (3). Astfel se creează o presiune hidraulică prin intermediul
pompei, care se transmite prin ca nele de legătură (8) la camerele de înaltă presiune (9). În aceste
camere se găsesc tijele supapelor care vor fi deschise datorită presiunea uleiului care va acționare
asupra lor.
Controlul deschiderii supapelor de admisie este realizat de către supapa el ectrohidraulică
(1), care are rol în varierea presiunii uleiului din camera (9), ceea ce va avea ca rezultat varierea
forței de apăsare asupra tijei supapei (11). [ 17]
Acest sistem de distribuție nu prezintă o legătură mecanică directă între arborele cu ca me
(5) și supapele de admisie (11). Comanda de deschidere a supapelor este dată prin sistemul
hidraulic, presiunea căruia este controlată de supapa electrohidraulică (1), comandată închis sau
deschis. Atunci când supapa electrohidraulică (1) este complet î nchisă, mulțumită
incompresibilității uleiului, sistemul are comportamentul unui sistem de distribuție clasic,
deschiderea supapei de admisie (11) fiind legată de profilul camei (6). [ 17]
Raum Jebril Stadiul actual privind distribuția variabilă
48
Fig. 3.15 Elementele componente ale s istemul ui de distribuție var iabilă UniAir [17]
1 – supapă electrohidraulică (comandată de calculatorul de injecție); 2 – rezervor de
ulei; 3 – pompă cu piston; 4 – culbutor de acționare; 5 – arbore cu came (conține atât
camele pentru supapele de admisie cât și cele pentru evacuare); 6 – camă admisie; 7 –
camă evacuare; 8 – canal hidraulic de legătură; 9 – cameră de presiune înaltă; 10 –
chiulasă; 11 – supapă de admisie; 12 – supapă de evacuare;
Avantajele utilizării sistemului de distribuție MultiAir sunt sintetizate în tabelul de mai jos:
Tab. 3.1 Avantajele utilizării sistemului de distribuție UniAir [17]
Emisii CO2
Consum de combustibil ♦ mai mic cu 25% pe motoarele turbosupraalimentate, cu cilindree
redusă, la aceeași putere
♦ mai mic cu 10%, pe motoare aspirate, cu aceeași cilindr ee
Cuplul motor la turații mici ♦ mărit cu 15%
Cuplul motor maxim ♦ mărit cu 10%
Puterea maximă ♦ mărită cu 10%
Emisii poluante pe
ciclu NEDC ♦ reduse cu 60% pentru oxizi de azot (NOx), funcționare ca EGR intern
♦ reduse cu 40% pentru monoxid de carbon (CO) și hidrocarburi (HC)
Manevrabilitate
Plăcerea de a conduce ♦ răspuns rapid la accelerații
♦ turbo -lag redus, la motoarele turbosupraalimentate
Raum Jebril Dezvoltarea sis temelor de distribuție variabilă
49 4. DEZVOLTAREA SISTEMELO R DE DISTRIBUȚIE
VARIABILĂ
4.1. STUDIU COMPARATIV ÎN TRE CVVL ȘI VVT
Acesta este un stud iu comparativ între motoarele cu distribuție variabilă continuă (CVVL)
și motoarele cu distribuție cu timpi variabili de deschidere a supapelor (VVT) privind pierderile
de pompaj.
Atât sistemele de distribuție variabilă VVL cât și cele VVT sunt foarte des întâlnite la
motoarele cu ardere internă, și ambele au ca scop reducerea pierderilor prin pompaj la sarcini
parțiale ale motorului. [6]
În continuare s -au analizat datele în urma comparației a trei motoare, două dintre care
sunt echipate cu sistemul de dis tribuție VVT, iar cel de al tr eilea cu sistemul CVVL. Motoarele
pe care s -a executat studiul vor fi prezentate în tabelul 4.1. [6]
Tab. 4.1. Datele tehnice ale motoarelor folosite pentru studiu [6]
Motorul #1 Motorul #2 Motorul #3
Tipul motorului 4 cilin dri în linie, în 4
timpi 4 cilindri în linie, în 4
timpi 4 cilindri în linie, în 4
timpi
Cilindree [L] 2.0 2.0 1.5
Raport de comprimare 9.3:1 9.7:1 11:1
Tipul injecției injecție directă de
benzină injecție directă de
benzină injecție directă de
benzină
Alezaj [mm] 86 82.5 82
Cursă [mm] 86 92.8 94.6
Putere maximă [kW] 192 162 100
Tipul sistemului de
distribuție VVT VVT CVVL
Caracteristicile motoarelor cu sistem de distribuție VVT sunt foarte apropiate, iar
diferența de cilindree dintre motoarele cu sistemul de distribuție VVT și motorul cu sistemul de
distribuție CVVL este de doar 0.5 L. De menționat este faptul că structura geometrică atât a
traseului de admisie cât și a traseului de evacuare este aproape identică la cele trei motoare, astfel
difere nțele de pierderi prin pompaj sunt date în cea mai mare măsură de modul de acționare a
sistemelor de distribuție. [6]
Raum Jebril Dezvoltarea sistemelor de distribuție variabilă
50 Profilurile curbelor descrise de came sunt prezentate în fig. 4.1.a ) iar duratele de
deschidere a supapelor sunt prezentate în fig. 4.1.b). Durata de deschidere a supapei de
crește odată cu creșterea înălțimii de deschidere a supapei . [6]
Fig. 4.1 Faze de distribuție [6]
a) profilurile curbelor descrise de came; b) duratele de deschidere a supapelor;
Diferențele dintre cele trei mot oare sunt reprezentate în fig. 4.2 , testele fiind
efectuate la turația de 1000 rot/min și la turația de 2000 rot/min. Din grafice se poate
observa faptul că atât variația consumului specific efectiv c e, cât și a presiunii medii
indicate p i, este similară c u variația raportului p e/pi, în special la sarcini parțiale. Ceea ce
confirmă faptul că raportul p e/pi influențează consumul specific efectiv c e al motoarelor pe
benzină, la sarcini parțiale. Având în vedere faptul că raportul p e/pi crește odată cu
scădere a presiunii medii indicate p i, cea mai mare valoare a consumului specific efectiv c e
se află în domeniul sarcinilor mici. [6]
Atunci când presiunea medie indicată scade sub 3 bari, valoarea raportului p e/pi
este peste 20%, ceea ce înseamnă că mai mult de 2 0% din lucrul mecanic indicat trebuie
consumat pentru a efectua schimbul de gaze din motor. [ 6]
Valoarea raportului p e/pi la motorul cu sistemul de distribuție CVVL este mai
scăzută decât la motoarele cu sistemul de distribuție VVT, în domeniul sarcinilor mici și
mijlocii, iar diferența maximă dintre cele două tipuri de motoare este de 12.3% la turația
de rot/min. Acest lucru justifică faptul ca la motorul cu sistemul de distribuție CVVL
consumul specific efectiv c e este mai mic decât la motoarele cu siste mul de distribuție
VVT testate. [ 6]
Raum Jebril Dezvoltarea sistemelor de distribuție variabilă
51
Fig. 4.2 Comparația pierderilor prin pompaj și a consumului specific efectiv [6]
În concluzie, sistemul de distribuție CVVL are un impact mai mare asupra scăderii
pierderilor prin pompaj, decât sistemul de distribuți e VVT. [6]
4.2. ANALIZA ECONOMIEI DE COMBUSTIBIL LA SARCI NI
PARȚIALE A SISTEMULU I DE DISTRIBUȚIE VAR IABILĂ, PE BAZA A
DOUĂ MAC
Se studiază două motoare cu aprindere prin scânteie de capacitate mică, ambele fiind
motoare de 3 cilindri, cu cilindreea de 1 L. Mot oarele sunt variante diferite ale aceluiași motor de
4 valve/cilindru. Primul motor este aspirat natural, cu injecție în poarta supapei și cu un raport de
comprimare de 12:1. Al doilea motor este supraalimentat, cu injecție directă, având un raport de
comp rimare mai mic, respectiv de 10:1. [2]
Scopul acestui studiu este identificarea momentelor optime de deschidere a supapelor în
vederea creșterii eficienței termice prin îmbunătățirea consumului specific efectiv de combustibil
la sarcini fixe. [2]
Raum Jebril Dezvoltarea sistemelor de distribuție variabilă
52 Tab. 4.2 Datele tehnice ale motoarelor [2]
Motorul #1 Motorul #2
Cilindree [cm 3] 999 999
Cursă [mm] 82 82
Raport de comprimare [ -] 12:1 10:1
Lungimea bielei [mm] 138.7 137
Tip motor aspirat, 3 cilindri în linie,
DOHC turbo supraalimentat, 3 cilindri
în linie , DOHC
Cameră de ardere 4 supape, bujie amplasată
central 4 supape, bujie amplasată
central
Ciclu motor 4 timpi, MAS 4 timpi, MAS
Tip injecție injecție în poarta supapei
PFI injecție directă, CR
GDI
Putere maximă 62.5 kW la 6300 rot/min 88 kW la 6000 r ot/min
Moment maxim 105 Nm la 1500 rot/min 170 Nm la 1800 rot/min
În fig.4.3 și fig.4.4 este reprezentată variația procentuală a consumului specific
efectiv c e, a ambelor motoare, în funcție de momentul deschiderii supapelor de admisie.
Bara Dual VCT di n figură reprezintă varianta optimă de funcționare a sistemului de
distribuție aferent fiecărui regim de funcționare impus, pe când celelalte bare se referă la
momente fixe de deschidere a supapelor de admisie.
Pentru motorul #1, cel cu injecția în poarta supapei, reducerea consumului specific
efectiv c e a atins valoarea maximă la puțin peste 8%, la o turație de 1500 rot/min și o
presiune medie efectivă p e de 5 bari. În ordine descrescătoare, următoarea valoare ar fi
cea de aproximativ 6% la turația de 2500 rot/min, presiunea medie efectivă fiind de 2.6
bari. [2]
La motorul mai performant, motorul #2, cel turbo supraalimentat, îmbunătățirile
aduse reducerii consumului specific efectiv c e au fost mai mici însă, dar pe o plajă mai
largă de regimuri de funcțio nare. Ca și valori pentru acest motor, se poate spune că
reducerea consumului specific efectiv a avut o valoare aproximativă de 5% la turația de
1500 rot/min, și o presiune medie efectivă între 5 – 7 bari. Aceeași valoare de 5% o avea
și la turația de 2000 rot/min, cu presiunea medie efectivă între 4 și 7 bari. [2]
Raum Jebril Dezvoltarea sistemelor de distribuție variabilă
53 În fig.4.5 este reprezentată media valorilor reducerii procentuale a consumului specific
efectiv c e pentru fiecare condiție impusă în parte. [2]
Fig. 4.3 Reducerea procentuală a consumului spe cific efectiv funcție de momentul
deschiderii supapei de admisie, pentru motorul #1 [2]
Distribuția variabilă dublă (Dual VCT) permite îmbunătățirea reducerii consumului
specific efectiv cu 3.5% în cazul motorului #1, și respectiv de 3.25% în cazul motoru lui #2. Cât
despre deschiderea supapei de admisie la moment invariabil, metoda optimă la motorul #1, este
deschiderea supapei de admisie cu 5 °RAC înainte de PMI cauzând o reducere a consumului
specific efectiv cu 2.4%. În cazul motorului #2, optimizarea s e face la 35 °RAC înainte de PMI,
cu o scădere de consum specific efectiv de 3.25%. [2]
Concluzii: prin utilizarea distribuției variabile pe cele două motoare anterior precizate, s -a
concluzionat că scăderea consumului specific efectiv este mai accentuată la motorul aspirat, cu
injecția în poarta supapei, însă pe plaje mai restrânse de regimuri de funcționare. Respectiv, o
scădere mai puțin evidentă a consumului specific efectiv în cazul motorului supraalimentat cu
injecție directă, însă aceasta se extinde pe o plajă mai largă de regimuri de funcționare. [2]
Raum Jebril Dezvoltarea sistemelor de distribuție variabilă
54
Fig. 4.4 Reducerea procentuală a consumului specific efectiv funcție de momentul deschiderii
supapei de admisie pentru motorul #2 [2]
Fig. 4.5 Media valorilor reducerii procentuale a consumului sp ecific efectiv c e pentru
fiecare condiție impusă în parte [2]
Raum Jebril Dezvoltarea sistemelor de distribuție variabilă
55 4.3. STUDIUL FAZELOR DE D ISTRIBUȚIE ALE UNUI SISTEM DE
DISTRIBUȚIE VARIABIL Ă VOLKSWAGEN
Cererea pieței în privința motoarelor cu ardere internă este într -o continuă creștere. Pe de
o parte, clienți i aspiră la o putere și un cuplu mai mare a motoarelor, iar pe de altă parte, trebuie
ținut cont și de legile stricte în privința emisiilor poluate, și de dorința unor automobile mai
economicoase din punctul de vedere al consumului de combustibil. În ceea ce privește sistemele
de distribuție, o continuă dezvoltare și optimizare a acestora este imperativ. [11]
În continuare voi discuta despre cerințele impuse distribuției cu timpi variabili de
deschidere a supapelor (VVT) de diferitele regimuri de funcționar e. Aceste sisteme fiind folosite
pe motoarele de Volkswagen de 2.8 litri V6 și pe motoarele de 2.3 litri V5. [11]
Varierea momentelor de deschidere a supapelor are ca scop optimizarea momentelor de
deschidere a supapelor pentru fiecare regim de funcționare al motorului: regimul de funcționare
la ralanți, regimul de putere maximă, regimul de cuplu maxim, cât și regimul de recirculare a
gazelor arse. [11]
Regimul de funcționare la ralanți
La mersul în gol, arborele cu came de admisie este setat astfel încât s ă efectueze
deschiderea întârziată a supapelor de admisie, și de asemenea și închiderea întârziată a acestora.
Arborele cu came de evacuare este configurat astfel încât să producă închiderea completă a
supapelor de evacuare înainte de PMI. Astfel, minimiza rea reziduurilor de gaze rezultă într -o
funcționare lină la ralanți. [11]
Regimul de putere maximă
Pentru obținerea puterii dorite la turații mari ale motorului, supapele de evacuare trebuiesc
deschise cu întârziere. Astfel, explozia gazelor arse acționeaz ă o perioadă mai îndelungată asupra
pistoanelor. Deschiderea supapelor de admisie are loc după PMI, iar închiderea completă a
acestora se face după PME. Astfel, efectul dinamic de pătrundere al aerului este folosit în scopul
creșterii puterii. [11]
Regimul de cuplu maxim
Pentru obținerea unui cuplu maxim este nevoie de o un grad de umplere ridicat. Acest
lucru necesită un avans la deschiderea supapelor de admisie, avans care duce la o închidere
înaintată a supapelor, ceea ce rezultă în evitarea pierderii fl uidului proaspăt. Închiderea supapelor
de evacuare are loc chiar înainte de PMI. [11]
Raum Jebril Dezvoltarea sistemelor de distribuție variabilă
56
Fig. 4.6 Fazele de distribuție la diferite regimuri de funcționare [11]
Raum Jebril Dezvoltarea sistemelor de distribuție variabilă
57 Regimu l de recirculare a gazelor arse
Recircularea internă a gazelor arse poate fi obținută pri n sincronizarea arborelui cu came
de admisie cu cel de evacuare. În decursul acestui proces, gazele de evacuare ajung din canalul
de evacuare în cel de admisie, la suprapunerea deschiderii supapelor. Cantitatea de gaze
recirculate depinde în mod direct de suprapunerea deschiderii supapelor.
Fig. 4.9 Procesul de umplere a cilindrului la regimul de recirculare a gazelor arse [9]
Arborele cu came de admisie este setat astfel încât să deschidă supapele de admisie
înainte de PMI, iar arborele cu came de evacu are să nu închidă supapele de evacuare numai chiar
înainte de PMI. Acest lucru rezultă în deschiderea simultană a ambelor supape, astfel gazele de
evacuare sunt recirculate. Avantajul unei recirculări interioare a gazelor de evacuare față de
recircularea e xterioară sunt: reacția rapidă a sistemului și uniformitatea distribuției gazelor
recirculate. [ 11]
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
58 5. SIMULAREA ÎN LOTUS ENGINE SIMULATION
În vederea realizării procesului de simulare a performanțelor motorului, s -a utilizat
programul software Lotus Engine Simulation. [25]
Lotus Engine Simulation este un program de simulare capabil să reproducă
complet performanțele unui motor. Programul poate fi folosit pentru a calcula:
performanțele motorului în condiții de sarcini parțiale sau la sarcină plină, în regim
staționar sau regim tranzitoriu;
transferul termic prin pereții camera de ardere;
variațiile instantanee ale proprietăților gazelor din colectoarele de gaze ale
motorului;
compatibilitatea dintre turbocompresor ș i compresor de supraalimentare. [25]
Din cauz a procedurilor mai dificile de testare a influenței mecanismului de
distribuție asupra performanțelor motoarelor cu ardere internă, simularea numerică este o
soluție care facilitează înțelegerea modului de influență a anumitor parametri asupra
proceselor d in motor. Aceasta reduce atât costurile necesare experimentării, cât și
necesitatea posedării unor echipamente sofisticate și a cunoștințelor necesare operării
acestora.
În continuarea acestui capitol, s -a efectuat simularea influenței mecanismului de
distribuție asupra performanțelor motorului Lombardini 3LD510, a cărui date tehnice au
fost prezentate în subcapitolul 5.2.
5.1. INTRODUCEREA DATELOR DE INTRARE
Pașii parcurși în programul Lotus Engine Simulation pentru introducerea datelor
de simulare:
1) Rularea pr ogramului de simulare Lotus Engine Simulation;
2) Alegerea tipului de injecție și a tipului de combustibil (fig.5.1);
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
59
Fig. 5.1 Alegerea tipului de injecție și a tipului de combustibil
3) Adăugarea parților componente necesare (fig.5.2);
Fig. 5.2 Adăugare a parților componente
Raum Jebril Simularea în Lo tus Engine Simulation
60 4) Completarea datelor supapei de admisie (5.3);
Fig. 5.3 Completarea datelor supapei de admisie
5) Completarea datelor supapei de evacuare. Se procedează ca și în pasul 3;
6) Introducerea diametrului canalului de admisie, respectiv celu i de evacuare;
7) Alegerea datelor corespunzătoare cilindrului motor din fișa tehnică și inserarea
acestora în program (5.4);
Fig. 5.4 Completarea datelor cilindrului motor
8) Setarea condițiilor de lucru (5.5);
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
61
Fig. 5.5 Setarea condițiilor de lucru
9) Rular ea simulării și încărcarea rezultatelor în program;
Fig. 5.6 Rularea simulării și încărcarea rezultatelor în program
10) Extragerea, vizualizarea și interpretarea datelor;
5.2. DATELE DE INTRARE
Datele de intrare care se introduc în programul Lotus Engine Simul ation, sunt:
specificațiile tehnice ale componentelor (tab.5.1) utilizate în program, care au fost extrase
din fișa tehnică a motorului (Anexa 1);
dimensiunile măsurate ale canalului de admisie și respectiv celui de evacuare (tab.5.2);
datele caracteristic e mediului ambiant și a condițiilor de lucru (tab.5.3).
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
62 Tab. 5.1 Fișa tehnică a motorului Lombardini 3LD510 (ANEXA 1)
Denumire Valoare Unitate de măsură
Cilindri 1 [-]
Capacitate cilindrică 510 [cm3]
Alezaj 85 [mm]
Cursă 90 [mm]
Raport de compresie 17.5 [-]
Putere maximă 9 [kW]
Cuplu maxim 33.35 [Nm]
Capacitate rezervor
combustibil 5.3 [l]
Consum ulei 0.010 [kg/h]
Capacitate baie ulei 1.75 [l]
Presiune minimă ulei 1-1.5 [bar]
Înclinarea maximă admisibilă
la utilizarea pe perioade scurte 25 [°RAC ]
Debit aer pentru combustie la
3000 rot/min 630 [l/min]
Debit aer pentru răcire la 3600
rot/min 9000 [l/min]
Masă motor 60 [kg]
Bateria recomandată 12/44 [V/Ah]
Tab. 5.3 Caracteristici ale mediului ambiant și a condițiilor de lucru
Nr.crt. Denumire Valoare Unitate de măsură
1 Umiditate relativă 0.3 [kg/kg]
2 Presiunea atmosferică 0.981 [bar]
3 Temperatura aerului ambiant 25 [°C]
4 Presiunea de admisie 0.89 [bar]
5 Temperatura de admisie 23 [°C]
6 Presiunea de evacuare 1.05 [bar]
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
63 Tab. 5.2 Dimensiuni măsurate
Nr.crt. Denumire Valoare Unitate de măsură
1 Diametrul canalului de admisie 34.3 [mm]
2 Diametrul canalului de evacuare 21.4 [mm]
5.3. VALIDAREA MODELULUI
Pentru a crea o copie virtuală, în programul Lotus Engine Simulation, cât mai fidel ă a
motorului din realitate asupra căruia s -au efectuat studiile, s -au urmărit indicii de performanță
reali dați în curbele de putere, cuplu și consum din figura 5.7, și s -au extras datele necesare
validării modelului, comparându -se cu cele din program (ta b.5.4).
Fig. 5.7 Curbele de variație a motorului Lombardini (Anexa 1)
Tab. 5.4 Comparația dintre datele reale și cele simulate
Turația Puterea grafică Momentul grafic Puterea
calculată Momentul
calculată
[rot/min] [kW] [Nm] [kW] [kW]
1000 3.01 28.78 3.03 28.93
1400 4.86 32.23 4.75 32.37
1800 6.32 33.35 6.29 33.38
2200 7.48 32.15 7.39 32.08
2600 8.37 30.28 8.28 30.4
3000 9.01 28.89 9.03 28.74
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
64 Validarea modelului virtual cu cel real este absolut imperativă, căci în cazul în care datele celor
două v ersiuni ale motorului, cea reală și cea virtuală (tab.5.5), nu sunt îndestul de apropiate,
există riscul obținerii unor rezultate eronate. Pentru evitarea unei asemenea situații, se compară
grafic curbele, reale și simulate, variației puterii și a momentul ui motor în fig.5.8.
Fig. 5.8 Curbele de variație a puterii reale și a momentului motor real în comparație cu cele
simulate
În continuare se prezintă datele modelului inițial pentru a se putea realiza comparația cu
rezultatele obținute în urma modificăr ii parametrilor inițiali ai motorului:
indicii de performanță (tab.5.5);
Tab. 5.5 Indici de performanță obținuți în urma validării modelului
Turația Puterea
motorului Momentul
motor Presiunea
medie efectivă Consumul
specific efectiv
[rot/min] [kW] [Nm] [bar] [g/kWh]
1000 3.03 28.93 7.12 217.82
1400 4.75 32.37 7.96 218.31
1800 6.29 33.38 8.21 220.03
2200 7.39 32.08 7.89 222.3
2600 8.28 30.4 7.48 226.07
3000 9.03 28.74 7.07 231.51 28293031323334
012345678910
800 1300 1800 2300 2800
Momentul motor [Nm] Puterea motorului [kW]
Turația motorului [rot/min ] Puterea grafică [kW] Puterea simulată [kW]
Momentul grafic [Nm] Momentul simulat [Nm]
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
65 fazele inițiale de distribuție (fig.5.9);
Fig. 5.9 Fazele inițiale d e distribuție
variația debitului masic de aer (fig.5.10);
Fig. 5.10 Variația debitului masic de aer
variația vitezei aerului (fig.5.11);
Fig. 5.11 Variația vitezei aerului
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
66 variația temperaturii din cilindru (fig.5.12);
Fig. 5.12 Variația temperatu rii din cilindru
variația presiunii în cilindru (fig.5.13):
Fig. 5.13 Variația presiunii în cilindru
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
67 5.4. INFLUENȚA AVANSULUI ȘI A DURATEI DE DESCH IDERE A
SUPAPEI
În acest subcapitol se va scoate în evidență influența atât a avansului la deschiderea supape i
de admisie, cât și a duratei de deschidere a acesteia , asupra performanțelor motorului. Acest
lucru se va realiza variind parametri motorul ui după următoarele cazuri:
1. Creșterea avansului la deschiderea supapei de admisie cu 15°RAC și menținerea
constantă a duratei de deschidere a acesteia.
2. Scăderea avansului la deschiderea supapei de admisie cu 15°RAC și menținerea
constantă a duratei de deschidere a acesteia.
3. Scăderea duratei de deschidere a supapei de admisie cu 15°RAC și menținerea constantă
a avansulu i la deschiderea acesteia.
4. Creșterea duratei de deschidere a supapei de admisie cu 15°RAC și menținerea constantă
a avansului la deschiderea acesteia.
Fig. 5.14 Fazele de distribuție aferente cazurilor de simulare
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
68 5.4.1. INFLUENȚE ASUPRA PUT ERII MOTORULUI
S-a efectuat simularea funcționării motorului, acesta fiind supus celor patru cazuri
de modificare a parametrilor anterior menționate, și s -au construit grafice cu rezultatele
fiecărei simulări, ilustrând influența avansului la deschiderea supapei de admisie ș i durata
de deschidere a acesteia asupra performanțelor motorului.
În figura 5.15 este reprezentată curba de variație inițială a puterii motorului ,
alături de curbele de variație a puterilor alterate de cele patru cazuri de modificare a
duratei și a avansu lui la deschiderea supapei.
Fig. 5.15 Curbele de variație a puterii motorului
Cea mai mare putere a motorului s -a înregistrat după scăderea duratei de
deschidere a supapei de admisie cu 15°RAC și păstrând avansul la deschidere constant.
Acest lucru s -a întâmplat deoarece scurtarea duratei de deschidere a supapei de admisie,
păstrând avansul constant, duce la amestecuri mai bogate în camera de ardere, căci
fluidul motor nu mai are posibilitatea pătrunderii în canalul de admisie în timpul
compresiei. 2.53.54.55.56.57.58.59.5
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000Puterea motorului [kW]
Turația motorului [rot/min ] Puterea inițială [kW]
Puterea la avans +15°RAC, durată constantă [kW]
Puterea la avans -15°RAC, durată constantă [kW]
Puterea la durată -15°RAC, avans constant [kW]
Puterea la durată +15°RAC, avans constant [kW]
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
69 Puter ea cea mai mică a fost înregistrată la scăderea avansului la deschiderea supapei cu
15°RAC, menținând durata deschiderii constantă. Acest lucru a avut loc deoarece scurtarea
avansului de deschidere a supapei de admisie, păstrând durata constantă, duce la o umplere
scăzută a cilindrului, astfel, nu se obțin performanțe ridicate.
5.4.2. INFLUENȚE ASUPRA MOM ENTULUI MOTOR
În figura 5.16 este reprezentată curba de variație inițiale a momentului motor , alături de
curbele de variație a momentelor motoare alterate de cele patru cazuri de modificare a duratei și
a avansului la deschiderea supapei.
Fig. 5.16 Curbele de variație a momentului motor
Cel mai mare moment motorului s -a înregistrat după scăderea duratei de deschidere a
supapei de admisie cu 15°RAC și păstrând avansul la deschidere constant. Se poate observa că
este același caz ca și la puterea motorului anterior menționată. În cazul scurtării perioadei de
deschidere a supapei de admisie în paralel cu păstrarea avansul ui constant, are loc o umplere
bună a cilindru lui motor, închiderea înaintată a supapei împiedicând scăparea fluidului motor în
timpul compresiei prin orificiul de admisie. 2728293031323334
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000Momentul motor [Nm]
Turația motorului [rot/min ] Momentul inițial [Nm]
Momentul la avans +15°RAC, durată constantă [Nm]
Momentul la avans -15°RAC, durată constantă [Nm]
Momentul la durată -15°RAC, avans constant [Nm]
Momentul la durată +15°RAC, avans constant [Nm]
Raum Jebril Simularea în Lotus Engi ne Simulation
70 Momentul motor cu valoarea cea mai mică a fost înregistrat la scăderea avansului
la deschiderea supapei cu 15°RAC, menținând dura ta deschiderii constantă. Din nou, este
aceeași situație ca și în cazul puterii motorului. Scăderea avansului rezultă într -o umplere
insuficientă a cilindrului, scăzând performanțele motorului.
5.4.3. INFLUENȚE ASUPRA PRE SIUNII MEDII EFECTIVE
În figura 5.1 7 este reprezentată curba de variație inițială a presiunii medii
efective , alături de curbele de variație a presiunilor medii efective alterate de cele patru
cazuri de modificare a duratei și a avansului la deschiderea supapei.
Fig. 5.17 Curbele de variație a presiunii medii efective
Cea mai mare presiune medie efectivă s -a înregistrat după scăderea duratei de
deschidere a supapei de admisie cu 15°RAC și păstrând avansul la deschidere constant.
Acest lucru s -a întâmplat deoarece scurtarea duratei de deschidere a supapei de admisie
respectiv păstrarea avansul ui constant, duce la comprimarea unei cantități mai mari de
fluid motor, căci acesta nu m ai are posibilitatea evacuării prin canalul de admisie în
timpul compresiei. 6.76.97.17.37.57.77.98.18.38.5
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000Presiunea medie efectiv ă [bar]
Turația motorului [rot/min ] Presiunea inițială [bar]
Presiunea la avans +15°RAC, durată constantă [bar]
Presiunea la avans -15°RAC, durată constantă [bar]
Presiunea la durată -15°RAC, avans constant [bar]
Presiunea la durată +15°RAC, avans constant [bar]
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
71 Presiunea medie efectivă cu valoarea cea m ai mică a fost înregistrat la scăderea avansului
la deschiderea supapei cu 15°RAC, menținând durata deschiderii constantă. Scăderea avansului
rezultă într -o umplere insuficientă a cilindrului, scăzând cantitatea fluidului motor din interiorul
cilindrului, rezultând în presiuni mai scăzute.
5.4.4. INFLUENȚE ASUPRA CON SUMULUI SPECIFIC EFE CTIV
În figura 5.18 este reprezentată curba de variație inițială a consumului specific efectiv,
alături de curbele de variație a consumurilor specifice efective alterate de cele pat ru cazuri de
modificare a duratei și a avansului la deschiderea supapei.
Fig. 5.18 Curbele de variație a consumului specific efectiv
Cel mai mic consum specific efectiv s -a înregistrat după scăderea duratei de deschidere a
supapei de admisie cu 15°RAC și păstrând avansul la deschidere constant. Scurtarea perioadei de
deschidere a supapei de admisie cu condiția păstrării avansul ui constant, rezultă într -o perioadă
mai scurtă de timp oferită pătrunderii fluidului motor din colectorul de admisie în cilindr ul
motor . 216.5218.5220.5222.5224.5226.5228.5230.5232.5234.5
800 1300 1800 2300 2800Consumul specific efectiv [bar]
Turația motorului [rot/min ] Consumul inițial [g/kWh]
Consumul la avans +15°RAC, durată constantă [g/kWh]
Consumul la avans -15°RAC, durată constantă [g/kWh]
Consumul la durată -15°RAC, avans constant [g/kWh]
Consumul la durată +15°RAC, avans constant [g/kWh]
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
72 Consumul specific efectiv cu valoarea cea mai mare a fost înregistrat la scăderea
avansului la deschiderea supapei cu 15°RAC, menținând durata deschiderii constantă.
Scăderea avansului rezultă într -o umplere insuficientă a cilindrului, scăzând
performanțele motorului. Astfel, funcționarea motorului nu este tocmai lină, acesta
consumând un surplus de combustibil cu încercarea de a compensa scăderile de
performanțe.
5.4.5. INFLUENȚE ASUPRA PRE SIUNII DIN CILINDRU
În figura 5.19 este reprezentată curba de v ariație inițială a presiunii din cilindru ,
alături de curbele de variație a presiunilor alterate de cele patru cazuri de modificare a
duratei și a avansului la deschiderea supapei.
Fig. 5.19 Curbele de variație a presiunii din cilindru
Cea mai mare valoa re a presiunii din cilindru s -a înregistrat după scăderea duratei
de deschidere a supapei de admisie cu 15°RAC și pă strând avansul la deschidere
constant. Acest lucru s -a întâmplat deoarece scurtarea duratei de deschidere a supapei de
admisie respectiv păs trarea avansului constant, duce la comprimarea unei cantități mai
mari de fluid motor, căci acesta nu mai are posibilitatea scăpării prin canalul de admisie
în timpul compresiei. 0102030405060
0 100 200 300 400 500 600 700 800Presiune cilindru [bar]
Rota ție arbore cotit [°RAC] Presiunea inițială [bar]
Presiunea la avans +15°RAC, durată constantă [bar]
Presiunea la avans -15°RAC, durată constantă [bar]
Presiunea la durată -15°RAC, avans constant [bar]
Presiunea la durată +15°RAC, avans constant [bar]
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
73 Presiunea din interiorul cilindrului cu valoarea cea mai mică a fost înregist rat la scăderea
avansului la deschiderea supapei cu 15°RAC, menținând durata deschiderii constantă. Scăderea
avansului rezultă într -o umplere insuficientă a cilindrului, scăzând cantitatea fluidului motor din
interiorul cilindrului, rezultând în presiuni m ai scăzute.
5.4.6. INFLUENȚE ASUPRA TEM PERATURII DIN CILIND RU
În figura 5.20 este reprezentată curba de variație inițială a temperaturii din cilindru,
alături de curbele de variație a temperaturilor alterate de cele patru cazuri de modificare a duratei
și a avans ului la deschiderea supapei.
Fig. 5.20 Curbele de variație a temperaturii din cilindru
Diferențele de variație a temperaturii sunt foarte mici de la caz la caz, cele mai mici
temperaturi ale camerei de ardere înregistrându -se în cazul creșterii duratei de deschidere a
supapei, deoarece acest lucru duce la creșterea cantității de aer proaspăt aspirat în cilindru, aer
care răcește amestecul de combustibil. 020040060080010001200140016001800
0 100 200 300 400 500 600 700Temperatură cilindru [ °C]
Rota ție arbore cotit [°RAC] Temperatura inițială [ °C]
Temperatura la avans -15°RAC, durată constantă [°C]
Temperatura la avans +15°RAC, durată constantă [°C]
Temperatura la durată -15°RAC, avans constant [°C]
Temperatura la durată +15°RAC, avans constant [°C]
Raum Jebril Simularea în Lotus Engine Simulation
74 5.4.7. INFLUENȚE ASUPRA VIT EZEI DE CURGERE A AE RULUI
În figura 5.21 este reprezentată curba de variație ini țială a vitezei de curgere a aerului de
admisie , alături de curbele de variație a vitezelor alterate de cele patru cazuri de modificare a
duratei și a avansului la deschiderea supapei.
Fig. 5.21 Curbele de variație a vitezei de curgere a aerului de admi sie -50-30-101030507090
0 100 200 300 400 500 600 700Viteza aerului de admisie
[m/s]
Rota ție arbore cotit [°RAC] Viteza inițială [m/s]
Viteza la avans -15°RAC, durată constantă [m/s]
Viteza la avans +15°RAC, durată constantă [m/s]
Viteza la durată -15°RAC, avans constant [m/s]
Viteza la durată +15°RAC, avans constant [m/s]
Raum Jebril Concluzii, contribuții proprii și perspective
75 6. CONCLUZII, CONTRIBUȚII PROPRII ȘI PERSPECTIVE
6.1. CONCLUZII
În prezenta lucrare s -a constatat faptul că sistemele de distribuție fixă asigur ă o umplere,
respectiv o evacuare optimă a cilindrului motor numai la anumite turații și sarcini. În cazul
varieri i de regim de funcționare procesul de schimbare a gazelor nu decurge într -o manieră
optim ă, fie din cauza pierderii unei cantități de fluid motor proasp ăt, fie din cauza umplerii
incomplete a cilindrilor. Acest dezavantaj este redus de sistemele de distrib uție variabile, care
asigură o creștere a coeficientului de umplere, lucru ce duce la creșterea performanțelor precum
momentul motor și puterea moto are.
Prin intermediul sistemelor de distribuție variabilă, la funcționarea motorului la sarcini
reduse, se amplifică turbulența amestecului proaspăt , ceea ce rezultă într -o ardere m ai completă,
și oferă motoarelor capacitatea utiliz ării unor amestecuri mai sărace. Funcționarea motoarelor cu
amestecuri mai sărace rezultă în diminuarea consumului de combustibil ș i reducerea emisiilor
polua nte, în mod special al hidrocarbur ilor și a monoxidului de carbon .
Pentru reduce rea cantității de oxizi de azot este recomandată utiliza rea recircularii internă
a gazelor de evacuare, lucru ce se realizează prin tr-o alegere cât mai convenabilă a fazelor de
distribuție, rezultând într -o creștere a cantității de gaze reziduale în cilindru. Efectele acestei
metode sunt similare metodei de recirculare externă a gazelor, diferența constă în construcția mai
simplă în cazul metodei inte rne de recirculare a gazelor de evacuare , aceasta fiind compusă din
piese deja existente.
De asemenea cu aceste sisteme de distribuție variabilă se poate realiza reglarea puterii
motorului fără obturator, numai prin modificarea ridicării supapelor de adm isie. Astfel se reduc
rezistențele gazo -dinamice, deci umplerea cilindrilor se face mai complet.
O altă metodă de reducere a pierderilor prin pompaj folosită este eliminarea anumitor
cilindri la funcționarea la sarcini reduse, diminuând atât pierderile pri n pompaj cât și pierderile
cauzate de acționarea mecan ismului de distribuție, fiindcă la cilindr i eliminați nu se acționează
supapele.
În urma simulărilor a rezultat că cele mai bune performanțe ale motorului în cazul puterii
motoare, a momentului motor și a consumului specific efectiv s -au obținut în urma scăderii
duratei de deschidere a supapei de admisie cu 15°RAC, păstrând avansul la deschidere constant .
Performanțele cele mai scăzute au rezultat în urma scăderii avansului la deschiderea supapei cu
15°R AC, menținând durata deschiderii constantă .
Raum Jebril Concluzii, contribuții proprii și perspective
76 6.2. CONTRIBUȚII PRO PRII
Contribuțiile proprii aduse acestei lucrări, sunt următoarele:
modelarea motorului Lombardini 3LD510 în programul Lotus Engine Simulation;
validarea modelului virtual efectuat;
realizarea un ei reprezentări grafice a curbelor de variație a modelului real în comparație cu
cele ale modelului simulat;
realizarea unei reprezentări grafice a variației debitului masic de aer în cilindru;
realizarea unei reprezentări grafice a variației temperaturii în cilindru;
realizarea unei reprezentări grafice a variației presiunii în cilindru;
realizarea unei reprezentări grafice a variației puterii motorului la diferite valori ale
avansului la deschiderea supapei de admisie și durata de deschidere a acesteia , și
interpretarea grafică a acesteia ;
realizarea unei reprezentări grafice a variației momentului motor la diferite valori ale
avansului la deschiderea supapei de admisie și durata de deschidere a acesteia , și
interpretarea grafică a acesteia ;
realizarea une i reprezentări grafice a variației presiunii medi efective la diferite valori ale
avansului la deschiderea supapei de admisie și durata de deschidere a acesteia , și
interpretarea grafică a acesteia ;
realizarea unei reprezentări grafice a variației consumul ui specific efectiv la diferite valori
ale avansului la deschiderea supapei de admisie și durata de deschidere a acesteia , și
interpretarea grafică a acesteia ;
realizarea unei reprezentări grafice a variației presiunii din cilindru la diferite valori ale
avansului la deschiderea supapei de admisie și durata de deschidere a acesteia , și
interpretarea grafică a acesteia.
6.3. PERSPECTIVE DE DEZVO LTARE
În urma studiilor, modelărilor și a simulărilor efectuate și prezentate în această lucrare, se
propun următoarele perspective de dezvoltare a mecanismului de distribuție:
realizarea optimizării fazelor de distribuție a motorului Lombardini 3LD510 prin
scăderea duratei de deschidere a supapei de admisie cu 15°RAC , păstrând avansul
constant, în vederea creșterii perfor manțelor motorului;
Raum Jebril Concluzii, contribuții proprii și perspective
77 încurajarea folosirii motoarelor prevăzute cu sisteme de distribuție variabilă în locul
sistemelor de distribuție fixă, în vederea scăderii poluării globale și a consumului de
combustibil;
implementarea sistemelor de distribuție variabi lă pe motoare care funcționează pe baza
combustibililor biodiesel și a celor care folosesc gazul petrol ier lichefiat drept
combustibil în vederea creșterii performanțelor, scăderii consumului de combustibil și
reducerii emisiilor poluante.
Raum Jebril Bibliografie
78 BIBLIOGRAFIE
[1] B. Grunwald , Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru autovehicule rutiere .
Editura Didactică și Pedagogică, București, 1980. (pag.592)
[2] F. Bonatesta, G. Altamore, J. Kalsi, M. Cary. , Fuel economy analysis of part -load
variable camshaft timing strategies in two modern small -capacity spark ignition engines , în
Applied Energy 164, pag.475 -491, 2016
[3] F. Mariașiu, C. Iclodean , Managementul motoarelor cu ardere internă , Editura
„RISOPRINT”, Cluj -Napoca, 2013
[4] F. Mariașiu, Motorul Diesel Contem poran. Procese. Construcție. Elemente de calcul ,
Editura „Sincron”, Cluj -Napoca, 2005
[5] Gh. Bobescu, Gh. Radu, A. Chiru, C. Cofaru, V.Ene, V. Amariei, I.Guber , Motoare
pentru automobile și tractoare Vol. II . Editura „TEHNICĂ”, Chișinău, 1998. (pag.176)
[6] L. Qingyu, L. Jingping, F. Jianqin , Comparative study on the pumping losses between
continuous variable valve lift (CVVL) engine and variable valve timing (VVT) engine , în:
Applied Thermal Engineering 137, pag.710 -720, 2018
[7] N. Bățaga, N. Burnete, A. Căzilă, I. Rus, S. Sopa, I. Teberean , Motoare cu ardere
internă . Editura Didactică și Pedagogică, București, 1995.
[8] N. Burnete , I. Rus, N. Cordoș, Automobile. Construcție generală. Uzură. Evaluare.
Editura „TODESCO”, Cluj -Napoca, 2000. (pag.56)
[9] T. Leory, J. Chauvin , Control -oriented aspirated masses model for variable -valve –
actuation engines , în: Control Engineering Practice 21, pag.1744 -1755, 2013
[10] Varga, B., O., Metode moderne de diagnosticare, control și calibrare a transmisiilor
automate , Editura „RISOPRINT”, Cluj -Napoca, 2013
[11] Volkswagen AG , Variable Valve Timing , Design and Function –Volkswagen Self Study
Program 246, Editura „VW AG”, Wolfsburg, 1998
[12]*** http://auto -tehnica.ro/2015/12/14/distributia -variabila/ ***
[13] *** http://w ww.e -automobile.ro/categorie -motor/18 -benzina/121 -distributia -vtec.html
***
[14] *** http://www.e -automobile.ro/categorie -motor/20 -general/126 -distributie -variabila –
variocam -porsche.html ***
[15]*** http://www.e -automobile.ro/categorie -motor/20 -general/5 9-distributie -fixa.html ***
[16]*** http://www.e -automobile.ro/categorie -motor/20 -general/60 -faze-distributie.html
***
Raum Jebril Bibliografie
79 [17] *** http://www.e -automobile.ro/categorie -motor/20 -general/83 -motor -fiat-multiair –
twinair.html ***
[18] *** http://www.e -automobil e.ro/categorie -motor/20 -general/86 -distributie -valvetronic –
vanos -bmw.html ***
[19] *** http://www.rasfoiesc.com/inginerie/tehnica -mecanica/auto/ELEMENTE –
COMPONENTE -ALE -SISTEM41.php ***
[20] *** https://auto -tehnica.ro/2015/08/04/distributia -variabila -sistemul -valvetronic/ ***
[21] *** https://biblioteca.regielive.ro/proiecte/mecanica/proiectarea -sistemului -de-
distributie -variabila -la-mas-38644.html ***
[22] *** https://diagramchartwiki.com/overhead -camshaft -diagram/overhead -camshaft –
diagram -camshaft -fundamentals -super -street -magazine/ ***
[23] *** https://en.wikipedia.org/wiki/MultiAir ***
[24] *** https://idahospudsblog.blogspot.com/2016/09/overhead -cam-engines.html ***
[25] *** https://lotusproactive.files.wordpress.com/2013/08/getting -started -with-lotus-
engine -simulation.pdf ***
[26] *** https://vdocuments.site/mecanismul -de-distributie -ppt.html ***
[27] *** https://www.mitsubishi -motors.ro/tehnologie/sistem -de-distributie -variabila –
mivec/# ! ***
[28] *** Note de curs – CCMAI II – N.Burnete – 2018 ** *
[29] *** Note de curs – PCMAI – N.V.Burnete – 2018 ***
Raum Jebril Anexe
80 ANEXE
ANEXA 1 – Fișa tehnică a motorului
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Scopul acestei lucrări este de a prezenta mecanismul de distribuție și de a studia influența [615048] (ID: 615048)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.