Proiectarea Unui Mac de Putere Mijlocie Mare

Proiectarea unui MAC de putere mijlocie mare

CUPRINS

INTRODUCERE

CAPITOLUL I

1.1. Stadiul actual al solutiilor pentru motorul cu aprindere prin comprimare de tractiune rutiera

1.1. Introducere in motorul diesel

Motorul diesel cu injectie indirect 10

– Motorul diesel cu injectie direcata 11

Injectia de combustibil 12

Viteza de ardere 14

Geometria camerei de ardere 15

Dezvoltarea motorului diesel 16

1.2. Motoare diesel modern

– Motorul TDI 20

– Motorul TDI V6 0.3L ce echipeaza limuzina Audi A8 23

– Motorul TDI 2.0 montat pe noul Volkswagen Golf V 27

– Motorul Ford Duratorq 1.6 L 29

– Motorul diesel JTD 33

– Motorul D5 care echipeaza autovehicolul Volvo XC70 34

– Motorul dCI realizat de Renault 36

– Motorul diesel 1.9 dCI care echipeaza modelul Renault Lagun 37

– Motorul HDI 38

– Motoare HDI din gama Citroen 38

– Motorul CDI realizat de Mercedes 42

1.3. Functionarea sistemului de injectie Common Rail

– Ipoteze asupra undelor de presiune 45

– Metode 45

– Circuitul de inalta presiune 47

– Circuitul de joasa presiune 48

– Unitatea de control electronica ( ECU) 48

– Pompa de inalta presiune 49

– Supapa de control al presiunii 51

– Injectoarele 52

– Injectia pilot 54

1. 4. Formarea amestecului in motoarele diesel moderne dotate cu system Common-Rail

1.5. Injectia pompa-diuza(injector pompa)

– Generalitati 64

– Functionarea sistemului pompa-diuza 87

1.6. Turbosupraalimentarea motorului diesel

– Generalitati 72

– Functionarea compresorului 72

– Tipuri constructive de turbine 74

1.7. Sisteme de injectie de generatia a doua

– Injectia pilotata 80

– A doua generatie de sisteme Commom-Rail 80

– Circuitul de alimentare 82

– Injectoarele 84

– Sistemul Delphi-Auto calibrarea 85

– Functionarea injectorului 87

– Sistemul Siemens.Precizie si rapiditate 87

1.8. Lista motoarelor diesel produse de concernul Volkswagen-Audi

CAPITOLUL II

2. Calculul termic

2.1. Calculul procesului de schimbare a gazelor pentru motor cu admisie forțată

2.1.1. Calculul procesului de admisie

2.1.2. Calculul procesului de comprimare

2.1.3. Calculul procesului de ardere

2.1.4.Calculul procesului de destindere

2.1.5. Calculul parametrilor indicati ai ciclului motor

2.1.6. Calculul parametrilor efectivi ai ciclului motor

2.1.7. Diagrama indicată,

2.2. Calculul procesului de schimbare a gazelor pentru motor cu admisie forțată, cu

2.3. Calculul procesului de schimbare a gazelor pentru motor cu admisie normal

CAPITOLUL III

3. Mecanismul motor

3.1. Cinematica mecanismului bielă-manivelă

3.2. Forțele și momentele din mecanismului bielă-manivelă

3.3. Steaua manivelelor și ordinea de aprindere

3.4. Uniformizarea mișcării arborelui cotit 3.5. Calculul grupului piston

3.5.1. Bolțul

3.5.2. Segmenți

3.5.3. Pistonul

3.6. Calculul bielei

3.6.1. Piciorul biele

3.6.2. Corpul biele

3.6.3. Capul bielei 3.7. Calculul arborelui cotit

3.7.1. Calculul fusului palier nr. III

3.7.2. Calculul fusului maneton nr. 2

3.7.3. Calculul brațului

CAPITOLUL IV

4. Măsuri de Protecția Muncii

Bibliografie

Declarație

Opis

Introducere

In ultimele decenii, industria de motoare cu ardere interna pentru autovehicule a cunoscut o dezvoltare exploziva datorata cererii mari pe piata. Criza actuala de materii prime, materiale si energie a indreptat cercetarea si proiectarea materialelor spre urmatoarele probleme :

– economicitatea motoarelor;

– limitarea noxelor esapate;

– asimilarea tehnologiilor avansate, pentru realizarea produselor in cantitati mari si minim de timp;

– costuri scazute, in conditiile asigurarii performantelor specifice acestor produse.

Tendinta actuala este aceea de a produce motoare cu puteri unitare marite, reducerea consumului de combustibil si a greutatii pe unitatea de putere a motorului.

In ultimii ani se pune mare accent pe reducerea poluarii. La motoarele cu aprindere prin scanteie acest lucru s-a realizat prin introducerea sistemelor de injectie :

– in prima faza s-a folosit injectia monopunct, in galeria de admisie, solutie folosita azi la autoturismele Dacia;

– a doua solutie folosita a fost injectia multipunct, in poarta supapelor, solutia intalnita la aproape toate autoturismele moderne;

– ulitma varianta este cea a injectiei directe de benzina, in camera de ardere solutie superioara celor anterioare, fiind insa in stare incipienta, doar marii constructori de motoare (Mercedes, VW) punand-o in practica.

La motoarele Diesel acest deziderat a fost realizat prin introducerea supraalimentarii, rampei comune (ajunsa la a doua generatie), injectiei directe, variatiei parametrilor de injectie (forma jetului, numarul de orificii ale duzei injector, presiunea de injectie si, mai nou, temperatura combustibilului injectat) si pentru cresterea puterii si variației presiunii de supraalimentare din turbina.

Industria producatoare de motoare ce echipeaza autoturisme trebuie sa tina cont de doleantele beneficiarilor. De aceea este necesar sa se produca o gama cat mai larga de motoare de diferite puteri ce pot echipa o gama cat mai larga de autoturisme.

Proiectul cuprinde studiul monografic privind tendințele în domeniul automobilelor și a motoarelor cu ardere internă ce le echipează, care, prin conținutul și forma sa corespunde condițiilor impuse de tema de proiectare. Au fost trecute în revistă un număr mare de informații legate de monografia automobilelor și a motoarelor aduse la zi.

CAPITOLUL I

Stadiul actual al solutiilor pentru motorul cu aprindere prin comprimare de tractiune rutiera

1.1. Introducere in motorul diesel

Motorul diesel injecteaza combustibil cu cifră cetanică ridicată în cilindru și foloseste aprinderea prin comprimare, joaca un rol semnificant pentru autovehiculele de tracțiune rutieră. Unul din aspectele care face ca motorul diesel să fie atractiv este randamentul său ridicat care poate sa fie de până la 45% față de motorul cu aprindere prin scântie care are un randament de 34%. Eficiența sa este determinată de raportul de comprimare relativ mare, perderi prin pompare mici și folosirea amestecurilor bogate.

Motoarele diesel se impart in:

Motoare cu injectie indirecta

La aceste motoare injectia are loc intr-o camera divizata atasata de cilindru.Pornirea este realizata prin raportul de comprimare ridicat(24-27)iar o bujie incandescenta este montata in camera divizata.Aceasta varianta constructive are avantajul de a produce ma putin zgomot si are o ardere mai rapida dar gazelle de evacuare au un continut de sulf ridicar datorita amestecului bogat.

4- injector

5-camera de ardere divizata

6-bujie incamdescenta

7-capul pistonului

8-degajare in capul pistonului pentru deschiderea supapei

9-fusta pistonului

La acest motor combustibilul este injectat direct in camera de ardere.

Motoarele cu injectie directa se regasesc in doua variante constructive:

-cu turbulenta ridicata ,acestea avand o camera de vartej adanca in piston ,un numar scazut de orificii de pulverizare in injector si o presiune de injectie moderata.

-cu turbulenta scazuta ,aceste motoare sunt caracterizate de o camera de vartej putin adanca si de un numar marede orificii de pulverizare in injector si presiune de injectie mare.

Motoarele mici tind sa fie de turbulenta ridicata

Motoare cu injectie directa (DI)

Injectia de combustibil

Principalul scop al injectorului este sa distribuie si sa amestece combustibilul cu aerul. Incarcarea motorului este controlata de cantitatea de combustibil injectata,din aceasta cauza injectorul trebuie sa injecteze o cantitate de combustibil care trece peste o anumita magnitudine.

Pentru un sistem care are o presiune de injectie fixa ,cantitatea de combustibil injectata se poate schimba prin modificarea duratei de injectie.Durata de injectie si cantitatea de combustibil injectat se poate modifica la sistemele cu presiune de injectie fixa prin modificarea dimensiunilor gaurilor din varful injectorului sau prin modificarea numarului de orificii de pulverizare. Dimensiunea orificiilor poate fi limitata doar de procedeul de prelucrare al acestora,orificii cu dimensiuni de 0.2mm se obtin cu o buna precizie de prelucrare.Calitatea injectiei la motoarele diesel depinde de urmatorii factori:

-marimea picaturii

-distributia picaturilor

-viteza picaturii

-unghiul pulverizarii

Deasemenea trebuie sa se tina cont si de urmatorii parametrii care influenteaza arderea :

-turbulentele in orificiile de pulverizare

-efectul cavitatiei in orificii

-efectul de cuplare dintre parametrii pulverizarii si vaporizarea picaturilor

-efectul de distributie spatiala a picaturilor

-efectele pulverizarii in camera de turbionare a pistonului

-influenta pulverizarii in amestecurile turbulente

Corectarea cantitatii de combustibil injectat se realizeaza recent prin remodelarea injectorului ceea ce implica scaderea emisiilor (hidrocarburi si fum) si scaderea timpului de ardere a amestecului rezultand o scadere a consumului de combustibil. Dezvoltarea injectiei electronice permite manevrarea vitezei de injectie prin controlarea presiunii si curgerii combustibilului injectat. Prin procesul de injectare in trepte unde combustibilul este injectat in doua sau mai multe etape cu o anumita intarziere intre acestea se obtine o reducere a particulelor din gazele de evacuare.

Camerele de ardere cu turbionare sunt folosite pentru franarea particulelor de combustibil prin aceasta inbunatatindu-se amestecul.Picaturile de combustibil care ajung pe suprafata pistonului fie se depun pe aceasta fie ricoseaza.In anumite conditii prin ricosarea particulelor rezulta apargerea acestora in particule mai mici.Modelul detaliat al acestui fenomen este prezentat in figura de mai jos.

Viteza de ardere

Viteza de ardere se poate determina prin analizarea presiunii din cilindru presupunand ca masuratorile realizate la suprafata pistonului sunt constante.

Considerand arderea ca o adaugare de energie uniforma qc , ecuatia energiei pentru o singura zona este:

-aceasta formula reprezinta energia introdusa in sistem

din ecuatia gazelor ideale rezulta:

Inlocuind aceste doua ecuatii in ecuatia qnet obtinem ritmul cedarii de caldura:

Integrand relatia obtinem cantitatea de caldura eliberata in timpul arderii:

Termenii din partea dreapta a ecuatiei sunt caracteristic evaluati pe baza informatiilor asupra presiunii din cilindru.Atat transferul de caldura cat si ecuatia cedarii de caldura contin ritmul transferului de caldura prin suprafata camerei de ardere care se realizeaza prin convectie si radiatie.

Prin folosirea diverselor modele de transfer de caldura si prin folosirea programelor care simuleaza curgerea fluidelor se pot obtine date tot mai exacte despre arderea in motoarele diesel.

Geometria camerei de ardere

Forma camerei de ardere precum si dinamica fluidelor in aceasta sunt foarte importante pentru realizarea arderii in motoarele diesel.Pe masura ce pistonul se deplaseaza spre p.m.i amestecul este impins in aceasta camera din interiorul pistonului.Geometria camerei din piston este realizata in o camera de vartej putin adanca si de un numar marede orificii de pulverizare in injector si presiune de injectie mare.

Motoarele mici tind sa fie de turbulenta ridicata

Motoare cu injectie directa (DI)

Injectia de combustibil

Principalul scop al injectorului este sa distribuie si sa amestece combustibilul cu aerul. Incarcarea motorului este controlata de cantitatea de combustibil injectata,din aceasta cauza injectorul trebuie sa injecteze o cantitate de combustibil care trece peste o anumita magnitudine.

Pentru un sistem care are o presiune de injectie fixa ,cantitatea de combustibil injectata se poate schimba prin modificarea duratei de injectie.Durata de injectie si cantitatea de combustibil injectat se poate modifica la sistemele cu presiune de injectie fixa prin modificarea dimensiunilor gaurilor din varful injectorului sau prin modificarea numarului de orificii de pulverizare. Dimensiunea orificiilor poate fi limitata doar de procedeul de prelucrare al acestora,orificii cu dimensiuni de 0.2mm se obtin cu o buna precizie de prelucrare.Calitatea injectiei la motoarele diesel depinde de urmatorii factori:

-marimea picaturii

-distributia picaturilor

-viteza picaturii

-unghiul pulverizarii

Deasemenea trebuie sa se tina cont si de urmatorii parametrii care influenteaza arderea :

-turbulentele in orificiile de pulverizare

-efectul cavitatiei in orificii

-efectul de cuplare dintre parametrii pulverizarii si vaporizarea picaturilor

-efectul de distributie spatiala a picaturilor

-efectele pulverizarii in camera de turbionare a pistonului

-influenta pulverizarii in amestecurile turbulente

Corectarea cantitatii de combustibil injectat se realizeaza recent prin remodelarea injectorului ceea ce implica scaderea emisiilor (hidrocarburi si fum) si scaderea timpului de ardere a amestecului rezultand o scadere a consumului de combustibil. Dezvoltarea injectiei electronice permite manevrarea vitezei de injectie prin controlarea presiunii si curgerii combustibilului injectat. Prin procesul de injectare in trepte unde combustibilul este injectat in doua sau mai multe etape cu o anumita intarziere intre acestea se obtine o reducere a particulelor din gazele de evacuare.

Camerele de ardere cu turbionare sunt folosite pentru franarea particulelor de combustibil prin aceasta inbunatatindu-se amestecul.Picaturile de combustibil care ajung pe suprafata pistonului fie se depun pe aceasta fie ricoseaza.In anumite conditii prin ricosarea particulelor rezulta apargerea acestora in particule mai mici.Modelul detaliat al acestui fenomen este prezentat in figura de mai jos.

Viteza de ardere

Viteza de ardere se poate determina prin analizarea presiunii din cilindru presupunand ca masuratorile realizate la suprafata pistonului sunt constante.

Considerand arderea ca o adaugare de energie uniforma qc , ecuatia energiei pentru o singura zona este:

-aceasta formula reprezinta energia introdusa in sistem

din ecuatia gazelor ideale rezulta:

Inlocuind aceste doua ecuatii in ecuatia qnet obtinem ritmul cedarii de caldura:

Integrand relatia obtinem cantitatea de caldura eliberata in timpul arderii:

Termenii din partea dreapta a ecuatiei sunt caracteristic evaluati pe baza informatiilor asupra presiunii din cilindru.Atat transferul de caldura cat si ecuatia cedarii de caldura contin ritmul transferului de caldura prin suprafata camerei de ardere care se realizeaza prin convectie si radiatie.

Prin folosirea diverselor modele de transfer de caldura si prin folosirea programelor care simuleaza curgerea fluidelor se pot obtine date tot mai exacte despre arderea in motoarele diesel.

Geometria camerei de ardere

Forma camerei de ardere precum si dinamica fluidelor in aceasta sunt foarte importante pentru realizarea arderii in motoarele diesel.Pe masura ce pistonul se deplaseaza spre p.m.i amestecul este impins in aceasta camera din interiorul pistonului.Geometria camerei din piston este realizata in asa fel incat sa realizeze vartejuri care inbunatatesc amestecul aer combustibil inaite ca arderea sa aiba loc. Deasemenea marginile camerei pot fi in asa fel modelate incat sa produca vartejuri verticale ceea ce influenteaza in mod radical felul in care gazele de ardere parasesc camera de aredere.

Realizarea in exces a unor vartejuri pot sa aiba un efect nedorit precum deplasarea in centru a gazelor fierbinti mai putin dense reducand formarea amestecului ,ingreunand patrunderea particulelor de combustibil pulverizat,realizarea de amestecuri sarace, din toate acestea rezultand producerea de hidrocarburi si dioxid de carbon.

Motoarele diesel cu vartejuri reduse sunt caracterizate printr-o cupa putin adanca in piston.Lipsa realizari amestecului tangential care ar fi cauzat de vartej este compensate prin realizarea unei presiuni de injectie mari precum si prin adoptarea unei diuze cu un numar mai mare de orificii de pulverizare

Dezvoltarea motorului diesel

Pana in present dezvoltarea motorului diesel a devenit mai mult o arta decat o stiinta in mare parte din cauza cantitati mari de variabile care alcatuiesc procesul arderii.Efortul inginerilor este sa inbunatateasca mereu tehnologia cu ajutorul mijloacelor moderne. Prin implementarea mijloacelor analitice moderne se pot obtine inbunatatiri dramatice in proiectarea.

Dezvoltarile recente tind sa foloseasca in realizarea motoarelor materiale ceramice care sa izoleze camera de ardere precum si realizarea unor injectoate cu unghi de injectare variabil .

Injector cu unghi de injectare variabil

Modelare 3d a blocului motor

Modelare 3d a chiuloasei

1.2. Motoare diesel moderne

Motorul TDI

Motorul TDI este un motor diesel turboalimentat, dotat cu intercooler si injectie directa de motorina ceea ce inseamna ca motorina este injectata direct in cilindrii motorului si nu intr-o camera de ardere divizata cum se realiza la motoarele diesel mai vechi.Controlul electronic al injectiei inseamna mai multa putere,mai putin fum si un consum mai mic de combustibil.Atat momentul de realizare al injectiei cat si cantitatea de combustibil injectata este controlata de calculator folosind un sistem de senzori tip bucla inchisa care ajuta calculatorul sa livreze atat combustibil cat poate arde in amestec cu aerul indiferent de pozitia pedalei de acceleratie.

Pentru a reduce zgomotul caracteristic motorului diesel sunt folosite injectoare in doua trepte de injectie cu cinci diuze de injectare astfel presiunea in cilindri creste treptat in timpul arderii eliminand astfel zgomotul produs de cresterea brusca de presiune.Camera de ardere are o forma spaciala si este asezata in capul pistonului realizand astfel o ardere completa a combustibilului .Motorul TDI foloseste o conexiune “drive by wire” intre pedala de acceleratie si sistemul de alimentare a motorului ,adica legatura dintre sistemul de alimentare si pedala de acceleratie nu mai este mecanica ci se realizeaza prin intermediul calculatorului care dozeaza cantitatea de combustibil tinand seama de pozitia pedalei care are un traductor de pozitie.

Camera de ardere in piston

Pentru a elimina bine cunscutele probleme ale motorului diesel pe vreme rece ,motorul TDI este echipat cu un sistem de bujii incandescente si un sistem de preincalzire a filtrului de combustibil.

Pentru controlul emisiilor TDI foloseste un sistem de recirculare a gazelor controlat electronic(EGR) in combinatie cu un convertor de oxidare catalitic(catalizatorul).

1-injector cu cinci diuze de injectare

2-turbina

3-sistem de admisie

4-camera de ardere este proiectata pentru a genera turbulente (vartejuri)

pentru a realiza o dispersie mai puternica a picurilor de combustibil

5-unitatea de control electronica a motorului foloseste 25 de” harti”(operatii) pentru a controla graficele injectiei si turboalimentarea.

Sectiune prin motorul VW Golf 4 TDI

1-filtru combustibil

2-sistem de incalzire a combustibilului

3-camera de ardere in piston

4-piston

5-injector pompa

6-supapa

7-canal de circulare a lichidului de racire

8-tachet hidraulic

9-coroana volantului

10-volant

11-bujie incandescenta

12-arbore cu came (OHC)

Motorult TDI V6 3.0L care echipeaza limuzina AUDI A8

Motorul V6 TDI este un motor foarte compact cu o lungime totala de 440mm.Carterul motorului V6 si cele doua blocuri ale cilindrilor care sunt inclinate la 90° sunt realizate din fonta cu grafit lamelar,material care are o rezistenta de doua ori mai mare decat fonta normala si tot odata cantareset cu 15% mai putin.Acesta este un pas major in sensul reduceri greutatii motorului care cantareste numai 220kg ceea ce face ca acest motor sa fie cel mai usor motor V6 din gama sa.

In comparatie cu motoarele precedente diametrul pistoanelor a fost marite la83.0mm iarcursa a fost modificata la 91.4mm.Capacitatea cilindrica totala fiind de 2967cc iar unghiul dinter cilindri este de 90° .Raportul de comprimare este de 17.0:1

Patru supape pe cilindru asigura umplerea optima a camerei de ardere. Supapele noului motor V6 sunt actionate prin intermediul culbutorilor cu role si tacheti cu reglare hidraulica.Acest mecanism de actionare a camelor reduce foarte mult frictiunea ceea ce se rasfrange asupra consumului de combustibil si asupre noxelor.Deasemenea prin folosirea acestui sistem se reduce zgomotul .Angrenajele arborilor cu came au fost rigidizate pentru a elimina cat mai mult posibil bataile dintilor la intrarea in angrenare, sunetul produs de sistemul de distributie fiind minim.Toate acestea demonstreaza ca motorul 3.0 TDI este foarte silentios.

Blocul motor este proiectat rigid ,ajuta la scaderea zgomotelor provenite de la cilindrii.O contributie signifianta este adusa acestui motor de catre sistemul de alimentare common rail de ultima generatie cu injectie pilot care face ca procesul de ardere sa fie unul linistit.

Tehnologia common rail cu injectoare piezo in linie

Combustibilul este injectat in camera de ardere prin intermediul unor injectoare de combustibil common rail de ultima generatie CRIP2+ acestea fiind realizate de firma Bosch.Acest sistem are o pompa de inalta presiune si un distribuitor pentru fiecare bloc de cilindrii.Presiunea maxima de injectare este acum de 1600bar, cu 250 bar mai mult fata de modelele precedente, cu alte cuvinte sa ne putem da seama cat de mare este aceasta presiune , este ca si cum toata greutatea unui autovehicul de marime medie ar actiona asupra unei ungii.

Aceasta presiune de injectie pulverizeaza combustibilul extrem de fin,astfel amestecul realizat arde complet.Prin acest fapt nu numai ca rezulta o putere si un moment mai mare a motorului dar si consumul scade si cu acesta si cantitatea de noxe.

Cea mai importanta inovatie in acest nou sistem common rail sunt injectoarele piezo.Pentru a utiliza acest “efect piezo” la injectoarele de combustibil, o sarcina electrica este aplicata unui element ceramic ceea ce face ca structura sa cristalina sa se modifice, adica acest material ceramic isi modifica usor geometria astfel actionand un dispozitiv hidraulic care actioneaza mecanic acul injectorului

Piezo injectoarele au un numar de avantaje in comparatie cu injectoarele clasice cu solenoid.Masa in miscare a acului injectorului este redusa cu 75% acul injectorului piezo cantareste numai patru grame in loc de saisprezece grame .Datorita acestui fapt poate livra o cantitate de combustibil mai mica cu o exactitate foarte mare si deasemenea viteza sa de lucru este mult mai mare si anume 13 metri pe secunda.Aceasta viteza de lucru este de doua ori mai mare decat cea a acului injectorului cu solenoid. Ca rezultat numarul de injectii pe ciclu poate varia fara restrictii.

Echipa de ingineri care au executat proiectul acestui motor au decis ca injectia sa se deruleze in patru faze:

-la turatii scazute ale motorului au loc doua injectii pilot si o injectie principala

-la turatie moderata a motorului este folosita doar o injectie pilot

-in jurul turatiei de 2500rot/min se realizeaza o singura injectie pilot iar apoi se injecteaza o cantitate mare de combustibil

Sectiune prin injectorul piezo

1-element ceramic piezo

2-element hidraulic

3-acul injectorului

Aceasta strategie reduce mult emisiile si face ca procesul de ardere sa se desfasoare lin ceea ce duce la scaderea cu mult a zgomotelor motorului.

Combustibilul este injectat in camera de ardere prin sapte diuze ale injectorului ceea ce face ca motorina sa fie distribuita uniform in tot volumul camerei de ardere astfel se realizeaza o ardere eficienta si atfel se reduce produsi de ardere nedoriti.

Controlul motorului este asigurat de sistemul Bosch EDC 16 care regleaza debitul de combustibil, startul injectiei ,presiunea turbinei si gradul de recirculare al gazelor de evacuare.

Sistemul de preincalzire functioneaza rapid acesta fiind format din bujii ceramice cu incandescenta si reuseste “sa aduca la viata” motorul V6 chiar in cazul celor mai scazute temperaturi .

Acest prformant motor V6 TDI echipeaza deasemenea ultima versiune Audi Q7 lansat la finele anului trecut . Acest autovehicol este un tot teren de ultima generatie(spotr utility vehicul –SUV).

Motorul TDI 2.0 montat pe noul VW Golf 5.

Motorizarile diesel pentru noul Golf sunt disponibile in doua variane:

motorul 1.9 TDI de 105 CP

motorul 2.0 TDI de 140 CP

Motorul 2.0 TDI a fost primul motor diesel de laVW care a dispus de patru supape pe cilindru.Sistemul de alimentare are in componenta injectoare pompa care realizeaza o presiune de injectie de peste 2000bar .

Sistemul de distributie dispune de doi arbori cu came (DOHC) iar actionarea supapelor se face prin intermediul unor culbutori cu role si tacheti cu actionare hidraulica.

Actionarea injectoarelor se realizeaza tot prin intermediul unor culbutori cu role, acestia fiind actionati de catre arborele cu came care actioneaza supapele de evacuare.

Deasemenea este folosita si o turbina cu geometrie variabila.

In chiuloasa aerul circula transversal si are orificiile de admisie in cilindru tangentiale la acesta si un nou sistem inovator numit “rotated valve star” care reprezinta o asezare speciala a supapelor in raport cu arborele cotit rezultand o asezare geometrica favorabila a orificiilor de admisie realizand astfel un raport favorabil intre formarea vartejurilor si umplerea cilindrului.

Alte caracteristici importante ale acestui motor includ pozitionarea centrala a injectoarelor pompa , acestea avand 6 orificii de pulverizare a combustibilului ,orificiile de injectare fiind optimizate pentru o curgere mai buna a combustibilului iar geometria camerei de ardere este complet modificata penru a realiza o ardere cat mai completa astfel acesta se incadreaza in noile norme de poluare euro 4.

Injectoarele pompa sunt de conceptie moderna, acestea fiind mult mai compacte astfel reusind sa reduca consumul cu 8% fata de modelul precedent.

Motorul diesel Ford Duratorq TDCi 1.6

Motorul TDCi echipeaza versiunile Ford Fiesta,Fusion si Transit. Acesta dispune de un bloc motor din aliaj de aluminiu si de un sistem de injectie common rail de presiune foarte inalta de generatia a treia, sistemul de distributie are doi arbori cu came in chiuloasa (DOHC),iar controlul aceleratiei se face printr-un sistem “drive by wire”

Acest motor ofera mai multa putere si un cuplu mai mare decat fratele sau mai mic de 1.4 TDCi .Acesta dezvolta 90CP la 4000rot/min si un moment de 204Nm care este oferit de la turatia de 1750rot/min rezultatul fiind un motor exceptional care deasemenea respecta regulile euro 4. Sortivitatea sa este oferita de sistemul de admisie cu patru supape pe cilindru precum si de sistemul de control al acceleratiei Powertrain Control Module (PCM)

Inima motorului Duratorq este blocul din aluminiu.Acesta a fost obtinut prin turnare sub presiune iar cilindri sunt din otel si sunt realizati si ei prin turnare.Acestia sunt asamblati in bloc prin presare si asigura rigiditate contra presiunii dezvoltata de procesul de ardere.

De partea inferioara a blocului cilindrilor se prinde carterul inferior care contine lagarele paliere,acestea fiind realizate din otel turnat si sunt inserate in bloc.Prin aceasta metoda de fabricatie se reduc mult vibratiile.

Chiuloasa este de asemenea realizata din aluminiu si este obtinuta prin matritare.Etansarea dintre chiuloasa si bloc se realizeaza prin intermrdiul unei garnituri de metal multi strat optimizata dupa geometria chiuloasei aceasta oferind o etansare perfecta dealungul lungii vieti a motorului.

Arborele cotit este otinut prin forjare si este sustinut de cinci lagare si are opt contragreutati care reduc vibratiile.

Capetele arborelui sunt etansate prin intermediul unor semeringuri rezistente la uzura PTFE.

Bielele sunt realizate prin forjare din otel special.

Pistoanele sunt realizate din aliaje usoare si sunt montate pe biela prin intermediul inui bolt flotant.In bosajele pistonului sunt montate bucse antifrictiune precum si in biela.Un control foarte riguros al tolerantei dintre piston si cilinderu asigura o etanseizare aproape perfecta a camerei de ardere iar consumul de ulei este neglijabil.

Arborii cu came sunt realizati dintr-un profil tubular iar camele sunt montate prin presare pe acesta.Acest tip de arbore este cu 30% mai usor decat unul turnat iar datorita masei reduse a acestuia forta de inertie este si ea redusa, atfel viata sistemului de actionare prin curea este mai lunga.

Arborii cu came sunt sustinuti de cinci lagare care sunt prelucrate direct in chiuloasa.Arborele care actioneaza admisia este actionat de catre o curea sincrona intarita cu fibra de sticla iar arborele care actioneaza evacuarea este actionat de catre un lant cu un element de tensionare hidraulic.

Inelele cu came opereaza cele 16 supape prin intermediul culbutorilor cu role care pivoteaza pe tacheti cu reglare hidraulica.O supapa speciala previne scurgerea uleiului de la tacheti, astfel se previne startul uscat.

Prin intermediul curelei de actonare a arborelui admisiei este actionata si pompa de injectie si pompa de apa.Pompa de ulei este actionata direct de arborele cotit.

Un modul de admisie a aerului de material plastic acopera motorul si se conecteaza la orificiul galeriei de admisiei .In acest modul de aer este integrat filterul de aer,galeria de admisie,debitmetrul de aer,separatorul de ulei,regulatorul de presiune a carterului inferior,filtrul de combustibil, unitatea EGR .

Acest motor este dotat cu o turbina cu geometrie fixa a paletelor si inertie redusa ,intercooler care a fost proiectat pentru a realiza performante optime mai ales la turatii reduse.

Pentru alimentarea acestui motor sa apelat la sistemul common rail de ultima generatie.Injectoarele folosite pulverizeaza combustibilul prin sase gauri in camera de ardere,fiecare orificiu are un diametru de 120µm.Modelul de pulverizare prin sase gauri este folosit in asa fel incat norul de particule nu se depune pe peretele cilindrilor.

Si in cazul acestui motor se foloseste injectia pilot in mai multe trepte.

Sistemul de management al motorului,primeste date de la senzorul de pozitie al arborelui ,senzorul de turatie al arborelui cu came ,debitmetrul de aer,senzorul de temperatura si presiune al combustibilului,de la senzorul din intercooler .Aceste informatii sunt apoi comparte de catre calculator cu o harta de calibrare si in functie de datele rezultatele obtinute stabileste harta injectiei.

Ford Fiesta echipat cu motorul 1.6 Duratorq TDCi.

Motorul diesel JTD

Acest motor echipeaza autovehiculele Fiat Punto si este disponibil in doua versiuni:

-1.3 L Multijet 16 supape ,70CP cu 4 cilindrii in linie si turboalimentare.

Acest motor dezvolta puterea maxima la 4000rot/min si este echipat cu o turbina cu geometrie fixa echipand furgonetele Fiat Punto.

Motorul este echipat cu injectie common rail de generatia a doua .Este dotat cu injectoare capabile sa reduca timpul intre injectii .Acestea sunt controlate de o unitate de control capabila sa modifice modelul injectiei in functie de turatia motorului ,temperatura lichidului de racire si de momentul motorului,rezultatul fiind economia de combustibil ,reducerea zgomotului precum si a noxelor iar motorul functioneaza lin.

-1.9L Multijet 16 supape ,105 CP acesta avand aceleasi caracteristici ca si modelul de capacitate mai mica,acest motor este montat pe Fiat Doblo.

Motorul D5 care echipeaza Volvo XC70

Motorul D5 dispune de un bloc motor de aluminiu acesta fiind cel mai usor din clasa sa, dispunand de cinci cilindri in linie acesta fiind initial lansat cu modelul Volvo 850 si ulterior modificat pentru functionare diesel.Deoarece chiuloasa este realizata tot din aluminiu motorul D5 cantareste doar 163kg fara cutia de viteza.

Motorul D5 produce un cuplu mai mare decat marea majoritate a motoarelor pe benzina in cinci cilindri produse de Volvo.Acesta produce un cuplu de 340Nm la numai 1750 rot/min.

Distributia este realizata de doi arbori cu came realizati din profil tubular iar camele inel sunt montate pe acesta prin presare.Arborii sunt antrenati prin intermediul unei curele sincrone cu insertii de aramid, aceasta curea actioneaza si pompa de inalta presiune.Admisia si evacuarea se face prin intermediul celor patru supape pe cilindru acestea fiind actionate prin intemediul culbutorilor cu role si a tachetilor hidraulici.

Geometria camerei de ardere din capul pistonului este riguros studiata. Pistoanele sunt realizate din aliaje usoare ,bielele sint realizate din otel forjat rezultatul fiind scaderea nivelului vibratiilor si a incarcarilor lagarelor precum si a arborelui cotit.

Sistemul de alimentare common rail adoptat de motorul D5 este de generatia a doua avand presiune de injectie mare, sistem de analiza a sarcini motorului si control al presiunii. Acest sistem este unul din cele mai evoluate sisteme din industria de autovehicule.

Cantitatea de combustibil injectata precum si timpul injectiei este controlata de valvele electromagnetice cu actiune rapida.Combustibilul este injectat direct in cilindri de injectoarele pozitionate central cu o presiune de peste 1600bar rezultatul fiind pulverizarea extrem de fina astfel arderea se realizeaza complet , emisiile de NOx si alte particule sunt scazute.

In scopul reducerii emisiilor motorul este echipat cu un sistem EGR(sistemul de recirculare a gazelor arse) ultramodern.Acest sistem reintoarce o parte din gazele de ardere in camera de ardere unde sunt arse complet.

Motorul dCI realizat de Renault

Eficienta crescuta si precizia sistemului este data de valva cu actiune rapida EGR care este actionata electronic.Gazele sunt racite in EGR inainte sa fie amestecate cu aerul din admisie .

Sursa majora de putere a acestui motor ,340Nm, o reprezinta turbina cu geometrie variabila.Cu acest sistem ,pe partea de admisie, turbina are niste palete de ghidare care isi pot modifica pozitia pentru a optimiza curgerea aerului atfel crescand eficienta turbinei dealungul plajei de turatie a motorul.Acesta inovatie permite realizarea unor presiuni mari de refulare a turbinei incepand de la turatii mici ale motorului astfel eliminandu-se problema de intarziere a turbinei. Aceasta la modelele mai vechi crea presiune de la o anumita turatie.

Paletele de ghidare sunt comandate de unitatea centrala de comanda a motorului care regleaza curgrea gazelor in turbina satfel asigurandu-se eficienta maxima.Rezultatul este ca motorul raspunde instantaneu la atingerea pedalei de acceleratie.Turbina este racita de uleiul de ungere al mororului.

Motorul 1.5 dCI echipeaza Dacia Logan si Renault Megane versiunea combi (70CP)

Acest model de motor diesel se diferentiaza de toate celelalte modele prin utilizarea unui sistem de injectie common rail la care ramapa de injectie este de constructie foarte compacta care functioneaza sub forma unui repartitor.Acest sistem este denumit “ACCELEROMETER PILOT CONTROL”(APC) si controleaza fiecare injector in parte pornind de la

injectia pilot pana la realizarea injectiei principale ,deasemenea controland presiunea de intrare a combustibilului in injectoare precum si cantitatea.

Injectoarele au un sistem de supape independente de presiune ceea ce permite folosirea unor solenoizi ultracompacti si rapizi astfel realizandu-se o injectie de mare precizie in ceea ce priveste cantitatea si timpul

Prin folosirea sistemuluiAPC arderea se realizeaza complet iar cresterea presiunii in timpul arderii se realizeaza lin astfel nivelul zgomotului produs de motor este foarte mic.

Sistemul APC al motorului dCI cu rampa distribuitor si pompa de presiune.

Motorul 1.9 dCI care echipeaza Renault Laguna

Acest motor foloseste acelasi sistem” Acelerometer Pilot Control” dar injectoarele sunt piezoelectrice atfel actionarea acului injectorului se face instantaneu ceea ce permite controlarea exacta a timpului injectiei precum si cantitatea de combustibil. La inceputul fiecarui ciclu se realizeaza o preinjectie atfel presiunea si temperatura in cilindru sunt ridicate formand conditiile optime de realizare a injectiei principale. Dupa aceasta se realizeaza o post injectie pentru arderea particulelor ramase nearse .

Arborele cotit este dotat cu contragreutati duble ceea ce limiteaza vibratiile motorului, deasemenea realizarea unui volant dublu ajuta la scaderea vibratiilor.

Acest motor este dotat cu o turbina cu geometrie variabila.

Renault Laguna

Motorul HDI

Particularitati:

Motorul HDI se diferentiaza de motoarele expuse mai sus prin utilizarea unui sistem care curata filtrul de particule prin injectarea unie substante aditiv in combusibil. Acesta este injectat in faza de post-injectie ajutand la eliminarea particulelor din catalizator. Acest aditiv trebuie completat odata la 9000km.

Motoare HDI din gama Citroen

In cadrul unei strategii globale de protectie a mediului inconjurator,Citroen dezvolta de mai multi ani o paleta de solutii eficiente.

Aceasta se traduce printr-o gama de motoare foarte putin poluante.Motoarele HDI sunt de referinta in categoria lor .Calitatile intrinseci ale acestor motoare permit o reducere cu 20% a emisiilor de CO2 si a consumului.Aceste prestatii sunt obtinute gratiei utilizarii tehnologiei Common Rail .Rampa comuna alimenteaza cele patru injectoare sub o presiune foarte mare care ajunge la 1350 bar.Acest dipozitiv comandat electronic ,permite un control optimal al dozajului amaestecului carburant/aer, orecare ar fi conditiile de utilizare.

Sistemul turbo al matorului 2.2HDI

Sectiune prin motorul 2.2 Hdi

Noul motor HDI 92

Acesta are o putere de 66kw (92 CP) avand 4400rot/min si ofera un cuplu de 215 Nm la o turatie de1750 rot/min.Acest motor a carui bloc este realizat din alumuniu este derivat din motorul HDI 110 si este inedit in gama Citroen ,el incadrandu-se in normele Euro 4 si avand un nivel scazut de consum(4.7l/100 Km in ciclu mixt de utilizare)si cu emisii de CO2 de numai 125 g-Km.

Motorul HDI 138 2.0l

Acest motor are 16 supape ,4 supape pe cilindru si dezvolta o putere de 138 CP si ofera un cuplu maxim de 320Nm la 2000 rot/min .

Precizia sistemului de injectie Common Rail de ultima generatie aduce un randament mult mai bun al motorului. Fiabilitate, suplete si rezerva de cuplu de la cele mai joase regimuri de turatie,confort acustic,consum scazut si emisii poluante reduse ,acestea sunt calitatile recunoscute care disting aceste motoare diesel.

Citroen C5

Motorul CDI realizat de Mercedes-Benz

Acest motor CDI fabricat de Mercedes foloseste un sistem de injectie common rail de generatia a treia .Aceasta tehnologie a ridicat presiunea de injectie la 1600 bar si deasemenea realizeaza un dozaj precis al combustibilului in timpul injectiei, astfel se reduce consumul de combustibil cat si cantitatea de noxe.Admisia aerului este controlata electronic prin intermediul unui debitmetru de aer ,debitmetrul fiind controlat de catre unitatea centrala de comanda.

O caracteristica remarcabila a acestui motor CDI de ultima generatie este folosirea injectoarelor piezo-electrice in locul celor cu solenoid.Timpul de reactie al acestor injectoare este de 0.1 milisecunde .Folosirea acestei tehnologii permite adaptarea injectiei mult mai rapid si precis la schimbarea sarcini si turatiei motorului.

Inginerii de la Mercedes au realizat un sistem de injectie pilot dublu care actioneaza in doar cateva milisecunde si reduce semnificativ sunetul realizat de arderea combustibilului.In plus se realizeaza o dubla post injectie pentru a curata reziduurile din filtrul de particule.

O mare parte din eforturile realizari acestui motor au fost canalizate spre reducerea pierderilor la admisia si refularea aerului din turbina.Folosind programe de simulare avansate in ceea ce priveste curgerea fluidelor sa reusit reducerea acestor pierderi cu 60% astfel sa inbunatatit curgerea aerului catre cilindri si sa otinut cresterea puterii motorului.Cantitatea de aer care intra in motor a crescut cu 15%.

In ceea ce priveste racirea aerului dupa comprimare sau realizat inbunatatiri majore prin folosirea unui intercooler racit cu apa.Acestea este integrat intr-un sistem separat de racire care foloseste doua radiatoare separate pentru racirea lichidului.

Pentru supraalimentare este folosita o turbina cu geometrie variabila la care geometria paletelor fixe si directoare a foat modificata pentru un debit crescut .

In pompa de ulei a fost montat un senzor care verifica temperatura si calitatea uleiului de ungere.Un display din cockpit atentioneaza conducatorul auto cand este nevoie ca uleiul sa fie schimbat.

Motorul este un V8 de 314 CP avand un cuplu de 730 Nm care este livrat de la o turatie de 2200 rot/min.

Sistemul Common Rail al motorului CDI

Turbina cu geometrie variabila realizata de Mercedes

Sectiune prin motorul V8

1.3. Functionarea sisremul de injectie common rail

Sistemul de injectie common rail este un sistem de injectie relative nou in industria de autovehicule de pasageri.Principalul avantaj al acestui sistem fata de alte sisteme este injectia controlata electronic,presiunea mare de injectie iar injectoarele controlate electromagnetic injecteaza combustibilul exact la momentul potrivit.Aceasta implica un consum de combustibil mai scazut si emisii scazute.

Cu toate acestea in anumite conditii de lucru (in cazul anumitor combinatii de temperature si presiune) motorul cu sistem common rail nu functioneaza lin din cauza cantitatilor de combustibil injectata care difera de la injector la injector.Masuratorile arata ca presiunea deifera intre injectoare ceea ce explica diferentele intre cantitatile de combustibil injectate.Sistemul poate fi descries prins suprapunerea diferitelor curbe de presiune astfel se poate observa fenomenul de unda(val) prezent.Daca se cunoaste comportamentul variatiei de presiune in sistem se poate evita injectarea de cantitati variabile de combustibil.Controlul cantitatii de combustibil injectate se relizeaza fie controland fiecare injector in parte fie prin pozitionarea conductelor injectoarelor in locuri mai favorabile.

Ipoteze asupra undelor de presiune

Aceste ipoteze sunt un studiu al undelor de presiune din sistemul common rail.Principalul scop al acestor ipoteze este de a explica comportamentul undelor de presiune din rampa de injectie prin realizarea unui model fizic real (Simulink1).Principalul scop al acestui program este de a obtine cat mai multe informatii despre fenomenul undelor stationare din sistem.Un viitor program mai avansat va fi folosit pentru a supraveghea functionarea injectoarelor.Pentru a putea fi siguri ca acest sistem poate fi implementat autovehiculelor trebuie mentinut cat mai simplu posibil.

Sistemul este foarte complex deaceea anumite aproximari sunt necesare deasemenea studiul nu poate include numai functionarea normala si statica a sistemului.

Metode

Deoarece modelul fizic se bazeaza pe modelul real toate ecuatiile se bazeaza pe legile fizice cunoscute ale undelor ,legea lui Newton etc.

Sistemul este divizat in doua subsisteme pentru a explica comportamentul intregului sistem cat mai precis posibil.

Doua abordari sunt folosite.In prima metoda sistemul este aproximat cu un sistem bazat pe arcuri de masa care este modelat folosind grsficele presiunii pentru a rezolva problema.Aceasta metoda se foloseste mai putin deoarece genereaza un model de ecuatii diferentiale continue care arata propagarea undelor prin sistem .Sistemul se poate realize mai putin complex prin simplificarea derivatelor partiale continue.Conditiile limita care descriu comportamentul fizic al undelor la capetele rampei sunt transformate in semnale si sunt introduce in programul Simulink.

Acest sistem este folosit de Mercedes-Benz in autovehiculele de pasageri.Acest sistem asigura mai multa flexibilitate fata de orce sistem de injectie folosit anterior, dar acest sistem trebuie sa suporte presiuni mult mai mari .In cele ce urmeaza vom descrie mai pe larg acest sistem.

Circuitul de inalta presiune

conducta alimentare

pompa de inalta presiune

rampa injectie

injector

conducta de legatura

Circuitul de inalta presiune contine pompa de inalta presiune ,o valva de control al presiunii ,rampa de injectie impreuna cu un sensor de presiune.conductele de inalta presiune si injectoarele.Aceasta parte a sistemului C.R este responsabila de mentinerea a unei presiuni inalte stabile in rampa de injectie si de injectarea combustibilului in camera de ardere.Pompa de inalta presiune pompeaza combustibil in rampa de injectie la o presiune maxima de 1350 bar.Pentru fiecare piston exista cate un injector care are o valva electromagnetica care primeste un semnal electric de la unitatea de comanda.In momentul cand primeste acest semnal supapa se deschide si are loc injectia.Supapa de control al presiunii in momentul injectiei tine presiunea constanta in rampa de injectie.Controlul supapei se bazeaza pe senzorul de presiune care este montat in rampa de injectie care simte orice variatie a presiunii .In momentul scaderii presiunii din rampa senzorul da comanda supapei de reglare a presiunii,aceasta se descide iar combustibilul de la pompa patrunde in rampa mentinand presiunea constanta.

Circuitul de joasa presiune

Circuitul de joasa presiune alimenteaza cu combustibil partea de inalta presiune.Combustibilul este extras din rezervor prin intermediul unei pompe de joasa presiune ,este apoi trecut prin filtru de combustibil ajungand in pompa de inalta presiune a sistemului.Combustibilul neinjectat se reantoarce in rezervor prin intermediul valvei de reglare a presiunii

Unitatea de control. ecu

Unitatea de control evalueaza diferitele semnale primate de la senzori si supravegeaza functionarea corecta a intregului sistem de injectie.Principala sarcina a unitatii de control este sa mentina presiunea in rampa de injectie la valorile dorite precum sa controleze supapa de reglare a presiunii deasemenea sa dea comanda injectiei .Unitatea de control calculeaza cantitatile de combutibil care urmeaza a fi injectate precum si momentul oportun de realizare a injectiei, duratasi terminare a acesteia pe baza informatiilor primate de la senzori informatii precum presiunea din rampa de injectie pozitia pedalei de acceleratie si temperatura aerului .

Senzorii de temperature a gazelor de ardere

Pompa de inalta presiune

Pompa de inalta presiune este conectata la arborele cu came astfel ea se roteste cu jumatate din turatia arborelui cotit. Ea are trei pistonase care pompeaza combustibil in conducta de inalta presiune care alimenteaza rampa de injectie.Intr-o situatie ideala semnalul trimis de pompa care caracterizeaza presiunea ar fi constant dar in realitate semnalele trimise de pompa sunt sinusoidale si sunt de amplitudini diferite.Frecventa principala a semnalului este de trei ori frecventa pompei ceea ce inseamna in jur de 57Hz la o turatie a motorului de 2300 rot/min.Semnalul sinusoidal rezulta din miscarea pistonaselor pompei .Semnalul pompei este redat mai jos.

Presiunea de valori ridicate se obtine prin actiunea celor trei pistonase care sunt asezati intr-o pozitie radiala la un ungi de 120° si datorita actiunii lor se genereaza presiuni de la 150 bar pana la 1350 bar si chiar mai mult la pompele de ultima generatie. Miscarea alternativa a pistonaselor este asigurata de o cama triunghiulara care este montata pe arborele pompei si fiecare grup de pompare are o valva de aspiratie si una de refulare ,supapa de aspiratie avand o forma de taler iar cea de refulare are o forma sferica.

Valva de control a presiunii

Valva de control a presiunii de la capatul rampei de injectie este electromagnetica si este comandata de catre un smnal rectangular care este dat de catre unitatea de control,frecventa semnalului este in jur de 1000 Hz.

Unitatea centrala primeste informatii despre valorile presiunii din rampa de la un sensor de presiune .Cand valoarea impulsurilor de presiune se mentine la o valoare de aproximativ 1000Hz valva ramine inchisa cand valoarea aceasta creste ea se deschide iar presiunea se egalizeaza.

frecventa impulsului

Valva de control al presiunii

Injectoarele

Injectoarele sunt responsabile pentru injectarea combustibilului in camera de ardere.

Cantitatea de combustibil injectata si momentul injectiei este comandata de unitatea centrala iar semnalele sunt transmise la supapa electromagnetica a injectorului.Inchiderea si deschiderea supapei din injector este controlata de electromagnet.Mai intai are loc injectia pilot apoi se produce injectia principala.Deoarece valva injectorului se inchide rapid in conducta injectorului are loc fenomenul numit “lovitura de berbec”.

Injectia pilot

Injectia pilot se mai numeste si injectie dubla si este foarte utilizata in present pentru avantajele arderii complete si reducerea graduliu de fum si a oxizilor de azot.Doza ciclica se imparte in doua parti inegale .Cantitatea mai mica se numeste pilot care se injecteaza cu acelasi avans βi ca si la injectia normala doar ca ridicarea acului injectorului(curba1) este mai mica durata de injectie este άi1 .Combustibilul pilot ajuns in camera de ardere se vaporizeaza mai repede in aerul comprimat si se aprinde cu o intarziere mai mica decat la injectia normala.Cresterea de presiune este moderata fata de injectia normala.Combustibilul care se injecteaza la a doua ridicare a acului άi2 gaseste conditii de temperature si presiune optime ca sa arda pe masura injectiei,aceasta fiind o ardere progresiva,presiunea maxima pe ciclu este mai mica dar suprafata diagramei pilot este mai mare si ca urmare motorul castiga putere.Aceste aspecte positive au determinat constructorii in present sa faca o divizare si mai mare a dozei ciclice, pe langa injectia pilot 1 mai fiind 3,4,5 injectii cu scopul ca arderea sa fie cat mai completa.

Injectie pilot 1 injectie pilot 2

injectia principala

inceperea arderii

Injectia pilot poate fi continua sau discontinua.La injectia discontinua acul se ridica de doua sau de mai multe ori de pe scaun.

Injectorul are doua orificii laterale Od siOp aceste din urma fiind orificiul principal de injectare.Cand acul injectorului 1 se ridica primul orificiu care se deschide este orificiul lateral Od prin care se injecteaza combustibilul pilot si numai dup ace stiftul paraseste orificiul Op icepe injectia si prin orificiul principal adica restul dozei.Stiftul are rolul de a crea o sectiune variabila de curgere a motorinei adica realizeaza o anumita lege de curgere aleasa de constructor , mai are rolul si de curatire continua a orificiului Op de depunerile de cox.La turatii mici acul se ridica lent iar cea mai mare parte a motorinei este injectata prin orificiul Od care este orientat spre centrul camerei de vartej unde temperatura aerului este mai mare iar evaporarea este favorizataceea ce este un mare avantaj la turatii reduse.La turatii mari acul se ridica brusc ca urmare scade cantitatea injectata prin Od si cresta prin Op.

In poza de mai jos se poate observa cele patru ciluri din motorul diesel incepand cu amisisa (poza1), comprimarea si inceperea arderii initiata de injectia pilot(poza2), urmeaxa injectarea cantitatii principale de combustibil (poza3) iar in final inceperea evacuarii (poza4).

1.4. Formarea amestecului in motoarele diesel moderne dotate cu sistem Common Rail

Masuratorile au fost realizate cu ajutorul unei instalatii speciale de diagnoza optica iar motorul folosit este un motor diesel JTD 1.9L cu patru supape pe cilindru,turboalimentat.

Engine type 1910 JTD

Cylinder 4 cyl. in-line

Bore 82 mm

Stroke 90.4 mm

Capacitate cm³

Raportul de comprimare 18.45

Motor VW folosit pentru standul de proba

Formarea amestecului

Camera de ardere cu aces optic ne permite sa studiem pulverizarea combustibilului care este injectat intr-un singur jet la presiune foarte ridicata si anume ne permite sa studiem distributia jetului de combustibil precum si marimea particulelor de combustibil pulverizat si puterea de penetrare a acestora.

In figura 7 se prezinta imaginile digitale pornind de la inceputul injectiei si pana la inceputul arderii pentru un motor cu C.R care functioneaza la o turatie de 1000rot/min si care are injectie pilot si injectie principala(fig6).

fig 7

Desi injectia pilot a inceput la 13BTCD(fig6) jetul de combustibil nu este vizibil decat de la 11BTCD(fig7).Acesta se datoreaza intarzierii mecanice a injectorului

Fig 7

Fig 6

Se poate observa o buna atomizare a jetului datorat sistemului C.R ,a presiunii inalte de injectie si dimensiunilor mici a gaurilor.In timpul fazei de injectie ,jetul intalneste vartejul de aer si este usor distorsionat aceasta are loc la o turatie mica a motorului

Fig 8

In 1CAD combustibilul pilot se evapora rapid si dispare inaintea inceperii injectiei principale (fig7).Oricum datorita temperaturii si presiunii locale mici combustia care a avut loc nu a aparut in figura.In timpul injectiei principale, jetul lichid a penetrat aproape liniar ajungand la lungime maxima in aproximativ 3CAD

Rezistenta aerodinamica puternica sparge picaturile de combustibil si le reduce dimensiunile.Pe masura ce injectia este realizata are loc vaporizarea combustibilului si lichidul pulverizat devine foarte fin iar lovirea de peretii cilindrului a fost evitata.

Evolutia vaporilor in camera de ardere a fost obtinuta prin masuratori cu raze ultraviolete .Unele illustrative spatiale si temporale ale distributiei vaporilor sunt date in figura 8

Distributia vaporilor la diferite valori ale unghiului arborelui in timpul perioadei de pre injectie

Vaporii se raspandesc in jurul jetului de combustibil iar concentratia lui creste dinspre peretii cilindrului spre centrul camerei de ardere totul petrecandu-se in timpul pre injectiei cat si in timpul injectiei principale.

Fig 9 Harta presiunii de ardere ,cantitatea de caldura disipata si curentul provocat de injector la 1000rot/min si 800bar.

In figura 10 este prezentata preinjectia si arderea cantitatii de combustibil pilot .Se observa o schimbare in multijet datorat intarzierii mecanice a injectorului.

Injectia este aproape simetrica , varful jetului nu este deviate de catre vartej.In toate jeturile se poate observa un centru lichid dens care nu ajunge in contact cu fundul camerei din piston si ajunge la peneratie maxima in mai putin de 1CAD.Pre injectia pote fi considerate ca incheiata la 5CAD BTCD.Se poate observa ca jetul de combustibil este foarte bine pulverizat spre varf si mai mult ,forma si felul penetrarii celor doua injectii, pilot si principala sunt similare.Picaturile din jetul injectiei pilot nu se aprind imediat,acestea au nevoie de o intarziere la autoaprindere de 4CAD pana cand se poate observa inceputul aederii in semnalul presiunii fig 8.

Putem concluziona ca amestecul aer combustibil in doua sisteme de aprindere(fig 7si 9) ,pana la aparitia flacarii luminoase nu arata diferente substantiale.Acesta rezultate arata ca presiunea inalta de injectie poate sa invinga infuenta vartejului de aer.Se stie ca datorita diferentei mari de presiune dalungul diuzei injectorului combustibilul lichid intra in camera de aredere cu o viteza foarte mare si este pulverizat intr-un numar mare de picaturi de diferite marimi care au viteze diferite.[8,26,32].In sistemul de injectie de inalta presiune se poate observa ca masa de aer din jetul pulverizat isi mareste latimea dar jetul rezultat astfel depinde tot mai putin de gradul vartejului si de turbulenta fluidului care patrunde in camera de ardere[10,33].

Fig11 Evaluarea dimensiunilor picaturilor de combustibil pentru conditiile de functionare a motorului din figura 6

Fig10 Imagini digitale ale jetului de combustibil pulverizat prin sase gauri pentru conditiile de funcionare a motorului din figura 9.

SCEMA GENERALA A SISTEMULUI COMMON RAIL

Componenta:

1-pompa de inalta presiune

2-valva de inchider

3-valva de control al presiunii

4-filtru de combustibil

5-rezervor de combustibil cu filter preliminare si pompa de alimentare

6-unitate de control electronica

7-unitate de control al bujiilor incandescente

8-baterie

9-rampa de injectie

10-senzorul de presiune din rampa

11-limitatorul de a;imentare al injectorului

12-valva de limitare a presiunii

13-senzor de temperature al combustibiluli

14-injector de combustibil

15-bujie incandescenta

16-senzor de temperature al lichidului de racier

17-traductor de turatie montat la arborele cotit

18-traductor de turatie montat la arborele cu came

19-senzor de temperature al aerului aspirat

20-senzor de presiune al turbinei

21-debitmetru de aer

22-turbina

23-calculator de control al geometriei paletelor turbinei

24-modul de control al debitului turbinei

25-pompa vacuum

26-instrument de afisare a consumului

27-senzor de pozitie a pedalei de acceleratie

28-contact de la pedala de frana

29-contact de la ambreiaj

30-senzor de viteza a autovehicolului

1.5. Injectia pompa diuza(injector pompa)

Generalitati

Asa cum spune numele “injector pompa” este o pompa de injectie cu o unitate de control si cu o diuza de injectie ,toate aceste componete combinate formeaza o singura componenta.Fiecare cilindru al motorului are propia sa unitate diuza pompa astfel conductele de inalta presiune nu mai sunt necesare.Sistemul diuza pompa este montata direct in capul cilindrului.Pentru a actiona acest ansamblu ,arborele cu came are patru came aditionale .Ele actioneaza pistonul pompei prin intermediul unor culbutori cu role.

Camele care actioneaza culbutorii au un flanc foarte inclinat.In acest fel pistonul pompei este impins in jos foarte rapid si este generata o presiune de injectie foarte mare intr-un timp scurt.Datorita flancului camei care coboara usor pistonul pompei revine usor in pozitia initiala , atfel combustibilul curge inpoi in zona de inalta presiune fara sa formeze bule.

Pentru desfasurarea arderii in motorul diesel o usoara intarziere la autoaprindere este de importanta majora.Daca este injectata o cantitate mare de combustibil duce la o aprindere instantanee combinata cu o crestere instantanee de presiune ceea ce cauzeaza producerea de zgomote puternice.

Astfel pentru a obtine un mers linistit al motorului este injectata mai intai o cantitate de combustibil mai mica inainte de injectia principala.Datorita pre injectiei presiunea si temperature in camera de ardere creste astfel la realizarea injectiei principale sunt indeplinite conditiile de aprindere rapide a combustibilului

Sistemul diuza pompa realzeaza cea mai inalta presiune de injectie 2050bar astfel ralizandu-se o pulverizare extreme de fina a combustibilului astfel se realizeaza un amestec foarte bun al aerului cu combustibilul ceea ce duce la o ardere completa.La sfarsitul injectiei este foarte important ca presiunea de injectie sa scada rapid iar acul diuzei sa inchida orificiul rapid astfel se evita picurarea combustibilului in camera de ardere.

Functionarea sistemului pompa-diuza

Cursa de aspiratie (fig a)

Arcul urmaritor(3) impinge in sus pistonul pompei.Combustibilul din partea de joasa presiune este aspirat si este introdus in camera valvei cu solenoid(6) prin intermediul canalelor din blocul motor si canalul de admisie (7)

Comprimarea initiala (fig b)

Cama in miscare (1) continua sa se roteasca fortind pistonul sa se deplaseze in jos.Valva cu solenoid este deschisa pentru ca pistonul pompei sa poata introduce combustibilul in canalul de retur(8)

Realizarea injectiei(c)

La un moment dat unitatea de control da semnalul de deschidere a valvei(9) iar acul injectorului este ridicat de pe scaunul sau(10) iar legatura dintre camera de inalta presiune si partea de joasa presiune este inchisa.Aceasta actiune bine stabilita in timp se numeste startul electric al injectiei.Inchiderea acului valvei cu solenoid cauzeaza o schimbare in circularea curentului prin bobina electromagnetului.Acest fapt este recunoscut de catre unitatea de control ca inceputul injectiei si reprezinta startul urmatoarelor etape ale injectiei.Urmatoarea miscare a pistonului pompei face ca presiunea in camera de inalta presiune sa creasca,astfel creste si presiunea din diuza injectorului.Cand presiunea din zona de deschidere a acului ajunge la o valoare de 300bar acul diuzei(11) este ridicat de pe scaun iar combustibilul este pulverizat in camera de ardere.datorita vitezei mari de pompare a pistonului pompei presiunea continua sa creasca dalungul procesului de injectie.

Injectia reziduala (d)

Imediat ce curentul in bobina electromagnetului este intrerupt valva se deschide cu o intarziere scurta si deschide legatura dintre camera de inalta presiune si partea de joasa presiune.

Maximul presiunii de injectie se atinge in faza tranzitorie dintre inceputul injectiei si injectia reziduala.In functie de tipul pompei presiunea variaza intre valorile de 1800 si 2050bar.Imediat ce valva cu electromagnet se deschide presiunea scade brusc iar cand presiunea scade sub aceste valori diuza se inchide si injectia ia sfarsit.Combustibilul neinjectat ramas in corpul injectorului se intoarce in rezervor prin canalul de retur.

Acest sistem de injectie este foarte sigur , in caz de defect cel mai rau lucru care se poate intampla este ijectarea de combustibil necontrolata. De exemplu daca valava ramane blocata pe pozitia inchis combustibilul nu mai poate patrunde in camera de inalta presiune astfel injectia nu se mai poate realize.

Injectorul pompa este montat in capul cilindrului atfel acesta este expus unor temperature ridicate .Astfel pentu a mentine temperature acestuia cat mai coborata posibi este racit de combustibilul care se intoarce in partea de joasa presiune.

La admisia combustibilului in injector se aplica masuri speciale pentru ca diferentele de temperatura a combustibilului injectat in cilindrii san nu difere cu mult.

Scema montarii injectorului in chiuloasa

Actionarea inectoarelor prin intermediul culbutorilor cu role

Pompa de alimentare a sistemului pompa diuza

1.6. Turbosupraalimentarea motoarelor diesel

Generalitati:

Un turbocompresor este un compresor care este antrenat de gazele de ardere prin intermediul unei turbine.Turbocompresorul este compus din doua parti:

-partea de compressor

-partea de turbina

Compresorul este montat pe partea de admisie si are rolul de a comprima aerul care patrunde in camera de aredere la o presiune mult mai mare decat presiunea atmosferica astfel sporind astfel eficienta volumica a motorului cu mult peste cea a motoarelor aspirate natural.

Turbina actioneaza compresorul transformand energia pierduta prin gazele arse,turbina si compresorul aflandu-se montate pe acelasi ax.

Functionarea compresorului

Compresorul mareste presiunea aerului care intra in motor astfel o masa mai mare de oxigen patrunde in camera de ardere in acelasi interval de timp, desigur si cantitatea de combustibil injectata trebuie marita pentru a pastra acelasi raport de amestec dintre combustibil si aer,astfel puterea motorului creste substantial.

Cresterea de presiune se numeste”boost”si se masoara in pascali sau bari.Energia din combustibilul suplimentar injectat duce la o creste cu mult a puterii motorului.Spre exemplu cand turbine functioneaza la o eficienta de 100% compresorul furnizeaza o presiune de 101kPa astfel se dubleaza cantitatea de aer care patrunde in camera de ardere pentru ca presiunea totala este de doua ori mai mare decat presiunea atmosferica.Cu toate acestea exista o pirdere de putere datorata caldurii si contrapresiunii create de turbine din acest motiv compresorul functioneaza la un randament de 80%.Pierderi de putere se inregistreaza si datorita faptului ca motorul trebuie sa depuna efort pentru actionarea turbinei care se poate compara cu un obstacol in evacuarea gazelor.

Prin comprimarea aerului la presiuni mari apare un mare dezavantaj acesta fiind cresterea temperaturii aerului.Prin cresterea temperaturii scade densitatea aerului astfel in camera de ardere patrunde mai putin oxigen.Se poate intampla ca aerul care iese din compressor sa atinga temperaturi de 90°(200°F) astfel aerul care iese din compresor trebuie racit inainte sa intre in motor.Acest lucru se realizeaza cu ajutorul uniu schimbator de caldura numit “intercooler”

Montarea intercoolerului-motor v8

tip de intercooler

Turbina se roteste la turatii intre 80000 si 150000 rot/min.Asemenea turatii ridicate ar crea probleme pentru rulmentii normali astfel ca turbinele folosesc lagare cu sustentatie hidrodinamica .Uleiul sustine arborele prin pelicula care o formeaza si totodata prin curgerea sa raceste piesele in miscare.Uleiul este luat din circuitul motorului si de obicei acesta trebuie racit prin intermediul unui racitor de ulei inainte sa se reintoarca in circuitul motorului.

Racitor de ulei

Turbinele moderne folosesc lagare de rostogolire foarte precise la care coeficientul de frecare este mai mic decat cel al lagarului cu sustentatie hidrodinamica.Bilele acestor lagare se afla suspendate in cavitati cu ulei care este introdus sub presiune .Aceasta tehnologie permite folosirea unor matreiale mai usoare pentru realizarea arborelui turbinei.

Tipuri constructive de turbine

Turbina clasica Turbina cu supapa de control al presiunii

Turbina care controleaza presiunea prin intermediul unei celule de vid

Turbina cu geometria paletelor variabila

Turbina cu geometrie variabila si control al paletelor prin servomotor

Schema sistemului de ungere al turbinei si al lagarelor turbinei

1-carcasa compresorului

2-paletele compresorului

3-lagarul partii compresorului

4-carcasa din spatele paletelor

5-carcasa turbinei

6-paletele turbinei

7-lagare cu sustentatie hidrodinamica

8-corpul de montare a lagarului

-cu albastru este indicat traseul de admisie a aerului

-cu rosu se indica traseul gazelor arse

-cu galben este indicat traseul uleiului de ungere prin corpul turbinei

-cu rosu reprezentata turbina

-cu albastru este reprezentat compresorul

Schema functionarii sistemului turbo

Aerul din mediul ambiant este absorbit de catre compresor care este actionat de catre turbina.Acesta este comprimat de compresor si apoi este introdus in intercooler unde este racit iar apoi este introdus in cilindrii motorului unde are loc arederea.

Gazele de ardere ies cu presiune din cilindrii motorului si actioneaza turbina iar apoi sunt evacuate.

Kit turbo cu intercooler

1.7. Sisteme de injectie Common Rail de generatia a doua

Sistemul common Rail sau rampa comuna este sistemul de injectie cel mai raspandit intre ultimele generatii de motoare Diesel.Ofera deasemenea cel mai mare potential de evolutie .In ultimi doi ani s-au realizat presiuni de injectie de 1800 bar,pre si post injectie, auto-adaptare sau comanda piezo-electrica. Evolutia cea mai recenta este multi-injectia cu posibilitate de realizare de pana la cinci injectii pe ciclu.

Diferenta majora intre un sistem Common-Rail si injectia clasica din anii 90 o reprezinta folosirea de injectori pilotati electric.

Primele cercetari asupra acestui procedeu sunt puse in contul societaii Elasis , Magneti Marelli si grupul Fiat plecand din 1990.

Perioada de cercetare sa terminat in 1994 si societatea Bosch a intervenit pentru faza de industrializare a conceptului.Alfa Romeo 156 a fost prima masina echipata cu injectie Common-Rail in 1997 .

Principalul scop al injectiei Common-Rail este de a reduce zgomotul produs de combustie. Trebuie stiut ca sunetul specific motorului diesel provine din intarzierea autoaprinderii combustibilului. In timpul ijectiei combustibilul nu se aprinde in momentul intrarii in cilindru, ci dupa un anumit timp care depinde de diversi factori precum temperatura carburantului si a aerului , de presiunea de la sfarsitul comprimarii, de finetea injectiei si de indicele cetanic al combustibilului.

Cu sistemul de injectie clasic, o mare cantitate de combustibil este injectata cand amestecul combustibil se aprinde de unde si zgomotul carescut ,mai ales cand motorul este rece.

In continuare este prezentat sistemul Common-Rail si injectoatul piezo-electric al motorului V8 al autovehicolului Audi A8.

Injectia pilotata

Solutia este atunci sa cream o prima injectie cu o infima cantitate de carburant pentru a mari temperatura si presiunea din interiorul cilindrului, apoi cantitatea necesara este injectata pentru ca motorul sa elibereze putere iar zgomotul generat este clar mai slab. Aceasta prima injectie este numita injectie pilot.

Common-Rail a doua generatie realizata de Bosch

Injectie realizata la 1600 bar

Injectia pilot dureaza cateva zeci de micro secunde si cantitatea injectata este de ordinul 1 pna la 2 mm(o injectie medie este de 30mm).

Prima generatie de Common-Rail este capabila sa creeze aceasta injectie deoarece injectoarele sunt comandate electric si nu hidraulic. Sistemul este total independent de presiunea de injectie. Aceasta injectie pilot reduce fumul alb si albastru produs de motor in timp ce demareaza la rece.

Mai mult decat atat , sistemul este capabil sa realizeze o post injectie pentru a reduce emisiile de NOx si pentru functionarea filtrului cu particule utilizat de Citroen si Peugeot.

Astazi sistemul permite deasemenea reducerea consumului de combustibil precum si reducerea emisiilor de gaze poluante.

A doua generatie de sisteme Common-Rail

Sistemul CR de a doua generatie este caracterizat prin dezvoltarea sistemului principiului de multiinjectie. Este capabil sa realizeze pana la cinci unjectii pe cilindru in acelasi ciclu. Pentru o cantitate de carburant identica, fractionarea injectiei in mai multe cantitati mai reduse, ne permite sa obtinem o ardere mai progresiva si mai completa. Avantajul este reducerea emisiilor sonore produse de ardere si reducerea emisiilor poluante la esapament, la fel ca si o marire a cuplului si a puterii.

Pentru a ajunge la aceasta performanta, timpul intre doua injectii consecutive a fost redus de la 1500 de microsecunde la 150 de microsecunde si cantitatea minima de carburant injectat de aproximativ 2 mm la mai putin de 1mm.

Injectoarele au suferit deci serioase ameliorari iar unitatea electronica de comanda este capabila de calcule rapide si complexe.

Unul dintre motoarele ce utilizeaza a doua generatie de Common-Rail, este noul motor 1.3 multijet 16 supape Fiat .

Iata cateva exemple ale procesului sau de injectie:1.3 Multijet

in timp ce temperatura apei este mai mica de 60°C si cuplul impus este mai mic, sistemul realizeaza doua injectii mici si o injectie principala, foarte apropiate unele de altele.

Pe masura ce cuplul creste , doua injectii sunt realizate: una mica si una mare

La regimurile sporite si in caz de cerere a unui cuplu mai mare, o singura injectie are loc

In timp ce temperatura creste peste 60°C, logica se schimba din nou, incat minimizeaza emisiile. Procedura cuprinde atunci o injectie principala precedata si urmata de doua mai mici.

Circuitul de alimentare

Sistemul este alimentat in prima faza de catre o pompa mecanica iar apoi de una electrica clasica. O a doua pompa ridica presiunea, iar apoi alimenteaza rampa comuna si injectoarele. Aceasta presiune este controlata electronic si este independenta de regim plecand de la 250 pana la 1600 bar.

Unitatea electronica de comanda controleaza injectia de combustibil si anume timpul de realizare a injectiei si cantitatea de carburant.

Injectoarele

Injectorele sunt alimentate in permanenta de combustibilul sub presiune.In repaos presiunea se acumuleaza la cele doua capete ale injectorului(in rosu). Suprafata superioara fiind mai mare, presiunea impinge acul in jos ,ceea ce permite sa il mentina inchis.

Cand electrovalva primeste un impuls electric,aceasta se deschide iar combustibilul ajunge deasupra acului. Acesta din urma este dezechilibrat, se deplaseaza in sus si deschide diuza de injectie. Astfel carburantul este injectat in cilindru. Daca supapa electromagnetica se inchide presiunea se instaleaza din nou deasupra acului si acesta se inchide.

Funnctionarea aceasta este a unui injector clasic pe care il regasim la bosch si la Denso. Dar in acest mediu foaret concurential, doua alte chipamente au sosit pe piata cu o supralicitare de tehnologie. Delphi a introdus un sistem de autocalibrare si un injector care are o functionare putin mai diferita. Siemens a mers mai departe lansand injectorul cu comanda piezo-electrica.

Aceste doua echipamente sunt prezentate in urmatoarele pagini.

Sistemul Delphi-auto calibrare

Mai multe particularitati marcheaza sistemul Delphi. Acest sistem a integrat un calibraj propriu pentru fiecare injector. Performanta fiecarui injector este masurata la sfarsitul procesului de fabricare si rezultatul este introdus in unitatea electronica de comanda,aceasta compensand diferentele de performanta eliminand diferentele dintre cilindri in functionare. Fiecare injector are un cod de performanta care la montarea unui nou injector trebuie introdus in unitatea electronica de comanda.

Supapa electromagntica nu comanda direct ridicarea acului. O supapa amlifica actiunile supapei electromagnetice pe cale hidraulica. Aceasta supapa este independenta de presiune. Acest sistem permite folosirea unei supape electromagnetice de dimensiuni mai mici.Cu ajutorul acestei supape se realizeaza dozari mai precise si mai rapide a carburantului.

Delphi sa gandit sa mentina nivelul sau de performanta in timp. Pentru a corecta deviatiile datorate imbatranirii materialului recalibrarea injectoarelor este facuta in permanenta. Pentru asta un captor de zgomot , numit APC ( Accelerometru Pilot Control) este plasat pe blocul motor si informeaza in permanenta asupra calitatii fiecarei injectii pilot. In caz contrar de esec informatiile injectorului sunt modificate.

Rampa comuna este inlocuita de o sfera comuna. Interesul este de a castiga loc ceea ce este de apreciat la motoarele mici.

Presiunea de alimentare este variabila si este controlata de catre un senzor de presiune. Pompa realizeaza presiune in functie de informatiile date de unitatea electronica de comanda. Avantajul este de economisire a puterii folosita de pompa si de a nu utiliza decat necesarul. El elimina supapa de reglare a presiunii si circuitul de retur a combustibilului. Presiunea maxima de injectie este de 1800 bar .

Functionarea injectorului

Presiunea impinge acul in jos. Orificiul injectorului este inchis.

Supapa electromagnetica primeste comanda si se deschide. Presiunea deasupra acului creste.

Presiunea de la baza acului face ca acesta sa se ridice

Supapa electromagnetica nu mai primeste comanda si aceasta incepe sa se inchida. Presiunea de deasupra acului creste din nou iar acul coboara si inchide diuza.

Motoarele ce folosesc acest tip de injectie sunt cele de pe Renault Clio, Dacia Logan 1.5 DCI si Ford Focus. Aceasta generatie de injectie Common-Rail se numeste Multec DCR.

Sistemul Siemens.Precizie si rapiditate

Sistemul din grupa Siemens VDO Automotive este ultimul aparut si cu siguranta cel mai original. Trebuie spus ca siemens utilizeaza o tehnologie inca rar folosita: piezo-electricitatea. Din contra, aceasta tehnologie nu este noua pentru industria auto care o utilizeaza de cinci ani pentru alte aplicatii.

Elementele piezo-electrice sunt elemente de origine ceramica care au particularitatea de a se deforma sub actiunea trecerii curentuli electric in cateva milisecunde, de patru ori mai repede decat un solenoid. Aceasta deformare foarte precisa este de 0.8 microni.

Dupa cum ati ghicit, elementele piezo-electrice ( in verde pe desen) sunt utilizate pentru a deschide injectorul. Ridicarile lor sunt atat de mici incat se utilizeaza trei artificii de amplificare a miscarii:

400 de elemente (in verde)sunt cladite unele peste altele pentru ca ridicarea acului injectorului sa fie destul de consecventa. Ansamblul este comandat sub o tensiune de aproape de 100 volti.

Ridicarea acului este amlificata de catre un levier(cu rosu pe desen).

Ca si pentru sistemul Delphi, o valva amplifica hidraulic miscarea acului(cercul albastru).

Cu o astfel de miniaturizare, injectia castiga in finete si permite timpi de injectie foarte scurti.

1.8. Lista motoarelor Diesel produse de concernul Volkswagen-Audi

Moatoare cu patru cilindrii

Motorull 1.9 TDI 90-150 cp

Motorul 1.9 TDI este un motor emblematic de la VW, dezvoltand mai multe puteri in functie de versiune. In versiunea pentru Passat a fost introdus in versiunea de 90 cp in 1993, motorul de 110 cp a fost lansat prima data in 1996 iar primul motor diesel echipat cu injectoare pompa a fost introdu in 1998 avand 115cp.

Configuratie:

– 1896 cc cu patru cilindri in linie

Chiuloasa:

– SOHC, realizata din aluminiu

– Raport de comprimare 19,5:1

Bolocul motor:

realizat din fonta cenusie prin turnare

Diametru*cursa: 79,5mm x 95.5 mm

Aspiratie:

-turboalimentat

-galerie de admisie din alumuniu realizata prin turnare

Arborele cotit:

realizat din otel prin forjare

biele obtinute prin forjare din otel

arbore cu came realizat dintr-o bucata

Sistemul de alimentare:

-injectie directa de motorina prin intermediul injectoarelor pompa

Puteri realizate:

66kW(90 CP) la 4000 rot/min, 240 Nm de la 1900 rot/min VW Sharan

74kW (100CP) la 4000 rot/min,240 Nm de la 1800-2400 rot/min Golf,Jetta, Beetle , Scoda Fabia

78 kW(105CP) la 4000 rot/min, 250 Nm de la 1900 rot/min, Seat Altea, Golf

noul Passat

96 kW(130CP) la 4000 rot/min, 285 Nm la 1900 rot/min, Audi A4 Scoda Superb, VW Bora

110kW(150CP) la 4000 rot/min, 320 Nm de la 1900, VW Golf IV, Seat Leon, VW Bora

118 kW (160CP) la 3750 rot/min, 330Nm de la 1900 rot/min, Seat Ibiza, Seat Cupra

Motorul 2.0L TDI 134-170 cp

Configuratie:

– 1968 cc cu patru cilindri in linie

Chiuloasa:

– SOHC, realizata din aluminiu

– Raport de comprimare 18,5:1

Bolocul motor:

realizat din fonta cenusie prin turnare

Diametru*cursa: necunoscut

Aspiratie:

-turboalimentat, intercooler

-galerie de admisie din alumuniu cu controlul turbulentei

Arborele cotit:

realizat din otel prin forjare

biele obtinute prin forjare din otel

arbore cu came realizat dintr-o bucata

Sistemul de alimentare:

-injectie directa de motorina prin intermediul injectoarelor pompa piezo-electrice ,presiune de injectie realizata 2200 bar

Evacuare:

-filtru de particule

Puteri realizate:

100kW(136 CP) la 4000 rot/min, 320 Nm de la 1750 rot/min

103kW (140CP) la 4000 rot/min,335 Nm de la 1900-2400 rot/min

125 kW(170CP) la 4000 rot/min, 350 Nm de la 1800 rot/min,

Motoare cu cinci cilindri in linie

Motorul 2.5L R5 TDI 131/174cp

Configuratie:

– 2465 cc cu patru cilindri in linie

Chiuloasa:

– OHC, realizata din aluminiu, doua supape pe cilindru

– Raport de comprimare 18,0:1

Bolocul motor:

realizat din fonta cenusie prin turnare

Diametru*cursa: 81 x 95,5

Aspiratie:

-turboalimentat, intercooler,turbina cu geometrie variabila

Arborele cotit:

realizat din otel prin forjare

biele obtinute prin forjare din otel

arbore cu came realizat dintr-o bucata

Sistemul de alimentare:

-injectie directa de motorina prin intermediul injectoarelo pompa

Puteri realizate:

128kW(174 CP) la 3500 rot/min, 400 Nm de la 2000 rot/min

96kW (131CP) la 3500 rot/min,

Acest motor echipeaza VW Tuareg, VW Multivan

Motoare cu sase cilindri in linie

Motorul 2.5 V6 TDI 150-180 CP

Puteri realizate:

110kW(150CP) la, 310 Nm de la 220 rot/min ,Audi A8, D2,A4, VW Passat

114kW (155CP),310 Nm de la 1400rot/min, Audi A6, Allroad,A4

120 kW(163CP), 310Nm de la 1400 rot/min, Audi A6, Allroad,A4

132kW(180CP), 370 Nm la 1500 rot/min, Audi A8 D2,A6 C5

Motorul 2.7L TDI 180cp

Configuratie:

– 2698 cc V6

Chiuloasa:

– OHC, realizata din aluminiu, doua supape pe cilindru

– Raport de comprimare 18,0:1

Bolocul motor:

realizat din aluminiu

Diametru*cursa: 83 x 83,1

Aspiratie:

-turboalimentat, intercooler,turbina cu geometrie variabila

Arborele cotit:

realizat din otel prin forjare

biele obtinute prin forjare din otel

arbore cu came realizat dintr-o bucata

Sistemul de alimentare:

-injectie common rail cu pompe separate de inalta presiune pentru fiecare banc de cilindri, presiune maxima de injectie 1600 bar , injectoare piezo electrice, realizeaza pana la cinci injectii pe cursa

Puteri realizate:

132kW(180 CP) la 3300 rot/min, 380 Nm de la 3300 rot/min

Motorul 3.0L V6 TDI

Configuratie:

-2967 cc , 90° V6

Cilindrii:

-cursa*diametru 83mm x 91.4 mm

Bloc motor :

-fonta cu grafit lamelar

Chiuloasa:

-4 supape pe cilindru

-DOHC

-raport de comprimare 17:1

-culbutori cu role cu frictiune redusa si compensare hidraulica a supapelor

Sistemul de alimentare:

-Bosch EDC16,injectie directa common rail, pompa si rampa separate pentru fiecare banc de cilindri

-presiune maxima de injectie de 1600 bar

-injectoare piezo electrice cu cinci s cicluri de injectie si sapte orificii de pulvarizare

Aspiratie:

-turbina cu geometrie variabila cu control electric, presiune realizata 2,3 bar

-doua intercoolere care functioneaza in paralel

-galerie de admisie cu lungime variabila

Dimensiuni:

219Kg, 444mm lungime

Puteri realizate:

500Nm de la 1750 rot/min

150kW(204 CP) de la 3500 rot/min

171 kW (233 CP) la 4000 rot/min

Echipeaza modelele: Audi A6 Avant,A8,Q7 , VW Phanteon,Tuareg

Motoare cu opt cilindrii

Motorul 4.0 V8 TDI

Configuratie:

-3936cc 90°V8

Cilindri:

-cursa*diametru 81mm x 95,5mm

Blocul motor:

-realizat din fonta cu grafit lamelar

Chiuloasa:

-patru supape pe cilindru actionate de culbutori cu role si reglare hidraulica a supapelor

-raport de comprimare de 17.5:1

-arborii cu came actionati prin lant

Sistemul de alimentare:

-Bosch EDC16 ,o singura pompa de inalta presiune pentru ambele bancuri de cilindri,presiunea de 1600 bar, injectie common rail

-injectoare cu supape electromagnetice, sapte orificii de pulverizare

– injectie pilot unica si dubla

Aspiratie

-doua turbine cu geometrie variabila cu reglare electrica

-doua interculere

-doua galerii de admisie interconectate cu sistem de egalizare a presiunii

-doua clapete cu pozitie variabila de realizare a vartejurilor integrate in galeria de admisie.

Evacuare:

-recircularea gazelor de ardere

-doua convertoare catalitice interconectate Euro III

Dimensiuni:

270Kg, 516 mm lungime

Puteri realizate

202 kW, 650 Nm

Echipeaza modelele Audi A8 D3

Motorul 4.2L V8 TDI 326 CP

Configuratie:

– 4134 cc V8 90°

Cilindri:

Cursa*diametru 83mm x 95,5mm

Bloc motor :

-realizat din grafit lamelar

Arbore cotit:

-otel crom molibden

-momentele si fortele de ordinul unu si doi sunt evitate

Chiuloasa:

-realizata din aluminiu

-4 supape pe cilindru DOHC

-raport de comprimare 16.5:1

-arborii cu came actionati prin lant

-reglarea hidraulica a deschiderii supapelor

-actionarea supapelor prin culbutori cu role

Sistemul de alimentare

-Bosch EDC 16

-injectie common rail

– o singura pompa de inalta presiune ce realizeaza 1600 bar

-injectoare piezo-electrice, realizeaza cinci injectii pe ciclu

-opt orificii de pulverizare

Aspiratie:

-turboalimentare dubla prin intermediul a doua trubine cu geometrie variabila cu reflare electrica.presiunea maxima realizata de 2,5 bar

-doua intercoolere.

Evacuare:

-doua catalizatoare cu oxidare si un filtru de particule de silicon si uree

Dimensiuni:

255Kg , 520 mm length

Puteri realizate:

240 Kw(326cp)la 3750 rot/min, 650 Nm de la 1600 rot/min

Motoare cu zece cilindri

Motorul 5.0L V10 TDI

Motorul V10 TDI este cel mai mare motor diesel folosit la masinile de pasageri. Acesta a fost folosit in masina de curse care a castigat cursa de la Le Mans din 2004.

Configuratie:

-4921cc, motor racit cu apa V10 la 90°

Cilindri:

-diametru*cursa 81mm x 95.5mm

Bloc realizat din aluminiu, turnat sub presiune. Lagare din otel inserate in bloc

Chiuloasa:

-realizata din aliaje usoare

-doua supape pe cilindri OHC

-raport de comprimare 18:1

Sistemul de alimentare

-Bosch EDC 16 ,

-injectoare pompa cu o presiune de injectie de 2050 bar

-interval de aprindere de 72°RAC

Dimensiuni:

544 mm lungime

Puteri realizate:

230 Kw(313 cp) la 3750 rot/min, 750Nm de la 2000 rot/min

Ecipeaza modelul VW Tuareg

CAPITOLUL II

2. Calculul termic

2.1. Calculul procesului de schimbare a gazelor pentru motor cu admisie forțată

Ciclul motor pentru un motor cu ardere internă cu admisie forțată este prezentat în “Fig. 2.1. Diagrama indicată p(V) pentru un m.a.i cu admisie forțată”.

Fig. 2.1. Diagrama indicată p(V) pentru un m.a.i cu admisie forțată

în care:

r-a este proces de admisie;

a-d este procesul de comprimare;

d-y este ardere izocoră în care se consideră o variație limită a presiunii;

y-y` este ardere izobară ;

y`-t este ardere izotermă ;

t-u este proces de destindere;

u-r este proces de evacuare;

u – u` este evacuare liberă;

u`-r este evacuare forțată;

u și u` sunt numai pe ciclu teoretic;

Schema instalației de supraalimentare pentru un m.a.i este prezentată în “Fig. 2.2. Schema motorului supraalimentat”

Fig. 2.2. Schema motorului supraalimentat

2.1.1. Calculul procesului de admisie

Procesul de admisie reprezintă procesul în cursul căruia fluidul proaspăt pătrunde în motor.

De aceia, se mai numește proces de umplere a cilindrului motor.

Calculul gradului de umplere,

Pentru determinarea gradului de umplere se pornește de la ecuația implicită:

(2.1)

Pentru a rezolva această ecuație s-a folosest metoda grafică, folosind programul MATLAB R12.

În urma rezolvarii ecuației a rezultat diagrama din “Fig. 2.3. Gradul de umplere, ” Valoarea de pe abscisă a puctului de intersecție dintre cele două linii reprezintă gradul de umplere, . În “Tabelul 2.1” sunt completate valorile calculate ale celor doi membrii în funcție de valori fixe ale lui.

Tabelul 2.1

Fig. 2.3. Gradul de umplere,

în care: este presiunea de supraalimentare, în

, conform, [3. Tabelul A.1, pag. 846]

se adoptă:

în care: este presiunea aerului în condiții normale de stare, în

este gradul de încălzire al fluidului proaspăt de la pereții calzi ai traseului de admisie

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este exponentul adiabatic al aerului

este raportul de comprimare

este coeficient de post umplere

, conform [1, Tabelul 2.5, pag 98]

se adoptă:

este coeficientului gazelor reziduale

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este temperatura gazelor reziduale din cilindru la sfârsitul cursei de evacuare, în

, conform [3, Tabelul 4, pag. 922]

se adoptă:

este tempertura fluidului proaspăt la ieșirea din răcitor, în

în care: este temperatura aerului în condiții normale de stare, în

este exponentul comprimării politropice

, conform [2, Tabelul 18, pag. 925]

se adoptă:

este coeficientul global al rezistenței gazodinamice al traseului de admisie

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este densitatea fluidului proaspăt admis în cilindru, în

în care: este specifică a aerului, în

, conform, [1, pag. 47]

este diametrul interior al cilindrului, în

este diametrul orificiului de admisie din chiulasă, în

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este durata de deschidere a supapei de admisie, în

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este viteza medie a pistonului, în

se adoptă:

este viteza sunetului în fluidul proaspăt, în

în care: este fluidului proaspăt

este coeficientul de debit al sectiunii oferite de supapa de admisie

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este turația corespunzătoare puterii maxime, în

este secțiunea litrică a orificiului controlat de supapa de admisie, în

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

Presiunea din cilindru la sfârșitul cursei de evacuare,

, conform [3, Tabelul 3, pag. 922]

se sdoptă:

Calculul presiunii fluidului proaspăt din cilindru la sfârșitul cursei de admisie (punctul a),

(2.2)

se recomandă:

Calculul temperturii fluidului proaspăt din cilindru la sfârșitul cursei de admisie (punctul a),

(2.3)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

2.1.2. Calculul procesului de comprimare

Procesul de comprimare îndeplinește trei funcțiuni:

sporește randamentul termic al motoarelor

permite autoaprinderea combustibilului

generează mișcări organizate ale fluidului motor în camera de ardere, fapt de primă inportanță pentru realizarea turațiilor ridicate, caracteristice motoarelor de serie

Se consideră că procesul de comprimare este unul politropic de exponent

Presiunea fluidului de lucru la sfârșitul cursei de comprimare (p.m.i.), în cazul ciclului fără ardere,

(2.4)

se recomandă: , conform [3, Tabelul 10, pag. 924]

în care: este exponentul politropic al procesului de comprimare

, conform [1, Tabelul 3.4, pag. 124]

se adoptă:

Temperatura fluidului de lucru la sfârșitul cursei de comprimare (p.m.i.), în cazul ciclului fără ardere,

(2.5)

Se recomandă: , conform [3, Tabelul 10, pag. 924]

Deoadece începutul injecției de combustibil are loc înainte de p.m.i., desprinderea curbei de presiune a ciclului real față de cea a ciclului fără ardere (punctul d din fig. 2.1. Diagrama indicată p(V)) are loc înainte ca pistonul să-și încheie cursa de comprimare.

Presiunea din cilindru corespunzătoare punctului d,

(2.6)

în care: este unghiul de deschidere a curbei de presiune, în

, conform [1, Tabelul 6.5, pag. 283]

se adoptă:

Temperatura din cilindru corespunzătoare punctului d,

(2.6)

2.1.3. Calculul procesului de ardere

Prin ardere se înțelege o reacție chimică, cu degajare de căldură, produsă prin oxidarea substanțelor combustibile.

Calculul procesului de ardere se face pentru un Kg de combustibil. Căldura disponibilă degajată prin arderea combustibilului se determină cu relația:

în care: este puterea calorică inferiaoară a combustibilului, în

Cantitatea minimă de aer necesară pentru arderea completă a unui kg de combustibil,

(2.6)

în care: , , sunt: cantitatea de carbon, hidrogen, respectiv oxigen, dintr-un kg de combustibil

Valorile pentru , , și sunt date în ”Tabelul 2.2”.

Tabelul 2.2

Numărul de kmoli de substanțe inițiale care participă la reacția chimică,

în care: este coeficientul de dozaj

se adoptă:

este numărul de kmoli de combustibil pentru un kg de combustibil, în

în care: este masa moleculară a motorinei ,în

Numărul total de kmoli de amestec inițial aflați în cilindru la începutul procesului de ardere,

Acest coeficient ține cont și de gazele arse reziduale aflate în cilinru la sfârșitul procesului de admisie.

(2.7)

Numărul de kmoli de gaze reziduale,

(2.8)

Deoarece valoarea coeficientul de dozaj>1, gazele de ardere au în compoziție: bioxid de carbon , apă , azot molecular și oxigen molecular .

Numărul de kmoli de bioxid de carbon rezultați din arderea unui kg de combustibil,

(2.9)

Numărul de kmol de apă rezultați din arderea unui kg de combustibil,

(2.10)

Numărul de kmoli de azot rezultați din arderea unui kg de combustibil,

(2.11)

Numărul de kmoli de oxigen rezultați din arderea unui kg de combustibil,

(2.12)

Numărul de kmoli de substanță rezultați din arderea unui kg de combustibil,

(2.13)

Coeficientul chimic al variației molare,

(2.14)

Coeficient total de variație molară,

(2.15)

se recomandă:

Presiunea corespunzătoare punctului c,

(2.16)

în care: este presiunea care crește liniar cu o viteză de creștere a presiunii constantă, în

, conform [1,Tabelul 6.5, pag. 283]

se adoptă:

este unghiul de deschidere a curbei de presiune, în

Temperatura fluidulu în p.m.i.,

(2.17)

în care: este rapoart volumic

este exponentul primei faze a procesului de ardere

Presiunea la sfârșitul primei faze de ardere,

(2.18)

se recomandă: , conform [3, Tabelul 14, pag. 925]

în care: este unghiul la care se încheie prima fază a arderii (faza izocoră), în

, conform [1, Tabelul 6.5, pag. 283]

se adoptă:

Raportul de creștere a presiunii,

se recomandă: , conform [1, Tabelul 6.5, pag. 283]

Temperatura fluidului la sfârșitul primei etape a arderii,

(2.19)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 6.5, pag. 283]

în care: este raport volumic

este exponentul primei faze a procesului de ardere

Presiunea corespunză puuncului y`,

(2.20)

Temperatura maximă atinsă în cilindru în timpul procesului de ardere,

Valoarea temperaturii maxime corespunzătoare punctului y` din ”Fig. 2.1. Diagrama indicată p(V)” se determină pe baza ecuației de bilanț energetic.

(2.21)

Ecuația de bilanț energetic este o ecuație de gradul II, și pentru a determina valoarea temperaturii maxime , se vor face înlocuiri matematice, pentru a ajunge la forma generală,

, din care se determină .

în care:este fracțiunea din căldura utilă rămasă care se degajă în faza arderii izobare

, conform [1, Tabelul 6.5, pag. 283]

se adoptă:

este fracțiune din căldura utilă care se degajă în prima fază a arderii

se recomandă: , conform [1, Tabelul 6.5, pag. 283]

în care: este căldura degajată în prima fază a arderii, în

în care: este căldura specifică medie la volum constant, în

este căldura specifică a amestecului inițial, în

căldura utilă degajată prin arderea în condiții reale a unui kg de combustibil, în

se recomandă:

în care: , conform [1, Tabelul 6.5, pag. 283]

se adoptă:

este puterea calorică inferiaoară a combustibilului, în

este căldura specifică medie la presiune constantă a gazelor de ardere pe intervalul de temperatură , în

în care: este căldura specifică medie la volum constant a gazelor de ardere pe intervalul de temperatură , în

este căldura specifică medie la presiune constantă a gazelor de ardere pe intervalul de temperatură , în

se recomandă:

Unghiul de manivela corespunzator sfârșitului fazei de ardere izobară,

se recomandă: , conform [1, Tabelul 6.5, pag. 283]

în care:

în care:

Presiunea la sfârșitul procesului de ardere (punctul t),

(2.22)

în care:

Temperatura la sfârșitul procesului de ardere (punctul t),

(2.23)

Unghiul de manivelă corespunzător sfârșitului fazei de ardere izotermă,

se recomandă: , conform [1, Tabelul 6.5, pag. 283]

în care:

2.1.4.Calculul procesului de destindere

Destinderea este procesul în care fluidul motor cedează energie pistonului. Calculul se face în ipoteza că procesul este o trasformare termodinamică politropică cu un exponent politropic .

Presiunea din cilindru corespunzătoare punctului u,

(2.24)

în care: este exponentul politropic al procesului de destindere

, conform [3, Tabelul 16, pag. 925]

se adoptă:

Temperatura din cilindru corespunzătoare punctului u,

(2.25)

2.1.5. Calculul parametrilor indicati ai ciclului motor

Presiunea medie indicată pentru motor cu admisie foțată,

(2.26)

se recomandă:, conform [3, Tabelul 19, pag. 926]

în care: este coeficientul de rotunjire a diagramei indicate

, conform [1, pag. 293]

se adoptă:

Randamentul indicat al motorului,

(2.27)

se recomandă: , conform [3, Tabelul 20, pag. 926]

Consumul specific indicat al motorului,

(2.28)

se recomandă: , conform [3, Tabelul 20, pag. 926]

2.1.6. Calculul parametrilor efectivi ai ciclului motor

Presiunea medie efectivă,

(2.29)

se recomandă:, conform [3, Tabelul 21, pag. 926]

în care: este randamentul mecanic al motorului

, conform [3, Tabelul 22, pag. 926]

se adoptă:

Randamentul efectiv al motorului,

(2.30)

se recomandă: , conform [3, Tabelul 23, pag. 927]

Consumul specific indicat al motorului,

(2.31)

se recomandă: , conform [3, Tabelul 23, pag. 927]

Cilindreea unitară a motorului,

(2.32)

în care: este puterea efectivă, în

este numărul de timpi ai motorului

este numărul de cilindrii ai motorului

Recalcularea cilindreei unitare a motorului,

(2.33)

în care: este diametrul cilindrului, în

se adoptă:

în care: , conform [1, pag. 299], motor suprapătratic

se adoptă:

este cursa pistonului, în

se adoptă:

Cilindreea totala a motorului,

(2.34)

Puterea litrică a motorului,

(2.35)

Puterea pe cilindru a motorului,

(2.36)

Puterea pe unitatea de suprafață a motorului,

(2.37)

2.1.7. Diagrama indicată,

Pe baza calculului proceselor care alcătuiesc ciclul motor se construiește diagrama indicată, coform metodei de calcul prezentată în [3, pag. 856-857]

Valorile calculate ale presiunii și volumului sunt centralizate în “Tabelul 2.3“.

Tabelul 2.3

în care: este presiunea corespunzătoare cursei de comprimare, în

este presiunea corespunzătoare cursei de destindere, în

Pe baza valorilor calculate se trasează “Diagrama indicată, ”.

Volumele corespunzătoare punctelor din “Diagrama indicată, ” sunt următoarele.

Volumul corespunzător punctului a,

(2.38)

Volumul corespunzător punctului c,

(2.39)

Volumul corespunzător punctului d,

(2.40)

Volumul corespunzător punctului y,

(2.41)

Volumul corespunzător punctului y`,

(2.42)

Volumul corespunzător punctului t,

(2.43)

2.2. Calculul procesului de schimbare a gazelor pentru motor cu admisie fortată, cu

Formulele de de calcul și datele de intrare sunt aceleași ca și în cap.2.1., valorile calculate reprezentative sunt centralizate în “Tabelul.2.5” .

2.3. Calculul procesului de schimbare a gazelor pentru motor cu admisie normală

Ciclul motor pentru un motor cu ardere internă cu admisie normală este prezentat în “Fig. 2.4. Diagrama indicată p(V) pentru un m.a.i cu admisie normală”.

Fig. 2.4. Diagrama indicată p(V) pentru un m.a.i cu admisie normală

în care:

r-a este proces de admisie;

a-d este procesul de comprimare;

d-y este ardere izocoră în care se consideră o variație limită a presiunii;

y-y` este ardere izobară ;

y`-t este ardere izotermă ;

t-u este proces de destindere;

u-r este proces de evacuare;

u – u` este evacuare liberă;

u`-r este evacuare forțată;

u și u` sunt numai pe ciclu teoretic;

Calculul gradului de umplere,

Pentru determinarea gradului de umplere se pornește de la ecuația implicită:

(2.44)

Pentru a rezolva această ecuație se foloseste metoda grafică, folosind programul MATLAB R12.

În urma rezolvarii ecuației a rezultat diagrama din “fig. 2.5. Gradul de umplere, ” Valoarea de pe abscisă a puctului de intersecție dintre cele două linii reprezintă gradul de umplere, . În “Tabelul 2.4” sunt completate valorile calculate ale celor doi membrii în funcție de valori fixe ale lui .

Tabelul 2.4

Fig. 2.5. Gradul de umplere,

în care: este presiunea aerului în condiții normale de stare, în

este gradul de încălzire al fluidului proaspăt de la pereții calzi ai traseului de admisie

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este exponentul adiabatic al aerului

este raportul de comprimare

este coeficient de post umplere

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este presiunea din cilindru la sfârșitul cursei de evacuare, în

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este coeficientul global al rezistenței gazodinamice al traseului de admisie

, conform [1, Tabelul 2.5]

se adoptă:

este densitatea fluidului proaspăt admis în cilindru, în

în care: este specifică a aerului, în

, conform, [1, pag. 47]

este diametrul interior al cilindrului, în

este diametrul orificiului de admisie din chiulasă, în

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este durata de deschidere a supapei de admisie, în

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este viteza medie a pistonului, în

se adoptă:

este viteza sunetului în fluidul proaspăt, în

în care: este fluidului proaspăt

este coeficientul de debit al sectiunii oferite de supapa de admisie

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

este turația corespunzătoare puterii maxime, în

este secțiunea litrică a orificiului controlat de supapa de admisie, în

, conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

se adoptă:

Calculul presiunii fluidului proaspăt din cilindru la sfârșitul cursei de admisie,

(2.45)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

Calculul coeficientului gazelor reziduale,

(2.46)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

este temperatura gazelor reziduale din cilindru la sfârsitul cursei de evacuare, în

, conform [3, Tabelul 4, pag. 922]

se adoptă:

Calculul temperturii fluidului proaspăt din cilindru la sfârșitul cursei de admisie,

(2.47)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 2.5, pag. 98]

În ”Tabelul 2.5” sunt centalizate valorile reprezentative ale celor trei cazuri studiate.

Tabelul 2.5

CAPITOLUL III

3. Mecanismul motor

3.1. Cinematica mecanismului bielă-manivelă

Deplasarea pistonului,

(3.1)

în care: este raza de manivelă, în

este unghiul de rotație al arborelui cotit, în

este raport dimensiomal

, conform [1, pag. 335]

se adoptă:

Viteza pistonului, w

(3.2)

în care: ω este viteza unghiulară, în

Accelerația pistonului,

(3.3)

Valorile calculate ale deplasarii ,vitezei și accelerației sunt centralizate în “Tabelul 3.1 ”

Tabelul 3.1

Tabelul 3.1 (continuare)

3.2. Forțele și momentele din mecanismului bielă-manivelă

Forța de presiune a gazelor,

(3.4)

în care: este presiunea din cilindru, în

este presiunea din carter, în

Forțe de inerție

Forța de inerție a maselor aflate în mișcare de translație,

(3.5)

în care: masa grupului piston, în

în care: este masa raportată a grupului piston cu piston din aluminiu, în

, conform [1, Tabelul 10.6, pag. 344]

se adoptă:

masa bielei aferente pistonului (miscare de traslație), în

în care: este masa bielei, în

în care: este masa raportata a bielei, în

, conform [1, Tabelul 10.6, pag. 344]

se adoptă:

Forțe de inerție date de masele aflate în mișcarea de rotație,

(3.6)

în care: masa bielei aferentă capulu bilelei (mișcare de rotație), în

este masa unui cot fără contragreutăți pentru fusuri găurite din oțel, în

în care: este masa raportată a unui cot fără contragreutăți pentru fusuri găurite din oțel,

se adoptă:

Forța rezultată aplicată de piston în articulație,

(3.7)

Forța se descompune în două componente, și .

Forța care acționează în lungul axei bielei,

(3.8) în care: este unghiul dintre bielă și axa cilindrului, în

Forța normală pe axa cilindrului,

(3.9)

Forțele care acționează asupra fusului

Se determină deplasând forța în butonul de manivelă (punctul M, conform [1, fig. 10.13. Schema forțelor din mecanismul bielă-manivelă, pag. 345]) și descompunând-o după două direcții, rezultând forța și .

Forță tangențială la maneton,

(3.10)

Forță normală la maneton,

(3.11)

Momentul motor ,

(3.12)

Valorile forțelor și momentelor care acționează asupra mecanismului motor sunt centralizate în “Tabelul 3.2”

Tabelul 3.2

Tabelul 3.2 (continuare)

Diagrama polara a fusului maneton

“Diagrama polară a fusului maneron”, se trasează conform metodei prezentate în [1, cap.10.7].

Scara lungimilor

în care: este lungimea bielei, în

Scara forțelor

Diagrama polara a fusului palier

“Diagrama polară a fusului palier”, se trasează conform metodei prezentate în [1. cap.10.7].

Diagrama de uzură a fusului maneton

“Diagrama de uzură a fusului maneton” se trasează în urma planimetrării “Diagramei polară a fusului maneron” pe baza valorilor forței .

3.3. Steaua manivelelor și ordinea de aprindere

Fig. 3.1. Schema pentru numerotarea cilindrilor

unui motor în linie

Fig. 3.2. Schema pentru arborele cotit cu 4 cilindrii în linie

Ordinea de aprindere la motorul cu 4 cilindrii în linie este:

Ordinea de aprindere aleasă este: .

Fig. 3.3. Schema de lucru a unui motor cu 4 cilindri în linie

Momentul motor instantaneu,

(3.13)

în care: este momentul corespunzător fiecare cilindru, în

este forță tangențială la maneton în raport cu defazajul la aprindere, în

Folosind relația momentul motor pentru fiecare cilindru în parte, luând în considerare defazajul unghiular se realzează ”Tabelul 3.3”.

Tabelul 3.3

Tabelul 3.3 (continuare)

Diagrama de variație a momentului motor

Pe baza valorilor momentului motor total din „Tabelul 3.3” se trasează „Diagrama de variație a momentului motor” la o scară aleasă.

este scara momentului, în

este scara unghiului, în

3.4. Uniformizarea mișcării arborelui cotit

Calculul volantului

Materialul ales pentru volant este oțel.

În urma planimetrării “Diagrama de variație a momentului motor” se obțin ariile necesare calculului momentelor de inerție.

este momentul mediu la scară, în

este momentul mediu, în

este aria din prima secțiune (0-180o) de deasupra momentului mediu, în

Momentul de inerție total,

(3.14)

în care:

este grad de neuniformitate

, conform [1, pag. 361]

se adoptă:

Momentul de inerție al volantului,

, conform [1, pag. 362] (3.15)

se adoptă:

Diametrul mediu al coroanei volantului,

Fig. 3.3. Dimensiunile caracteristice ale volantului

(3.16)

se adoptă:

în care: este densitatea materialului volant, în

este grosimea radială a coroanei, în

este lățimea coroanei, în

, conform [1, pag. 362]

se adoptă:

Diametrul interior al coroanei volantului,

(3.17)

Diametrul exterior al coroanei volantului,

(3.18)

Masa volantului,

(3.19)

Viteza periferică maxima,

(3.20)

se recomandă:

3.5. Calculul grupului piston

3.5.1. Bolțul

Bolțul sau axul pistonului este organul care stabilește legătura dintre piston și bielă (organul de articulație) și transmite forța de presiune de la piston la bielă.

Materialul ales pentru bolț este “OLC 15”, conform [4. Tabelul 15.1, pag. 113]

Din punct de vedere al variantei constructive există două tipuri de bolțuri: bolț flotant și bolț fix. Varianta aleasă este cea cu bolț flotant.

Dimensiunile caracteristice ale bolțului flotant

Fig. 3.4. Dimensiunile caracteristice ale bolțului flotant

Tabelul 3.4

Tabelul 3.4 (continuare)

Presiunea în locașurile din piston,

(3.21)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 12.15, pag. 431]

în care: este forța maximă de presiune, în

este forța de inerție maximă a grupului piston (translație), în

Presiunea din piciorul bielei,

(3.22)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 12.15, pag. 431]

Efortul unitar maxim de încovoiere,

(3.23)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 12.15, pag. 431]

Coeficientul de siguranță la oboseală pentru bolțul flotant în bielă,

(3.24)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 12.15, pag. 431]

în care: este rezistența la oboseală prin ciclu simetric de incovoiere, în

, conform [2, Tabelul 4.13, pag. 155]

se adoptă:

este coeficientul efectiv de concentrare la solicitări variabile

, conform [1, pag. 433]

este coeficient de calitate al suprafeței

, conform [1, pag. 433], pentru bolț călit cu suprafață lustruită

se adoptă:

este factor dimensional

, conform [1, fig. 13.24.b, curba 5, pag. 492],

în care:

Tensiunea maximă la forfecare,

(3.25)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 12.15, pag. 432]

Eforturile unitare de ovalizare în secțiunile caracteristice

Eforturile unitare de ovalizare în fibra exterioară, ,

(3.26)

în care: , conform [1, fig.12.55., pag. 434]

(3.27)

în care: , conform [1, fig.12.55., pag. 434]

se recomandă: , conform [1, Tabelul 12.15, pag. 432]

Eforturile unitare de ovalizare în fibra interioară, ,

(3.28)

în care: , conform [1, fig.12.55., pag. 434]

(3.29)

în care: , conform [1, fig.12.55., pag. 434]

se recomandă: , conform [1, Tabelul 12.15, pag. 432]

Deformația maximă de ovalizare,

(3.30)

se recomandă:, conform [1, Tabelul 12.15, pag. 433]

în care: este coeficient de elasticitate al oțelului, în

este coeficient de corecție

, conform [1, fig.12.55., pag. 434]

în care: este jocul diametral la cald, în

, conform [1, pag. 434]

Jocul de montaj în locașul bolțului din piston,

(3.31)

se recomandă: , conform [2, Tabelul 4.13, pag. 157]

în care: este coeficientul de dilatare al otelului, în

, conform [1, pag. 434]

este coeficientul de dilatare al aluminiului, în

, conform [1, tabelul 12.7, pag. 419]

este temperatura de regim, în

, conform [1, pag. 434]

se adoptă:

temperatura bolțului în timpul funcționării, în

, conform [1, pag. 434]

este temperatura mediului ambiant, în

Temperatura minimă a pistonului la montarea bolțului flotant,

(3.32)

3.5.2. Segmenții

Principala funcție a segmenților este de a etanșa cilindrul. Segmenții care împiedică scăparea gazelor din cilindru spre carter se numesc segmenți de compresiune. Segmenții care împiedică trecerea uleiului din carter spre camera de ardere se numesc segmenți de ungere.

Materialul ales pentru segmenți este “ fontă K 1 cu grafit lamelar”, conform [1, Tabelul 12.18, pag. 458].

Presiunea radială,

(3.33)

în care: presiunea elastică medie, în

, conform [1, fig. 12.93. a, pag. 472]

este valoarea unghiului în secțiunea calculată, în

Dimensiunile segmentului

Grosimea radiala a segmentului,

(3.34)

se adoptă:

în care:

în care: este rezistența admisibilă la încovoiere, în

, conform [1, Tabelul 12.18, pag. 458]

este o care depinde de forma curbei de presiune

, conform [1, Tabelul 12.22, pag. 468]

Înălțimea segmentului,

, conform [1, fig. 12.93. c, pag. 472]

Momentului încovoietor,

(3.35)

în care: este parametru constructiv al segmentului, în

este raza medie a segmentului, în

Deplasarea radială,

(3.36)

în care:

este modului de elasticitate al fontei, în

, conform [1, Tabelul 12.18, pag. 458]

Deplasarea unghiulară,

(3.37)

Valorile calculate ale lui, , , ,, în funcție deunghiul sunt centralizate în “Tabelul 3.5”.

Tabelul 3.5

Verificarea segmentului la montaj, tensiunea de încovoiere la montaj,

(3.38)

se recomandă: , conform [1, pag. 471]

în care: este rostul în stare liberă, în

în care: , conform [1, tabelul 12.22, pag 468]

, conform [1, pagina 471]

Verificarea segmentului la dilatare, rostul în stare montată,

(3.39)

se recomandă:, conform [1, pagina 471]

în care: este coeficientul de dilatare liniară pentru materialul segmentului (fontă)

, conform [1, pag. 471]

se adoptă:

, conform [1, pag. 471]

se adoptă:

este coeficientul de dilatare al cămășii cilindrului (aliaj de aluminiu), în

, conform [1, pag. 471]

se adoptă:

se adoptă:

este rostul la cald, în

, conform [1, pag. 471]

se adoptă:

Jocurile radiale și axiale care intervin la montare și funcționare

Segment de comprimare

Jocul axial al segmentului în canal,

, conform [1, pag. 471]

se adoptă:

Jocul radial al segmentului în canal,

, conform [1, fig. 12.92. b, pag. 472]

Segment de ungere

Jocul axial al segmentului în canal,

, conform [1, pag. 471]

se adoptă:

Jocul radial al segmentului în canal,

, conform [1, fig. 12.92. b, pag. 472]

3.5.3. Pistonul

Pistonul are rolul de preluare a forței de presiune a gazelor și de a le transmitere la bolț și în cazul în care capul pistonului este profilat are rolul de a crea o mișcare corespunzătore a fluidului motor în interiorul cilindrului pentru a se realiza o ardere completă a amestecului.

Materialul ales pentru piston este aliaj de aluminiu eutectic, ”ATCSi12CuMgNi”, conform [4, 14.2, pag. 102].

Dimensiunile caracteristice ale pistonului

Fig. 3.5. Dimensiunile caracteristice ale pistonului

Tabelul 3.6

în care:

se adoptă:

Efortul radial la extremitatea capului pistonului,

(3.40)

se recomandă:, conform [1, tabelul 12.11, pag. 423]

Efortul unitar termic la extremitatea capului pistonului,

(3.41)

se recomandă:

în care:

este modulul de elasticitate pentru aluminiului, în

, conform [4, tabelul 14.1, pag 101]

este coeficientul de dilatare al aluminiului, în

, conform [4, tabelul 14.1, pag 101]

este diferența de temperatură între centrul și extremitatea pistonului, în

se adoptă:

Efortul unitar în secțiunea AA,

(3.42)

se recomandă:, conform [1, tabelul 12.11, pag. 423]

în care:aria secțiunii reduse, în

în care: este numărul de orificii pentru evacuarea uleiului

este diametrul orificiului pentru evacuarea uleiului, în

Presiunea specifică pe manta,

(3.43)

se recomandă: , conform [1, tabelul 12.11]

în care: este forța normală pe axa cilindrului, în

este aria evazării, în

în care: este raza evazării, în

se adoptă:

Jocurile diametrale ale pistonului

Jocul la rece (de montaj)

Jocul capului pistonului,

, conform, [1, Tabelul 12.12, pag. 423]

se adoptă:

Jocul mantalei,

, conform, [1, Tabelul 12.12, pag. 423]

se adoptă:

Jocul la cald

Jocul capului pistonului,

, conform, [1, Tabelul 12.12, pag. 423]

se adoptă:

Jocul mantalei,

, conform, [1, Tabelul 12.12, pag. 423]

se adoptă:

Diametrul pistonului la montaj

Jocul la cald variază în lungul pistonului. Jocul este mai mare la cap, pentru a preveni griparea, și mai mic la manta, pentru a preveni bătaia. Din acest motiv diametrul capului pistonului este mai mare decât diametrul mantalei.

Diametrul capului pistonului la montaj și diametrul mantalei pistonului la partea inferioară se calculeză în funcție de relația (4) din [1, Tabelul 12.11, pag. 423]:

Diametrul capului pistonului la montaj,

(3.44)

în care: este coeficientul de dilatare al cămășii cilindrului (aliaj de aluminiu), în

, conform [1, pag. 471]

se adoptă:

este temperatura cilindrului, în

, conform [1, pag. 424]

se adoptă:

este temperatura mediului ambiant, în

coeficientul de dilatare al, pistonului de aluminiu, în

, conform [4, tabelul 14.1, pag 101]

este temperatura capului pistonului, în

, conform [1, Fig. 12.39, pag. 424]

este jocul capului pistonului la montaj (la rece), în

Diametrul mantalei pistonului la montaj,

(3.45)

în care: este jocul mantalei la montaj (la rece), în

3.6. Calculul bielei

Biela este organul mecanismului motor care transmite forța de presiuni a gazelor de la piston la arborele cotit și servește la trasformarea mișcării alternative de traslație a pistonului în mișcarea de rotație a arborelui cotit.

Biela este compusă din trei părți

piciorul bielei este partea articulată cu bolțul

capul bielei este partea articulată cu fusul maneton al arborelui cotit

corpul bielei este partea centrală

Materialul ales pentru bielă este “OLC 35”, conform STAS 880-88 și 791-88.

Lungimea bielei,

3.6.1. Piciorul bielei

Dimensiunile caracteristice ale piciorului bielei

Fig. 3.6. Dimensiunile caracteristice ale piciorului bielei

Tabelul 3.7

Forța de întindere (tracțiune) a piciorului bielei,

(3.46)

Momentul încovoietor în secțiunea I-I determinat de forța ,

(3.47)

în care: este momentul încovoietor în planul de simetrie V-V determinat de forța , în

în care: este raza medie a piciorului, în

este unghiul de racordare al piciorului cu corpul bielei, în

, conform [1, pag. 491]

se adoptă:

este forța normală în planul de simetrie V-V determinat de forța , în

Forța normală în secțiunea de încastrare determinată de forța ,

(3.48)

Efortul unitar în fibra exterioară determinat de forța în secțiunea ,

(3.49)

în care: este coeficientul de proporțiomalitate pentru bolț flotant

în care: este aria secțiunii bucșei, în

este aria secțiunii picorului bielei, în

este modulul de elasticitate al bronzului, în

, conform [1, pag. 491]

este modulul de elasticitate al oțelului, în

, conform [1, pag. 491]

Efortul unitar în fibra interioară, determinat de forța în secțiunea ,

(3.50)

Forța de comprimare a piciorului,

(3.51)

Forța normală în secțiunea I-I, determinată de forța ,

(3.52)

în care: este forța normală în planul de simetrie V-V determinat de forța , în

în care: , conform [1, tabelul 13.4,pag. 492]

Momentul încovoietor în secțiunea I-I determinat de forța ,

(3.53)

în care: este momentul încovoietor în planul de simetrie V-V determinat de forța , în

în care: , conform [1, tabelul 13.4, pag. 492]

Efortul unitar în fibra exterioară, determinat de forța ,

(3.54)

Efortul unitar în fibra interioară, determinat de forța ,

(3.55)

Presiunea de fretaj,

(3.56)

în care: este strângerea de montaj, în

, conform [1, pag. 491]

se adoptă:

este strângerea termică, în

în care: este coeficientul de dilatare al bronzului, în

, conform [1, pag. 491]

este coeficientul de dilatare al oțelului, în

, conform [1, pag. 491]

este coeficientul lui Poisson

, conform [1, pag. 491]

, conform [1, pag. 491]

se adoptă:

Efortul unitar în fibra exterioara determinat de presiunea ,

(3.57)

Efortul unitar in fibra interioară determinat de presiunea ,

(3.58)

Efortul maxim din fibra exterioară,

(3.59)

Efortul minim din fibra exterioară,

(3.60)

Calculul coeficientului de siguranță,

(3.61)

se recomandă:, conform [1, Tabelul 13.3, pag. 491]

în care: , conform [1, pag. 491]

se adoptă:

, este coeficientul efectiv de concentrare

, conform [1, pag. 491]

este coeficient de calitate al suprafetei pentru biele ecruisate

, conform [1, pag. 494]

se adoptă:

este factor dimensional

se adoptă: , conform [1, Fig. 13.24., curba 4, pag. 492]

este coeficient ce depinde de caracteristica materialului

, conform [1, pag. 491]

se adoptă:

Deformația piciorului pentru bolț flotant în bielă,

(3.62)

se recomandă:

în care: este coeficient de elasticitate al oțelului, în

, conform [1, pag. 491]

este momentul de inerție, în

3.6.2. Corpul bielei

Întrucât dimensiunile corpul bielei diferă de la un capat la altul este obligatoriu calculul de dimensionare și rezistență pentru două secțiuni: secțiunea minimă m-m și secșiunea mediană M-M.

Calculul solicitărilor în secțiunea minimă m-m

Dimensiunile caracteristice ale corpului bielei în secțiunea minimă m-m

Tabelul 3.8

Forța de întindere (tracțiune) în secțiunea nimimă m-m,

(3.63)

Efortul unitar de întindere,

(3.64)

în care: este aria secțiunii minimă m-m, în

Forța de compresiune,

(3.65)

Efortul unitar de compresiune,

(3.66)

Efortul unitar de flambaj în planul de oscilatie,

(3.67)

în care: este limita de elasticitate, în

în care: , conform [1, pag. 494]

se adoptă:

este momentul de inerție în planul de încastrare în sectiunea minimă m-m, în

Efortul unitar de flambaj în planul de încastrare,

(3.68)

în care: este lungimea bielei în planul de încastrare, în

momentul de inertie în planul de oscilatie în sectiunea minimă m-m, în

Suma eforturilor unitare de compresiune,

(3.69)

se recomandă: , conform [1, pag. 494]

în care:

Suma eforturilor unitare de flambaj,

(3.70)

se recomandă: , conform [1, pag. 494]

în care:

Eforturil unitar maxim,

(3.71)

Eforturil unitar minim,

(3.72)

Coeficientul de siguranță,

(3.73)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 13.6, pag. 494]

în care: , conform [1, pag. 494]

se adoptă:

, este coeficientul efectiv de concentrare

este factor dimensional

se adoptă: , conform [1, fig. 13.24., linia 4, pag. 492]

este coeficient de calitate al suprafetei pentru biele ecruisate

, conform [1, Tabelul 13.6, pag. 494]

se adoptă:

este coeficient ce depinde de caracteristica materialului

, conform [1, Tabelul 13.3, pag 491]

se adoptă:

Calculul solicitărilor în secțiunea mediană M-M

Dimensiunile caracteristice ale corpului bielei în secțiunea mediană M-M

Tabelul 3.9

Forța de întindere (tracțiune) în secțiunea mediană M-M,

(3.74)

în care:

Forța de compresiune în secțiunea mediană M-M,

(3.75)

Valorile calculate ale ariei și eforturilor din secțiunea mediană M-M sunt centralizate în

“Tabelul 3.10” Tabelul 3.10

3.6.3. Capul bielei

Dimensiunile principale ale capului bielei, respectiv diametrul interior și lungimea sunt determinate de cele ale manetonului. Deoarece partea superioară a capului este racordată larg cu corpul bielei, solicitarea la compresiune este neînsemnată. Solicitarea de întindere se transmite numai capacului.

Dimensiunile caracteristice ale capului bielei

Tabelul 3.11

Tabelul 3.11 (continuare)

în care: este grosimea peretelui interior al capului, în

se adoptă:

este grosimea peretelui exterior al capului, în

se adoptă:

Forța de întindere,

(3.76)

în care: este masa capului bielei, în

este viteza unghiulară maximă, în

în care: este turația maximă, în

se adoptă:

Efortul unitar în fibra interioară,

Efortul în fibra interioară se determină în ipoteza că unghiul de încastrare φi=1300 deoarece acesta variază în limite restrânse.

(3.77)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 13.7, pag. 495]

în care: este momentul de inerție al cuzinetului, în

este momentul de inerție al capului, în

este modul de rezistență al capacului, în

este aria secțiunii prin capac, în

este aria secțiunii prin cuzinet, în

Deformația maximă a capului,

(3.78)

se recomandă:

în care: este jocul de montaj între cuzinet și fusul maneton, în

, conform [1, Tabelul 13.7, pag. 495]

se adoptă:

Verificarea șurubului de bielă

Forța care solicită șurubul,

(3.79)

în care: este forța de post-strângere a șurubului, în

se adoptă:

în care: este forța de întindere care acționeaza asupra unui șurub, în

în care: este numărul de șuruburi de bielă

este forța suplimentară ce acționează asupra șurubului, în

în care: , conform [1, pag. 497]

se adoptă:

Diametrul de fund al filetului,

(3.80)

Conform [4, Tabelul 17.6] se adoptă diametrul de fund al filetului , cu pas fin , .

în care: , conform [1, Tabelul 13.8, pag 498]

se adoptă:

, conform [1, pag 498]

, conform [1, pag 498]

este limita de curgere, în

, conform [1, Tabelul 13.8, pag 498]

se adoptă:

Diametrul părții nefiletate a șurubului,

(3.81)

Eforturil unitar maxim în secțiunea filetată a șurubului,

(3.82)

Eforturil unitar minim în secțiunea filetată a șurubului,

(3.83)

Eforturil unitar maxim în secțiunea nefiletată,

(3.84)

Eforturil unitar minim în secțiunea nefiletată,

(3.85)

Coeficienții de solicitare la oboseală:

Conform condițiilor impuse în [1, Tabelul 13.8, pag 498], și metodei de calcul a coeficientului de sigurantă se calculează valoarea acestuia.

Coeficientul de siguranță pentru porțiunea nefiletată a șurubului, c

Condiție:

în care:

Deoarece condiția nu este îndeplinită formula coeficientului de siguranță este:

(3.86)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 13.8, pag 498]

în care: , este coeficientul efectiv de concentrare

, conform [1, pag 498]

se adoptă:

este factor dimensional

, conform [1, pag 498]

se adoptă:

este coeficient de calitate al suprafetei pentru biele ecruisate

, conform [1, pag 498]

se adoptă:

Coeficientul de siguranță pentru porțiunea filetată a șurubului,

se recomandă: , conform [1, Tabelul 13.8, pag 498]

3.7. Calculul arborele cotit

Arborele cotit transformă mișcarea de translație a pistonului într-o mișcare de rotație și transmite spre utilizare momentul motor dezvoltat de forța de presiune a gazelor. Din punct de vedere constructiv arborele motor poate fi demontabil și nedemontabil. Varianta aleaseste este cea nedemontabilă.

Materialul ales pentru arborele cotit este OLC 45, conform STAS 880-88.

Dimensiunile caracteristice ale arborelui cotit

Fig. 3.7. Dimensiunile caracteristice ale arborelui cotit

Tabelul 3.12

Tabelul 3.12 (continuare)

Verificarea fusurilor la presiune specifică și la încălzire

presiunea specifică maximă pe fusul maneton,

În urma planimetrării “Diagramei polare de fus manton” și a “Diagramei polare de fus palier se obțin valorilor , , și .

(3.87)

se recomandă:, conform [1, Tabelul 14.6, pag. 521]

presiunea specifică maximă pe fusul palier

(3.88)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 14.6, pag. 521]

presiunea specifică medie pe fusul maneton

(3.89)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 14.6, pag. 521]

în care: este rezultanta medie pe fusul maneton

în care: este rezultanta medie pe fusul maneton la scara, în

este scara fortelor, în

presiunea specifică medie pe fusul palier

(3.90)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 14.6, pag. 521]

în care: este forța rezultantă medie pe fusul palier, în

în care: este forța rezultantă medie pe fusul palier la scara, în

coeficientul de uzură a fusului maneton,

(3.91)

se recomandă: , pentru aliaj Bz cu Pb cu acolerire, conform [1, Tabelul 14.6, pag. 521]

în care: coeficientul de corecție a vitezei relative

, conform [1, Fig. 14.30., pag.522]

coeficientul de uzură a fusului palier,

(3.92)

se recomandă: , pentru aliaj Bz cu Pb cu acolerire, conform [1, Tabelul 14.6, pag. 521]

În “Tabelul 3.13” sunt centralizate valorile corespunzătoare forței rezultante de pe fusul

meneton.

Tabelul 3.13

În “Tabelul 3.14” sunt centralizate valorile corespunzătoare fortei rezultante de pe fusul palier.

Tabelul 3.14

3.7.1. Calculul fusului palier nr. III

Fusul palier este solicitat la răsucire de un ciclu asimetric. Momentul de răsucire mediu crește, în general, de la partea frontală la partea posterioară. Calculul la solicitarea variabilă trebuie dezvoltat pentru fiecare palier în parte, ceea ce ridică problema însumării momentelor de răsucire.

Momentele de răsucire care solicită fusurile paliere,

Momentele de răsucire care solicită fusul palier nr. II,

(3.93)

în care: forța tangențială este decalată cu , din cauza ordinii de aprindere

Momentele de răsucire care solicită fusul palier nr. III,

(3.94)

în care: forța tangențială este decalată cu , din cauza ordinii de aprindere

Momentele de răsucire care solicită fusul palier nr. IV,

(3.95)

în care: forța tangențială este decalată cu , din cauza ordinii de aprindere

Momentele de răsucire care solicită fusul palier nr. V,

(3.96)

în care: forța tangențială este decalată cu , din cauza ordinii de aprindere

În “Tabelul 3.15” sunt centralizate valorile momentului de torsiune care solicită fusurile paliere.

Tabelul 3.15

Tabelul 3.15 (continuare)

momentul de intrare pe fusul palier nr. III,

(3.97)

momentul de ieșire pe fusul palier nr. III,

(3.98)

Valorile corespunzătore momentul de intrare pe fusul palier nr. III și a momentul de ieșire pe fusul palier nr. III sunt centralizate în “Tabelul 3.16”.

Tabelul 3.16

Tabelul 3.16 (continuare)

efortul unitar maxim

(3.99)

în care: este momentul de ieșire maxim, în

este modulul de rezistență polar pentru fusul palier, în

eforturile unitare minime

în care: este momentul de ineție minim, în

coeficientul de siguranță,

(3.100)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 14.8, pag. 524]

în care:, pentru oțel carbon de calitate, conform, [1, pag. 524]

se adoptă:

este coeficient de calitate al suprafetei pentru fusuri calite prin CIF

, conform, [1, pag. 524]

se adoptă:

este coeficient ce depinde de caracteristica materialului

, conform, [1, pag. 524]

se adoptă:

3.7.2. Calculul fusului maneton nr. 2

Fusul maneton este supus la încovoiere și torsiune.

forța tangențială la manetonul

Valorile lui sunt luate din “Tabelul 3.2” luându-se în considerare valoare defazajului la aprindere de .

(3.101)

forța normală la manetonul,

(3.102)

în care: este componenta normală la maneton a forței , în

Valorile lui sunt luate din “Tabelul 3.2” luându-se în considerare valoare defazajului la aprindere de .

în care: este forța de inerție a fusului maneton, în

în care: este masa fusului maneton, în

este forța de inerție dată de masa bielei aflată în mișcare de rotație, în

reacțiunile din reazemul stâng

Forța tangențială din reazămul stâng,

(3.103)

Forța normală din reazămul stâng,

(3.104)

în care: este forța centrifugă a brațului, în

în care: este masa bratului arborelui cotit, în

este forța centrifugă a masei de echilibrare a brațului, în

în care: este masa contregrautății corespunzătoare unui braț, în

momentul încovoietor în planul cotului,

(3.105)

în care:

momentul încovoietor în planul tangențial,

(3.106)

momentul încovoietor în planul orificiului de ungere,

(3.107)

în care: este unghiul la care este poziționată gauta de ungere, în

se adoptă:

În “Tabelul 3.17” sunt centralizate valorile forțelor și momentelor care solicită fusul maneton 2.

Tabelul 3.17

Tabelul 3.17 (contimuare)

momentul de torsiune al manetonului,

(3.108)

Tabelul 3.18

Tabelul 3.18 (continuare)

eforturile unitare maxim de încovoiere

(3.109)

în care:

eforturile unitare minim de încovoiere,

(3.110)

coeficientul de siguranță la încovoiere,

(3.111)

în care:, conform [1, pag. 527]

se adoptă:

este coeficient de concentrare

, conform [1, pag. 527]

se adoptă:

este factor dimensional

, conform [1, pag. 527]

se adoptă:

este coeficient de calitate al suprafeței pentru fusuri calite prin CIF

, conform [1, pag. 524]

se adoptă:

este coeficient ce depinde de caracteristica materialului

, conform [1, pag. 527]

efortul unitar maxim de torsiune

(3.112)

efortul unitar minim de torsiune

(3.113)

în care: este modul de rezistență polar, în

în care: este coeficientul de corecție pentru calculul modulului de rezistență polar

, conform [1, Fig. 14.37., pag. 528]

Orificiul interioară din fusul maneton se execută excentric cu o excentricitate de .

coeficientul de siguranță la torsiune,

(3.114)

în care:, pentru oțel carbon de calitate, conform [1, pag. 524]

se adoptă:

, conform, [1, pag. 527]

este coeficient de calitate al suprafetei pentru fusuri calite prin CIF

, conform [1, pag. 524]

se adoptă:

este coeficient ce depinde de caracteristica materialului

, conform, [1, pag. 524]

se adoptă:

coeficientul global de siguranță și valorile admisibile,

(3.115)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 14.9, pag. 527]

Calculul brațului

momentul încovoietor în planul cotului

(3.116)

momentul încovoietor în planul brațului

(3.117)

Momentul de torsiune

(3.118)

Valorile corespunzătore momentul încovoietor în planul cotului , momentul încovoietor în planul brațului și momentul de torsiune sunt centralizate în “Tabelul 3.19”.

Tabelul 3.19

Tabelul 3.19 (continuare)

Efortul unitar normal de încovoiere și compresiune maxim,

(3.119)

efortul unitar normal de încovoiere și compresiune minim,

(3.120)

coeficientul de siguranță la încovoiere,

(3.121)

în care:, conform [1, pag. 527]

se adoptă:

este coeficient de concentrare

, conform [1, pag. 527]

se adoptă:

este factor dimensional

, conform [1, pag. 527]

se adoptă:

este coeficient de calitate al suprafetei

se adoptă:

este coeficient ce depinde de caracteristica materialului

, conform [1, pag. 527]

Efortul unitar tangențial de torsiune maxim,

(3.122)

în care:

în care: este coeficientul lui Saint-Venant pentru brațele arborelui cotit

, conform [1, Fig. 14.40., pag. 529]

efortul unitar tangențial de torsiune minim,

(3.123)

coeficientul de siguranță la torsiune,

(3.124)

în care: , conform [1, pag. 524]

se adoptă:

, conform [1, pag. 524]

este coeficient de calitate al suprafetei

se adoptă:

este coeficient ce depinde de caracteristica materialului

, conform [1, pag. 524]

se adoptă:

Coeficientul de siguranță global,

(3.125)

se recomandă: , conform [1, Tabelul 14.13, pag. 530]

Cap.4. Măsuri de Protecția Muncii

La locul de muncă, muncitorul se va prezenta în echipament corespunzător, va verifica buna funcționare a sistemului MU-DPSf-DPSc-Sc. Pentru operația de prelucrare, muncitorul va folosi scule adecvate și va respecta normele specifice de protecția muncii. Mașinile unelte trebuie să corespundă din punct de vedere tehnic, să aibă apărători de protecție, să fie protejat de electrocutare prin legare la pământ.

Se prezintă în continuare câteva norme ce trebuie respectate:

pentru protecția împotriva așchiilor, strungurile trebuie să fie prevăzute cu ecrane de protecție;

înaintea începerii lucrului, strungarul va verifica starea mașinii, și în cazul constatării unor defecțiuni, va anaunța maistrul;

dacă în timpul prelucrării se produc vibrații puternice, mașina unealtă se va opri imediat, procedându-se la constatarea și înlăturarea cauzelor;

elementele de comandă pentru pornirea mașinilor trebuie să fie astfel dispuse încât să nu permită pornirea accidentală a mașinii;

pe mașinile de frezat se vor executa numei operațiile pentru care a fost destinată mașina;

în timpul fixării sau desprinderii piesei, precum și la măsurarea pieselor fixate pe masa mașinii, se va avea grijă ca distanța dintre piesă și freză să fie cât mai mare;

verificarea cotelor pieselor fixate pe masa mașinii precum și a calității suprafeței prelucrate se va face numai după oprirea mașinii;

înaintea fixării piesei pe masa mașinii de găurit, se vor curăța, mai întâi, masa și canalele ei de așchii;

prinderea și desprinderea piesei se vor face numai cu axul principal oprit;

se interzice folosirea burghielor necorespunzătoare sau prost ascuțite;

se interzice frânarea cu mâna a axului port-mandrină la oprirea mașinii.

Bibliografie

Berindean, Vasile: ,,Procese caracteristice și supraalimentarea motoarelor cu ardere internă”, partea a III-a, Litografia I.P.T.V. Timișoara, 1985.

Bobescu Gh. șa.: Motoare pentru automobile și tractoare, Vol I, II, III, Editura Tehnică Chișinău, 1998

Cojerean, Petru: ,,Tehnologia construcțiilor de mașini unelte.Îndrumător de proiectare.Alegerea mașinilor unelte”, Litografia I.P.T.V. Timișoara, 1983.

Cojerean, Petru: ,,Tehnologia de fabricație a mașinilor termice”, Litografia I.P.T.V. Timișoara, 1988.

D. Abăităncei ș.a.: ,,Motoare pentru automobile și tractoare.Construcție și tehnologie” , vol.I, Ed. Tehnica București, 1978.

Frățilă, Ioan : ,,Dinamica autovehiculelor” , Ed. Tehnica București.

Gheroghe Bobescu ș.a.: ,,Motoare pentru automobile și tractoare” , vol.II, editura Tehnica Chișinău, 1998.

Grunwald, Berthold: ,,Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru autovehicule rutiere” , Ed. Didactică și Pedagogică București 1980.

Micsa, Ioan ș.a.: ,,Tehnologia constructiei de mașini.Îndrumător de proiect” , Litografia I.P.T.V. Timișoara.

Negrea V. : Procese în motoare cu ardere internă-economicitate, combaterea poluării, Editura Politehnică Timișoara, 2001, Vol. I, II.

Negrea, Virgiliu Dan: ,,Evaluarea termogazodinamică a motoarelor cu ardere internă prin metoda ciclului cvasiideal”, Litografia U.T.T., 1996.

Negrea, Virgiliu Dan: ,,Procese caracteristice și supraalimentarea motoarelor cu ardere internă” , Litografia U.T.T., 1990.

R. Mărdărescu ș.a.: ,,Motoare pentru automobile și tractoare”, Ed. Didactică și Pedagogică București, 1968.

Racotă R. ș.a.: Îndrumător de proiectare, Litografia Pitești

Raica, Traian: ,,Calculul și construcția motoarelor cu ardere internă”, Vol. I, II, III, Litografia I.P.T.V. Timișoara, 1977.

Vlase, Adrian ș.a.: ,,Regimuri de așchiere, adaosuri de prelucrare și norme de timp” , Ed. Tehnică București, 1985.

*****Colecția STAS, DIN.

Bibliografie

Berindean, Vasile: ,,Procese caracteristice și supraalimentarea motoarelor cu ardere internă”, partea a III-a, Litografia I.P.T.V. Timișoara, 1985.

Bobescu Gh. șa.: Motoare pentru automobile și tractoare, Vol I, II, III, Editura Tehnică Chișinău, 1998

Cojerean, Petru: ,,Tehnologia construcțiilor de mașini unelte.Îndrumător de proiectare.Alegerea mașinilor unelte”, Litografia I.P.T.V. Timișoara, 1983.

Cojerean, Petru: ,,Tehnologia de fabricație a mașinilor termice”, Litografia I.P.T.V. Timișoara, 1988.

D. Abăităncei ș.a.: ,,Motoare pentru automobile și tractoare.Construcție și tehnologie” , vol.I, Ed. Tehnica București, 1978.

Frățilă, Ioan : ,,Dinamica autovehiculelor” , Ed. Tehnica București.

Gheroghe Bobescu ș.a.: ,,Motoare pentru automobile și tractoare” , vol.II, editura Tehnica Chișinău, 1998.

Grunwald, Berthold: ,,Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru autovehicule rutiere” , Ed. Didactică și Pedagogică București 1980.

Micsa, Ioan ș.a.: ,,Tehnologia constructiei de mașini.Îndrumător de proiect” , Litografia I.P.T.V. Timișoara.

Negrea V. : Procese în motoare cu ardere internă-economicitate, combaterea poluării, Editura Politehnică Timișoara, 2001, Vol. I, II.

Negrea, Virgiliu Dan: ,,Evaluarea termogazodinamică a motoarelor cu ardere internă prin metoda ciclului cvasiideal”, Litografia U.T.T., 1996.

Negrea, Virgiliu Dan: ,,Procese caracteristice și supraalimentarea motoarelor cu ardere internă” , Litografia U.T.T., 1990.

R. Mărdărescu ș.a.: ,,Motoare pentru automobile și tractoare”, Ed. Didactică și Pedagogică București, 1968.

Racotă R. ș.a.: Îndrumător de proiectare, Litografia Pitești

Raica, Traian: ,,Calculul și construcția motoarelor cu ardere internă”, Vol. I, II, III, Litografia I.P.T.V. Timișoara, 1977.

Vlase, Adrian ș.a.: ,,Regimuri de așchiere, adaosuri de prelucrare și norme de timp” , Ed. Tehnică București, 1985.

*****Colecția STAS, DIN.