Șef. Lucr. Dr. Ing. LEAHU Cristian Ioan [630734]
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRAȘOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ
PROGRAMUL DE STUDII – AUTOVEHICULE RUTIERE
PROIECT DE
DIPLOMĂ
ÎNDRUMĂTOR DE PROIECT
Șef. Lucr. Dr. Ing. LEAHU Cristian Ioan
ABSOLVENT: [anonimizat]
2017
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRAȘOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ
PROGRAMUL DE STUDII – AUTOVEHICULE RUTIERE
Proiectarea unui motor cu aprindere prin scanteie,
ce dezvoltă o putere nominală de Pn=84 KW
la turația de nn=5500 rot/min.
ABSOLVENT: [anonimizat]
2017
Cuprins:
1.1. Studiu privind stadiul actual și tendințe de dezvoltare a motoarelor din aceeași clasă ––5
2. Calculul termic si cinematic al motorului ––––––––––––––––––––10
2.1 Calculul termic al motorului cu aprindere prin scantei e––––––––––––––10
2.2. Cinematica mecanismului biela-manivela –––––––––––––––––––16
3.Calculul organologic –––––––––––––––––––––––––––––21
3.1. Blocul motor si chiulasa ––––––––––––––––––––––––––21
3.2.Calculul cilindrului motorului ––––––––––––––––––––––––21
3.3.Calculul pistonului ––––––––––––––––––––––––––––23
3.4.Calculul boltului de piston –––––––––––––––––––––––––25
3.5.Calculul segmentilor –––––––––––––––––––––––––––-28
3.6.Calculul bielei ––––––––––––––––––––––––––––––30
3.7 Calculul arborelui cotit ––––––––––––––––––––––––––-38
3.8. Calculul mecanismului de distributie –––––––––––––––––––––44
4. Studiu asupra instalatiilor de alimentare cu benzina –––––––––––––––-50
4.1. Introducere –––––––––––––––––––––––––––––––50
4.2. Notiuni fundamentale –––––––––––––––––––––––––––51
4.3. Amestecul aer-benzina ––––––––––––––––––––––––––-52
4.4. Principiul arderii într-un motor –––––––––––––––––––––––53
4.5. Injecția de benzina ––––––––––––––––––––––––––––57
4.6. Injectia directa de benzina –––––––––––––––––––––––––58
5. Calculul instalatiei de injectie de benzina –––––––––––––––––––-100
5.1. Calculul pompei de alimentare –––––––––––––––––––––––100
5.2. Calculul injectorului –––––––––––––––––––––––––––102
6. Proiectarea procesului tehnologic al pistonului –––––––––––––––––105
6.1. Condiții funcționale, materiale și semifabricate ––––––––––––––––105
6.2. Stabilirea succesiunii operațiilor și fixarea bazelor de așezare––––––––––-107
Concluzii
Bibliografie
B.Desene
1.Diagramele aferente calculului termic, cinematic și
dinamic.
2.Sectiune longitudinala
3.Sectiune transversala
4.Schema instalatiei de alimentare
5.Plan de fabricare al piston
ului
6.Desen de execuție al pistonului A.Calcul
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin REZUMAT
În prima parte a acestei lucrăr i s-a proi ectat un motor
cu aprindere prin scintee, ce
dezvoltă o putere nominală de Pn=84 KW la turația de nn=5500 rot/min. La proiectarea
acestui motor s-a avut în vedere îndeplinirea cerințelor actual e cu privire la consumul de
combustibil și la emisiile poluante.
Ca soluții constru ctive s-au ales:
Construcția sistemului de dist ribuție cu patru supape pentru fi ecare cilindru, două
supape de admisie și două supape de evacuare, în vederea măriri i coeficientului de
umplere, prin aceasta obținându- se o îmbunătățire a proceselor de schimbare a
gazelor;
Acționarea supapelor se face cu do i arbori cu came situati in c hiulasa motorului .
Instalația de alimentare cu benz ina utilizează un sistem de inj ecție directa.Acest
echipament de injecție introdu ce vaporii de benzina direct in c amera de ardere in mai
multe faze , astfel amestecul di n cilindru este mult mai omogen , arderea este mai
completă iar performanțele de put ere și de economicitate ale mo torului sunt ridicate.
În partea a doua a lucrării s-a prezentat studiul p rivind utilizarea sistemelor de injectie
directa de benzina ca soluție con structivă a motoarelor cu arde re internă care, prin
îmbunătățirea umplerii cilindrilor, reduc consumul specific de combustibil și emisiile
poluante. Reducerea consumului de combustibil are consecințe di recte asupra concentrației
emisiei de CO 2 din gazele de evacuare.
Sistemele de injectie dir ecta de benzina analizate influențează semnificiativ
performanțele de putere, de economic itate și ecologice ale moto rului cu ardere internă.
Atat omogenitatea amestecu lui cat si capacitatile s uperioare de umplere ale sistemului
de injectie directa duc la crest erea performantelor amintite ma i sus.
Pag. 3
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin SUMMARY
In the first part of this wor k it was de signed a spark ign
ition engine, which develops a rated
output P n of 84 kW at the speed n n of 5500 rev / min . In order to design this engine it was
taken into consideration the curre nt requirements on fuel consu mption and pollutant
emissions.
As constructive solutions the followings were chosen:
Construction of the distribution s ystem with four valves per cylinder, two
intake valves and two exhaust va lves, in order to increase the filling
coefficient, thereby obtaining an improvement of the processes of gas
exchange;
Valve actuation is done with tw o camshafts located in the cylin der head.
The fuel injection system uses d irect injection tehnology. This equipment
works by introducing the fuel directly in the combustion chambe r , therefore
the mixture in the cylinder is more homogeneous, the combustion is more
complete and economical perfor mance and engine power are high.
In the second part of the work it was presented the study on th e use of gasoline direct
injection systems, as constructive solution to internal combustion engines, which reduces
specific fuel consumption and po llutant emissions by improving cylinder filling. Reducing
fuel consumption has direct consequences for the concentration of CO 2 emissions in the
exhaust gases.
The direct injection systems ana lyzed have a significant influe nce on power and economy
performances and environmental im pact of the internal combustio n engine. Both
homogeneity of the mixture and the multiple injection phases ar e improving the performances
mentioned above
Pag. 4
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 1. Studiu privind stadiul actual și tendințe de
dezvoltare a motoarelor din aceeași clasă.
Introducerea injecției la MAS a urmărit, cu precădere, î mbunătățirea
performanțelor de putere și consum, performanțe plafonate de mo dul de formare a
amestecului și de umplerea cilindrilor mai puțin eficientă la M AS-ul cu carburator.
Ulterior,restricțiile privind pol uarea mediului de către gazele de ardere ale MAS, au
descoperit injecției de benzină o nouă virtute: reducerea emisiilor poluante din gazele
de evacuare. Astfel s-a introdus injecția directa de benzină.
Aplicată cu succes încă din deceniul anilor `30 pe motoa rele Daimler-Benz DB
601 și DB 603 de 1000 și,respectiv 2500 CP, destinate propulsie i unor aparate de
zbor, injecția de benzină a pătr uns și în domeniul tracțiunii r utiere, în care MAS-ul
deținea întâietatea,în anul 1952,când un motor de competiție M 196, cu cilindreea de
3 dm^3,a înregistrat performanțe deosebite de putere și consum.
Primele modele echipate cu m otoare cu injecție directa MAS, a u fost: in 1952
Gutbrod si Goliath, si in 1954 Mercedes 300 SL.
La motoarele cu injectie multi punct indirecta, nu se mai putea obtine un
randame
nt mai bun, si necesitatea reducerii consumului de combu stibil a fost motivul
pentru care au revenit la injec tia directa de benzina. Un consu m mai mic de
combustibil, automat reduce si emisiile de CO2.
Solutii ce permit reducerea consumului”
Sistem de racire controlat electronic (termostat si pompa apa e lectrica)
asigura o reducere a consumului de 3%;
Distributia va riabila – 4%;
Recircularea gazelor de esapament – 4%
Raport de comprimare variabil – 5%;
Dezactivarea cilindrilor – 7%;
Functionarea cu amestec sarac – 8%;
Comanda variabila a supapelor – 10-13%.
Pag. 5
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Formarea amestecului direct in cilindru este solutia cea mai de s intalnita la
constructorii auto. Poate reduce consumul cu pana la 20%.
Echipamentele de început pent ru injecția benzinei, puse la disp oziție de firma
Bosch, specializată în construc ția de echipamente pentru injecț ia motorinei în
MAC,nu difereau esenția l de acestea din urmă.
Problema delicată a acestor echipamente de injecție o co nstituia ungerea
cuplurilor de piese în frecare de pe traseul de înaltă presiune
,care, având în vedere calitățile antilubrifiante ale benzinei, trebuia asigurată printr-un
circuit separat de ungere.
Ulterior,echipamentele pent ru injecția benzinei în MAS s -au adaptat cerințelor de
lubrifiere a cuplurilor de piese în frecare,locului în care se producea injecția benzinei
și durata injecției. Astfel,s-a u dezvoltat echipamente de injec ție la care benzina nu
vine în contact cu părțile echip amentului care realizează presi uni înalte de injecție,
echipamente care permit introducer ea benzinei în camera de arde re sau în galeria de
admisie a motorului, precum și echipamente care permit injecția continuă sau
discontinuă a benzinei.
Toate aceste echipamente s-au dezvoltat ca urmare a mult iplelor avantaje pe care
le prezintă injecția de benzină la MAS, și anume:
-pulverizarea foarte fină a benzinei la toate regimurile de func ționare ;
– uniformitatea sporită a dozei de benzină între cilindrii motoru lui, mai ales
în situația în care injecția se face individual;
– creșterea gradului de umplere a cilindrului cu 8…12%, datorită rezistenței
gazodinamice reduse a tr aseului de admisie;
– creșterea puterii efective c u 10..15%,în special,datorită îmbun ătățirii
umplerii cilindrului;
– scăderea consumului specific efectiv de combustibil cu 12..15% datorită
formării mai bune a amestecului ae r-combustibil și arderii mai eficiente a
acestuia;
– reducerea emisiilor poluante din gazele de evacuare,ca urmare a posibilității
stratificării amestecului și arderii amestecurilor sărace;
– ameliorarea comportării motorului,eliminarea fenomenului de giv raj și a
rateurilor,precum și reducerea în ălțimii motorului cu 15-25 cm prin lipsa
carburatorului din insta lația de alimentare.
Specific MAS-ului alimentat prin injecție de benzină este corelarea debitului de
benzină cu debitul de aer pentru toate regimurile caracteristic e de funcționare. Aceasta
impune comanda simultană a organu lui de reglare a debitului de benzină și a
obturatorului care, evident, com plică costrucția instalației d e alimentare. De regulă,
pentru reglarea debitu lui de benzină sunt utilizate următoarele procedee:
reglarea debitului de benzină în funcție de poziția obturatorul ui (reglaj
mecanic);
reglarea debitului de benzină î n funcție de depresiunea din gal eria de admisie;
reglarea debitului de benzină î n funcție de debitul de aer aspi
rat.
Pag. 6
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Pentru unele regimuri tranzi torii,cum ar fi accelerarea și decelerarea,pentru
situația îmbogățirii amestecului la sarcină totală sau la regim ul de mers în gol,pentru
pornirea la rece etc. echipamentele pentru injecția benzinei su nt prevăzute cu
dispozitive speciale care modifi că debitul de benzină în confor mitate cu cerințele
menționate.
De asemenea, o serie de corecții ale debitului de benzină pot f i reclamate de
temperatura lichidului de răci re,temperatura uleiului de ungere,presiunea atmosferică
etc.
Motorul alimentat cu injecție directa de benzină (FSI/ID E) folosește o tehnologie
aplicată, deja, cu succes, la moto arele Diesel și al cărui prin cipiu de funcționare
constă în injectarea directă ,la înaltă presiune(100 bar), a be nzinei în camera de
ardere. Principalul obiectiv urmărit de motoriști la acest tip de motor a fost acela de a
se ameliora randamentul de umpler e și procesul de ardere,reducâ nd ,,pierderile prin
pompaj,,. Aceste pierder i pot fi compensate p rin mărirea presiu nii de admisie printr-
un exces de aer proaspăt sau prin tr-o reintroducere masivă de g aze arse
reciclate(EGR).
Cei care au actualizat si relans at pe piata primul vehicul cui njectie directa de
benzina au fost cei de la Mits ubishi, in anul 1996, cu Galant 1 .8 GDI.
Alti producatori i-au u rmat, incepand cu 2000:
motorul IDE de ;a Renault Megane Coupe 2.0
FSI la Vw Polo 1.4
Peugeot 406 cu 2.0 HPI, apoi Citroen Xsara.
Alfa Romeo 156 cu JTS 2.0
Pag. 7
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Am ales un model actual, care are caracteristici asemanatoare c u tema de proiect,
si il voi prezenta in contiunuare.
Volkswagen – Polo V – 1.2 (105 Hp) TSI
Marcă Volkswagen
Model Polo
Generație Polo V
Tip motor 1.2 (105 Hp) TSI
Numă r de uși 5
Putere 105 CP /5000 rot/min
Viteza maxim ă 190 km/h
Anul începerii produc ției 2009 an fabricatie
Amplasarea motorului Față, Transversal
Volumul motorului 1197 cm3
Sistemul de combustibil (Fuel System) injecție direct ă
Tipul turbinei (Turbine) turbo compresor
Poziționarea cilindrilor in linie
Numă rul de cilindri 4
Numă rul de supape per cilindru 4
Tipul de combustibil Benzin ă
Pag. 8
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Pentru comparatie am luat acelasi model dar versiunea cu motoru l de 1.2
benzina. Injectie indirecta. Se observa ca prin tehnologia FSI+ turbosupraalimentare,
puterea a crescut de la 70 la 105 CP. O crestere de 50%.
Vw in 2005 pe modelul Polo obtinea acceasi putere – 105 CP. Din tr-un motor
de 1,6 litri cu 4 cilindri in linie, injectie indirecta.
Marcă Volkswagen
Model Polo
Generație Polo V
Tip motor 1.2 (70 Hp) 5-dr
Numă r de uși 5
Putere 70 CP /5400 rot/min
Anul începerii produc ției 2009 an fabricatie
Amplasarea motorului Față, Transversal
Volumul motorului 1198 cm3
Cuplu 112 Nm /3000 rot/min
Sistemul de combustibil (Fuel System) injecție multi-punct (injecț ie multipunct)
Poziționarea cilindrilor in linie
Numă rul de cilindri 3
Diametrul cilindrilor 76.5 mm.
Cursa cilindrilor 86.9 mm.
Raport de compresie 10.5
Numă rul de supape per cilindru 4
Tipul de combustibil Benzin ă
Pag. 9
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 2. Calculul termic si cinematic al motorului
2.1 Calculul termic al motorului cu aprindere prin scanteie
Puterea nominala Pn = 84kw = 114,24 CP
Turatia nominala nn = 5500 rot/min
Numarul de cilindrii i = 4
Parametrii initiali: x= 1,45 (exponentul adiabatic)
T0= 293 K temperatura initiala
Ts = 343 K
p0 = 1,02 N/m2presiunea initial a
Tr = 900 K temperatura gazelor reziduale
pr = 1,15 N/m2presiunea gazelor rezidual e
λ = 0,9 coeficient de exces de aer
ε = 6 raportul de comprimare
ps= 1,7 N/m2presiune de supraalimentare
Parametrii procesului de schimbare a gazelor :
Se adopta :
pa= 1,5 N/m2presiunea la sfarsitul admisie i
ΔT = 25 K preincalzirea amestecului
γp= 1,05 coeficientul de postardere
Se determina prin calcule :
Coeficientul gazelor reziduale
0,049
Temperatura la sfarsitul admisiei :
345,16 K
Coeficientul de umplere :
1,50
Parametrii procesului de comprimare :Se adopta : n1 = 1,34
Presiunea la sfarsitul comprimarii :
16,551
Temperatura la sfarsitul comprimarii :
634,74 Kݎߛ=
ܽܶൌሺܶ0Δܶݎߛ∙ݎܶሻ/ሺ1 ݎߛሻൌ
ɳݒൌሺܽ∙ܶ0ሻ/ሺ0 〖∙ܶ〗 ܽሻ∙/ߝሺߝ
െ1ሻ∙ν/ሺ1 ݎߛሻൌ
ܿൌܽ∙ߝ^ሺ݊1 ሻൌ
ܿܶൌܽܶ∙ߝ^ሺ݊1െ1ሻൌ 510
510
510510510
Pag. 10
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Parametrii procesului de ardere
Se adopta : c= 0,854 kg compozitia benzinei
h= 0,142 kg compozitia benzinei
o= 0,004 kg compozitia benzinei
Qi= 43500 kJ/kg puterea calorica inferioara
Mc= 0,00877193 kcal/kg 0,0088
ξ= 0,9 coeficientul de utilizare a caldurii
π= 4,15 coeficientul de crestere a presiunii
0,95 coeficientul de corectie a presiunii
Aerul minim necesar arderii combustibilului este :
0,507 kmol aer/kg comb
Cantitatea de aer necesara arderii este :
0,457 kmol aer/kg comb
Cantiatea de incarcatura proaspata,raportata la 1 kg combustibil :
0,465 kmol/kg comb
Coeficientul teoretic de variatie molara a incarcaturii proaspete :
1,081
Coeficientul real de variatie molara a incarcaturii proaspete:
1,077
Caldura specifica molara medie a amestecului initial este :
31,04 kJ/kmolK
Caldura specifica molara medie a gazelor de ardere pentru λ<1 :
20,74 + 0,0028 *Tz
Caldura specifica degajata la ardere incompleta:
37400Φ_ݖൌ
݊݅݉ܮൌ1/0.21 ሺ/ܿ12/݄4െ/32ሻൌ
ܮൌλ∙݊݅݉ܮൌ
ܯ1ൌλ∙݊݅݉ܮܿܯൌ
ߤ0ൌሺ0.79∙λ∙݊݅݉ܮ/݄2/ܿ12ሻ/ሺ λ∙݅݉ܮ
݊ ܿܯሻൌ
݂ߤൌሺߤ0ݎߛሻ/ሺ1 ݎߛሻൌ
ݒ݉ܥ^′ൌ2017.4∙〖10〗^ሺെ3ሻ∙ܿܶൌ
ݒ݉ܥ^′′ൌሺ18.42.6∙λሻሺ15.513.8∙λሻ∙〖10〗^ሺെ4ሻ∙ݖܶൌ
݅ܽܳൌ݅ܳെ∆݅ܽܳൌ݅ܳെ61000ሺ1െλሻൌ
Pag. 11
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Temperatura la sfarsitul arderii:
Tz= 2864,845374 K
Presiunea la sfarsitul arderii:
80,439 N/ m2
76,41739875 N/ m2
Gradul de crestere a presiunii:
4,860
Parametrii procesului de destindere
Se adopta: n2= 1,25
Presiunea la sfarsitul destinderii:
8,566 N/ m2
Temperatura la sfarsitul destinderii:
1830,47 K
Parametrii principali ai motoruluiSe adopta:
coeficientul de rotunjire a diagramei μ
r = 0,96
randamentul mecanic ɳm = 0,85
Presiunea medie a ciclului teoretic :
18,79 N/ m2
Presiunea medie indicata:
18,04 N/ m2
Randamentul indicat al motorului:
0,307ሺξ݅ܽܳሻ/ሺλ݊݅݉ܮ ܿܯሻሺ1 ݎߛሻ ݒ ߤܥ^ ′ ∙ܿܶൌݒߤܥ^′′∙ߤ∙ݖܶ
ݖൌܿ∙ ܿܶ/ݖܶ ߤൌ
ݖ^′ൌΦݖ∙ݖൌ
ߨൌ ܿ/ݖൌ
ܾൌߝ/ݖ ^
ሺ݊2 ሻ ൌ
ܾܶൌߝ/ݖܶ^ሺ݊2െ1ሻ ൌ
݅^′ൌ/ܿሺߝെ1ሻ ሾ/ߨሺ݊2െ1ሻ ሺ1െ1/ߝ^ሺ݊2െ1ሻ ሻെ1/ሺ݊1െ1ሻ
ሺ1െ1/ߝ^ሺ݊1െ1ሻ ሻሿൌ
݅ൌݎߤ∙݅^′ൌ
ɳ݅ൌ ܯܴሺܯ ݅1 ܶ0ሻ/ሺ0 ɳ݅ܳ ݒሻൌ 510
510
510
510
510
Pag. 12
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Presiunea medie efectiva:
15,335 N/m2
Randamentul efectiv al motorului:
0,261
Consumul specific efectiv de combustibil:
0,317 kg/kWh= 316,72 g/kWh
Dimensiunile fundamentale ale motorului
Se adopta: 0,913
Capacitatea cilindrica necesara:
0,30 L
Se determina alezjul si cursa :
0,747 dm= 74,70 mm
68,20 mm
Viteza medie a pistonului:
12,50 m/s
Cilindreea totala a mototului:
1,20 L
Puterea litrica a motorului :
70,29 kW/L݁ൌɳ݉∗݅ൌ
ɳ݁ൌɳ݉∙ɳ݅ൌ
݁݃ൌ3600/ሺɳ ݅ܳ ݁ሻൌ
Φൌܦ/ܵൌ
݄ܸൌሺ120000݊ሻ/ሺ݁∙݊∙݅ሻൌ
ܦൌ√ሺ3&ሺ4∙݄ܸሻ/ሺߨ∙Φሻሻൌ
ܵൌΦ∙ܦൌ
݉ݓൌሺܵ∙݊ሻ/30ൌ
ݐݒൌ݅∙݄ܸൌ
݈ܲൌ ݐܸ/݊ܲൌ 510
Pag. 13
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Diagrama indicata
Volumul la sfarsitul cursei de admisie
0,36 dm3
Volumul la sfarsitul compresiei
0,060 dm3
Se adopta:
Unghiul de avans la aprindere: 100 °RAC 1,745 rad
Unghiul de avans la deschiderea evacuarii: 105 °RAC 1,833 rad
Raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei: 1/3.6= 0,278
44,617 mm
19,86 N/ m2
38,509 mm
5,03 N/ m2
Caracteristica externa
Puterea efectiva
Consumul specificConsumul orar
Momentul motorܸܽൌ/ߝ ݄ܸሺߝെ1ሻൌ
ܸܿൌߝ/ܸܽൌ
ݔൌ ܽሺ ݔܸ/ܸܽሻ^ሺ݊1 ሻ
ݏߙൌ
ݒ݁ߙൌ
λ_ܾൌ
ݏݔൌ/ܵ2 ሾሺ1െ ݏߙݏܿሻ λ_/ܾ4 ሺ1െݏܿ〖2ߙ〗 ݏሻሿൌ
ܿ^′′ൌሺ1.15െ1.25ሻ ܿൌ1.2ܿൌ
ݒ݁ݔൌ/ܵ2 ሾሺ1െ ݒ݁ߙݏܿሻെ λ_/ܾ4 ሺ1െݏܿ〖2ߙ〗 ݒ݁ሻሿൌ
ܽ^′ൌ1/2 ሺܽ ܾሻൌ
ܲሺ ݔ݁ሻൌܲሺ ݔܽ݉݁ሻ ሾ ݊/ݔ݊ ܾܽሺ ݊/ݔ݊ሻ^2െሺ݊ݔ
݊/ሻ^3 ሿ
݃ሺ ݔ݁ሻൌ ݁݃ሾܿെ݀ሺ ݊/ݔ݊ሻܭሺ ݊/ݔ݊ሻ^2 ሿ
ܩ_ሺ݁_ ݔሻൌ〖10〗^ሺെ3ሻ ܲ
ሺ ݔ݁ሻ∙݃ሺ ݔ݁ሻ
ܯሺ ݔ݁ሻൌሺ3∙〖10〗^4ሻ/ܲ ߨሺ ݔ݁ሻ/݊ 510
510
Pag. 14
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Constante pentru M.A.S.
ab c dk
1 1 1,2 1 0,8
n [r/min] Pe [kW] ge [g/kWh] Ge [kg/h] Me [Nm]
1000 17,545 330,858 5,805 126,829
1100 19,488 326,858 6,370 128,0701200 21,454 323,026 6,930 129,2381300 23,438 319,362 7,485 130,3331400 25,439 315,865 8,035 131,3551500 27,453 312,535 8,580 132,3041600 29,477 309,373 9,119 133,1801700 31,508 306,379 9,653 133,9831800 33,543 303,552 10,182 134,7131900 35,580 300,892 10,706 135,3702100 39,643 296,076 11,737 136,4652300 43,674 291,930 12,750 137,2672500 47,648 288,454 13,744 137,7782700 51,542 285,648 14,723 137,9972900 55,331 283,512 15,687 137,9243100 58,990 282,046 16,638 137,5593300 62,496 281,250 17,577 136,9033500 65,824 281,125 18,505 135,9543700 68,950 281,669 19,421 134,7133900 71,850 282,884 20,325 133,1804100 74,500 284,768 21,215 131,3554300 76,875 287,323 22,088 129,2384500 78,951 290,548 22,939 126,8294700 80,704 294,443 23,763 124,1284900 82,110 299,008 24,551 121,1365100 83,144 304,243 25,296 117,8515300 83,782 310,148 25,985 114,2745500 84,000 316,723 26,605 110,4056050 82,236 338,260 27,817 98,261
Pag. 15
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
R.R+L
LXSPMS
PMI2.2. Cinematica mecanismului biela-manivela
Analiza în detaliu a cinematicii mecanismului bielă-manivelă este foarte complexă din
cauza regimului dinamic de funcționare. De aceea s-au determina t relații simplificate, în ipoteza
unei viteze unghiulare constante a arborelui cotit și la un reg im stabilizat obținându-se o precizie
suficientă.
La o viteză unghiulară constantă a arborelui cotit unghiul de r otație este proporțional cu
timpul și prin urmare toate mărimile cinematice pot fi exprimat e in funcție de unghiul de rotație
al arborelui cotit.
Mecanismul bielă-manivelă este de tipul axat deci axa cilindrului intersectează axa
arborelui cotit
Deplasarea pistonului. se obține din relația :
R=S
2- raza manivelei
R=35 [mm] L=lungimea bielei
R=raza manivelei S=deplasarea pistonului
=unghiul de înclinare al axei bielei
=unghiul de rotație al manivelei
X=deplasarea curentă
Pag. 16
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin l=R
b=122 [mm] b1
3.5
x R 1 cos b
2sin2
2.1.2. Viteza pistonului. Se obține derivând, în raport cu timp ul, relația deplasării.
n
30n
vR sinb
2sin 2
Poziția vitezei maxim
e poate explica forma uzurii cilindrului î n lungul axei.
Accelerația pistonului. Se poate obține derivând, în raport cu timpul,expresia vitezei
pistonului.
aR2 cosb cos 2
Forțele care acționeaza în mecanismul bielă-manivelă
a) Forta de presiune a gazelor
Fg=A p·ps -forța de presiune a gazelor
unde: A p=p·D2/4=4417.8 [mm2] -aria capului pistonului
ps=1.43·105 [N/m2]
b) forțele de inerție;
Fm`
F"F"bFt„FbFt
Fr"Fm Ft`Me
FFbFn
MrasH=sin( )r/sin
Pag. 17
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin pentru mișcarea de:
-translație: F tr= -m·a
unde: m = m (p+b) + m 1b =0.525 [kg]
m1b = 0,25·1,5=0,125 [kg]
m2b = 0,75·1,5=0,375 [kg]
m(p+b) = 0,4 [kg]
mb = 0,5 [kg]
-rotație: F r=-m r ·R·2=3077.8 [N]
mr = m 2b+ m fm –2m cg=-0,275 [kg]
mfm = 0,25 [kg]
mcg = 0,45 [kg]
Calculul forțelor din mecanismul bielă-manivelă ;
F=F g+Fj -forța sumară
Fb=F/cos() – forța care acționează după axa corpului bielei
Fn=F·tg() – forța perpendiculară pe axa cilindrului
Ft=F·sin(-)/cos() – forța tangențială la fusul maneton
Fm=F·cos(-)/cos() – forța radială pe axa fusului maneton
Forțele care acționează asupra fusului arborelui cotit ;
-Forțele care acționează asupra fusului maneton
fi-Fcb
ZRmKTFcb
Pag. 18
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Rm=Ft+Fm+Fcb
Unde: F cb=-m 2b·R·2
2
m2
t mF F R
– Forțele care acționează asupra fusului palier
Ftpdr=Ftdr/2
Fmpdr=(F mdr-Fr)/2
2dr
mp2dr
tpdr
p ) F ( ) F ( R
Ftpst=Ftst/2
Fmpst=(F mst-Fr)/2
2st
mp2st
tpst
p ) F ( ) F ( R
Rtp=Rpdr+Rpst
– Valoarea m edie a momentului total este :
kWn V pPkWn MPNmM
M
t i
imed
im
med
33 , 146000 . 12020 . 11610 55 , 978 , 346
31
unde:
pi = presiunea indicată N/m2
Vt = cilindreea totală a motorului m3
n = turația motorului rot/min
Pi = puterea indicată a motorului
Pi = puterea indicată a motorului obținută la calculul termic
Se admite o abatere de ± 5%.
Pag. 19
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Bilanțul puterilor
Pid136.529 KWPidMmedn
9550
PitpiVtn1
120000Pit156.655 KW
PidPid
Pid0.254
Pag. 20
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.Calculul organologic
3.1. Blocul motor si chiulasa
Blocul de c ilindri preia eforturile de explozie si fortele de inertie ale mecanismului biela manivela.
Conditia esentiala pe care trebuie sa o aiba un bloc este aceea de a asigura o rigiditate maxima.
Blocul de c ilindri se realizeaza prin turnare. In ce priveste constructia se recomanda ca el sa fie realizat
sub forma unui corp cu zabrele. Acestea vor fi cons tituite di n nervurile piesei turnate, iar pere tii vor fi atat de
subtiri cat permite te hnologia de fabricare.
In partea superioara a blocului se fixeaza suruburile pentru prinderea chiulasei. Diametrul lor variaza i n
limitele F=(8-10) mm, iar adancimea de insurubare esre de ( 1.5-2)F cand blocul este din fonta.
Daca eforturile ce trebuie preluate sunt mai mari, at unci se mareste numarul de prezoane nu si diametr u
lor
In jurul camasilor se va cauta sa se faca sectiuni pe cat posibil mai mici pentru trecerea apei, cu scopul
de a mari viteza de curgere. Aceasta nu trebuie sa depaseasca i nsa 3.5 m/s pentru ca exista pericolul antrenar i
depozitelor inevitabile ce pot astupa canalele.
Pentru a avea dimensiuni minime penru carter se descr ie infasuratoarea conturului bielei la o rotatie
completa apoi se traseaza sectiunea carterului astfel ca locuri le cele mai strimte dintre perete si corpul bielei s
fie de minim (8-10) mm din cauza barbotajului si a corpurilor s traine
Din motive de rigiditate grosimea pere tilor va fi de ( 4.5-5) mm pentru blocurile turnate din fonta
Un indice de apreciere a ca litatii blocului motor este greutatea acestuia. se recomanda ca greutatea
blocului sa nu depaseasca 25% din greutatea motorului.
Compac titatea motorului este determinata i n principal de distanta intre axele c ilindrilor ; aceasta este
determinata de arhitectura arborelui cotit, de lungimea fusuril or maneton si palier, de tipul si grosimea camasi l
de cilindru, de marimea inters titiului camerei de apa dintre cilindri.
Blocurile de c ilindri se confectioneaza din Fonta cenusie Fc 200; Fc210; Fc240; Fc250; Fc280
STAS568-87 Daca blocul nu are camasile amovibile el se toarna d in fonta de calitate pentru cilindri.
Chiulasa se toarna frecvent din aliaje de aluminiu Un astfel de aliaj se compune din 5% Si; 1.3% Cu;
0.5% Mg; restul aluminiu.
Chiulasele se toarna din aluminiu si nu se recomanda t urnarea sub presiune
Capacele lagarelor arborelui co tit se toarna di n otel pentru motoarele mai putin solicitate si se forjeaza l a
motoarele mai intens solicitate.
Prezoanele se executa din oteluri aliate, de imbunatat ire, cu crom ori nichel.
3.2.Calculul c ilindrului motorului
Se alege solutia constructiva cu camasa umede turnate din fonta aliata cu Cr-Mo. Aceasta solutie ofera
avantajul unei prelucrari usoare a blocului motor si cheltuieli minime la montaj. Are avantajul ca blocul mtor n
trebuie turnat in intregime din fonta de calitate ceea ce ar im plica o oarecare crestere de pret.
Datorita acestor avantaje solutia s-a extins la motoarele actua le fiind foarte folosita datorita faptului c a
asigura o rigiditate mare blocului motor ceea ce duce la cobora rea nivelului de zgomot al motorului si ofera o
racire foarte eficienta a cilindrului.
Pag. 21
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.2.1.Calculul grosimii c ilindrului
Grosimea cilindrului se determina considerindu-l ca un vas cu p ereti subtiri supus la presiune interioara.
In urma calculului termic am obtinut:
D 74.7 mm
S 68.2 mm
pmax 8.1 MPa
In continuare se adopta pentru fonta cenusie: Fc280
σt 100 MPa
δ 0.5 Dpmax
σt δ3.025 mm
Se adopta grosimea δ 5 mm
si D1 D 2 δ D1 84.7 mm
3.2.2. Verificarea tensiunilor sumare:
DmedDD 1
2 mm Dmed 79.7 mm
Tensiunea de intindere in sectiunea transversala este
σt0.25 pmaxDmed
δ mm σt3 2 MPa
Tensiunea de incovoiere se calculeaza astfel
W 0.1D14D4
D1 W 24002.554mm3
Nmax 5250 N h5 0 mm
σiNmax h
W σi 10.936 MPa
Σσ σ tσi Σσ 43.215 MPa
Tensiunea sumara totala nu trebuie sa depaseasca 70 MPa
Pag. 22
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3. 3.Calculul pistonului
Calculul de rezistenta al pistonului se face dupa stab ilirea principalelor sale dimensiuni
pe baza datelor statistice ale motoarelor existente si car e s-au comportat bine in exploatare
Materiale pentru pistoane, cond itii tehnice si de exploatare
Datorita cond itiilor de lucru materialul pentr u pistoane trbuie sa satisfaca o serie de cerinte si anume :
rezistenta ridicata la temperatura inalta si sarcini variabile , densitate mica , conductib ilitate termica , coeficie n
dilatare redus , rezistenta la uzura , prêt de cost redus si pr elucrabilitate usoara .
Materialele u tilizate pentr u pistoane sunt aliaje de aluminiu fabricate prin turnare in co chila ( procedeu ieft i
productiv ) . Dupa prelucrare se supune unui tratament termic ( calire , imbunatatire ) care le ridica propietat i
mecanice . Se mai aplica cositorire , grafitare .
H D 0.9 H 67.23 mm
L 0.66 D L 49.302 mm
h 0.1 D h 7.47 mm
l1 0.565 D l1 42.206 mm
l2 H l1 l2 25.025 mm
δ 0.12 D δ8.964 mm
c1 0.15 D c1 11.205 mm
ri 23 mm
Se adopta urmatoarele valori:
H 67.5 L 49 l1 42 l2 25
h 7.5 δ 9
3.3.1. Verificarea capului pistonului:
Capul pistonului se verifica la rezistenta ca o placa circulara incastrata pe contur si incarcata cu o sarcina
uniform distribuita. Solicitarea capului pistonului e data de f ormula:
σf 0.1875 pmax 1 ()ri
δ2
σf 8.694 MPa σaf 30 MPa
σa25..60()= MPa
Pag. 23
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.3.2. Verificarea sectiunii slabite:
Pistonul se verifica la compresiune in sectiunea x-x, deoarece forma constructiva, cu gauri in dreptul
segmentului de ungere, duce la slabirea acestei sectiuni
Aa 5281.017 mm2 -aria sectiunii in dreptul segmentului de ungere:
σc pmaxπD2
4A a σc 6.722 MPa
Efortul unitar admisibil la compresie este sac=20-40 MPa
3.3.3. Verificarea mantalei:
Suprafata de frecare (ghidare) a pistonului se verifica la uzur a
Nmax 5310.65 N -forta normala
Aev 5153 mm2 aria de evazare: Nmax0.08..0.12() pgπD2
4 =
pNmax
Aev p 1.031 MPa
Valoarea maxima a presiunii nu trebuie sa depaseasca 1.5 MPa
3.3.4. Determinarea diametrului pistonului la montaj:
Diametrul pistonului la montaj se determina in asa fel incit sa asigure jocul la cald necesar functionarii norma l
coeficienti de dilatare
– pentru aliaje din aluminiu -pentru fonta
αp 17.5 106 1
Kαc 10.7 106 1
K
– pentru racirea cu apa Tc 370 Ktemperatura cilindrului
Tp 200 Ktemperatura pistonului
T0 288 K
– jocul pistonului la partea superioara Δs 0.184 mm
– jocul pistonului la partea superioara Δi 0.125 mm
DpD1 αcT c T 0() [] Δs
1αpT p T 0() Dp 74.697 mm
DiD1 αcT c T 0() [] Δi
1αpT p T 0() Di 74.756 mm
Pag. 24
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.4.Calculul boltului de piston
Boltul de piston este solicitat in timpul lucrului de o sarcina mecanica variabila ca valoare si s ens iar in
unele perioade de functionare a m otorului caracterul solicitari i se apropie de cel de soc. Miscarea oscilanta si
temperatura relativ ridicata de la umerii pistonului determina conditii nefavorabile pentru realizarea unei
frecari lichide : de aici si uzura accentuata a boltului. Acest e conditii im pun ca boltul de piston sa aiba miez
tenace
si strat superficial dur, cu un grad de netezime foarte mare. in functie de otelul din care se executa, boltul de
piston se cementeaza la suprafata pe o adancime de (0.5-2) mm or i se caleste superficial prin C.I.F. pe o
adancime de (1-1.5) mm Duritatea stratului superficial trebuie sa fie H RC=58-65 , iar a miezuluiH RC=36
Pentru calculul boltului se considera o grinda pe doua r eazeme incarcata cu o forta uniform distribuita
pe lungimea piciorului bielei. Schema de incarcare se vede in fi gura. Conventional forta ce actioneaza asupr a
boltului se considera a fi forta maxima de presiune a gazelor d iminuata de forta de inertie data de masa
pistonului.
Boltul se verifica la uzura in piciorul bielei si in umerii pistonului, la incovoiere in sectiunea mediana, l a
forfecare in sectiunile dintre piciorul bielei si partea frontala a umarului pistonului si la ovalizare
3.4.1. Verificarea la uzura:
-se face calculind presiunile specifice de contact, care caract erizeaza conditiile de ungere, a tit pentru piciorul b i
cit si pentru umeri
db 0.25 D db 18.675 mm
dbi 0.55 db dbi 10.271 mm
l0.88 D l 65.736 mm
Se adopta: db 19 dbi 10
l65 lb 28
lp 24 j1 b3 0
Presiunea pe suprafata piciorului bielei
Fmax 36638.52 N
Fmin 131.48 N
pbFmax
db lb pb 68.869 MPa
Presiunea pe suprafata umerilor pistonului
ppFmax
2d blp pp 40.174 MPa
La motoarele existente presiunea specifica variaza in limitel e : pb=(40-90) MPa si pp=(25-54) MPa
Pag. 25
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
3.4.2. Verificarea la incovoiere:
Efortul unitar maxim la incovoiere este
σimaxFmax l 0.5 lb 4j ()
1.2 db3 1dbi
db4
σimax 400.172 MPa
σiminFmin l 0.5 lb 4j ()
1.2 db3 1dbi
db4
σimin 1.436 MPa
In continuare se calculeaza efortul unitar mediu si amplitudine a eforturilor unitare
σaσimax σimin
2 σa 199.368 MPa
σmσimax σimin
2 σm 200.804 MPa
Se verifica valoarea simax<sa=(25-50) MPa
In continuare se calculeaza coeficientul de siguranta c2max=( 1-2.2)
βk1 coeficientul efectiv de concentrare la sarcina variabila
ε 0.8 factorul dimensional
γ 1.1 coeficientul de calitate al suprafetei
σ 340 MPa rezistenta la oboseala pentru ciclul simetric de incovoiere
σ0 1.5 σ σ0 510 MPa rezistenta la oboseala pentru ciclul pulsator de incovoiere
ψ2σσ0
σ0 ψ 0.333 coeficientul tensiunilor
c2σ
βk
εγσa ψσm c2 1.158
Pag. 26
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.4.3. Verificarea la forfecare:
Efortul unitar de forfecare se calculeaza cu relatia urmatoare:
τ0.85 Fmax 1dbi
dbdbi
db2
db21dbi
db4
τ168.499 tadm=150-220 MPa otel aliat
3.4.4. Calculul la ovalizare:
In ceea ce priveste calculul la ovalizare se pleaca de la ipote za ca boltul este incarcat cu o sarcina distribuita
sinusoidal. Pentru a corecta inexactitatile ipotezei rezultatel e obtinute se majoreaza cu coeficientul k
Solicitarile maxime apar la diametrul interior al boltului. Val orile acestor eforturi se calculeaza astfel:
h1,h2,h3,h4,k sint coeficienti care depind dedbi
db
η1 9.8 η2 7.2 η3 3.6
η4 8.8 kov 1.38
σ1Fmax
ld bη1 σ1 290.735 MPa
σ2Fmax
ld bη2 σ2 213.601 MPa
σ2 213.601σ3Fmax
ld bη3 MPa
σ4Fmax
ld bη4 σ4 261.068 MPa
Valorile maxime admisibile pentru
aceste eforturi sunt sa=(150-300) MPa
3.4.5. Calculul jocului de montaj
Δδmax0.09 Fmax
l 2.1105ldbi
db
ldbi
db
3
kov
Δδmax 0 mm
Se recomanda ca deformatia de ovalizare sa
fie mai mica decit jocul radial la cald D1
Δ1 0.0005 db Δ1 0.01 Δ1
20.005 ΔδmaxΔ
2
Pag. 27
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.4.6. Calculul jocului la montaj:
aol – coeficientul de dilatare al materialului boltului αol 12 106 1
k
aal – coeficientul de dilatare al materialului pistonului
αal 20 106 1k
tb – temperatura boltului tb 423 k
tp – temperatura pistonului tp 450 k
t0 – temperatura mediului ambiant t0 293 k
ΔΔ1d b αol tb t0() αal tp t0() []
1αal tp t0() Δ 0.02 mm
3 .5.Calculul segmentilor.
In ansamblul lor segmen tii realizeaza etansarea pe baza efectului de labirint, cu alte cuvinte spatiile dintre
segmenti permit destinderea treptata a gazelor si prelungesc dr umul parcurs de acestea. astfel in zona ultimului
segment viteza de curgere si cantitatea de gaze sca d pina la valori practic neg lijabile
Se considera o eficienta normala, daca presiunea gazelo r dupa ultimul segment reprezinta 3-4% din
valoarea presiunii in cilindru, iar volumul de gaze scapate est e cuprins intre 0.2-1% din volumul incarcaturii
proaspete admise in cilindri. Aceste valori se determina experim ental
Calculul segmentului urmareste stabilirea urmatoarelor obiective: determinarea presiunii medii elastice pentru
stabilirea formei segmentului in stare libera si montata: deter minarea celor doua dimensiuni de baza a
segmentului: verificarea eforturilor unitare ce apar in segment la deschiderea lui astfel incat la montaj sa nu
depaseasca valoarea admisibila:determinarea jocurilor la rece s i la cald precum si verificarea rosturilor la cald
pentru a preveni impactul intre capete in timpul functionarii.
Materiale pentru segmenti , cond itii tehnice si de exploatare :
Experienta dovedeste ca exista o stransa legatura intr e eficienta eficienta etansarii realizata de
ansamblul de segmenti , functionarea motorului si durab ilitatea acestuia . In cazul in care sunt compromise
functiile segmentilor , arderea se desfasoara la un nivel scazut de de presiune deci puterea scade iar
consumul creste .
Fata de cond itiile impuse segmentilor fonta s-a dovedit ca fiind cel mai bun materal pentru segmenti .
O metoda productive de realizare a segmen tilor din fonta este turnarea individuala si obtinerea elasticitatii
prin termofixare . Pentru durab ilitate se realizeaza cromarea poroasa ( duritate 570 …1250 HB ) ,
rezistenta la uzura , buna ungere .
Pag. 28
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.5.1. Presiunea medie elastica:
E 1.2 105 MPa g_elast 0.196 S0 10 t3 mm
pe0.425
3 g_elastES0
t
D
t13D
t pe 0.178 MPa
pe=0.1..0.4 MPa segmenti de compresie
Realizarea unei anu mite repartitii a presiunii segmentului asupra oglinzii cilindrului impune o curbura
variabila a fibrei medii a segmentului in stare libera. trasare a fibrei medii a segmentului in stare libera se
poate face luind in consideratie deplasarile relative radiale s i unghiulare.
3.5.2. Tensiunea la montarea pe piston:
La montaj prin desfacerea segmentului in sectiunea opusa capet elor apar tensiuni unitare maxime
care trebuie calculate pentru a preveni ruperile
p 2 m – coeficient care depinde de metoda de montaj a segmentului
σ'max2
pE11
3 g_elast() πS0
t
D
t12
σ'max 130.586 MPa
Valorile admisibile pentru s'max=230 MPa
3.5.3. Grosimea radiala t:
kn 1.742 σa 150 MPa
x 0.5 0.815σa
kn pe x 26.125tD
x t 2.859
x=D/t=22-24 pentru D=50-100 mm
Pag. 29
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.5.4. Tensiunea maxima:
σmax2k n
π3 g_elast()ES0
t
D
t12 σmax 32.25 MPa
Tensiunea maxima admisibila smax=30-45 MPa
3.5.5. Jocul la capetele segmentului in stare calda:
Δ'3 0.0015 D Δ'3 0.112 mm
3.5.6. Jocul la capetele segmentului :
Δ3 0.0030 D Δ3 0.224 mm
3.6.Cal culul bielei
In timpul functionarii biela este solicitata de fortele de pre siune a gazelor si de fortele de inertie variabile ca
marime si sens. Datorita acestor forte, biela este solicitata l a compresiune, intindere si incovoiere transversala
Materiale pentru biele , cond itii tehnice si de exploatare :
Biela se confectioneaza prin matritare din otel carbon de imbunatatire . Se folosesc oteluri de tipul
OLC 45 si OLC 60 . Suruburile de biela se confectioneaza din ac eleasi oteluri aliate de imbunatatire .
Bucsele din piciorul bielei se confectioneaza din bronz cu alum iniu . In timpul functionarii practice biela nu s
uzeaza cid oar difertele piese care depend de functionarea corecta a bielei ( cuzineti , fusul maneton , bucsa
bielei , boltul ) .
3.6.1.Calculul piciorului bielei
Dimensiunile principale ale piciorului bielei se iau orien tativ conform datelor din literatura de specialitate
Ochiul bielei este solicitat la intindere de forta de inertie a ansamblului pistonului, la compresiune de forta de
presiune a gazelor.
Pentru a efectua calculele de rezistenta se considera piciorul bielei ca o bara curba incastrata in regiunea de
racordare C-C cu corpul bielei.
Forta de inertie se considera ca actioneaza uniform repartizara pe jumatatea superioara apiciorului bielei
In sectiunea periculoasa C-C va apare momentul incovoietor
Masa pistonului:
Masa bielei:
Masa piciorului:mp 0.882 Kg
mb 1.434 Kg
m1b 0.275 mb
m1b 0.394 Kg
Pag. 30
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
Masa capului:
Masa capacului de biela:
Raza manetonului:
Unghiul de incastrare:
Forta de intindere:m2b 0.725 mb
m2b 1.04 Kg
mcp 0.3 m2b
mcp 0.312 Kg
r 27.1 103 m
ϕc 120π
180
n 4400rot
minλ1
3.6
Fjp mp rπn
302
1λ() Fjp 6484.191 N
Modulul de elasticitate al materialului bielei: EOl 2.2 105 MPa
Aria sectiunii piciorului: Ap 150 mm2
Grosimea radiala a piciorului: hp 6 mm
Latimea piciorului bielei: a2 8 mm
Raza corespunzatoare fibrei medii: rm 23 mm
Solicitarea de intindere:
M0 Fjp rm 0.00033 ϕc 0.0297 ()
M0 4326.275 Nm
N0 Fjp 0.572 0.0008 ()
N0 3703.77 N
Momentul incovoietor si forta normala in sectiunea de incastrare sint:
Pag. 31
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Mi M0 N0 rm 1 cos ϕc()() 0.5 Fjp rm sinϕc ( ) cos ϕc() ()
Mi 21591.735 Nm
Ni N0 cos ϕc() 0.5 Fjp sinϕc ( ) cos ϕc() ()
Ni 2576.9 N
Tensiunile in sectiunea de incastrare in fibra interioara si ex terioara sint:
Kb 1 in cazul in care nu exista bucsa in piciorul bielei
σii 2 Mi6r m hp
hp 2 rm hp () Kb Ni 1
ah p σii 156.713 MPa
σie 2 Mi6r m hp
hp 2 rm hp () Kb Ni 1
ah p σie 133.975 MPa
Tensiunile trebuie sa se incadreze in intervalul 150-450 MPa
K – coeficient prin care se ia in considerare ca o parte din fo rta normala N este preluata de piciorul bielei iar r e
de bucsa
Solicitarea de compresiune:
Piciorul bielei, asa cum s-a precizat este solicitat si la com presiune de forta Fc.
FcπD2
4pmax Fjp Fc 29014.808 N
In ipoteza ca aceasta se repartizeaza dupa o lege sinusoidala pe jumatatea inferioara a piciorului bielei, se
vor obtine niste eforturi unitare de compresiune in fibra inter ioara si exterioara cu o var itie precizata.
In sectiunea de incastrare C-C va apare un moment incovoietor M'c calculabile cu urmatoarele rela tii:
Pag. 32
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin M'0 Fc rm0.0011 M'0 734.075 Nm
N'0 Fc 0.003 N'0 87.044 N
Nc N'0 cos ϕc() Fcsinϕc()
2ϕc
πsinϕc() 1
πcosϕc()
Nc 386.401 N
Mc M'0 N'0 rm 1 cos ϕc()() Fc rmsinϕc()
2ϕc
πsinϕc() 1
πcosϕc()
Mc 6151.129 Nm
Eforturile de compresiune in piciorul bielei vor fi:
-in fibra exterioara
σce1
ah p2Mc6r m hp
hp 2 rm hp () kov Nc σce 36.971 MPa
-in fibra interioara
σci1
ah p2Mc6r m hp
hp 2 rm hp () kov Nc σci 43.449 MPa
Intervalul pentru valorile admisibile ale tensiunilor de comp rimare 150-300 MPa
– Calculul deformatiei:
Deformatia produsa piciorului bielei sub actiunea fortei de ine rtie se determina astfel:
EOl 2.2 105 N/mm2
Iah p3
12 I 504
δ8 Fjp rm3 ϕc9 0()2
106EOl I δ0.044 mm
3.6.2. Cal culul corpului bielei.
Calculul la intindere si compresiune:
Calculul corpului bielei se face in cel putin doua sectiuni : i n sectiunea mediana I-I, iar daca sectiunea
variaza pronuntat in lungul corpului bielei se face calculul si pentru sectiunea II-II
Corpul bielei este solicitat la intindere compresiune si flamba j Efortul unitar
de intindere se calculeaza astfel :
Pag. 33
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
mj m1b mp () mj 1.276 kg
-pentru sectiunea I-I
F mj rπn
302
1λ() F 9383.33 N
FcpπD2
4pmax mj rπn
302
1λ() Fcp 26115.669 N
A 294mm2 aria sectiunii care se calculeaza
Efortul unitar de compresiune si efortul unitar de intindere se calculeaza astfel :
σc 6.722 MPa
σcFcp
A σiF
Aadm=150-300 MPa
σi 31.916 MPa
Calculul la flambaj:
In sectiunea I-I forta Fc poate provoca flambajul bielei. Efort urile la flambaj in cele doua plane
sunt aproximativ egale pentru dimensiuni ale sectiunilor judici os alese ; considerand corpul
bielei ca o bara articulata la capete eforturile de flambaj sun t:
σf 1.1Fcp
A σf 97.712 MPaadm=150-300 MPa
Pag. 34
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Calculul coeficientului de siguranta:
σ1t 500 MPa β 1 ε 0.65 ψ 0.3 γ 1.12
σmax σf σmin σi
σaσmax σmin
2 σa 64.814 MPa
σm 200.804 MPa
σmσmax σmin
2
cσ1t
β
εγσa ψσm c 5.056 c este recomandat 2-2.5
3.6.3. Calculul capului bielei.
Capul bielei se verifica la intindere sub actiunea fortei de in ertie
Ipotezele de calcul sunt :
-forta de inertie se repartizeaza pe capac dupa o lege sinusoid ala.
-sectiunea periculoasa se afla in dreptul locasurilor suruburilor de biela
-capul bielei este o bara curba continua, capacul fiind montat cu strangere.
-cuzinetii se deformeaza impreuna cu capacul bielei preluind o parte din efort
proportional cu momentul de inertie al sectiunii transversale .
In aceasta situatie efortul unitar d e intindere in fibra interioar a este :
Pag. 35
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Fjc rπn
302
mp m1b() 1 λ() m2b mcp () [] Fjc 13570.466 N
-momentul de inertie al capacului:
-momentul de inertie al cuzinetului:
-aria sectiunii capacului:
-aria sectiunii cuzinetului:
-momentul de rezistenta al capacului:
-distanta dintre axele suruburilor bielei:Icp 5716.66mm4
Ic 32.55mm4
Acp 350 mm2
Ac 62.5 mm2
Wcp 816.66mm3
lp 68 mm
σ Fjc0.023 lp
1Ic
IcpWcp0.4
Acp Ac
σ 39.001 MPa
adm=160-300 MPa
Calculul coeficientului de siguranta:
Coeficientul de siguranta pentru ciclul pulsator:
c 2σ1t
σmax 1 ε() c 6.203 c recomandat 2.25-3
δ0.0024 Fjclp2
EOl Icp Ic() δ 0
3.6.4. Calculul suruburilor de biela
Suruburile de biela sunt solicitate la intindere de forta initiala Fsp si de forta de inertie a maselor in
miscare de translatie si a maselor in miscare de rotatie care s e afla deasupra planului de separatie dintre corp
si capac.
Pentru a asigura strangerea necesara cuzine tilor, forta de strangere initiala a sur uburilor trebuie sa fie
mai mare decat forta de inertie care revine unui surub
z2 χ 0.15 -coeficient ce tine seama de elasticitatea surubului
Fi Fjc Fi1Fi
z Fi1 6785.233 N
Fsp 2 Fi1 Fsp 13570.466 N-forta de strangere prealabila
Fs Fsp χFi1 Fs 14588.251 N-forta maxima de intindere
Pag. 36
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Tinand seama de fortele ce solicita suruburile de biela, aceste a se dimensioneaza in functie de solicitarea la
intindere si se verifica la oboseala
Diametrul fundului filetului se determina astfel:
cc 2 coeficient de siguranta se afla in intervalul 1.25..3
c1 1.3 factor ce tine seama de solicitarile la torsiune
c2 1.2 factor ce tine seama de curgerea materialului
2
σc 1100 limita de curgere a materialului sur uburilor apartine intervalului (600..1400) N/mm
ds cc4
πc1
c2Fs
σc ds 6.049 mm
Diametrul partii nefiletate
d's cc4
πFs
σc d's 5.811 mm
Calculul coeficientului de siguranta:
Aria surubului la diametrul fundului filetului:
Asπds2
4 As 28.734 mm2
σmaxFs
As σminFsp
As
σmax 507.692 MPa σmin 472.272 MPa
σmσmax σmin
2 σvσmax σmin
2
σm 489.982 MPa σv 17.71 MPa
Pentru ciclul de solicitare de tip pulsator, coeficientul de si guranta se determina astfel:
β 5.2 ε 0.85 γ 1.2 ψ 0.2 σ1 600 MPa
cσ1
β
εγσv ψσm c 3.187 c recomandat 2.5-4
Pag. 37
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.7 CALCULUL ARBORELUI COTIT.
Avand in vedere cond itiile de functionare , prin calcul, arborele co tit se verifica la presiune specifica si
incalzire, la oboseala si la vibra tii de torsiune.
Calculul arborelui cotit are un car acter de verificare, dimensiunile lui adoptandu-se prin prelucrarea
statistica a dimensiunilor arborilor cotiti existenti.
Materiale pentru arboreal cotit , , cond itii tehnice si de exploatare
Fata de materialul pentru confectionarea arborelui coti t se impugn urmatoarele cerinte : rezistenta la
oboseala inalta , posib ilitatea obtinerii unei duritati ridicate a suprafatelor fusurilor buna prelucrabilitate . Se
utilizeaza otelurile car bon de ca litate OLC 45 , OLC 60 aliate cu Mn , Mo , V. Duritatea fusurilor se obti ne
prin calirea C.I.F. , adancimea fiind 3…4 mm . La arborii cotit i turnati trebuie sa se acorde o atentie
deosebita conditiilor de montaj deoarece nerespectarea acestor prescriptii pot sa conduca la deforma tii de
natura sa produca ruperea arborelui .
3.7.1. Verificarea fusurilor la presiune si incalzire
Pentru apreveni expulzarea peliculei de lubrifiant dintre fusu ri si cuzinet trebuie sa se limiteze presiunea ma x
fusuri.
Presiunea specifica conventionala maxima pe fusurile manetoane si paliere se calculeaza astfel;
dm 46 mm -diametrul fusului maneton dp 58 mm -diametrul fusului palier
lp 36 mm -lungimea fusului palierlm 32 mm -lungimea fusului maneton
h 17 mm -grosimea bratuluib 76 mm -latimea bratului
a 21.5 mm
Rmmax 64932.72 N-forta maxima ce incarca fusul maneton
Rpmax 56704.52 N-forta maxima ce incarca fusul palier
pmmaxRmmax
dm lm pmmax 44.112 MPa ppmaxRpmax
dp lp ppmax 27.157 MPa
Presiunea specifica medie conventionala pe fusurile maneto an e si paliere se determina cu relatiile:
Pag. 38
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Rmm 9860.71 NRmm si Rpm reprezinta mediile aritmetice ale valorilor
fortelor care incarca fusurile paliere si manetoaneRpm 14408.62 N
pmRmm
dm lm pm 6.699 MPa
ppRpm
dp lp pp 6.901 MPa
Verificarea fusului la incalzire se efectueaza in itial pe baza unui ciclu simplificat si acesta se refera la
determinarea coeficientului de uzura.
ξ 1.06
Km pm ξπdmn
603
Km 3081574.572
Kp pp ξπdpn
603
Kp 4428163.86
Verificarea prin aceasta metoda nu ia in considerare factorii caracteristici ai regimului hidrodinamic de
ungere.
3.7.2.Verificare la oboseala.
Calculul arborelui cotit ca o grinda static nedeterminata implica dificultati. De aceea ca lculul impune
adoptarea unor scheme simplificate de incarcare si deformare ca re considera arborele cotit ca o grinda
discontinua alcatuita dintr-un numar de parti egal cu numarul c oturilor. Calculul se efectueaza pentru fiecare
cot in parte in urmatoarele ipoteze simplificatoare:
a) fiecare cot reprezinta o grinda simplu rezemata pe doua reaz eme.
b) reazemele sunt rigide si coaxiale.
c) momentele de incovoiere in reazeme se neg lijeaza.
d) fiecare cot lucreaza in domeniul amplitudinilor maxime ale momentelor de incovoiere si de torsiune si a
fortelor variabile ca semn.
e) In reazemul din stanga cotului actioneaza un moment de torsiune egal cu suma momentelor coturilor care
preced cotul de calcul
3.7.2.1Calculul fusului palier la oboseala.
Fusul palier este solicitat la torsiune si incovoiere dupa un ciclu asimetric. Deoarece lungimea fusului este
redusa, momentele incovoietoare au valori mici si in aceste con ditii se re nunta la verificarea la incovoiere.
Fusurile paliere dinspre partea anterioara a arborelui cotit su nt solicitate la momentede rasucire mai mici
decat acelea ce actioneaza in fusurile dinspre partea posterioa ra a arborelui si mai ales asupra fusului final,
deoarece in acesta se insumeaza momentele medii produse de fiec are cilindru. Calculul trebuie dezvoltat
pentru fiecare cilindru in parte, ceea ce implica insumarea mome ntelor de torsiune tinandu-se cont de
ordinea de aprindere.
Pag. 39
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
Mpmin 302.36 Nm Mpmax 1107.42 Nm
Wpπdp3
32 Wp 19155.076
σpminMpmin 103
Wp σpmin 15.785
σpmaxMpmax 103
Wp σpmax 57.813
τ_1 180 σpaσpmax σpmin
2 MPa
γ 1.2
σpmσpmax σpmin
2 MPax 2.5
τ0 1.8 τ_1 ψr2τ_1 τ0
τ0
Coeficientul de siguranta se calculeaza cu relatia:
Cpτ_1
x
γσpa ψrσpm Cp 2.278
Pag. 40
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.7.2.2. Calculul fusului maneton la oboseala:
Fusul maneton este solicitat la incovoiere si torsiune . Calculul se efectueaza pentru un cot ce se
sprijina pe 2 reazeme si este incarcat cu forte concentrate. Deoarece sect iunea momentelor maxime ale
acestor solicitari nu coincide in timp, coeficientul de siguranta se determina separat pentru inc ovoiere si
torsiune si apoi coieficentul global de siguranta. Reactiunile din reazeme se determina din conditia de
echilibru a fortelor si momentelor. Este c onvenabil ca fortele ce actioneaza asupra fusului sa se
descompuina in 2 direc tii: una in planul cotului cealalta tangentiala la fusul maneton.
Calculul fusului maneton la torsiune.
Mtmax 507350 Nm Mtmin 259376 Nm
Wpmπ
16dm3 Wpm 19111.879 mm3-modul de rezistenta polar
τmaxMtmax
Wpm τmax 26.546
-eforturi unitare de torsiune
τminMtmin
Wpm τmin 13.571
βτ 2 εr 0.7 ψr0.1 γt 1.1 τ_1 180
τaτmax τmin
2 τmτmax τmin
2
Coeficientul de siguranta pentru solicitarea la torsiune este d at de relatia:
Cττ_1
βτ
γtεrτa ψrτm Cτ 3.412
Pag. 41
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Calculul fusului maneton la incovoiere se face pe baza urmatoar elor relatii:
Mimax 485623 Nm Mimin 359376 Nm
Wmπ
16dm3 Wm 19111.879 mm3
σmaxMimax
Wm σmax 25.409 MPa
σminMimin
Wm σmin 18.804 MPa
βσ 2 εr 0.7 ψr0.1 γσ 0.8 σ_1 280
σaσmax σmin
2 σmσmax σmin
2
Coeficientul de siguranta pentru solicitarea de incovoiere este dat de relatia:
Cσσ_1
βσ
γσ εrσa ψrσm
Cσ 3.532
Coeficienul de siguranta global:
CmCσCτ
Cσ2Cτ2Cm 2.454
Pag. 42
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.7.3.Calculul bratului arborelui cotit.
Bratul arborelui cotit este solicitat la sarcini variabile de intindere, compresiu ne, incovoiere si
torsiune.Coeficientii de siguranta pentru aceste solicitari se determina in mijlocul laturii mari a sectiunii
tangente fusului palier unde apar cele mai mari eforturi unita re.
In planul cotului ia nastere o solicitare compusa de incovoi ere
Tensiunea totala se calculeaza astfel:
Bzmax 74433 Bzmin 62324
σmax Bzmax6a
bh21
bh
σmax 494.774 MPa
σmin Bzmin6a
bh21
bh
σmin 414.283 MPa
σmσmax σmin
2 σaσmax σmin
2
γσ 1.1 ψσ 0.1 x 1.5 σ_1 280
Coeficientul de siguranta pentru solicitarea de incovoiere est e dat de relatia:
Cσσ_1
x
γσσa ψσ σ m
Cσ 2.791
Bratul arborelui cotit este s upus s i la solicitarea de torsiune
K 0.27 Tmax 23545 Tmin 9854
τmax0.5 aTmax
Kbh2 τmax 42.681 MPa
τmin0.5 aTmin
Kbh2 τmin 17.863 MPa
τmτmax τmin
2 τaτmax τmin
2
x 2 ψt 0.1 γt1.1
Coeficientul de siguranta pentru solicitarea la torsiune este d at de relatia:
Ctτ_1
x
γtτa ψtτm
Ct 3.198
Pag. 43
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Coeficientul de siguranta global:
CbrCσCt
Cσ2Ct2 Cbr 2.103
3.8. CALCULUL ME CANISMULUI DE DISTRIBUTIE
Materiale pentru mecanismul de distributie
Avand in vedere conditiile functionale , organelle mecanismului de distributie sunt solicitate in mod difer
materialul trebuind sa asigure o rezistenta inalta la uzura .
Supapele materialul supapelor este otel Cr-Ni obisnuit , Cr-Si .
Ghidul supapei materil cu propietati antifrictiune rezistente la temperature inalte ( fonta refractara si
bronzul refractar )
Scaunul supapei – fonta refractara , bronz de aluminiu sau otel refractar .
Arcurile supapei oteluri aliate cu continut ridicat de siliciu ( elasticitate )
3.8.1.Parametri principali ai distributiei.
da 27 mm-diametrul talerului supapei de admisie
dca 0.9da – diametrul canalului de admisie
dca 24.3 mm
de 30 mm -diametrul talerului supapei de evacuare
dce 0.85 de – diametrul canalului de evacuare
dce 25.5 mm
δ 6 mm -diametrul tijei supapei
Viteza de curgere a gazelor prin canal:
WmS1 03 n
30 Wm 10.003m
sViteza medie a pistonului
Pag. 44
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin i1 numarul supapelor de admisie si evacuare
Viteza de curgere a gazelor prin canalul de admisi eWcaD2
dca2δ2 iWm Wca 67.108m
s
Viteza de curgere a gazelor prin canalul de evacu aWceD2
dce2δ2 iWm Wce 60.579m
s
Se recomanda urmatoarele valori ale vitezelor pentru regimul pu terii maxime:
– admisie 40..90 m/s
– evacuare 70..110 m/s
Aria sectiunii efective de trecere:
Acaπ
4dca2δ2 Aca 435.495 mm2
Aceπ
4dce2δ2 Ace 482.431 mm2
Viteza de curgere a gazelor pentru hmax:
h 7.5 inaltimea maxima de ridicare a supapelor γ 45
Aria sectiunii de trecere a
gazului pe sub supapa Asamax πhdca cos γπ
180 h sin γπ
180 cosγπ
1802
Asamax 467.336 mm2
Asemax πhdce cos γπ
180 h sin γπ
180cosγπ
1802
Asemax 487.329 mm2
Wsa WmπD2
4 Asamax i Wsa 62.535m
s
Wse WmπD2
4 Asemax i Wse 59.97m
s
Se recomanda urmatoarele valori ale vitezelor pentru regimul pu terii maxime:
– admisie 70..100 m/s
– evacuare 80..110 m/s
Pag. 45
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.8.2. Determinarea profilului camei
Se foloseste o cama profilata dupa metoda polinomiala, care con sidera pentru fiecare portiune a camei o
variatie a acceleratiei de tip polinomial avind termenii polino mului de grade corespunzatoare unei progresii
aritmetice.
a 8 p a2 qp a rqa sra hm 0.004
ωπn
30 α09 0π
180 α 90π
180 89π
180 90π
180
Cp2qrs
p2() q p () rp() sp() Cq2prs
q2() q p () rq() sq()
Cr2pqs
r2() r p() rq() sr()Cs2pqr
s2() s p() sq() sr()
C2pqrs
p2() q 2 () r2() s2()
hsα( ) hm 1 C2α
α02
Cpα
α0p
Cqα
α0q
Crα
α0r
Csα
α0s
vsα() h mω
α0 2C 2α
α0 pC pα
α0p1
qC qα
α0q1
rC rα
α0r1
sC sα
α0s1
asα() 2 C 2 pp 1() Cpα
α0p2
qq 1() Cqα
α0q2
rr 1() Crα
α0r2
ss 1() Csα
α0s2
hmω2
α02
02.5 10351 03Ridicarea camei
hsα()
α180
π
Pag. 46
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3210123Viteza
vsα()
α
2103021 0341 03Acceleratia tachetului
asα()
α
3.8.4Calculul de rezistenta al pieselor mecanismului.
Masele reduse ale mecanismului.
md' 40g
cm2 md md' Aca 102 md 174.198
Pag. 47
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.8.4.1 Calculul arcurilor supapei.
Arcurile trebuie sa mentina supapa inchisa si sa asigure legatura cinematica intre ea si cama cand fortele
de inertie tind sa desprinda tachetul de pe cama, la orce regim de functionare.
Forta minima a arcului (F0) se deternina din cond itia nedeschiderii supapei de evacuare la depresiunea
din cilindru
pr 1.25 105 N/m2- presiunea in cilindru in timpul evacuarii
kr 2 – coeficient de rezerva
Fgaπdca 1032
4ps pr() Fga 11.594 N
F0 25 Fmax kr F0 Fmax 50
Dimensiunile arcului
Dr 0.9 dca Dr 21.87 mm
Diametrul sarmei
χ 1.24 χ 1.25..1.17()= coeficient ce depinde de raportul diametrelor Dr
d
τ 500 N/mm2 – rezistenta admisibila pentru otelul de arc
d8χFmax Dr
πτ d 2.628 mm Se adopta d 3 mm
Numarul de spire active:
G 8.1 104 N/mm2- modulul de elasticitate transversal
irχGdFmax
πDrτ ir 5.152
iir 2 i 7.152 – numarul spirelor
Pasul arcului este:
Δmin 0.6 mm – jocul minim intre spirele arcului = (0.5..0.9)
tdFmax
ir Δmin t5.251 mm
Pag. 48
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 3.8.4.2 Calculul arborelui de distributie.
Materiale:
Arborii de distributie se confectioneaza din otel, suprafetele care lucreaza la uzura (camele si fusurile de
reazem) se supun tratamentului termoch imic de cementare HRC = ( 55..65)
Fr 15.6 Fjmax 16.5 Fg 13.2 ls 34 l1 30 lt 110 b 18
Ft Fr Fjmax Fg ()ls
lt
σ 0.418Ft E
br σ 25.046 N/mm2- efortul unitar de strivire pe tachet plan
adm=60..120 N/mm2
Sageata de incovoiere
l110 mm d 25 mm
f 6.8Ft l12 1l 12
Eld4 f 0.079 mm- se admite f = ( 0.05..0.1) mm
3.8.4.3 Calculul culbutorului.
σ 0.418 Ftlt E
ls br σ 195.582N/mm2 – strivire < 200 N/mm^2
Pag. 49
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 4. Studiu asupra instalatiilor de alimentare cu benzina
4.1. Introducere .
Scopul unui sistem de injectie e ste de a permite introducerea u nei cantitati precise de
benzina în camera de ardere pentru a respecta normele antipluar e si a raspunde la toate cerintele
soferului.
Cererile pot fi :
acceleratie;
viteza stabilizata a vehiculului;
deceleratie;
mentinerea unui regim minim (relati).
Raspunsul la aceste cereri se face prin sapânirea perfecta a :
1.Dozajului aer-combustibil
2.Momentului declansarii scânteii c are este gestionat de sistemul de injectie.
DAR !
Pentru a realiza un dozaj,trebui mai întâi ca aerul si benzina sa fie aduse la « intrarea
motorului « .
Acesta este rolul circuitului de admisie al aerului, si circuit ului de alimentare cu benzina.
Apoi,numai sistemul de injectie poate adapta cantitatea de benz ina la cantitatea de aer
pentru a realiza DOZAJUL.
Circuitul de aer poate sa ramâna aproape neschimbat,in timp de circuitul de alimentare
cu combustibil necesita câteva modificari pentru a permite func tionarea sistemului de injectie.
4.1.1. Preambul.
Cum constatam noi în viata de zi cu zi,legislativul, atât român esc cât si european impune
o reglementare foarte stricta cu privire la nivelul de poluare emis de autovehicule.
În acelasi timp, toti constructorii tind sa propuna clientilor vehicule având cel mai mic
consum posibil, un cuplu si o putere a motorului maxime pentru a obtine un confort cât mai
ridicat în conducere.
Pentru aceasta trebuie ca motorul sa poata furniza cel mai bun raport RANDAMENT /
PUTERE / CONSU M-POLUARE.
Astfel numai sistemele de inject ie pot raspunde la toate aceste conditii.
În acelasi timp este bine de retinut ca puterea, cuplul motor, consumul/depoluarea si
fiabilitatea motorului sunt caracteristici fundamentale care se cer de la un motor si care sunt
conditionate de :
Starea mecanica a motorului ( distributie,compresie,nivel uzura .)
Starea sistemului de evacuare.
Starea sistemului de aprindere.
Starea sistemului de alimentare aer/benzina.
Calitatea carburantului.
Pag. 50
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Concluzii :
Aceste stari influenteaza direct calitatea energiei furnizata de motor.
În cazul în care motorul nu functioneaza corect,este inutil de a acuza sistematic sistemul
de injectie fara a verifica ansamblul elementelor mecanice.
Asadar, înainte de a interveni asupra sistemul de injectie, am intiti-va de ce depinde
arderea într-un motor.
4.2. Notiuni fundamentale .
4.2.1. Elementele ce compun arderea .
Arderea este ansambul fenomenelo r legate de combinarea unui car burant si a unui
comburant,în cazul unei transformari chimice în vederea recuper arii unei energii.
Carburantul.
Carburantul este un compus de hidrogen (H) si de carbon (C ) n umit hidrocarbura (HC).
El este caracterizat de mai multi indici.
a) Indicele octanic.
Indicele octanic arata usurinta pe care o are respectivul carburant de a se autoaprinde.
El este obtinut pe un motor monocilindric standardizat, prin co mpararea carburantului
respectiv cu un carburant etalon care poate fi:
Heptanul caruia îi este atribuita cifra « 0 » ( carburantul se autoaprinde usor )
Iso-octanul caruia îi este atribuita cifra « 100 » ( carburant ul rezista la autoaprindere)
Ex. : Benzina Fara Plumb 95 se comporta ca un amestec compus di n 95% iso-octan si
5% heptan.
b) Indicele octanic RON si MON.
RON : Research Octane Number (indice octanic de cercetare); com portamentul
carburantului la regim scazut si în acceleratie.
MON : Motor Octane Number (indic e octanic motor) ; comportament ul carburantului la
regimuri ridicate si sarcina plina ( cel mai semnificativ dar s i cel mai putin utilizat )
Tetraetilul de plumb care servea la cresterea indicelui octanic al benzinei care iesea din
rafinare a fost eliminat progresiv si înlocuit cu aditiv pe baz a de potasiu pentru carburantul «
clasic ».Pentru carburantul « fara plumb » functia anti-detonat ie este asigurata de compusi
oxigenati organici (alcooli, eteri) si de substante aromatice ( benzenul C6 H6).
Comburantul. Pentru un motor obisnuit comburantul este pur si simplu aerul.E l este compus din 79%
azot (N2), 20% oxigen (O2) si 1% gaze rare. INDICE SUPER PLUMB SUPER CU
POTASIU CARBURANT
FARA PLUMB SUPERCARBURAN
T FARA PLUMB
RON 97 98 95 98
MON 86 – 85 88
Pag. 51
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 4.3. Amestecul aer-benzina.
4.3.1. Calitatea amestecului.
Un amestec carburant este compus dintr-un carburant si un comburant unde calitatea si
proportiile lor trebuie sa duca la o ardere cât mai completa po sibil.
Pentru a putea sa arda, un amestec aer-benzina trebuie sa fie :
Gazos.
Dozat.
Omogen.
Amestecul gazos. Benzina în stare lichida arde cu greutate în timp ce vaporii de benzina ard foarte
usor.Va fi nevoie transformarea benzinei din stare lichida în s tare de vapori, prin pulverizare.
Amestecul dozat .
Raportul dintre masa benzinei si masa aerului trebuie sa fie c ontrolat pentru ca amestecul sa
arda.În conditiile de ardere din interiorul motorului ( presiun e si temperatura) si tinând cont de
gradul de umplere al cilindrului, dozajul ideal este de 1 gram de benzina pentru 14,8 grame de
aer.
Combustie lent
a.
Randament slab,
Supraîncalzire motor,
Poluare cu oxizi de azot (NOx ),
Detonatii, Rateuri în esapament. Combustie rapida
si completa. Combustie incompleta. Randament slab, Consum,
Poluare cu hidrocarburi
(HC) Si monoxid de
Carbon (CO), Calamina.
Pe de alta p
arte , pentru motoarele moderne cu sisteme de depol uare, se cauta ca
amestecul sa fie foarte aproape de imbogatire 1 adica la un rap ort stoechiometric corespunzator
dozajului ideal de 1/14,8.
Pag. 52
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin RANDAMENT.
Obtinerea de maximum de energie din fiecare particula de benzina.Trebuie arsa toata benzina, deci este necesar un
mic exces de aer.
Acesta este dozajul economic si va fi folosit pentru regimurile medii. PUTERE. Trebuie ca viteza de propagare a flacarii sa fie cât mai mare posibil. Este necesar un mic exces de benzina. Este
dozajul de putere.Va fi folosit pentru
regimurile înalte în cazul în care se doreste puterea maxima.
Cazu
ri particulare.
La relanti : dozajul va corespund e unui amestc ceva mai bogat d ecât ideal, pentru ca
umplerea cilindrilor este deficita ra iar un amestec sarac nu ar de (lipsa de presiune).
La fel în cazul pornirilor la rec e, trebuie adoptata o strategi e particulara pentru a avea o
imbogatire a amestecului, deoarece camera de ardere este rece i ar turatia motorului este scazuta.
Aceasta situatie nu favorizeaza combustia (condensarea benzinei si umplere deficitara).
Amestec omogen.
Un amestec omogen este un amestec care are aceeasi compozitie î n toate punctele.
Aceasta
omogenitate va influenta viteza de ardere.
4.4. Principiul arde rii într-un motor.
4.4.1. Caracteristici.
Arderea unui amestec aer-benzina se face cu o
puternica crestere de temperatura si presiune în
camera de ardere.
Acest fenomen permite recuperarea unei forte
pe capul pistonului si de asigurarea cu ajutorul
mecanismului biela-manivela CUPLUL
MOTOR.
Pag. 53
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Obti
nerea unei energii mecanice.
Arderea cea mai RAPIDĂ este CEA MAI BUNĂ ( ea este de ordinul a 2 milisecunde )
Durata arderii depinde de .`
Calitatea amestecului
aer-benzina Temperatura amestecului aer-benzina si imprejurimile sale Temperatura si durata de actiune a sursei care declanseaza arderea
4.4.2
. Arderea normala .
Amorsarea. Pentru ca un amestec aer-benzina sa se aprinda
trebuie adus un punct din masa sa gazoasa la o temperatura suficient de mare numita :
TEMPERATURA DE APRINDERE Propagarea.
Începând din acest punct,amestecul începe sa se
aprinda în etape succesive iar avansarea frontului
de flacara se face în etape progresive si regulate :
ARDEREA ESTE EXPLOZIVA
4.4.3. Arderea ideala .
Tocmai am prezentat arderea elementara, dar trebuie sa ne amin tim ca motorul trebuie
sa raspunda la mai multe tipuri de exigente :
Exigentele clientului.
Cuplu motor bum pentru a permite reprize scurte, urcarea pantel or dificile,
capacitate de tractiune.
Putere pentru performate rutiere ( accleratie, viteza maxima. )
Consum minim pentru o autonomie cât mai mare si un cost energet ic cât
mai redus.
Fiabilitatea motorului.
Exigentele legislative.
Poluare cât mai mica pentru a proteja mediul.
Pentru a reveni la ardere, am spus ca arderea cea mai buna este si cea mai rapida.Atunci
o ardere completa aduce un grad scazut de poluare si un randame nt maxim
Pag. 54
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Conditiile arderii ideale.
Arderea amestecului nu este instantanee.De fapt, între începutu l arderii si arderea
completa a amestecului trece un timp de aproximativ 2 milisecun de.
Pentru ca presiunea arderii sa fie corect sincronizata în inte riorul motorului, este
necesara aprinderea corburantului cu un avans care depinde de :
regimul motor.
presiunea din colector.
temperatura apei si a aerului.
4.4.4. Consecintele mecanice ale arderii.
Puterea. Gratie rapiditatii arderii obtinem puterea.
Forta F care ne intereseaza este cea care se exercita asupra c apului pistonului si care
este rezultatul presiunii importa nte datorata arderii amestecul ui aer-benzina.
Cu cat arderea este mai rapida cu atât cresterea de temperatur a deci si cresterea de
presiune va fi mai rapida.
Cuplul. Gratie arderii complete a amestecului carburant putem obtine cu plul
motor.Când toata benzina este arsa, se degaja un maxim de energ ie si ne permite sa recuperam
un maxim forta pe capul pistonului, care este transmisa prin in termediul mecanismului biela-
manivela la arborele cotit.
Reamintim totusi ca notiunile de putere si cuplu depind putern ic de caracteristicile
tehnice ale motorului ( raport c ursa-alezaj ; distributie ; mot or multisupapa ; motor atmosferic
sau supraalimentat)
Exemple de curbe de putere si cuplu.
Cum
putem constata pe aceste curbe,pentru :
anumita stare tehnica a motorului,
anumita calitate a carburantului si a comburantului,
motorul furnizeaza un cuplu si o putere variabila cu regimul.Va riatia este data de
umplerea mai mult sau mai putin importanta a cilindrului cu ame stec.
Pag. 55
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 4.4.5. Arderi anormale .
Detonatii.
Debutul arderii se produce normal, dar datorita unei cresteri d e
presiune, amestecul care nu este a tins de frontul de flacara ar de în
totalitate. Acest fenomen este favorizat de folosirea unui
carburant cu cifra octanica prea mica în comparatie cu raportul de
compresie al motorului
Autoaprinderea.
Este aprinderea spontana a amestecului înaintea aparitiei scân teii
de la bujie. Este datorata unei compresii excesive care creste temperatura peste nivelul de aprindere al amestecului
Pre-a
prinderea.
Este o aprindere necomandata care apare înaintea scânteii de la
bujie. Se produce datorita existentei în camera de ardere a
punctelor calde (electrodul bujiei sau supapa de esapament prea calde, particule de carbon)
Ardere anarhica.
Întâlnirea dintre doua fronturi de flacara produce o unda de so c :
DETONAȚIA a carei energie provoaca o incalzire brutala si se
poate ajunge pâna la ruperea electrodului bujiei sau spargerea capului pistonului. Detonatiile specifice regimurilor de repriz a,
sarcina plina si regim mic, se sting usor, durata lor este scu rta
deci sunt mai putin periculoase. Dar, detonatiile produse la sarcina plina si regim maxim pot cauza stricaciuni importante
motorului.
4.4.6 Diferenta între arderea normala si explozie.
Nu trebuie confundata A RDEREA cu EXPLOZIA.
ARDEREA EXPLOZIA
Nu se produce instantaneu în interiorul
motorului.
Ea se propaga în masa gazoasa cu o viteza de
aproximativ 30m/s. Eate o ardere extrem de rapida. Ea se
propaga în amestec cu o viteza mai mare de
400 m/s (in cazul explozivilor viteza este
de 4000 la 10000 m/s).
Pag. 56
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 4.5. Injecția de benzina.
4.5.1. Principiu de funcționare a injecției electronice.
Generalități.
Cantitatea de aer aspirata de motor este funcție de deschiderea clapetei de accelerație si
de regimul de rotație al motorului. Aceste cantități sunt greu de ținut sub control de aceea
cantitatea de benzina va fi aceea care se va ajusta funcție de cantitatea de aer.
Realizare practica.
Calculatorul electronic este cel care calculează necesarul de b enzina ce trebuie injectata.
Pentru a realiza acest lucru, calculatorul trebuie sa
1. Cunoască cantitatea de aer admis. El dispune de informații a supra presiunii sau
debitului de aer din colectorul de admisie si asuprea vitezei d e rotație a motorului.
2. Închida sau sa deschida « robinetul » de benzina. Ele dispun e de fapt de injectoare pe
care le va comanda (deschide) timpul necesar trecerii unei anum ite cantitati de benzina ( timp de
injectie).
Aceasta cantitate de carburant es te initial calculata si poate fi ajustata în functie de
diferiti parametrii cum ar fi: temperatura aerului si a apei di n motor, pozitia exacta a clapetei de
acceleratie.
Majoritatea informatiilor prim ite de calculator vor servi si l a calculul parametrilor de
aprindere.
Diferite sisteme de injectie electronica de benzina.
Diferitele sisteme de injectie electronica pe care le putem înt âlni sunt:
Tipul injectiei Sistem Comanda
injectiei Comanda
injectoarelor Amplasarea
injectoarelor
Monopunct*.
1 injector. Injectie indirecta. Cvasi-
permanenta. Independenta de ciclul motor În amontele clapetei de acc..
Si multana Toate în acelasi
timp
Multipunct. Numarul
injectoarelor
egal cu cel al cilindrilor Injectie indirecta. Semi-secventiala. Pe grupe În amontele
supapelor de
admisie
Secventiala Individual în
faza cu ciclul motor
Injec tie directa. Secventiala Individual în
faza cu ciclul
motor Cu vârful în camera de ardere
* Acest sistem nu mai corespunde actualelor norme de depoluare a motorului.
Pag. 57
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 4.6. Injectia directa de benzina
4.6.1. Istoric
Raspusul la provocarea de a obtine motoare cat mai economice si ecologice, vine prima
data din partea firmei Peugeot care echipeaza modelele 207, ini tial si ulterior 307 cu motoare
HPi. Este urmat îndeaproape de Citroen care echipeaza modelele Picasso cu noul motor echipat
cu injectie directa de benzina
Me
rcedes – Benz a anuntat la în ceputul lunii martie 2008, lansa rea unei premiere
mondiale în materie de inovatii tehnice: comercializarea primul ui motor cu injectie multipla de
benzina, direct în cilindru. Este vorba de modelul Classe CLS c are a inaugurat în toamna anului
2008 un nou motor cu 6 cilindri 350 CGI (Stratified – Charged G soline Injection) cu injectie
directa si o putere de 292 CP. În ciuda acestor performante Mer cedes promite un consum mediu
limitat la 9,1 l/100km. Posibilitatea de a controla injectia de benzina în fiecare cilindru face
posibila marirea perioadei în care motorul poate functiona cu u n amestec sarac în benzina si
exces de aer. Oficialii Mercedes sustin ca este posibila atinge rea vitezei de 120 km/h cu un
amestec sarac, datorita noii tehnolgii. Un astfel de amestec sa rac în benzina poate fi aprins
datorita inovatiei injectiei mul tiple care face ca picaturile f ine de benzina sa fie concentrate în
partea superioara a camerei de combustie, doar în jurul bujiei.
Gestinarea electronica si programele de proiectare asistata de calculator au permis
crearea unor modele experimentale care demonstreaza ca o asezare " în sandvis" a amestecului
aer- benzina în camera de ardere duce la o eficientizare a arde rii. Ideea de baza este sa injectezi o
cantitate mai mica de benzina la aceeasi cantitate de aer aspir ata în camera de arder. Pentru a
obtine arderea amestecului cu o cantitate minima de benzina, es te nevoie ca aceasta sa fie
injectata si sa ramâna în jurului capului bujiei, unde se va fo rma arcul electric, declansator al
exploziei din cilindru. Pe masura ce se îndeparteaza de capul bujiei, concentratia de benzina
trebuie sa fie din ce în ce mai mica, strat dupa strat. Pentru a reusi acest lucru, inginerii au
coceput în capul pistonului un "caus" , o cupa în care amestecu l formeaza un vârtej controlat.
Conceputa pe calculator, forma c upei permite amestecului aer – benzina sa se roteasca în
jurul bujiei. În momentul în care apare scânteia bujiei amestec ul se aprinde mai întâi în aceasta
Pag. 58
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin cupa, dupa care flacara exploziei se propaga catre restul zonei din cilindru. Strat dupa strat, în
ciuda scaderii concentratiei de benzina injectata, explozia câs tiga în putere. Stratificarea
amestecului si controlul timpilor de injectie necesita gestiune a electronica si injectoare de mare
precizie. Peste un anumit regim de turatie si de putere motorul intra într-un regim normal de
injectie, cu amestec omogen aer benzina, la fel ca într-un moto r cu injectie clasica.
Secretul acestui tip de amestec consta si în varierea deschider ii supapelor, prin alungirea
sau scurtarea timpului în care acestea stau deschise, permitând admisia unei cantitati variabile de
aer, ceea ce duce la formarea vârtejului din jurul bujiei. De a semenea injectia benzinei se face
diferit în diverse faze ale aprinderii. În momentele în care mo torul merge la turatii scazute si în
regim de putere scazuta, benzina este injectata în cantitate ma i mica. Spre exemplu, pâna la
viteza de 120 km/h motorul poate functiona cu exces de aer si a mestec "saracit".
Economia de combustibil poate atinge 1,5 l% fata de un motor V6 de 3,5l cu injectie
conventionala. Tehnologia CGI a putut fi dezvoltata si datorita injectoarelor piezoelectrice care
se pot deschide si închide în doar câteva milisecunde. Acestea sunt realizate cu microcristale
minerale care genereaza electricitate în momentul în care sunt supuse unor presiuni mari sau
invers, se deformeaza atunci când sunt stimulate electric.
Când calculatorul central trimite semnale electrice, cristalele se deformeaza si retrag
acul injectorului, pulverizând benzina. De aceea, viteza acestu i tip de injector este mult mai mare
decât cea unui injector clasic.
De asemenea, presiunea în injector este de 5 ori mai mare spre deosebire de sistemele de
injectie clasice. Rapiditatea injectoarelor piezo face ca aceasta sa poata pulsa b enzina în cilindru
de mai multe ori în doar câteva fractiuni de secunda. Singurul dezavantaj al acestui sistem este
faptul ca motorul CGI trebuie sa functioneze cu benzina care ar e un continut foarte scazut de
sulf.
4.6.2. Functionare
In cazul sistemelor cu injecție directa, injecția combustibilul ui se efectuează direct in
camera de ardere.
Pag. 59
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Prin deschiderea supapei de admisie pătrunde doar aer, iar amestecul se realizează în
interiorul cilindrului.
Amestec
ul omogen, cu care lucrau pana acum majoritatea motoarel or cu injecție indirectă
și a cărui valoare era mereu apropiată de raportul stoichiometr ic (14,7 g de aer la 1 g de benzină;
sau lambda = 1), devine flexibil și.este dus până la limite de nebănuit odată cu injecția directă:
Ameste
cul se stratifică.
Am
estecul devine foarte sărac. λ = 3
Avantaje:
Consum mai mic.
Emisii poluante reduse.
Randament termic mai mare.
Motor stabil.
Reducerea tendinței către detonatie.
Pierderi gazodinamice reduse.
Compatibilitate înaltă cu recircularea gazelor de eșapament.
Pag. 60
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Dezavantaje:
Cost de fabricație mai mare.
Creșterea emisiilor de oxizi de azot.
Este necesar un sistem an ti-poluare mai complex.
Există probleme legate de benzina cu conținut mare de sulf.
Pe acest drum a pornit cu elan și cu succes Grupul VAG, cu prim ul său motor cu
injecție directă, în anul 2000, FSI (Fuel Stratified Injection – injecție de combus tibil stratificată).
În cazul motoarelor cu injecție directă pe benzină, când se inj ectează combustibilul
direct în cilindru și nu în conducta de admisie, acestea pot fu ncționa după diferite reguli de
dozare a amestecului:
Există două regimuri de bază:
MODUL STRATIFICAT
MODUL OMOGEN
Unitatea de comanda a injecției alege un anumit mod de formare a amestecului in
funcție de regimul motorului și de puterea dorită, însă și în f uncție de parametrii ce țin de
emisiile poluante și de siguranță
Pract
ic, la motoarele FSI, in f uncție de versiune, modalitățile de baza de formare a
amestecului se pot completa cu unul sau mai multe modalități su plimentare:
Modul pentru preîncălzirea catalizatorului
Modul omogen-sărac
Modul pentru sarcină completă
Pag. 61
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Motoarele cu injecție directa reușesc sa reducă semnificativ co nsumul, lucrând cu
amestecuri foarte sărace (rapoarte de 40-60:1) în cazul sarcini lor mici. De aceea, modul de
operare stratificat este cel prin care se obține reducerea cons umului de combustibil.
Câ
nd se depășesc 3000-3500 r.p.m., nu mai este suficient timpul pentru pregătirea
amestecului și turbulențele cresc, afectând stabilitatea combus tiei.
De aceea, pentru a funcționa la sarcini ridicate, se trece la f uncționarea în modul omogen
(revenirea la raportul stoichiometric) și se pierde avantajul c onsumului redus.
4.
6.3. Moduri de operare:
Modul stratificat.
Modul omogen.
Modul omogen-sărac
Modul pentru preîncălzire.
Modul pentru sarcină completă
Modul stratificat:
Motorul funcționează în acest mod în situația sarcinilor reduse .
Amestecul aer-combustibil se dis pune in cilindru in mai multe s traturi, cu dozaje
diferite. în centrul camerei de combustie – în jurul bujiei – s e află un amestec ușor inflamabil,
Pag. 62
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin înconjurat de un strat extern de aer, sărac în combustibil, dar ce conține gaze de ardere
recirculate.
Aceas
tă stratificare permite funcționarea cu un amestec foarte sărac, cu lambda cuprins
între 1,6 și 3.
Faza de admisie : în această fază. se deschide clapeta la maxim, pentru a reduce astfel
pierderile prin laminare.
Este necesară totuși menținerea unui minim de depresiune în colector pentru canistra
carbon și pentru EGR.
Clap
eta colectorului de admisie se menține închisa și tot aerul aspirat iese astfel prin
conducta superioară a colectorulu i, favorizând formarea unei tu rbulențe de formă cilindrică spre
interiorul camerei de combustie.
Pag. 63
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Faza de compresie: Fluxul de aer care a intrat în vârtej se int ensifică, datorită efectului
deflectorului încorporat în capul pistonului.
Pisto
n cu cap perforat pentru producerea
efectului de turbionare
Acest lucru permite dirijarea aerului spre bujie.
Injecția se realizează la finalul cursei de comprimare. începe la cea 60° RAC și se
termină la cea 45° RAC, înainte de PMS, puțin înainte de iniție rea aprinderii.
Cav
itatea și deflectoarele corespunzătoare din piston, pentru a er și pentru combustibil,
permit aerului și combustibilului sub presiune înaltă (50-100 bari) să se amestece și să fie dirijate
sub formă de ceață fină înspre bujie.
In j
urul bujiei se află un amestec ușor inflamabil, înconjurat de un strat extern compus
din aer și gaze de eșapament recirculate.
Pag. 64
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Raportul total aer-combustibil din cameră este de 40:1, foarte sărac.
Faza de
combustie:
Scânteia generată de bujie duce la aprinderea cetii de amestec.
Motorul are un randament termic foarte bun datorită faptului că pierderile de căldură
prin pereții blocului sunt foarte reduse; stratul de gaze exter ne acționează ca un izolator.
Cupl
ul motor care se generează in modul de operare stratificat depinde in principal de
cantitatea de benzină injectată.
Avansul aprinderii și masa de aer aspirat au importanță diminu ată în cadrul acestui mod
de formare a amestecului.
Modul omogen:
Motorul funcționează în acest mod la sarcini mari.
Amestecul aer-combustibil este omogen in interiorul cilindrului , cu un raport A=1, ca în
cazul motoarelor cu injecție indirectă.
Particularitatea constă în faptul că benzina este injectată în faza de admisie direct în
interiorul cilindrului.
Consecința injecției direct in i nteriorul cilindrului: procesul de evaporare a
combustibilului absoarbe o parte din cantitatea de căldura a ae rului aspirat, răcindu-l. în acest
mod, se reduce tendința de detonație, fiind posibilă o creștere a raportului de comprimare (de
Pag. 65
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin până la 12:1) și, prin urmare, o sporire a randamentului termic al motorului.
Faza de admisie: în această fază, în funcție de solicitările de sarcină (putere) din partea
șoferului, care apasă pedala de accelerație, clapeta de admisie se va deschide proporțional.
Clapeta colectorului se menține închisă la sarcină parțiala. Câ nd crește sarcina ș turația,
aceasta se deschide, permițând trecerea aerului prin conducta i nferioară. în acest ciclu de admisie
se injectează combustibilul direct în cameră (cea 300* înainte de PMS).
în a
cest mod, aerul și combustib ilul în raport stoichiometric a u la dispoziție mai mult
timp pentru a forma un amestec omogen.
Faza de combustie: Distribuirea omogenă a amestecului face posi bilă alegerea
momentului de inițiere aprinderii.
Cuplul motor care se generează in modul de operare omogen depin de de momentul
aprinderii, de masa de aer aspirată și de cantitatea de benzină injectată.
Modul omogen-sarac:
Motorul funcționează în acest mod de operare în timpul trecerii de la modul stratificat la
modul omogen
Amestecul aer-combustibil este omogen in interiorul cilindrului , insa intr-un raport aer-
combustibil sărac, în care lambda = 1,55.
Pag. 66
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Faza de admisie: în această fază. se deschide clapeta la maxim, pentru a reduce astfel
pierderile prin laminare.
Clapeta colectorului de admisie se menține închisă și tot aerul aspirat iese astfel prin
conducta superioară a colectorulu i, favorizând formarea unei tu rbulențe de formă cilindrică spre
interiorul camerei de combustie. în timpul ciclului de admisie se injectează cantitatea de
combustibil necesară pentru a obține raportul de aer-combustibi l A= 1,55.
Injecția foarte timpurie (cea 300 înainte de PMS), face posib il amestecul omogen a
aerului și al combustibilului în camera de combustie.
Faza de combustie: Distribuirea omogenă a amestecului face posi bilă alegerea
momentului de inițiere a aprinderii.
Cuplul motor care se generează in modul de operare omogen-sarac depinde de
momentul aprinderii, de masa de aer aspirată și de cantitatea d e benzină injectată.
Modul de preincalzire a catalizatorului
Obiectivul său, în cadrul injecției în două faze, este obținere a rapidă a temperaturii de
funcționare a catalizatorului.
Sistem de
eșapament cu dubla sondă lambda
(una anterioară și alta posterioară)
în timpul admisiei (cea 300° înainte de PMS), se realizează o p rimă injecție, prin care se
obține un amestec omogen. Iar în timpul compresiei (cea 60° îna inte de PMS), se realizează o a
doua mică injecție.
Arzând foarte târziu combustibilul, se ajunge la o creștere sem nificativă a temperaturii
gazelor de eșapament, favorizându-se astfel preîncălzirea rapid ă a catalizatorului.
În același timp, se obține:
creștere a cuplului motor la turație mică.
funcționare regulată.
reducere a emisiilor de hidrocarburi nearse
Pag. 67
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
Mod sarcin
a completa
în cadrul injecției în două faze, obiectivul este omogenizarea perfectă a cantității mari de
combustibil injectate.
în timpul admisiei (cea 300° înainte de PMS), se realizează pri ma injecție, prin care se
introduc 2/3 din cantitatea totală de injectat.
Apoi, aproape de începutul compresiei, se realizează a doua inj ecție de combustibil; prin
aceasta se introduce ultima treime din cantitatea totală de ben zină de injectat.
4.6.4. Sinoptica injectiei de benzina.
Pag. 68
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Datorita acestui ansamblu de in formatii, sistemul de injectie e lectronic de benzina poate
gestiona cu precizie, cu ajutorul comenzilor, urmatoarele
Injectia benzinei,
Aprinderea,
Nivelul de poluare al motorului,
Iar pentru anumite vehicule participa la gestionarea diferitelo r sisteme (climatizare,
antidemaraj,.).
4.6.5.Amplasarea componentelor
4.
6.6. Parametrii fundament ali – senzori si actuatori .
Captorul de turatie si pozit ie ( captor volant motor ).
El are rolul de a informa calculatorul asupra:
Vitezei de rotatie
Pozitia motorului.
Cele doua informatii sunt obtinute de un captor magnetic fix ca re transmite
calculatorului imaginea electrica a coroanei danturate care se roteste solidar cu arborele cotit.
El este de tip inductiv ( genereaza un curent )
Pag. 69
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
El se
compune dintr-un bobinaj înfasurat în
jurul unui magnet permanent.Dispune la capatul
sau de un element nunit coroana danturata.
Aceasta coroana prezinta mai multi dinti. De fiecare data când un dinte trece prin fata captorului, are loc o modificare a câmpului
magnetic ceea ce conduce la o inductie a unui
curent în bobinaj.
Calculatorul electronic analizeaza:
1. Tensiunea. Ea este proportiona la cu viteza piesei mobile.Dar tensiunea este în acelasi
timp functie de distanta ce separa captorul de corana danturata ( întrefierul )
2. Frecventa. Numarând numarul de impulsuri într-un timp dat, c alculatorul poate
deduce viteza.El poate compara doua masuratori de viteza succes ive si astfel sa afle acceleratia.
a) Realizarea practica.
Coroana danturata are dinti lati pentru reperarea pozitiei si d inti mai îngusti pentru
masurarea vitezei..
Imaginea coroanei rotindu-se în fata
captorului. Imaginea electrica transmisa de captor catre
calculatorul de injectie.
ATENȚIE : Aceasta informatie est e vitala functionarii motorului ( nu are mod degradat )
Captorul de presiune absoluta
Are rolul de a informa calculatorul asupra presiunii din colect orul de admisie.
Este montat cât mai aproape de colector prentu a reduce timpul de raspuns al
calculatorului..
Este de tip piezo-rezistiv.
Pag. 70
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
Aces
t semnal este unul din parametrii
principali pentru calculul timpului de injectie
si de aprindere.
Strategie de corectie altimetrica (Memorizarea presiunii atmosf erice).
La altitudine, contrapresiunea di n esapament scade. Rezulta o d iminuare a recircularii
interne de aer din motor iar dat orita presiunii constante din colector are loc o saracire a
amestecului la relanti si sarcini mici.
Calculatorul reactualizeaza presiunea atmosferica:
La fiecare punere a contatctului,
La fiecare apasare la fund a pedale acc. ( mai putin la turbo);
De fiecare data când presiunea din colector este mai mare decât presiunea
atmosferica memorata ( mai putin turbo).
Exista pentru anumite calculatoare, un mod degradat care permi te ignorarea captorului
de presiune atunci când el este defect.
În acest caz calculatorul « r econstituie »presiunea din colect or plecând de la informatia
de sarcina ( dat de potentiometrul de la clapeta ) si de la turatia motorului
Atentie, în anumite cazuri,valoarea reconstituita este foarte a proape de cea reala !!
Debitmetru masic de aer
Transmite unității de comandă a injecției masa de aer aspirată de motor; operează și în
funcție de refluxul (unda de presiune) provocat de deschiderea și de închiderea supapelor în
timpul funcționării. Aceasta permite determinarea cu o mare pre cizie a sarcinii motorului.
Fără debitmetru, unitatea de coman dă are nevoie de toate aceste semnale pentru a
determina sarcina motorului:
Semnal de presiune în colectorul de admisie.
Semnal de turație a motorului.
Semnal 2 de temperatură a aerului aspirat.
Semnal de presiune a aerului.
Semnal de temperatură a aerului în colectorul de admisie
Semnal de poziție a cla petei de a spirație.
Semnal de poziție clapetă c olectorului de admisie.
Semnal de poziție al arbore lui cu came de admisie.
4.6.7. Parametrii de corectie .
Parametrii de corectie permit adaptarea cantitatii de benzina c e trebuie injectata pentru
toate conditiile de utilizare. Actioneaza asupra timpului de in jectie, modificând cartograma de
baza din memoria calculatorului.
Pag. 71
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Captorul temperatura apa motor .
Captorul de temperatura informeaza calculatorul de injectie asu pra temperaturii lichidului de
racire. Este compus dintr-o dulie filetata care contine o rezis tenta pe baza de semiconductor (
termistanta ) având caracteristica CTN sau CTP.
Acest captor poate, prin intermediul calculatorului de injectie , sa comande GMV-ul la
viteza mica sau mare, indicatorul temperatura motor ca si marto rul de alerta la supraîncalzire
aflat la bord.
Temperatura lichidului de racire exercita o mare
influenta asupra consumului de carburant. O sonda de
temperatura integrata în circuitul de racire masoara
temperatura motorului si transmite un semnal electric
catre calculator. Calculatorul exploateaza valoarea
rezistentei care variaza functie de temperatura. În plus
calculatorul poate adopta strategii particulare
(imbogatirea amestecului la rece)
1 Conector.
2 Corp.
3 Termistanta.
Functia GCTA (Gestiunea Centralizata a Temperaturii Apei).
Captor
ul temperatura aer .
Este construit dupa acceasi tehnologie ca si captorul temperatu ra apa.
Densi
tatea aerului admis depinde de temperatura sa.
Pentru a compensa acest fenomen, un captor de temperatura este
montat în canalizatia de admisie aaerului, iar acesta trimite informatia temperatura aer la calculatorul de injectie.
Observatie : Exista mai multe strategii pentru functionarea in mod degradat în functie de
tipul calculatorului si de functionarea motorului (demaraj ).
Captorul de pozitie / comanda accelerator .
a) Potentiometrul de sarcina cu informatia PR (picior ridicat) PA (picior apasat total).
Pag. 72
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
Perm
ite informarea calculatorulu i de injectie asupra pozitiei c lapetei de acceleratie
pentru a stabili str ategia potrivita :
Informatia de sarcina.
Strategia de injectie si aprindere.
PR : Gestionarea relanti-ului s i întreruperea injectiei în dece lerare.
PA : Dozarea puterii, debuclarea reglarii îmbogatirii si reactu alizarea valorii
de presiune atmosferica ( corectia altimet rica )
Au
torizeaza modul degradat al captorului de presiune absoluta ( pentru
anumite calculatoare ).
Autorizeaza modul degradat al debitmetrului masic de aer.
Senzorul de detonatii .
Este constituit dintr-un corp care este însurubat în chiulasa s au în blocul motor si care în
interiorul sau un disc din ceramica piezo-electrica comprimata de o masa metalica mentinuta de
un inel elastic
1
Blindaj.
2 Corp.
3 surub.
4 Element piezo. 5 Masa metalica.
Masa metalica este supusa vibratiilor motorului si comprima mai mult sau mai putin
elementul piezo-electric. Acesta din urma emite impulsuri elect rice care sunt trimise spre
calculator. În cazul existentei detonatiilor, apar vibratii de o anumita frecventa care se
Pag. 73
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin transforma în impulsuri electrice de acceasi frecventa. Calcula torul primeste aceste informatii,
detecteaza unde s-a produs detonatia si corecteaza avansul nece sar pentru fiecare cilindru. Apoi,
daca fenomenul nu mai este sesizat de senzor, calculatorul read uce, putin câte putin, avansul la
valoarea intiala din cartograma urmând o strategie bine determ inata.
Observatie: În caz de pana la acest senzor, calculatorul va red uce cu câteva grade avansul
la aprindere
Tensiunea bateriei
Tensiunea bateriei este folosita de calculatorul de injectie pe ntru a cunoaste tensiunea în
sistemul electric al autovehiculului..
O baterie furnizeaza o tensiune nominala de 12V. În functie de conditiile de functionare,
aceasta tensiune poate sa varieze între 8 si 16 V si influentea za timpul de deschidere mecanic al
injectoarelor, deci cantitatea de carburant injectata.
Timpul de deschidere scade pe masura de tensiunea bateriei cres te. Pentru a evita acest
lucru si deci de a pastra timpul mecanic de deschidere constant , timpul de injectie real aplicat la
injectoare este corectat functie de tensiunea bateriei.
Aceasta informatie « tensiune » poate de asemenea sa aiba scop ul de a creste, daca este
nevoie, regimul de relanti pentru a îmbunatati încarcarea bater iei (multi consumatori în
functiune).
Informatia viteza vehicul. Are rolul de a informa calculatorul asupra vitezei vehiculului.
Informatia este preluata de la un generator de impulsuri plasa t pe cablul kilometrajului,
sau pe sistemele noi, informatia provine de la calculatorul de ABS, care informeaza celelalte
calculatoare de viteza vehiculului.
Sonda de oxigen ( sonda lambda)
a) C
omponenta unei sonde de oxigen.
Rolul sau este de a informa calculatorul despre continutul de o xigen din gazele de
esapament.
Un senzor denumit senzor de oxigen sau sonda lambda este montat a pe galeria de
esapament sau în apropiere de intrarea catalizatorului.
Functionarea sondei s e bazeaza pe faptul ca ceramica utilizata conduce ionii de oxigen la
temperaturi mai mari de 300°C. În anumite faze de functionare daca temperatura sondei este
insuficienta, ea este încazita electric.
Pag. 74
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
1
Teaca de protectie.
2 Element ceramic.
3 Filet.
4 Dulie de contact.
5 Dulie de protectie. 6 Conectori electrici. 7 Ceramica scaldata de gaze de esapament. 8 Ceramica scaldata de aer curat
9 Rezistenta de încalzire.
Emisiile puternice de gaze de esapament apar atunci când carbur antul este incomplet ars,
motorul este defectos reglat, când se porneste sau se opreste m otorul sau la deplasarea cu viteza
redusa, sonda masoara în mod constant cantitatea de oxigen rama sa neconsumata în urma arderii
ECU (Electronic Central Unit – calculatorul central al masinii) foloseste semnalele primite de la
sonda penntru a ajusta amestecul în vederea obtinerii amestecul ui ideal: 14,8 kg aer cu un kg
benzina fara plumb, pentru asa-numitul factor lambda este egal cu unu. Sonda lambda asigura
sporirea eficientei catalizatorului, dar si emisii reduse de no xe în atmosfera. În sarcina maxima a
motorului, de exemplu la viteza de vârf, pentru a mentine vitez a, sistemul este dezactivat pentru
a preveni saracirea exagerata a amestecului. Sonda lambda are r olul de a regla amestecul aer-
benzina – prin comanda asupra injectiei de benzina – astfel înc ât acest amestec sa fie convenabil
regimului de moment al motorului. Daca sonda detecteaza prea mu lt oxigen gazul evacuat,
înseamna ca motorul merge cu un amestec prea sarac (în combusti bil); prin urmare, este marita
cantitatea de benzina. Daca, dimpotriva, este prea putin oxigen în evacuare, înseamna ca
amestecul este prea bogat si ECU reduce cantitatea de benzina d in admisie. Defectarea sondei
duce la functionarea anormala a motorului. La fel si defctiunil e de etansare a admisiei de
aer/circuitelor de reglaj vacuumatic – asa-numita admisie de "a er fals" – induce în eroare sonda
Lambda care da informatia ca ames tecul este prea sarac. Prin ur mare, electronica (Ecu) va
"pompa " mai multa benzina în cilindri (corespunzator cantitati i de aer aspirat în mod normal +
cel fals) si motorul va functiona cu detonatii în evacuare, eve ntual se " îneaca ". Dupa reglajul
amestecului aer-combustibil necesar unei arderi cât mai bune, g azele evacuate ajung în asa –
numitul "catalizator " unde, într-adevar, gazele se oxideaza la contactul cu platina. Functionarea
defecta a unui motor cu o sonda de O2 (Lambda) defecta determin a utilizarea de amestecuri
bogate, rezultând un consum marit de benzina, deteriorarea în s curt timp a catalizatorului si
uzura prematura a motorului, provocata de excesul de benzina ca re ajunge în baia de ulei. Prin
folosirea unui astfel de echipam ent se poate ajunge la o reduce re a emisiilor de pâna la 90%.
Cum functioneaza sonda?
Pag. 75
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Amplasata pe tubulatura de evacuare, sonda Lambda este un condu ctor de curent electric
a carui intensitate variaza în f unctie de cantitatea de oxigen care traverseaza sonda. În interiorul
acesteia exista un material ceramic poros, din dioxid de zircon iu (ZrO2). Intensitatea curentului
prin placa de zirconiu variaza în functie de numarul de molecul e de oxigen care traverseaza
materialul ceramic. Deoarece s onda functioneaza optim doar la t emperaturi mari, "la rece" , pâna
când gazele de esapament ating temperaturi de 600oC, sonda este încalzita de o rezistenta din
interiorul ei, dupa care caldura îi va fi furnizata chiar de te mperatura gazelor de esapament.
Anumite modele de autoturisme au chiar mai multe sonde, amplasa te înaintea catalizatorului (la
unele modele exista sonde amplasate pe fiecare gura de evacuare de la fiecare cilindru în parte),
dar si dupa catalizator, pe traseul tubuluturii de evacuare a g azelor arse. Constructorii recomanda
verificarea sondei la fiecare 30 000 de kilometrii sau la fieca re doi-trei ani de functionare a
masinii si schimbarea sondei în cazul când apar probleme în fun ctionarea acesteia.
Cum stim daca sonda lambda este defcta? Din pacate, simptomele unui senzor lent sau defect nu sunt înto tdeauna evidente.
Printre simptomele sondelor lambda defecte sunt:
– Esec la testul emisiilor (car acteristic, o concentratie mare de CO si/sau HC)
– Catalizator deteriorat (cauzat de o concentratie mare de carb urant)
– Consum crescut de combustibil (cauzat de o concentratie mare de carburant)
– Motorul functioneaza neregulat
– Performante reduse.
Care sunt cauzele defectarii sondei lambda?Sonda lambda se poate defecta prematur daca este contaminata cu fosfor rezultat din
consumul excesiv de ulei, silicon din scurgerile sistemului de racire, utilizarea produselor de
etansare din silicon în motor si unii aditivi pentru carburant. Chiar si o can titate redusa de
benzina slab rafinata poate defecta o sonda lambda. Factorii de mediu, precum stropii de pe
sosea, sarea, uleiul si murdaria pot cauza defectarea senzorulu i, ca si socurile termice, tensiunea
mecanica sau manevrarea incorecta.
Cum se poate testa sonda lambda?
Testarea nu etse complicata dar se face obligatoriu în service si de catre personal
calificat. O sonda defecta poate fi detectata rapid si usor cu un volt-ohm-metru digital, dar una
lenta poate fi diagnosticata numai cu un osciloscop sau un scop metru profesional.
Unde sunt situate sondele lambda? Au scopuri diferite?
Înca din anul 1980 sondele lambda sunt în dotarea standard a ma joritatii autovehiculelor
cu motoare pe benzina. În mod normal, sondele lambda sunt situa te în sistemul de evacuare,
înaintea catalizatorului, pentru a masura emisiile de noxe. Din anul 1996, odata cu utilizarea
sistemelor de diagnosticare OBDII, autovehiculele necesita si s onde lambda suplimentare, în
spatele convertorului catalitic, pentru a asigura functionarea corecta a acestuia.
Ce este o sonda lambda universala? Bosch a creat pe piata specifica un program pentru sonde lambd a universale. Acestea
îndeplinesc cerintele de functionare OE si au un sistem patenta t de conectori, ce faciliteaza
Pag. 76
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin instalarea. Acest sistem de conectori s-a dovedit a fi etans, p rotector împotriva contaminarii si
rezistent la efectele temperaturilor extreme si ale vibratiilor motorului. În prezent, Bosch pune la
dispozitie 9 tipuri de sonde lambda universale, pentru a oferi performante cât mai apropiate de
cele ale sondelor din prima dotare.
Care este importanta conectorului sondelor lambda universale?
Sondele lambda sunt foarte sensib ile la influentele din mediul înconjurator. Daca sonda
lambda universala este montata pe autovehicul, firele ei lipind u-se prin diferite metode, atunci
semnalul trimis catre ECU poate fi alterat. De aceea Bosch a br evetat conectorul pentru sondele
universale, cu ajutorul caruia conectarea sondei lambda univers ale se realizeaza foarte simplu si
sigur la cablajul autovehiculului. Conectorul este rezistent la vibratii, temperaturi si umiditate
extrema.
De ce trebuie înlocuita o sonda lambda defecta?
Conform unui studiu realizat în anul 1996, sondele lambda uzate sunt "singura sursa
importanta de emisii excesive în cazul autovehiculelor cu injectie de carburant".
Agentia de Protectie a Mediului din SUA (EPA) si Comisia din Ca lifornia pentru
Resursele Aerului (CARB) au desc operit ca înlocuirea sondei lam bda era necesara la 42% – 58%
din numarul total de autovehicule care emiteau cantitati mari d e hidrocarburi sau monoxid de
carbon. Testarea sondelor lambda conform procedurilor de service ale producatorilor de autovehicule si înlocuirea unei sonde lambda lente sau uzate po ate economisi între 10% si 15%
mai mult carburant si se amortizeaza într-un an numai din econo misirea carburantului, în timp ce
emisiile autovehiculului sunt coborâte la nivelul corespunzator. De asemenea, poate reduce
posibilitatea ca o concentratie mare de carburant sa deteriorez e catalizatorul autovehiculului.
Calculatorul .
Este elementul care centralizeaza ansambul informatiilor proven ind de la senzori, pe
care le analizeaza si le compara.Poate astfel sa determine cara cteristica semnalelor care sa-i
permita comanda diferitelor pa rti active ale sistemului.
În vederea mentenantei sau a reparatiei sistemului, sunt câteva operatii care pot fi
executate:
Centralizarea informatiilor si m emorarea defectelor pentru a p ermite citirea cu ajutorul
dispozitivelor de diagnostic.
Comanda a diferiti actuatori cu ajutorul dispozitivelor de dia gnostic.
Pe anumite vehicule este chiar posibila reprogramarea softului calculatorului pentru a
modifica anumiti parametri.
În cazul înlocuirii unui calculator este important si necesar s a se respecte anumite reglaje
Pe vehiculele echipate cu sistem antidemaraj, calculatorul pri meste automat codul
provenit de la antidemaraj.
4.6.8. Comenzi si actuatori .
Comanda electrica a pompei de benzina si a injectoarelor .
Calculatorul de injectie action eaza electric diferiti actuatori . Acestia realizeaza diferite
functiuni ale sistemului cum ar fi: injectia în fiecare cilindr u, alimentarea pompei de benzina, etc.
Pag. 77
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Releul pompei de benzina alimenteaza circuitul de putere al pom pei, iar în anumite
cazuri si diferiti consumatori cum ar fi, injectoarele, electro vana de purjare canistra carbon activ,
etc.
Releul principal. Releul de alimenatare, furnizeaza putere calc ulatorului de injectie iar în
diferite cazuri si alti consumatori.
Releul GMV. Rolul releului GMV este de a aplimenta în putere un itatea GMV. Rolul
GMV-ului este de a raci compartimentul motor atunci când temper atura apei din motor depaseste
un anumit prag dupa taierea contactului.
Fie prin punerea în functiune a unei pompe de apa anexe
Fie prin punerea in functiu ne a GMV pe vi teza mica.
Sistemele de racire sunt comandate :
Fie printr-un releu temporizat ( cu ajutorul unei sonde de tempe ratura specifica).
Fie prin calculator (se utilizeaza sonda sa de temperatura) cu ajutorul unui releu.
Injectoarele
Injectoarele sunt plasate între r ampa de distribuție și chiulas a și injectează combustibilul
direct în camera de combustie.
Acest lucru este posibil datorita diferenței de presiune existe nta intre rampa de
distribuție și camera de ardere.
Fun
cția sa este aceea de a doza și de a pulveriza combustibilul in interiorul cilindrului,
pentru ca astfel să se formeze amestecul de aer și combustibil specific fiecărui mod de operare.
Pag. 78
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
Pent
ru a plasa cu exactitate combustibilul, unghiul conului de injecție (jetului) este de
70° și unghiul de inclinare al injectorului in chiulasa este de 20°.
Din
punct de vedere constructiv sunt foarte asemănătoare celor ale unui sistem cu
injecție indirectă, însă sunt pregătite să lucreze la viteze ma i mari și să reziste la presiuni înalte.
– Pen
tru a efectua injecția, unitatea de comanda excita bobina mjectorului corespunzător.
Se creează un câmp magnetic, iar acul (inductor) se ridică, per mițând pulverizarea benzinei.
– Pentru finalizarea injec ției, se oprește alimentarea bobinei, dispare câmpul
magnetic, iar acul se închide etanș pe scaun datorită arcului d e compresie.
Injecțiile trebuie realizate într-un timp minim. Pentru aceasta este esențial ca injectoarele
să se deschidă cât mai rapid posibil.
Pag. 79
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Astfel, sunt excitate cu o tensiune de deschidere ridicata, cu valon cuprinse intre 50 și 90
V, și o intensitate a curentului de până la 10 amperi.
Acest lucru este posibil datorită unor condensatoare de compens are, integrate în unitatea
de comandă.
Po
mpa pentru înalta pres iune cu un singur piston
Pusă în funcțiune mecanic de către arborele cu came al motorulu i, funcția sa este aceea
de a pune sub presiune înaltă (40 – 110 bari) combustibilul pe care îl alimentează cu presiune
joasă electropompa din rezervor.
Este o pompa de înalta presiune, cu un singur element de pompar e. Aceste mișcări
generează importante fluctuații de presiune, care sunt absorbit e în amortizorul de presiune
încorporat.
In ace
lași timp, este o pompă cu debit reglabil. Datorită regul atoarelor de debit și de
înaltă presiune încorporate, se asigură doar cantitatea de comb ustibil necesară pentru injecție.
Acest lucru permite reducerea substanțială a puterii necesare p entru acționarea acesteia
și, prin urmare, face posibilă o scădere a consumului de combus tibil.
In cursa de aspirație, pistonul coboară, crește volumu l în camera pompei crește și
Pag. 80
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin presiunea scade. Când presiunea (joasă) o depășește pe cea din camera pompei, supapa de
admisie se deschide permițând combustibilului să curgă către ca meră.
în cursa de comprimare, pistonul coboară, crește presiunea din cameră și se închide
astfel supapa de admisie. Când presiunea din camera pompei o de pășește pe cea a tubului de
distribuție, se deschide supapa de evacuare, iar combustibilul este împins către aceasta.
Când s-a atins presiunea necesara, supapa regulatoare de debit și de malta presiune
deschide trecerea către conducta de alimentare. Astfel, scade presiunea din cameră și se închide
supapa de evacuare.
Reglar
ea relantiului .
Rolul sau este de a regla cantita tea de aer aspirat de motor în faza de relanti.
Scopul reglarii relantiului este de a obtine un regim stabil de functionare gestionând
cantitatea de aer aspirata. Reglarea relantiului nu poate fi fa cuta decât daca calculatorul are
informatia « picior ridicat ».
Regimul de consemn relati este determinat în functie de:
Temperatura apei motorului.
Functia climatizare si puterea absorbita.
Presinea din circuitul hidraulic al directiei asistate.
Încarcarea bateriei…, etc.
Pag. 81
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Debitul de aer este controlat prin :
Pozitia voletului corpului calpeta.
Fie printr-o derivatie a acestuia.
a)
Reglarea relatiulu
i prin rot atia clapetei de accleratie.
Corectia regimului de relanti se face gratie comandei primita d e corpul clapeta
motorizata. Reglarea deschiderii clapetei permite reglarea cant itatii de aer absor bita de motor.
b) Reglarea relantiului prin derivatie.
Sistemele care permit acest lucru sunt de doua tipuri:
Motor pas cu pas.
Electrovane cu una sau doua înfasurari.
Motor pas cu pas.
Calculatorul comanda motorul prin punere la masa, ceea ce antre neaza o variatie a
pozitiei unui obturator situat într-o canalizatie speciala.
Calculatorul plica strategii spec iale pentru a cunoaste cu prec izie pozitia obturatorului.
c) Controlul acuatorilor de relanti.
4.6.9. Reglarea îmbogatirii.
Pentru a obtine o buna eficacitate a catalizatorului, amestecul aer benzina furnizat
motorului trebuie sa aiba o îmbo gatire constanta si aproape de raportul stoechiometric. Pentru
aceasta, utilizam o sonda pe care o numim « sonda Lambda ».
Reglarea imbogatirii serveste la buna functionare a catalizator ului.
Schema de principiu.
a) Defin
itia îmbogatirii si a lui Lambda
Im
bogatirea este un raport între dozajul real si cel ideal. Un amestec sarac (λ<1) contine
mai putin carburant, un amestec bogat (λ>1) contine mai mult ca rburant.
Pag. 82
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Dozajul de randament (1/18) : Acest dozaj în exces de aer, perm ite arderea
completa a benzinei ce intra în camera de ardere.Este utilizat la sarcini medii si
mari
Dozajul de putere (1/12) : Aces t dozaj cu exces de benzina perm ite cresterea
vitezei arderii.Este utilizat at unci când se doreste maximum de putere a
motorului în situatia « Picior Apasat Complet », în reprize si la relanti
Amestec sarac : 15/18 = 0,85 ÎMBOGĂȚIRE < 1.
Amestec bogat : 15/12 = 1,224 ÎMBOGĂȚIRE > 1.
Curba de dozaj.
Lam
bda este un raport între dozajul ideal si cel real. Un amestec sarac (λ>1) contine mai
mult aer iar (λ<1) mai putin aer.
b)
Principiu de functionare a sondei de oxigen.
Daca proportia oxigenului este foarte diferita între cele 2 fet e ale sondei, proprietatile
materialului din care este confe ctionata provoac a un salt de te nsiune în jurul valorii de
îmbogatire 1. Aceasta valoare (variatia de tens iune) este vizibila cu ajutoru l dispozitivelor de diagnostic.
Pag. 83
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
În
jurul valorii de îmbogatire 1, o usoara variatie
a imbogatirii provoaca o variatie importanta a
tensiunii. Acest lucru permite calculatorului sa
raspunda foarte rapid la schimbari..
În timpul functionarii motorului, putem întâlni doua situatii :
a) Calculatorul nu tine cont de informatia de la sonda de oxige n.
Sistemul lucreaza în « Bucla Deschisa » Sistemul va lucra în bu cla deschisa atâta timp
cât conditiile de functionare ale m otorului sunt incompatibile cu reglarea îmbogatirii (dozaj
neadaptat) si/sau atâta timp cât sonda nu a atins temperatura s a nominala de functionare.
Temporizare la demaraj (amestec bogat).
Functionare la rece.
PA si variatii de sarcina rapide ( dozaje de putere ).
Taierea injectiei în deceleratie.
Mod degradat (sonda defecta ).
b) Calculatorul tine cont de in formatia de la sonda de oxigen.
Sistemul lucreaza în « Bucla Înschisa ». Reglarea îmbogatirii e ste activa.
Calculatorul va corecta timpul de injectie, pentru conservarea imbogatirii egala cu 1.
Aceste corectii sunt vizibile cu ajutorul dispozitivelor de dia gnostic.
Valoarea se poate gasi în interv alul 0 – 255, valoarea medie fi ind 128.
Tensiunea sondei
Corectia de
îmbogatire
Pe anumite aplicatii, scara poate fi diferita ( ex : valoarea m edie egala cu 1 ).
Când valoarea este mai mare de 128, calculatorul comanda o îmbo gatire ( prin marirea
timpului de injectie ) deoarece amestecul este sarac ( tensiune a sondei mai mica de 500 mV )
Pag. 84
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Când valoarea este mai mica de 128, calculatorul comanda o sara cire ( prin scaderea
timpului de injectie) deoarece amestecul este bogat ( tensiunea sondei mai mare de 500 mV ).
Exemple de adaptare a îmbogatirii.
Injectoarele sunt ancrasate.Timpul de injectie calculat initial pentru a obtine îmbogatirea
egala cu 1 nu mai este suficienta. Calculatorul trebuie sa creasca timpul de injectie.Valoarea est e centrata pe 180, dar imbogatirea
1 este mentinuta.
Injectoarele se ancraseaza si mai mult.Calculatorul nu mai poat e aduce corectii mai sus
de 255, amestecul devine prea sarac iar îmbogatirea scade sub 1 . Eficacitatea catalizatorului
scade si autovehiculul polueaza.
Pentru a postra îmbogatirea 1, trebuie ca valoarea coreciei de imbogatire sa fie centrata
pe 128, trebuie deci decalata cartograma de injectie. – Este rolul corectorilor adaptivi.
Corectiile adaptive .
Dispersia si uzura unui motor sunt asa de variate încât constanta benzina/aer variaza de
la un motor la altul ca si în timpul vietii unui autovehicul (a ncrasarea supapelor, injectoarelor,
scaderea compresiei, etc.)
Calc
ulatorul de injectie trebuie sa estimeze aceasta constanta pentru a furniza motorului
« Imbogatirea = 1 ». Calculul sau este o medie statistica facut a în mai multe puncte.
La functionarea în bucla închisa, memorizeaza timpul de inject ie mediu pentru fiecare zona de
presiune colector (de aceea învatarea se face pe mai multe zone ale presiunii din colector ).
Corectiile efectuate la presiunile cele mai mici decaleaza pici orul curbei.Acest decalaj se
numeste offset (adaptativ imbogatire relanti).
Corectiile efectuate pentru restu l plajei de functionare a motorului schima panta
curbei.Variatia pantei se numeste câstig ( adaptiv imbogatire î n functionare)
Pag. 85
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Sonda lambda cu banda larga
Loc
alizată înainte de precatalizator, funcția sa este aceea de a furniza unității de
comandă a injecției valoarea cantității de oxigen rezidual din gazele de eșapament.
Cu ajutorul acestei informații, unitatea de comandă regle ază în mod constant
cantitatea de combustibil injectată, pentru a se conforma valor ilor teoretice.
Sondele lambda convenționale care trimit impulsuri generează i nformații foarte exacte
atunci când se operează foarte aproape de lambda = 1. însă ime diat ce depășește această
valoare, tensiunea de ieșire este practic cvasiconstanta. Deci nu sunt adecvate pentru
măsurarea unei game mai largi.
Pentru
a se putea măsura valoare a lambda mtr-un interval mai la rg sunt necesare sondele
de bandă lată.
Acestea nu dau valoarea lui lambda sub formă de tensiune, ci sub formă de intensitate
de curent cu creșteri practic liniare.
Pag. 86
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
Astf
el, este posibil sa se stabilească valoarea lambda 1,55 a m odului omogen-sarac. însă
pentru modul stratificat, valoarea lui lambda este calculată (p rintr-un algoritm intern al
calculatorului). în acest regim (mod de funcționare) nici sonde le de bandă largă nu sunt destul de
precise.
Din
punct de vedere constructiv, sonda de banda lata este forma ta dintr-o celulă de
măsurare, și o celulă pompă.
Electrozii celulei de măsurare generează o tensiune, in fu ncție de diferențele
conținutului de oxigen.
Principiul de funcționare al sondei cu banda lata consta in fap tul ca celula funcționează
întotdeauna într-o zonă lambda = 1, iar tensiunea pe care o gen erează este constantă, 450 mV.
De aceea, celulei de pompare, componenta ceramica ce lucrează ca o mini-pompa, i se
reglează în mod constant intensitatea pentru ca astfel să regle ze trecerea (în viteză și sens) a unui
anumit volum de gaze de eșapament către camera de măsurare.
Prin monitorizarea consumului de curent al celulei de pompare, unitatea de comandă a
injecției determină valoarea lam bda a gazelor de eșapament. Dac a amestecul devine mai sărac,
gazele de eșapament conțin mult mai mult oxigen, iar pentru a menține tensiune a în celula de
măsurare la 450 mV, este necesar să se reducă din conținutul de oxigen în camera de măsurare.
Pag. 87
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Pentru aceasta se reduce debitul pompei până se ajunge din nou la tensiunea de 450 mV.
Daca amestecul devine mai bogat, gazele de eșapament conțin mult mai puțin oxigen, iar
pentru a menține tensiunea în cel ula de măsurare la 450 mV, est e necesar să sporească oxigenul
în camera de măsurare.
Pentru aceasta trebuie să crească debitul mini-pompei până se a junge din nou la
tensiunea de 450 mV.
Senzor de NOx
Situat în spatele catalizatorului-acumulator de NOx, acesta are dubla funcție de a
determina conținutul de oxigen și de oxizi de azot din gazele d e eșapament.
Cu aceste informații, unitatea de comanda a injecției poate ver ifica:
Funcționarea catalizatorului.
Punctul de reglare lambda = 1 al sondei de bandă lată din preca talizator.
Saturarea cu NOx a catalizatorului
Prin
cipiul său de funcționare este derivat din cel al unei sond e de bandă lată, fiind
alcătuit practic din:
– Două camere.
– Două celule de pompare.
în prima cameră se determină factorul lambda (?-).
în a doua cameră se determină conținutul de oxizi de azot (NOx) .
Factorul lambda ( A,):
Prin prima cameră trec gazele de eșapament și datorită diferenț ei de conținut de oxigen
față de celula de referință, se generează o tensiune în electro zi.
Unitatea de control a senzorului NOx, trebuie sa regleze aceast a tensiune la o valoare
constantă de 450 mV (ce corespunde cu lambda = 1); pentru aceas ta, acționează prima celulă de
pompare, introducând sau extrăgând oxigenul din cameră.
Este intensitatea de curent nece sara pentru funcționarea acestei prime celule de pompare,
cu ajutorul căreia se determină factorul lambda (X) al gazelor de eșapament.
Conținutul de NOx: Gazele de eșapament fără oxigen trec din prima cameră în cea de -a doua. în această
trecere, datorită acțiunii unei bariere de difuzie, moleculele de NOx se desfac în dioxid de azot și
în oxigen.
Pag. 88
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Cu un electrod interior și altul exterior, se reglează o tensiu ne constantă de 450 mV;
astfel ionii de oxigen se deplasează din prima într-a doua came ră.
Prin evaluarea intensității curentului (exprimat in „uA ), pe c are a doua celula de
pompare o produce datorită acest ei circulații a ionilor, se det ermină conținutul de oxigen din a
doua cameră și, odată cu acesta, conținutul de NOx, deoarece raportul dintre cele două este
același.
Unitatea de control a senzorului de NOx
Este localizată sub autovehicul, foarte aproape de senzorul de NOx. Datorită acestei
apropieri, este imposibilă falsificarea prin parazitare a semna lelor dintre cele două componente.
Funcția sa este aceea de a procesa semnalele senzorului de NOx și de a le transmite prin
magistrala CAN la unitatea de comandă a injecției.
4.6.
10. Analiza gazelor arse.
Componenta poluantilor . În timpul functionarii unui motor, arderea nu este completa,
si se produc substante recunoscute ca poluante.
Repartitia gazelor de esapament.
Re
partitia poluantilor.
Pag. 89
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
Hidroc
arburile (HC). – Hidrocarburile provin din:
Uleiuri ( scapari, vapori,.)
Benzina ( scapari, vapori,umplere rezervor)
Din arderea imbogatota (functionare la rece, cerinta de putere, disfunctiuni ale
motorului)
Pot provoca iritatii grave la niv elul mucoaselor, ochilor, gâtu lui si a nasului .
Monoxidul de azot (Nox). Provine dinȘ
temperatura foarte mare a arderii :
Functionare în exces de aer.
Avans la aprindere important.
Poate provoca: Iritatii ale cailor respiratorii si a tesutului pulmonar,; Datorita lor se
formeza ploile acide. Împreuna cu hidrocarburile sunt la origi nea cetii de fum « SMOG »
Monoxidul de carbon (CO). – Se formeaza datorita amestecului bo gat.
Poate provoca: Dureri de cap, Tulburari de vedere, Scaderea to nusului muscular,
Axfixieri, iar în cantitati mari poate provova moarte.
Alti polunati cum ar fi particulele formate pe baza de diferse combinatii ale carbonului
se gasesc în mica masura la motorul pe benzina.
Plumbul, metal greu, considerat ca un poluant, va fi eliminat d in compozitia benzinei
(eventual înlocuit cu potasiul). El se depune pe suprafata trat ata a catalizatorului si astfel îl face
ineficient prin inhibarea reactiilor chimice.
Statele Unite au fost primele care au reactionat în fata proble melor de poluare produsa
de autovehicule. Au definit primele norme contra poluarii prove nind de la automobile. Europa a
urmat Americii impunând norme din ce în ce mai severe, aplicate în tarile Comunitatii Europene.
4.6.11. Depoluarea.
Introducere. Pâna în zilele noastre sistemele de injectie au evoluat constan t..Motivul
acestei evolutii îl constituie fa ptul ca poluarea are o mare ac operire în dezbaterile comunitatii
europene si mondiale. De altfel, a avut loc o evolutie rapida a normelor de poluare, obligând
constructorii sa faca eforturi mari pentru a-si aduce produsele spre un nivel de poluare care sa se
apropie de zero în viitorul apropiat.
Definitie . Este ansamblul substantelor solide, lichide sau gazoase, care , dupa nivelul
actual al cunostintelor noastre, sunt considerate ca periculoas e pentru sanatatea noastra cât si
pentru sanatatea mediului înconjurator.
Putem lua ca exemplu metalele grele (plumb,mercur), dar si prod usele de origine
chimica (fosfati,nitrati) ca si emisiile de gaze produse de zon ele industriale, de automobile sau
diversele deseuri depozitate si mai apoi uitate în natura.
În ceea ce priveste sectorul automobilelor, trei principali pol uanti au fost recunoscuti ca
Pag. 90
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin fiind nocivi si sunt în aceste zi le în atentia constructorilor:
Monoxidul de carbon (CO).
Vaporii de benzina sau hidrocarburi nearse (HC).
Oxizii de azot (NOX):
Monoxidul de azot (NO), Dioxidul de azot (NO2 ).
Datorita faptului ca motoarele FSI pot funcționa in anumite mod uri de operare cu
amestecuri extrem de sărace, pr oduc o cantitate mai mare de oxi zi de azot (NOx).
Electrovalva de recirculare a gazelor de eșapament (EGR)
Este așezată în colectorul de admisie, în spatele dapetei de ga ze și poate permite o
recirculare de până la cea 35%.
Odată cu recircularea gazelor de eșapament se reduce temperatur a finală de combustie
și, prin urmare, generarea de NOx.
In
funcție de configurația sistemului, captarea gazelor de eșap ament se realizează la
ieșirea din colectorul de eșapament sau după precatalizator.
Pentru a ușura reducerea NOx, gazele de eșapament mai pot fi ră cite spre ieșire cu aer
sau cu lichid de răcire.
Unitatea de comandă a motorului este cea care determina cantita tea exacta de gaze de
recirculat și pentru aceasta controlează deschiderea supapei EG R, acționând motorul electric al
acesteia. în același timp, monitorizezază poziția acesteia, pri n intermediul unui potențiometru.
Situații de recirculare a gazelor de eșapament:
-întotdeauna în modul de operare stratificat.-întotdeauna în modul de operare omogen-sărac.- în modul omogen, doar la sarcină parțială, până la 4.000 r.p. m. (la ralanti nu).
Catalizatorul .
Catalizatorul cu trei cai (sau trifunctional)
Rolul sau este de a asigura transformarea gazelor poluante în g aze inofensive:
Oxidarea CO si HC.
Reducerea NOx.
Pag. 91
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
Convert
izorul catalitic este com pus dintr-o carcasa din otel in oxidabil care este de obicei
echipat si cu ecrane termice pentru a proteja sasiul de caldura produsa de reactiile chimice din
interiorul catalizatorului. Carcasa contine de obicei doua bloc uri ceramice în loc de unul singur
care ar fi mai fragil datorita l ungimii mai mari. Aceste blocur i ceramice trebuie sa stea bine
fixate în interiorul carcasei datorita proprietatilor casante a le ceramicii.
O sita metalica este montata într e blocurile ceramice si carcas a pentru a le mentine
corect pe pozitie si pentru a ev ita vibratiile excesive ale blo curilor.
Structura alveolara este echivalenta cu o suprafata de contact a gazului de 2,8 m2 .Din
punct de vedere al proprietatilor materialului, suprafata trata ta este de 2 000 à 5 000 m2 pe bloc
ceramic. Ea este acoperita cu un strat subtire de metale pretioase (Platina, Rohdiu, Paladiu).
Acestea amorseaza si/sau cresc viteza reactiilor chimice de oxi dare si reducere.
Acest tip de catalizator permite , datorita reglajului stoichiom etric al îmbogatirii,
convertirea simultana a trei poluanti (CO, HC, NOx) într-un sin gur element, de unde vine si
numele : Catalizator.
Functionarea catalizatorului.
Reactiile chimice care au loc în catalizator sunt posibile în a numite conditii de
temperatura (amorsarea catalizatorului), amestec perfect stoich iometric si prezenta metalelor
pretioase care activeaza reactiile de oxidare si reducere.
În fuctionarea în bucla închisa a mestecul este alaternativ boga t si sarac.
La functionarea cu amestec sarac – Catalizatorul oxideaza par ticulele nearse si
stocheaza excesul de oxigen.
La functionarea cu amestec bogat: Catalizatorul reduce NO2 si u tilizeaza oxigenul stocat
pentru a oxida impuritatile.
Tem
peratura de functionare. – Eficacitatea depinde de temperatu ra de functionare.
Amorsarea se face în jur de 250 °C iar eficacitatea maxima o ar e la temperaturi mai mari de 450
°C.
Convertizoarele catalitice îsi pot pierde eficacitatea mai rapi d daca functioneaza la o
temperatura mai ridicata mult timp. Creste temperatura de amors are iar coeficientul de convertire
Pag. 92
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin scade.
Procentul de convertire a celor trei poluanti în functie de îmb ogatire.
Efectele asupra catalizatorului. Un convertor este un element d estul de fragil, si poate fi
cu usurinta distrus de:
Efecte mecanice.
Efecte temice.
Colmatare.
Efecte mecanice.
Spargerea carcasei cauzata de miscarile coloanei de esapament, socuri si oboseala
termica, variatii brutal e de temperatura la amorsare sau în dec eleratie, împroscarea cu apa, care
poate duce la spargerea blocurilor ceramice
Efecte termice. Topirea datorata temperaturii excesive (T° > 1 000 °C) ca urmare a
tratarii unei cantitati prea mare de poluanti,. Evolutia substa ntelor active la temperaturi înalte
prin migrarea metalului activ în interiorul suportului metalic. Sublimarea metalului activ la
temperatura înalta. Vitrificarea substantei active.
Colmatarea. Suprafata activa a convertorului poate fi partial s au total colmatata, adica
acoperita de plumbul care se gaseste în benzina. Acest lucru pr ovoaca neutralizarea
catalizatorului decoarece gazele nu mai ajung în contact cu met alul activ depus pe suprafata
ceramica. Acelasi efect ca si pl umbul îl pot avea uleiurile, fosforul si sulfurul.
Remarca : O pana de combustibil poate produce supraîncalzirea c atalizatorului si
distrugerea sa deoarece un ameste foarte sarac provoaca o arder e lenta cu o crestere importanta a
temperaturii gazelor de esapament .
La fel o cantitate pre mare de HC de tratat (datorata rateurilo r de aprindere) pot duce la
distrugerea catalizatorului.
Diagnosticul catalizatorului.
Diagnosticul functional al catali zatorului trebuie sa permita detectarea unei disfunctiuni
care ar putea duce la depasirea pragului de poluare.
Pri
ncipiul diagnosticarii catalizatorului.
Capacitatea de stocare a oxigenului de catre catalizator este i ndicatorul starii sale. Atunci
Pag. 93
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin când catalizatorul îmbatrâneste, capacitatea sa de stocare a ox igenului scade ca si capacitatea sa
de a depolua.
Principiul consta în creerea de variatii importante ale îmbogat irii, în scopul umplerii cu
oxigen a catalizatorului.
Daca catalizatorul este bun, va absorbi oxigenul iar tensiunea furnizata de sonda de
oxigen aval va ramâne constanta.
Daca este uzat, oxigenul nu va mai putea fi stocat, iar acest lucru va antrena o variatie a
tensiunii în sonda de oxigen aval.Cu cât catalizatorul este mai uzat cu atât oscilatia va fi mai
importanta.
Catalizator-acumulator de NOx sp ecific motoarelor cu injectie d irecta. În poziție de
catalizator principal, realize ază simultan două funcții: lucrează ca un catalizator standard cu 3 căi
și, suplimentar, reține NOx.
In cadrul modurilor de operare cu amestecuri sărace, cu cataliz atoare cu trei căi, nu se
poate efectua conversia oxizilor de azot; din acest motiv aceșt ia sunt stocați în acumulatorul de
NOx.
Din p
unct de vedere constructiv, aceasta funcție suplimentara d e acumulate de NOx a
catalizatorului a fost posibilă prin adăugarea de materiale nob ile (platină, rodiu, paladiu) la
materialele tradiționale de ceramică ale oxidului de bariu (BaO ).
Domeniul de temperatura optim este cuprins intre 250 și 500°C, pentru ca acumulatorul
de NOx să poată stoca cantitatea maximă de oxizi de azot.
Pentru a favoriza această stocare s-au adaptat soluții pentru l inia de eșapament în sensul
reducerii temperaturii gazelor și cu acestea a temperaturii acu mulatorului de NOx (ex: răcirea
colectoarelor sau a tubului de eșapament la diferite debite).
Dacă temperatura acumulatorului de NOx trece de 850°C, acesta își pierde capacitatea
de acumulare.
Acumularea: – Când motorul funcționează cu un amestec sărac, NO x se oxidează,
transformându-se în dioxid de azot. Reacția are drept catalizat or stratul de platină depus pe
monolitului ceramic. Acesta reacționează cu stratul de oxid de bariu,
acumulându-se în acesta sub formă de nitrat de bariu.
Pag. 94
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin
In
modul stratificat, care este modul de operare cel mai sărac, acumulatorul de NOx
poate acumula oxizi de azot o durată de aproximativ maxim 90 se cunde. Pentru a evita saturarea
acumulatorului, acesta trebuie să fie regenerat în mod regulat.
Regenerarea: – se realizează apr oape din minut în minut timp de câteva secunde, prin
trecerea la modul omogen și prin ușoara îmbogățire a amesteculu i.
Aceasta operație face sa crească cantitatea de CO, care începe sa reacționeze cu nitratul
de bariu acumulat, care este redus în cele din urmă până la dio xid de carbon și azot.
Acumulatorul se regenerează.
Deși norme
le europene au restrân s treptat utilizarea acesteia ș i deja exista benzină fără
sulf (<10 ppm sau mg/kg), majoritatea varietăților de benzină conține încă cantități însemnate de
sulf. Aceasta este o problemă importantă pentru acumulatoarele de NOx.
Datorită marii asemănări chimice cu oxizii de azot, și sulful ( S) reacționează cu stratul
de oxid de bariu și se acumulează sub formă de sulfat Apare dec i o diminuare a eficienței
catalizatorului-acumulator.
Când unitatea de comanda a injecției detectează că se scurtează din ce în ce mai mult
capacitatea de acumulare de NOx a catalizatorului-acumulator, c elulele de retenție nu mai pot
absorbi oxizi de azot pent ru că sunt pline de sulf.
Pentru a soluționa aceasta problema se efectuează desulfurarea acumulatorului de NOx.
Sulfatul este mult mai stabil chimic decât nitratul de bariu și nu se elimină printr-o regenerare
Pag. 95
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin simplă.
Pentru a se elimina sulful, temperatura din catalizatorul-acumu lator trebuie să se ridice
la peste 650°C.
La sarcini înalte, catalizatorul-acumulator de NOx se desulfure aza automat pentru că
ajunge la temperatura necesară.
în schimb, când autovehiculul funcționează în moduri de operare cu amestecuri sărace,
unitatea de comandă trebuie să forțeze regenerarea. în acest ca z, se inițiază un proces care
durează 2 minute și în timpul căruia se trece la modul omogen ș i se întârzie avansul la aprindere
(ardere „împinsă" în evacuare).
Od
ată depășită temperatura de 650°C, sulfatul din acumulator re acționează și se
transformă în dioxid de sulf (S0 2). Acumulatorul se regenerează.
Reaspirarea vaporilor de combustibil .
Canistra cu carbon activ este un fel de « burete » pentru vapor ii de benzina si care
permite stocarea acestora.
Atunci cân
d conditiile d e functionare ale motorului sunt reunit e, calculatorul comanda
purjarea canistrei. Fara purjare canistra cu carbon activ s-ar satura iar vaporii s-ar condensa si ar
deveni lichizi.
Electrovana de purjare. Electrovana este comandata prin punere secventiala la masa de
catre calculator si care face sa varieze cantitatea de vapori r eciclata.
Reaspirarea vaporilor de ulei.
Sistemul de reaspirare a vaporilor de combustibil este în gener al compus din doua
Pag. 96
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin circuite distincte.
Circuitul amonte de clapeta de acceleratie (sarcini medii si ma ri): vaporii sunt reaspirati
de depresiunea din canalizatia de aer.
Circuitul aval de calpeta de acceleratie (relanti si sarcini mi ci): vaporii sunt reaspirati de
represiunea dintre motor si clapeta de acceleratie.
4.6.12. Sistemul de aprindere
Trebuie sa ținem cont de faptul ca funcția oricărui sistem de a prindere este aceea de a
aprinde amestecul aer-combustibil din interiorul cilindrului la momentul oportun.
Aprinderea influențează în mare măsură cuplul motor, consumul d e combustibil și
gazele de eșapament.
Autovehi cu
lele cu injecție directa de benzina permit operarea c u rapoarte de comprimare
și cu unghiuri de avans mult mai mari. Acest lucru este motivat de faptul că tendința de detonatie
scade în mod substanțial datori tă celor doi factori cheie:
Răcirea interiorului camerei de ardere, datorită faptului că ev aporarea combustibilului
injectat absoarbe o parte din căldura existentă.
Faptul că intră doar aer reduce timpul de amestec al combustibi lului, evitându-se
oxidarea acestuia.
La motoarele FSI, bobinele de inducție individuale sunt cele ca re generează curent de
înaltă tensiune.
Astfel, unitatea de comandă a injecției controlează individual, pentru fiecare cilindru, și
cu mare precizie energia de aprindere, momentul aprinderii și d urata scânteii în cadrul fiecărui
mod de operare.
Scânteia de aprindere pentru inflamarea amestecului la motoarel e cu injecție indirectă se
produce, după cum se știe, între electrozii bujiei, când ajunge la o tensiune înaltă generată de
bobină.
în modul de operare stratificat, zona pentru inflamarea amestecului este una foarte
îngustă. Acest lucru se datorează caracteristicilor particulare de formare a scânteii într-o ceată de
combustibil
Pag. 97
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin .
In
schimb, în cadrul modurilor de operare în care amestecul est e omogen distribuit, zona
de aprindere pentru o inflamare fiabilă are aceeași dimensiune ca la un motor cu injecție
indirectă.
Parametri de baza pentru calculul avansului aprinderii:
turația motorului,
poziția clapetei de aspirație
cantitatea de aer aspirat.
Parametri de corectare:
temperatura lichidului de răcire,
temperatura aerului aspirat
reglarea lambda.
Parametri pentru reglarea detonatiei:
semnalul de detonatie
poziția arborelui cu came.
4.6.13. Viitorul sistemelor de injecție.
Marile firme orienteaza sistemel e de injectie catre un common r ail, unde presiunea de
injectie creste semnificativ. Un nou sistem de injectie aflat î n teste si probabil cât de curând si
folosit este injectia directa de benzina cu controlul electronic al curgerii – asa zisa – metoda
orbital.
Noile sisteme de injectie de benz ina sunt mai economice si mai ecologice. Ținând cont
de faptul ca în aproximativ 70 de ani resursele energetice ale planetei se vor epuiza, se cauta
solutii pentru înlocuirea actualel or propulsoare pentru autoveh icul. Datorita unei politici
agresive, de cercetare-dezvoltare dusa de marile companii produ catoare de motoare, rezultattele
au început sa apara. Astfel o solutie pentru mâine poate fi aut oturismul hibrid unde sistemul de
injectie este înlocuit cu un circuit electric.
Vastul domeniu al motoarelor ramâne deschis tinerilor ingineri, care în avântul tineresc
pot gasi solutii fiabile pentru acel mâine imprevizibil.
Volvo Cars a lansat variante ale modelelor sale propulsate cu b ioetanol fiind un
combustibil complet ecologic. Aceasta gama ecologica a fost ext insa si cu noul Volvo C30.
"Interesul pentru etanol ca si combustibil pentru vehicule a cr escut în Europa", spune
Pag. 98
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Gerry Keaney, Vicepresedinte la Departamentul de Marketing, Vân zari si Servicii la VolvoCars.
"Din acest motiv ne extindem gama de modele pe un total de 9 pi ete. Primele tari ce vor primi
variantele cu FlexiFuel vor fi M area Britanie, Irlanda, Franta, Spania, Olanda, Belgia, Elvetia si
Norvegia. Este foarte încurajant ca piata de desfacere este în expansiune si ca initiativele politice
în acest sens au fost deja luate ", a continuat Gerry Keaney .
Franta a anuntat ca în 2007 erau în constructie 500 de statii d e alimentare cu E85 (un
amestec 85% etanol si 15% benzina ). Combustibilul va fi produs local, din produse agricole. În
prezent sunt 23 de fabrici care produc etanol în Europa, iar ac easta cifra este de asteptat sa
creasca la peste 60 pâna la sfârsitul lui 2008. În aceste condi tii aproximativ 1,8 milioane de litri
de etanol sunt produse anual în Uniunea Europeana, în principiu, din orice sursa de biomasa:
porumb, sfecla de zahar, celuloza.
Trei din cele noua modele Volovo-C30, S40, si V50 – sunt acum disponibile în variante
alternative FlexiFuel. Acestea sunt propulsate de motoare de mo toare cu 4 cilindri, cu aspiratie
normala, ce produc 125CP. Bioetanolul si benzina sunt înmagazin ate în acelasi rezervor de 55
litri. Motorul a fost modificat pentru a sustine proprietatile corozive ale etanolului. Valvele
sistemului de injectie au fost î ntarite si marite, pentru ca ac um este injectat mai mult combustibil,
energia dezvoltata E85 fiind mai mica fata de benzina. De aseme nea si softul de calibrare a fost
updatat pentru puterea etanolulu i. Sistemul de manageament al m otorului supravegheaza precis
amestecul de combustibil din rezervor si automat ajusteaza inje ctoarele si sistemul de aprindere.
Daca masina ruleaza cu E85, emisiile folosite de CO2 scad cu pâ na la 80% comparativ
cu aceeasi masina ce merge cu benzina. " Un combustibil alterna tiv nu va fi capabil sa
înlocuiasca complet combustibili fosili de astazi, dar gama de modele ecologice va fi din ce în ce
mai raspândita în viitor. Diferitii combustibili si tehnologii vor fi dezvoltate în paralel. Etanol
reduce dependenta de combustibilii traditionali iar programul V olvo FlexiFuel va contribui vital
la strategia noastra de protejare a mediului", a încheiat Gerry Keaney.
Specificatii tehnice:
Motor: 4 cilindri cu benzina/E85
Cutie de viteze: manuala cu 5 trepte
Putere maxima: 92 kw (125CP)
Cuplu maxim: 165 Nm la 4000rpm
Acceleratia 0 – 100 km/h: 10,8s Viteza maxima: 200km/h
Pag. 99
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 5.Calculul instalatiei de injectie de benzina.
5.1. Calculul pompei de alimentare.
– Se alege o pompa de alimentare electrica cu role.
pe1.635 106 Pa -presiunea medie efectiva.
Vh0.3 103 m3- cilindreea unui cilindru.
LepeVh – lucrul mecanic efectiv,dezvoltat pe un ciclu,
intr-un cilindru.
Le490.5 Nm m
τ 4- numarul de timpi ai motorului.
n 83.33 s1
N2n
τ N 41.665
PeiLeN - puterea efectiva pentru un cilindru.
Pei2.044 104 W
ge316.72g
kW h- consumul specific efectiv de combustibil.
C gePei – consumul orar de combustibil pe un cilindru.
C 6.473 106 g
hPag. 100
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Se adopta:
D4 0 mm – diametrul interior al statorului.
δ 8 mm – diametrul rolei.
e 1.8 mm – excentricitatea.
i6 – numarul de role.
dD 2 e - diametrul exterior al rotorului.
d 36.4 mm
nn5500 min1- turatia nominala a arborelui cotit.
npnn
2 – turatia pompei.
np2.75 103 min1
kg
m3 ρc760 – densitatea benzinei.Pag. 101
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin ηv0.85 – randamentul volumetric.
Qp=(3…5)*C
= > B
Qp=2*10^(-6)*e*B*( *D-i*)*np*c*v
B4C
2eπD iδ () npρcηv
B 12 mm B adm=(10…15) mm
5.2. Calculul injectorului.
Qciclu8333gePei 103 4
ρc65400
Qciclu8.762 g
– Sa ales injector cu ac cu stift:
zj1 – numarul de orificii de pulverizare.
μ00.68
pi30 105 Pa- presiunea de injectie.
Δαj220π
180 rad- durata injectiei in rot ale arborelui cotit.
Pe84 kW- puterea efectiva a motorului.Pag. 102
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Se adopta:
i4 – numarul de cilindrii.
pv16.551 105 N/m^2- presiunea la sfarsitul compresiei.
da2.1 mm da adm=(2…3) mm
d013.4QcicluPe
μ0izjΔαj ρcpvpi
d00.35 mm
F0piπ
4 da2d02 – tensiunea initiala a acului injectorului.
F01.01 107 Pag. 103
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin k 280N
mm- constanta elastica a arcului.
k adm=(220..320) N/mm
hapi
kπ
4 da2d02F0
k – inaltimea de ridicare a acului.
ha0.35 mm
ha adm=(0,3…0,7) mmPag. 104
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 6. Proiectarea procesului tehnologic al pistonului.
6.1. Condiții funcționale, materiale și semifabricate.
Condiții funcționale.
Pistonul asigură reali zarea fazelor circuitului motor, prin miș carea de translație
rectilinie-alternativă în cilindr u; formează peretele inferior ce închide camera de ardere, suportă
efortul dat de presiunea gazelor arse la destindere, care-i imp rimă deplasarea liniară pe care o
transmite la bielă și de aici la arborele cotit precum și reacț iunile acestor organe; participă la
evacuarea gazelor arse și asigură pelicula de ulei pe suprafaț a de lucru a c ilindrului.
Mai are rol de etanșare a camerei de ardere împreună cu segmenții și evacuarea
căldurii. La motoarel e în doi timpi are rol și de organ de dist ribuție, prin deschiderea fantelor din
cilindru (în locul supapelor).
Forma pistonului este tronconică du diametrul mai mic în partea corpului, pentru că
dilatarea este mai mare datorită solicitărilor termice, în timp ul funcționării motorului.
Temperaturile de lucru ale pistonului variază între 300-5000 C în partea superioară și 150-2500 C
în partea inferioară. Dilatarea este mai mare în zona bosajelor datorită aglomerării de material,
motiv pentru care prelucrarea se face cu degajări în dreptul um erilor iar mantaua de formă
eliptică cu diametrul mai mare perpendicular pe axa bolțului. A stfel în timpul lucrului pistonul
va căpăta forma cilindrică iar solicitările vor fi repartizate uniform.
La unele pistoane, alezajul pent ru bolț este decalat spre stâng a axei cilindrului, în sens
opus celui de rotație a motorului pentru reducerea cuplului de basculare a pistonului și
micșorarea bătăilor lui pe cilindru.
Particularitățile constructive și funcționale impun pentru exec uția pistoanelor o înaltă
precizie dimensională a formei , a dispunerii reciproce a elemen telor geometrice precum și a
calității suprafețelor.
Din motive economice de prelucrare , toleranțele strânse ce se i mpun pentru suprafața
exterioară se obțin prin sortar ea pistoanelor pe grupe dimensio nale. Pistoanele fabricate ca piese
de schimb se execută în trep te de reparații de +0,25 , +0,5 sau +1 mm și se marchează
corespunzător R 1, R2, R3.
Calitatea suprafețelor prelucrate depinde de rolul acestora în procesul funcționării.
Pentru suprafața exterioară m Ra 2 , 0 … 6 , 0 ; pentru suprafețele ca nalelor de segmenți
m Ra 8 , 0 … 4 , 1 ; pentru alezajul bolțului m Ra 2 , 0 … 4 , 0 . Pe suprafețele prelucrate nu se
admit zgârieturi , ri zuri, bavuri, urme de lovituri sau alte de fecte. Toleranțele privind masa
pistonului se admit între 0,5…2% di n masa totală a pistonului.
Pentru a se putea realiza împe recherea pistonului cu bolțul și biela pe grupe, acestea se
marchează prin poansonare sau vopsire, indicându-se pentru pistoane semnul grupei
dimensionale, de masă și de alezaj pentru bolț.
Pag. 10 5
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Materiale.
Având în vedere condițiile de f uncționare ale pistonului, aliaj ele de alum
iniu s-au
dovedit ca fiind cele mai satisfăcătoare, datorită calităților pe care le au: conductivitate termică
ridicată, densitate mică, proprie tăți antifricțiune superioare și uzinare ușoară.
După conținutul în elemente de a liere, aliajele de aluminiu pen tru pistoane se împart în
două grupe: aliaje pe baz ă de siliciu grupa Al-Si-Cu-Mg-Ni (silumin) și aliaje pe bază de cupru
Al-Cu-Ni-Mg (aliaje Y). Dintre aliajele pe bază d e Si pentru pi stoane se utilizează aliaje
eutectice și hipereutectice.
Aliajele pe baz ă de Si – posedă coeficientul de dila tare termică redus care se
micșorează pe măsura creșterii c onținutului se Si. Aliajele hip ereutectice corespund cel mai bine
cerinței de a avea un coeficient de dilatare cât mai apropiat d e cel al cilindrului. Datorită acestui
fapt jocurile la rece pot fi mai reduse. Majoritatea constructo rilor utilizează aliaje eutectice
datorită dilatării lor reduse dar mai ales pentru calitățile lo r bune de frecare și uzură; totodată ele
sunt mai puțin sensibile la formarea fisurilor. Aliajele hipereutectice sunt mai dificile la turnare
iar pentru a reduce pericolul de fisurare la turnare se adaugă sodiu ca modificator; de asemenea
ele rezistă mai puțin la oboseală termică.
Rezistența mecanică mai slabă a aliajelor pe bază de Si la temp eraturi ridicate conduce
la secțiuni mai mari, deci la pistoane mai grele. Totuși mărirea secțiunii este compensată de densitatea mai mică a acestor aliaje. Datorită proprietăților l or, aliajele eutectice sunt aliaje
standard pentru executa rea pistoanelor de di ferite tipuri. În c azul unor m.a.c. puternic
solicitatese folosesc aliaje hipereutectice.
Aliaje pe baz ă de Cu – au coeficientul de dilatare cel mai mare din care cauză
pistoanele se prevăd cu jocuri mărite ceea ce favorizează inten sificarea uzuril or grupului piston
– segmenți – cilindru. De asemenea aceste aliaje se caracterize ază printr-o fluiditate mică și
tendința de a forma fisuri la c ald. Datorită proprietăților mecanice ridicate, aliajele pe bază de
cupru se utilizează pentru execuția pistoanelor la m.a.c. cu o puternică solicitare termică.
Semifabricate.
La execuția pistoanelor se mifabricatele se obțin prin turnarea în cochil ă sau matrițare;
unele încercări se referă la real izare semifabricatelor prin si nterizare prin pulberi de aliaje de
aluminiu hipereutectice.
Turnarea în cochilă este procedeul cu cea mai mare aplicab
ilitate deoarece se asig ură o
structură cu granulație fină și c aracteristici mecanice ridicat e. Precizia semifabricatelor este mai
înaltă, calitatea suprafețelor este mai bună, ceea ce determină mișcarea adaosurilor pentru
prelucrarea mecanică și creșterea coeficientului de utilizare a materialului; în acest caz se prevăd
adaosuri de 0,8…1,2 mm pe o parte. P rocedeul permite turnarea p istoanelor cu forma calotei
complicată (cazul motoarelor cu injecție directă).
Pentru micșorarea uzurilor canalului primului segment la pistoa nele puternic încărcate
termic se poate încorpora un ine l de fontă cenușie sau aliată .
În unele cazuri (motorul D2156 HMN) în calota pistonului se introduce la turnarea o
piesă inelară din fontă aliată pentru a evita arderea muchiei s uperioare a camerei de ardere din
piston. În această situație inelu l și piesa de protecție sunt r ealizate cu legături între ele. Aceste
piese se încorporează fie prin m etoda BMI (realizarea unor rizu ri pe suprafața piesei, curățirea
perfectă și turnarea sub presi une) fie prin metoda ALFIN (acope rire cu un strat de aluminiu pur
Pag. 106
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin prin introducerea într-o baie de aluminiu pur, obținerea unui s trat de aluminiu de fier, turnare în
timpul când încă stratul de alumi niu intermediar este în stare plastică). Materia lul pentru piesele
încorporate poate fi de tipul nirezist cu următoarea compoziție: 2,7…3,1% C, 1,5…2,5% Si,
0,75…1,5% Mn, 5,0…7,0% Cu, 1,0…3,0% Cr, 15…17% Ni și cu structură austenitică.
Coeficientul de dilatare ridicat 19,3*10-6grd-1, apropiat de cel al siluminiului asigură eliminarea
unor eforturi suplimentare în t impul încălzirii pistonului.
În cazul unei fabricații de serie mare, procesul turnării poate fi complet automatizat.
Matrițarea pistoanelor di aliaje de aluminiu asigură rezistența mai mare și uniformă a
semifabricatelor, față de cele turnate însă la un preț de cost mai ridicat. Pentru matrițare se
folosesc lingouri mici turnate în lingotiere răc ite cu apă, cee a ce asigură o structură fină și
orientată. Acestea se debitează, se forjează pentru o formare p realabilă după care se matrițează.
Matrițare se aplică la motoarele forțate pentru autocamioane, motoare pentru sport și curse și
uneori la motoare de autoturi sme de clasă superioară.
Tratamente termice și acoperiri de protec ție. Tratamentul termic al pistoanelor constă
în călire urmat de îmbă trânire artificial ă. Prin călire se urmărește di zolvarea elementului de
aliere în soluția solidă, evitâ nd formarea unei structuri grosi ere. Prin îmbătrânire se realizează
precipitarea fină a unor compuși chimici, care conduce la îmbăt rânirea caracteristicilor
mecanice. Totodată prin îmbătrânire se reduc tensiunile care ap ar în timpul turnării datorită
secțiunilor neuniforme ale pist onului. De exemplu, pentru aliaj e din grupa ATC Si12CuMnNi se
recomandă călire în apă cu încălzire la 500-5200 C și durata menținerii de 4…6 ore, urmată de
îmbătrânire la 170…1900 C timp de 6…12 ore. Tratamentul ter mic se aplică înaintea prel ucrării
mecanice pentru a evita modificări de volum după operațiile de finisare.
Pentru îmbunătățirea rezistențe i la uzură în cond iții grele de funcționare (rodaj, porniri
la rece, insuficiența ungerii) se aplică pistoanelor acoperiri de protecție; în același timp aceste
acoperiri au rolul să înlocuias că pentru scurt timp lipsa uleiu lui în cazul unei frecări uscate.
Pentru pistoanele de aluminiu, ca acoperiri de protecție se apl ică grafitarea, cositorire sau
plumbuire și oxidarea electrică sau chimică a suprafeței de fre care.
6.2. Stabilirea succesiunii operațiilor și fixarea ba zelor de așezare.
Pistoanele se fabrică în serie mare iar procesul tehnologic de prelucrare comportă
următoarele operații: alegerea și prelucrarea bazelor de așezare, prelucrarea suprafețelor
exterioare, prelucrarea alezajului pentru bolț, operații de gău rire și frezare, sortarea pe grupe
masice și dimensionale, operații de control.
Alegerea bazelor de așezare are în vedere ca prin aplicarea for țelor de strângere să nu
se provoace deformarea pistonului , să existe posibilitatea exec utării unui număr cât mai mare de
operații de la o singură prindere , să se asigure o grosime cât mai uniformă a pereților în
condițiile existenței unei cavități interi oare neprelucrate.
Pag. 107
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Nr.
opera-
ției Denumirea operației Schița Mașina unealtă
1 Recepția semifabricatului –
2 Strunjire
– degroșare contur exterior- finisare contur exterior
– degroșare canale pentru
segmenți
– finisare canale pentru
segmenți-teșire Strung multiax cu șase posturi
3 Curățire – suflare – Suflare cu jet aer com-
primat
4 Strunjirea găurii pentru bolț
Prelucrarea a două găuri de ungere în bosaje Strung
Pag. 108
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin 5 Strunjire de finisare curb și
oval pe toată lungimea – Strung de copiat
6 Frezare frontală și a camerei
de ardere Mașină de frezat
7 Ajustare – Șabăr
8 Spălare – Instalație de spălare
9 Sortare-marcare, după
diametrul bolțului(trei grupe
din trei în trei miimi) – Banc
10 Sortare-marcare, după
diametrul exterior (trei
grupe diferențiate printr-o
zecime) – Banc
11 Sortare-marcare în greutate
(grupe din două în grame) – Banc
12 Stanare – Instalația pentru acoperiri
metalice
13 Control final – Masă de control
14 Împerecherea; pistoanele se
vor împerechea cîte șase
având același diametru
exterior, diametru a găurii
pentru bolț și greutate – –
15 Depozitare-conservare – –
Pag. 109
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin CONCLUZII
Industria de automobile reprezintă în prezent una din cele mai dezvoltate ramuri ale
construcției de mașini, cu producție de serie mare. Varietatea imensă de tipuri de automobile care
se produc în prezent nu corespund neapărat unor necesități ci m ai mult tendințelor de modă și
concurență, în același timp varietatea acestor tipuri crează di ficultăți mari de întreținere și
reparații.
Motorul alimentat cu injecție directa de benzină (FSI/IDE) folo sește o tehnologie aplicată, deja,
cu succes, la motoarele Diesel și al cărui principiu de funcțio nare constă în injectarea directă ,la
înaltă presiune(100 bar), a benzinei în camera de ardere.
Principalul obiectiv urmărit de motoriști la acest tip de motor a fost acela de a se ameliora
randamentul de umplere și procesul de ardere,reducând ,,pierder ile prin pompaj ,,Aceste pierderi
pot fi compensate prin mărirea presiunii de admisie printr-un e xces de aer proaspăt sau printr-o
reintroducere masivă de gaze arse reciclate (EGR).
Sistemele de injec ție de benzină direct în cilindru au început să fie studiate si implementate pe
automobile începând cu anii 1990. Avantajele acestui sistem com parativ cu injectia indirectă
sunt numeroase:
eliminarea depunerii de benzină pe pereții galeriei de evacuare si pe supape ;
îm
bunătătirea controlului am estecului aer-combustibil;
reducerea pierderilor prin pompa j (aspiratia aerului) în modul de functionare cu
amestec stratifica t;
îm
bunătătirea randamentului termic, în timpul functionării cu a mestec stratificat ,
d
atorită raportului de comprimare mai ridicat;
s c ă d e r e a e m i s i i l o r d e C O 2 s i a c o n s u m u l u i d e c o m b u s t i b i l d a t o r i tă posibilitătii
functionării cu amestec stratificat;
scăderea pierderilor prin căldură datorită functionării cu ames tec strati ficat;
î
ncălzirea mai rapidă a catalizatorului prin divizarea si întâr zierea injectiei de
com
bustibil în faza de evacuare;
pornire mai bună la rece datorită pulverizării mai bune a combu stibilului;
răspuns mai bun la accel eratiiPag. 110
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA – AR 1131 PROIECT DE DIPLOMĂ
VLĂDESCU Ștefănel Cătalin Bibliografie
1. Motoare, Ghe Bobescu, Ghe Radu, Universitatea Transilvania, 1983
2. Motoare pentru automobile si tractoare, Teorie si caracteristici, Ghe Bobescu, C.
Cofaru, 1996
3. Motoare pentru automobile si tractoare, Dinamica, calcul si constructie, Ghe Bobescu,
C. Cofaru, 1998
4.
Motoare pentru automobile si tractoa re, Econom
ie si ecologie, Surse energetice
alternative, Ghe Bobescu, C. Cofaru, 2000
5. Organe de masini, Mihai Gafitanu, Editura Tehnica, 1981
6. Fabricarea si repararea autovehiculelor, D.
Abaitanc
ei, Universitatea Transilvania,
1987
7. Revista ATZ.
8. Revista Automo
tive Engeenering.
9.www.auto-data.net/ro/?f= showImages&im
age_id=9524
10. http://www.e-automobile.ro/categorie-m otor/18-benzina/39-vw-tsi-dezactivare-
cilindri.html
11.http://www.reparatiiturbine.ro/dezactivare-cilindri-motor/
12. http://www.promotor.ro /masini-noi/news/noua-te hnologie-volkswagen-de-
dezactivare-a-cilindrilor-motorului-8699008
Pag. 111
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Șef. Lucr. Dr. Ing. LEAHU Cristian Ioan [630734] (ID: 630734)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.