Sl. Dr. Ing. Sorin HOLOTESCU [302705]

UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMIȘOARA

FACULTATEA DE MECANICĂ

DEPARTAMENTUL MAȘINI MECANICE UTILAJE ȘI TRANSPORTURI

SPECIALIZAREA SISTEME SI ECHIPAMENTE TERMICE

LUCRARE DE LICENȚĂ

Coordonator științific:

Sl. Dr. Ing. Sorin HOLOTESCU

Absolvent: [anonimizat]-Andrei LUNGULESCU

TIMIȘOARA

2020

UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMIȘOARA

FACULTATEA DE MECANICĂ

DEPARTAMENTUL MAȘINI MECANICE UTILAJE ȘI TRANSPORTURI

SPECIALIZAREA SISTEME SI ECHIPAMENTE TERMICE

Studiul motorului N47. Estimarea pierderilor mecanice pe caracteristica externă

Coordonator științific:

Sl. Dr. Ing. Sorin HOLOTESCU

Absolvent: [anonimizat]-Andrei LUNGULESCU

TIMIȘOARA

2020

CUPRINS

INTRODUCERE

Motorul BMW N47 este un motor Diesel în linie cu 4 cilindri și o injecție cu rampă comună (Common Rail). Prima dată a fost folosit în Martie 2007 acesta luând locul predecesorului său M47. Producția sa a continuat până în 2014 când a fost la rândul său înlocuit de B47.

Fig.1. Prezentarea motorului.

Acest N47 a venit ca un real succes datorită imbunătățirilor și standardele noi aduse. Fiind cel mai puțin poluant și având cel mai bun consum din clasa sa. [anonimizat], asta făcându-l [anonimizat].

Există mai multe variante ale motorului N47 cu aceeași capacitate cilindrică de 1995cmc cu 4 [anonimizat], toate variantele având turbocompresor dar existând și o [anonimizat] a lui N47.

Cea mai puțin performantă dar cea mai economă dintre ele fiind varianta de 116cp cu 260nm, iar maximul performanțelor scos de către fabricant din N47 fiind varianta de 204cp cu un cuplu de 400nm. Dar cea mai comună si cea mai fiabilă fiind varianta de 177cp cu un cuplu de 350nm.

1. ASPECTE GENERALE

1.1. Specificații tehnice:

1.1. Informații despre model.

1.2. Motorizare.

1.3. Date utile.

1.4. Transmisie, suspensie și frânare.

1.5. [anonimizat].

1.6. Dimensiuni.

1.2. Avantaje tehnice:

Noului motor BMW cu codul N47 i-au fost alocate o serie mare de îmbunătățiri și de adaosuri tehnologice unele diferind de la o [anonimizat] 3 categorii distincte având ca principal factor de diferență puterea: [anonimizat]. Toate cele 3 variante de putere având la bază același motor de 2 litri.

[anonimizat]:

Distribuția și pompa de înaltă presiune au fost mutate în partea din spate a motorului de unde provine și transmiterea forței.

Un beneficiu al amplasării distribuției în partea din spate a motorului este scăderea vibrațiilor datorită inerției adusă de către cutia de transmisie. Acest avantaj ducând tot odată și la scăderea stresului supus asupra lanțurilor de distribuție ajutând la o durată de viață mai îndelungată a kitului de distribuție. Impreună cu scăderea stresului asupra lanțului de distribuție crește eficența de consum a motorului.

Arborii de balans au fost integrați în blocul motor de o parte și de cealaltă a arborelui cotit.

Pompa de ulei/vacum a fost mutată în baia de ulei exact sub arborele cotit.

Toate echipamentele auxiliare au fost amplasate pe partea stângă a motorului pentru a facilita o mai bună distribuție a curelei de accesorii.

Electromotorul a fost amplasat în partea de jos a motorului pe dreapta.

Noua pompă de înaltă presiune a fost înlocuită complet de un model cu un singur piston și dezvoltând o presiune maximă de 1800 bar.

Datorită unei noi metode de turnare a materialului majoritatea conductelor de ulei fiind turnate.

Vechea unitate de control a motorului a fost înlocuită cu noua tehnologie DDE7.

Blocul motor din fontă a fost înlocuit cu unul din aliaj de aluminiu cu îmbinări termice iar cămașa cilindrului este făcută din fontă pentru o rezistență sporită la frecare și temperaturi ridicate.

Injectoarele vechi au fost înlocuite cu o nouă gamă numită Piezo având o eficență sporită de putere și consum ele putând atinge până la 2700 bar, tot odată scăzând și numărul emisiilor datorită consumului lor redus de combustibil.

Pompa de combustibil a fost înlocuită cu una controlată electric prin presiune.

Încălzirea filtrului de combustibil este controlată de DDE.

Pe lângă convenționala metodă de măsurare a nivelului de ulei din baie cu o tijă metalică, noua versiune de DDE împreună cu senzorul de ulei amplasat în partea de jos a băii de ulei, poate face măsurarea electronic cu afișaj pe computerul de bord sau navigația mașinii.

Uleiul este separat în capacul chiulasei în sistem centrifugal cu filtre conice.

Clapetele de admisie sunt acționate electric.

Turbocompresorul dispune de o evacuare electrică și geometrie variabilă.

Majoritatea componentelor sunt fabricate din aliaj de aluminiu, densitatea sa fiind de aproximativ de 3 ori mai mică decât a fontei folosită pe motoarele anterioare asta făcându-l mai ușor. Cu toate acestea a fost nevoie de ingroșarea carcasei motorului datorită diferenței de rezistență a materialelor, aliajul de aluminiu fiind mai puțin rezistent decât fonta folosită în motoarele anterioare.

Chiar și cu ingroșarea carcasei motorului blocul motor a pierdut în greutate 15kg comparativ cu blocul motor al modelului anterior. Pe lângă o greutate scăzută aluminiul mai are și alte calități cum ar fi o conductivitate bună, o prelucrabilitate mai eficientă și o mai bună rezistență chimică.

1.3. Ansamblul motor:

Carcasa motorului:

Ea are ca principale întrebuințări etanșarea camerei de ardere, a conductelor de ulei și a conductelor lichidului de răcire. Pe lângă rolul de etanșare, carcasa motorului găzduiește o multitudine de componente, având și rolul de susținere a forțelor generate în interiorul ei. Carcasa este formată din 6 componente esențiale fără de care etanșeitatea nu ar fi posibilă: capacul chiulasei, chiulasa, garnitura de chiulasă, blocul motor, garnitura băii de ulei, baia de ulei.

Capacul chiulasei:

Este o componentă esentială având ca principală funcție etanșarea intregului ansamblu motor iar materialul folosit pentru fabricarea capacului este plastic. Capacul chiulasei este foarte important când vine vorba de consum, emisii, cuplul dar în special reducând esențial zgomotul motorului făcut de componentele interne, sub capacul chiulasei aflânduse toate componentele motorului.

Fig.1.1. Capacul chiulasei.

Chiulasa:

Este fabricată din aliaj de aluminiu pentru a reduce greutatea întregului ansamblu motor. Forma chiulasei depinde foarte mult de caracteristicilie motorului, cum ar fi numărul de cilindri, numărul de axe cu came, poziția bujiilor. O chiulasă trebuie în principal să aibă dimensiuni cât mai reduse și o greutate scăzută pentru a nu afecta performanțele motorului datorită greutății excesive. Chiulasa motorului N47, fiind un motor de 2 litri cu 4 pistoane în linie amplasat longitudinal, ea va avea 4 orificii pentru cilindrii și 2 axe cu came.

Garnitura de chiulasă:

Este una din componentele esențiale unui motor cu ardere internă, ea făcând etanșarea dintre blocul motor și chiulasă. Garnitura dintre chiulasă și blocul motor trebuie să ofere etanșeitate în 4 zone diferite: zona de ardere, coductele de trecere a lichidului de răcire, conductele de trecere a uleiului și presiunea atmosferică din exteriorul motorului. Garnitura motorului N47 este formată din 3 straturi metalice. Garniturile metalice fiind folosite în special pentru motoarele cu o sarcină mai mare.

Fig.1.2. Garnitura de chiulasă cu cele 3 straturi.

Fig.1.3. Garnitura de chiulasă.

Blocul motor:

Blocul motor are ca material folosit aliajul de aluminiu acesta scăzând considerabil greutatea motorului față de predecesorul său. Blocul motor este una din cele mai grele componente individuale dintr-un vehicul. El are și o poziție extrem de importantă pentru dinamica autovehiculului exact deasupra punții față, de aceea orice scădere importantă în greutate este benefică. Arborele de echilibrare fiind integrat în carcasa blocului motor iar majoritatea conductelor de presiunie ale uleiului fiind și ele integrate în bloc.

Cămeșile cilindrilor sunt făcute din fontă pentru o mai bună rezistență la căldură și stres. Conductele de răcire integrate în blocul motor înconjoară zona cilindrilor pentru o mai bună răcire. În motorul N47 fusurile palierelor au ferestre de ventilație deasupra arborelui cotit.

Când motorul este în funcțiune aburii și aerul din camera arborelui cotit sunt într-o continuă mișcare, pistoanele acționând ca o pompă pentru aceste gaze. Forma zonei fuselor paliere este foarte importantă în blocul motor deoarece această zonă trebuie să aibă o toleranță foarte mare la stres deoarece această zonă absoarbe toată forța arborelui cotit.

Acestui bloc i s-a monta o carcasă de ranforsare in partea de jos sub arborele cotit el având rolul de a intării rezistența blocului motor dar mai poartă și rolul de deflector de ulei fiind aplasat între arborele cotit și baia de ulei. Această carcasă este prinsă și de blocul motor dar și de capacele de prindere ale arborelui cotit pentru a întări și fixa arborele cotit. Prin aceste puncte de rezistență se creează un sistem structural extrem de rigid.

În imaginea de mai jos este prezentat blocul motor împreună cu carcasa de ranforsare și restul componentelor.

Fig.1.4. Blocul motor, componentele blocului.

Garnitura băii de ulei:

Are rolul de a etanșa blocul motor de către baia de ulei.

Baia de ulei:

Este fabricată din aluminiu turnat sub presiune și amplasată în partea de jos a motorului pe centru sub arborele cotit. Baia de ulei are mai multe întrebuințări cum ar fi: rezervor pentru ulei de aceea și senzorul pentru nivelul și temperatura uleiului este amplasat pe baie în partea de jos, este și un izolant fonic fiind și capacul inferior al blocului motor.

Fig.1.5. Baia de ulei.

1.4. Caracteristica exterioară:

Caracteristica exterioară este o caracteristică de turație având făcute reglaje bine puse la punct ea fiind extrem de utilă în determinarea și verificarea performanțelor motorului. Pentru a afla aceste valori se folosește un stand de verificare.

Pentru a se verifica caracteristica exterioară a motoarelor cu ardere prin compresie este nevoie de modificarea parametrilor de injecție ei fiind setați pentru puterea maximă.

În graficul de mai jos este prezentată caracteristica exterioară a motorului N47 cu o putere maximă de 130 kw la 4000 rot/min și cu un cuplu trimis spre roți de 350 nm la 1750 rot/min. Acest motor având o îmbunătățire considerabilă față de modelul anterior numit M47 el dezvoltând 120 kw la 4000 rot/min și un cuplu total de 340 nm la 2000 rot/min având aceeași capacitate cilindrică și aceeași configurație cu motorul N47 prezentat în graficul de mai jos.

Fig.1.6. Graficul caracteristicii exterioare al motorului N47.

2. COMPONENȚA MOTORULUI CU ARDERE PRIN COMPRESIE

2.1. Sistemul de admisie:

Pentru a putea funcționa sistemul de admisie el are nevoie de aerul din mediul înconjurător care este condus în sistem de către tubulatura poziționată strategic ca punct de pornire în grilele exterioare pentru o mai bună circulare a aerului în timpul mersului.

Problema aerului din exterior este că acesta este nefiltrat și înafară de praful pe care-l conține el poate bagă în instalație și mici bucăți de materiale care pot duce la o defectare prematură a sistemului de admisie. De aceea primul traseu al aerului nefiltrat este de a trece prin filtrul de aer instalat.

După ce aerul a fost filtrat el trece prin debitmetru care este numit și senzorul de masă al aerului care este localizat la ieșirea aerului din filtru. Acest senzor este electronic și comunică direct cu calculatorul mașinii DDE iar una din sarcinile sale este de a măsura volumul limită, care se referă la limita maximă a nivelului de combustibil necesară pentru a fi injectată în sistemul de injecție al motorului.

După ce aerul a trecut prin debitmetru el este condus pe o tubulatură unde iși face intrarea în turbocompresor pe partea de admisie.

Cu ajutorul turbocompresorului cantitatea de aer introdusă în camera de ardere este cu mult mai mare.

În imaginile următoare se poate vedea tubulatura de intrare a aerului în filtru, filtrul de aer, debitmetrul, tubulatura către intrarea în turbocompresor implicit turbocompresorul.

Fig.2.1. Carcasa filtrului de aer, tubulatura de intrare/ieșire a aerului, debitmetru, turbocompresor

Odată aerul ieșit din turbocompresor el își continuă drumul printr-o altă tubulatură ajungând de data aceasta într-un răcitor de aer numit intercooler. El este localizat în partea frontală a autovehiculului sub radiatoare având propria sa gură de ventilație. Datoria sa este de a răci aerul care odată trecut prin turbocompresor acesta fiind comprimat temperatura sa a fost crescută semnificativ făcând ca densitatea aerului să se marească. Datorită masei mărite a aerului cantitatea de oxigen introdusă în camera de ardere ar fi semnificativ scăzută asta ducând la scăderea în performanțe a motorului. Odată aerul răcit cantitatea de oxigen care va fi livrată către camera de ardere va fi mult mai mare.

Odată aerul trecut prin intercooler el își continuă drumul printr-o altă tubulatură unde este amplasat un senzor de temperatură al aerului înainte de intrarea în clapeta de accelerație. Acest senzor are rolul de a înregistra temperatura aerului curat înainte de a intra prin clapeta de accelerație. Împreună cu debitmetrul calculează o medie a aerului intrat el verificând dacă valoarea dată de debitmetru este adevărată comunicând direct cu DDE.

După trecerea aerului de acest senzor de temperatură el intră în clapeta de accelerație. Toate motoarele cu ardere prin compresie dotate cu un filtru de particule necesită o clapetă de accelerație. Prin ținerea sub control a aerului din sistemul de admisie prin această clapetă ea se asigură că temperatura necesară pentru regenerarea filtrului de particule este atinsă. Când motorul se oprește clapeta se închide automat pentru a preveni ca motorul să tremure în timpul opririi, odată oprit motorul clapeta este redeschisă.

Imediat după trecerea aerului prin clapeta de admisie el intră în galeria de admisie acolo întâlnind senzorul de regulare a presiunii din turbină. Acest senzor având un rol important deoarece fără el turbocompresorul nu ar ști câtă presiune să creeze băgând aer în instalația de admisie până la explozia tubulaturii. Ca urmare rolul său este de a regla puterea turbocompresorului pentru ca acesta să nu fie suprasolicitat atunci când nu este necesară aceea presiune pe care el ar putea-o creea.

Înainte ca aerul să intre în motor el ajunge în dreptul clapetelor de admisie controlate electronic de către un senzor. Aceste clapete trimit aerul într-un vârtej ca beneficiu pentru scăderea valorilor emisiilor. Clapetele stau închise atunci când viteza motorului este redusă iar nivelul combustibilului injectat este redus. Ele stau întotdeauna deschise dacă temperatura lichidului de răcire este redusă. Acest senzor comunică direct cu DDE transmițându-i poziția clapetelor.

Mai jos sunt prezentate în ordinea menționată: în prima imagine galeria de admisie în care se află clapetele de admisie impreună cu senzorul clapetelor și senzorul de regulare a presiunii din turbină, în cea de-a doua imagine clapeta de accelerație, în cea de-a treia imagine senzorul de temperatură al aerului de pe admisie.

Fig.2.2. Galeria de admisie, clapeta de accelerație, senzor temperatură aer admisie.

2.2. Sistemul de evacuare:

Aceste sistem de evacuare este prevăzut cu filtru de particule, un EGR împreună cu un turbocompresor cu geometrie variabilă si cu un actuator electronic.

Galeria de evacuare a acestui sistem la ieșirea din motor având 4 orificii care se reduc în unul singur acesta intrând în turbocompresor, ea mai este prevăzută cu o ieșire în partea de sus pentru recircularea gazelor de evacuare EGR.

Turbocompresorul este pus în mișcare de către gazele de evacuare care trec direct prin paletele sale producând forță pentru a le pune în mișcare. Turbocompresorul are o viteză de rotație cuprinsă intre 100 000 rpm si 200 000 rpm iar temperatura de ieșire a aerului din turbocompresor este de aproximativ 850 °C. Performanțele unui motor dotat cu un turbocompresor poate atinge performanțele unui motor aspirat natural de o capacitate mult mai mare. Cu ajutorul turbocompresorului se pot folosi motoare mai mici reducând astfel consumul de combustibil.

Fig.2.3. Turbocompresorul.

Geometria variabilă cu care este dotat turbocompresorul motorului N47 are o rată de ados a presiunii de 2.5 bar. Paletele turbocompresorului sunt ajustate de către regulatorul de presiune electronic numit și actuator acesta reducând sau crescând viteza paletelor în funcție de necesitatea motorului cu ajutorul senzorului de regulare al presiunii de pe sistemul de admisie. Odată ce viteza motorului este crescută și viteza paletelor este și ea crescută de către actuator. Cu ajutorul acestei geometrii variabile și cu a actuatorului electronic se poate observa o înbunătățire a eficenței energiei generată de către gazele de evacuare.

Motorul N47 este echipat cu un catalizator si cu un filtru de particule amândouă introduse intr-o singură carcasă.

Catalizatorul captează si filtrează unele tipuri de gaze obținute în urma arderii. El intră in funcțiune în jurul temperaturii de 170 °C ajutând la reducerea sulfului emis datorită combustiblului.

Filtrul de particule DPF ajută și el la rândul său la filtrarea anumitor gaze emise la ardere pe lângă cele filtrate de către catalizator. Înăuntrul filtrului de particule există straturi de ceramică sub formă de fagure împreună cu carbură de silicon rezistentă la temperaturi mari. Structura sa este poroasă având 50% bază de platină în învelișurile catalitice. Învelișurile având o bună caracteristică de regenerare și ajutând la o bună reducere a temperaturii. Particulele obținute sunt reținute la ieșirea din filtrul de particule pâna la arderea lor printr-un proces numit regenerarea filtrului de particule. Prin regenerare se înțelege o creștere excesivă a temperaturii din interiorul filtrului mult mai mare decât în mod normal aceasta ducând la transformarea particulelor de carbon în dioxid de carbon. În filtrul de particule există și părți neregenerabile care în timp de la acumularea de reziduri duce la blocajul filtrului. Filtrul de particule are o autonomie de funcționare de 160 000 – 220 000 km după care trebuie înlocuit

Fig.2.4. Filtrul de particule și catalizatorul, ele având aceeași carcasă.

EGR-ul sau recirculatorul gazelor de evacuare are ca obiectiv reducerea emisiilor oxizilor de azot Nox. El este folosit uneori și la viteze de funcționare mici dar funcționează mereu la viteze mari deoarece atunci motorul folosește un surplus mai mare de aer. Recirculatorul gazelor de evacuare are ca principal scop reintroducerea în sistemul de admisie a gazelor nearse ele combinându-se cu aerul curat și devenind gaze inerte. Traseul său pornește în partea de sus a galeriei de evacuare unde se conctează cu valva EGR care controlează volumul de intrare a gazelor de evacuare. După ce gazele trec de valvă ele ajung în răcitorul EGR care datorită răcirii gazelor ajută la creșterea eficenței de recirculare. Pentru a fi răcite gazele prin răcitorul EGR acesta este conectat la sistemul de răcire al motorului având o conductă de intrare și una de ieșire a lichidului de răcire.

După ce gazele au fost răcite procesul de recirculare se încheie prin introducerea lor în sistemul de admisie printr-o valvă EGR montată pe sistemul de admisie la intrarea în galeria de admisie.

Fig.2.5. Ansamblul EGR.

2.3. Sistemul bielă-manivelă:

El mai este numit și sistemul de propulsie al motorului având rolul de a transforma forța de presiune a gazelor în moment iar mișcarea de translație a pistonului în mișcare de rotație a arborelui cotit cu ajutorul bielei aceasta conectând arborele cotit de piston.

Supapele de admisie și evacuare:

Supapele de admisie și evacuare au rolul de a introducere aer proaspăt într-un ritm specific iar totodată trebuie eliminate gazele de admisie produse. În acest schimb de gaze cu aer proaspăt valvele se deschid și închid periodic într-un ritm regulat bine pus la punct, acest ritm fiind determinat de către axul cu came.

Aceste supape mai au încă un rol extrem de important pentru funcționarea eficentă a motorului, acela de a sigila ermetic camera de ardere în partea superioară a acesteia.

Supapele de admisie au fost mărite în diametru comparativ cu cele din modelul anterior, ajutând la o mai bună încarcare cu aer a motorului.

Supapele de evacuare au primit și ele o modificare dar în acest caz s-a făcut o micșorare a diametrului ajutând la o mai bună evacuare a gazelor. Prin urmare supapele stând mai puțin în poziția deschis datorită acestor îmbunătățiri.

Fiecare cilindru al motorului N47 dispune de 4 supape dând posibilitatea ca injecția să se facă central. Având 4 supape acestea sunt împărțite în 2 pentru admisie și 2 pentru evacuare pentru fiecare cilindru în parte. Motorul N47 fiind un motor cu 4 cilindri el totalizează un numar de 16 supape, 8 fiind pentru admisie iar 8 pentru evacuare.

Fig.2.6. Supapele de evacuare (1 și 2), supapele de admisie (3 și 4).

În motorul N47 angrenajul supapelor este pus în mișcare de către axele cu came care la rândul lor sunt angrenate de un lanț de distribuție cu ajutorul arborelui cotit. Motorul N47 dispune de 2 axe cu came, unu folosit pentru punerea în mișcare a celor 8 supape de admisie iar cel de-al doilea pentru punerea în mișcare a celor 8 supape de evacuare. Axele cu came sunt montate în chiulasă.

Axele cu came controlează schimbul de gaze produs în camerele de ardere, principala sa sarcină fiind de a deschide și de a închide supapele de admisie și de evacuare. Ele au un senzor care este integrad in roata dințată a axului.

Fig.2.7. Chiulasa și cele 2 axe cu came.

Schimbul de gaze produs se face prin 4 orificii, fiecare supapă având orificiul ei de intrare respectiv de iesire.

Axele cu came sunt puse în mișcare într-o anumită ordine de către arborele cotit cu ajutorul distribuției. Fiecare ax are integrat o roată dințată prin care sunt puse în mișcare. Arborele cotit pune în mișcare axul cu came al admisiei el la rândul său punând în mișcare axul cu came al evacuării.

Profilul camelor de pe ax au la bază un cilindru dar cu o ridicătură la una din părți ea determinând distanța de ridicare a supapelor. Camele axului de evacuare au o cursă mai ridicată față de camele axului de admisie.

Culbutorii urmăresc acțiunea camelor dând comandă mecanică supapelor. Atunci când culbutorul este în contact cu cama supapa este închisă, această mișcare se repetă de fiecare dată când cama atinge culbutorul prin aceea ridicătură a sa. Acțiunea camelor este urmărită de către culbutori cu ajutorul unei role montată pe ei. Comparativ cu cele fără rolă acestea au o reducere considerabilă a frecării rezultând și o scădere a efectului de amortizor.

Fig.2.8. Culbutori.

Atunci când cama deschide supapa prin apăsarea pe culbutor o forță este supusă și asupra tachețiilor hidraulici ea având rolul de a prevenii pierderea de compresie și a presiunii din camera de ardere în același timp disipând și căldura generată în capul pistonului. Tacheții hidraulici care nu se închid în totalitate ei nu pot oferii o închidere ermetică corespunzătoare.

Fig.2.9. Tacheți hidraulici.

Fiecare supapă este prevăzută cu un arc, el având rolul de a închide supapa într-o manieră controlată chiar și atunci când motorul lucrează la capacitate maximă. Arcurile sunt de o putere mare pentru a preveni vibrațiile supapei odată cu închiderea ei. Forma arcului este una simetrică și cilindrică cu teșituri drepte la ambele capete.

Întregul sistem de angrenaj al supapelor este unul complex și bine pus la punct, în imaginea următoare se pot observa componentele sale.

Fig.2.10. Componentele sistemului de angrenaj al supapelor.

Arborele cotit:

El mai fiind numit și vibrochen, este un grup funcțional care transformă presiunea din camera de ardere în energie cinetică, în timpul acesta arborele cotit face din mișcarea de translație a pistoanelor mișcare de rotație. În motorul N47 axul cu came și arborele cotit sunt conectate printr-un lanț de distribuție. Arborele cotit are mai multe funcționalități cum ar fi: punerea în mișcare sistemului de angrenaj al supapelor, de a pune în mișcare pompa de înaltă presiune, de a pune în mișcare pompa de ulei/vacum, de a pune în mișcare componentele auxiliare printr-o curea de distribuție și de a angrena arborii de balans printr-o roată dințată.

După ce arborele cotit a făcut o rotație de 720° fiecare piston a fost acționat odată, pentru că acest motor este unul cu 4 cilindrii asta înseamnă că fiecărui cilindru i se alocă o rotație de acționare de 180°. El este prevăzut cu orificii pentru pătrunderea uleiului. Forma sa și contra greutățile ajută la elinimare vibrațiilor liniare care intră în contact cu forțelor de inerție datorate rotației.

Fig.2.11. Arborele cotit.

Pentru ca arborele cotit să fie supus la cât mai puțină forță de frecare, pe fiecare prindere a sa au fost montați cuzineți. Acești cuzineți sunt formați din 3 staturi: unul de oțel fiind stratul principal de contact, un strat de bronz și unul de fier.

Biela:

Este o componentă esențială a funcționării motorului, ea făcând legătura dintre piston și arborele cotit. Fără bielă mișcarea de translație a pistonului generată de către presiunea gazelor nu ar mai deveni mișcare de rotație produsă de arborele cotit.

Datorită vitezelor mari la care este supusă biela, greutatea și rezistența ei joacă un rol important în funtionarea motorului. Biela este făcută dintr-o singură bucată de oțel forjat. După obținerea bielei ea este supusă ruperii controlate pentru a se obține cele 2 părti componente.

Capătul mic al bielei este conectat de piston printr-un bolț având o formă trapezoidală. Acel capăt trapezoidal ajută la o scădere în greutate a bielei extrăgând material din zonele mai puțin supuse la forțe. Capătul mare conectează biela de arborele cotit.

Ruperea ei se face cu ajutorul unui laser care indică locul exact, după stabilirea locului de rupere una din părți este prinsă intr-o menghină iar linia de rupere este lovită cu o pană.

Procesul de fabricare al bielei pentru motorul N47 este unul de forjare și constă prin încălzirea unei bare de oțel la temperaturi mari care apoi este introdusă într-o matriță pentru a lua forma dorită urmând ca surplusul de material să fie înlăturat.

Fig.2.12. Bielă.

Bolțul:

Face legătura între bielă și piston, acestuia îi este oferită o atenție sporită la fabricație deoarece la rândul său este supus la stres mărit datorită vitezei de rulare a motorului fiind supus și la forțe de pulsație. Cel mai mare stres asupra bolțului este atunci când motorul este turat la putere maximă dar nu se aplică asupra autovehiculului și o greutate cum ar fi o depășire în linie dreaptă, el fiind mai puțin supus stresului la turație maximă dacă i se opune autovehiculului o greutate cum ar fi urcarea unei rampe.

Pistonul:

Pistonul este prima componentă a sistemului de transmisie a puterii motorului. La acest model de motor nu s-a schimbat mărimea pistonului comparativ cu modelul anterior, doar greutatea s-a micșorat el fiind făcut dintr-un aliaj aluminiu-silicon.

Datoria pistonului este de a prelua presiunea rezultată procesului de combustie și de al transfera către bolț acesta apăsând biela care pune în mișcare arborele cotit. Acest proces transformând energia termică în energie mecanică. Pistonul împreună cu segmenții săi au datoria de a sigila camera de ardere pentru a nu avea pierderi de gaze și a nu permite pătrunderea lubrifianților.

Fig.2.13. Reprezentare CAD a pistonului.

Partea superioară a pistonului are o adâncitură care dacă pistonul ar fi tăiat în două bucăți aceea adâncitură ar avea forma literei grecesti omega ω cum se poate vedea și în figura 2.13. Rolul ei este de a capta gazele obținute de supape.

Cămașa pistonului îl ghidează pe acesta pe linie dreaptă în interiorul cilindrului. Pistoanele cu cămașă completă sunt utilizate datorită sarcinii mari pe care o au motoarele diesel.

Semeringurile pistonului au rolul de a sigila camera de ardere de blocul motor, de a conduce căldura de la piston către pereții cilindrilor și de a controla cantitatea de ulei introdusă în piston. Fiecare piston este prevăzut cu 3 semeringuri de mărimi și forme diferite unul din el având un arc între el și piston pentru o mai bună compresie.

Răcirea pistonului se face printr-un canal ce înconjoară zona de acumulare a gazelor din piston. Intrarea uleiului pe acel canal se face printr-un jet de ulei din partea de jos a pistonului. Uleiul circulă prin piston datorită mișcărilor realizate de acesta rezultând o răcire corespunzătoare a pistonului, apoi uleiul scurgându-se în blocul motor printr-un orificiu de scurgere.

Arborii de balans:

Ei sunt montați în special pe motoarele în linie cu 4 cilindrii. Au rolul de a echilibra motorul ca el să aibă cât mai puține vibrații și să fie cât mai silențios.

Fulia arborelui cotit:

Această fulie se găsește în partea din față a motorului în exterior fiind conectață de arborele cotit având roluri multiple. Unul din rolurile sale este de a pune în funcțiune echipamentele auxiliare printr-o curea de distribuție. Un al doilea rol foarte important este reducerea vibrațiilor provocate de rotația arborelului cotit având un miez de cauciuc.

2.4. Sistemul de injecție:

Motorul N47 este echipat cu un sistem de injecție cu rampă comună și cu piezo injectoare care dezvoltă 1800 bar. Sistemul de injecție este compus dintr-un rezervor, o pompă de combustibil, un filtru de combustibil, o pompă de înaltă presiune, o rampă comună pentru injectoare cu 2 senzori și cele 4 injectoare.

Fig.2.14. Sistemul de injecție montat pe capacul chiulasei.

Pompa de înaltă presiune de pe N47 este o nouă pompă cu un singur piston. Este localizată în partea din spate a motorului fiind pusă în mișcare de către arborele cotit printr-un lanț de distribuție fiind capabilă de a dezvolta o presiune de 1800 bar. Supapa de control al volumului de combustibil introdus este integrată în pompă fiind o supapă solenoid.

Rampa comună are rolul de alimenta injectoarele cu combustibil cu înaltă presiune ea fiind concepută în așa fel încât și atunci când cantitatea de combustibil este mare ea ținând presiunea din interior la același nivel constant. Rampa este localizată în capacul chiulasei în partea exterioară alături de injectoare fiind alimentată de către pompa de înaltă presiune.

Senzorul de presiune al rampei este localizat în unul din capetele sale având rolul de a măsura presiunea din rampă iar datele colectate sunt trimise către DDE.

În celălalt capăt al rampei comune a injectoarelor se găsește o supapă care are rolul de a ține sub control presiunea din interiorul acesteia. Această supapă controlează conducta de întoarcere a surplusului de combustibil și o deschide atunci când cantitatea de retur este prea mare. Acest lucru se întâmplă în general atunci când șoferul dă drumul pedalei de accelerație spontan iar cantitatea de combustibil din rampă nu mai este necesară injectoarelor.

Injectoarele sunt componente extrem de precise ele injectând o cantitate exactă de combustibil pentru fiecare nivel de sarcină cerută. Motorul N47 de clasă superioară este dotat cu piezo injectoare care pulverizează combustibilul atunci când acul său se ridică iar gura de ieșire a combustibilului este deschisă. Acest ac este acționat hidraulic.

Fig.2.15. Injector.

Combustibilul întră în injector printr-un orificiu de intrare care este conectat la rampa comună printr-o conductă proprie. El ajunge în partea de jos a injectorului în zona de pulverizare, în partea de sus a injectorului aproape de zona de intrare a combustibilului se află o zonă de control iar atunci când cantitatea de combustibil din injector este suficientă acea zonă intră în contact cu combustibilul închizând zona de intrare. În momentul când se închide supapa, presiunea din injector ridică acul de injecție acesta pulverizând combustibilul. După ce pulverizarea are loc acul injectorului revine în poziție inițială eliminând surplusul de combustibil rămas în injector prin supapa de retur aflată in partea de sus a injectorului urmând redeschiderea supapei de intrare a combustibilului. Surplusul de combustibil nu este pierdut el întorcându-se în pompa de înaltă presiune.

2.5. Sistemul de ungere:

Rolul său este de a alimenta cu ulei toate piesele și locurile ce necesită lubrifiere și răcire. Sistemul ajută la evitarea frecării între ele a pieselor aflate în mișcare iar toate acestea se datorează circulației uleiului în zonele respective. Sistemul de ungere este alcătuit din baia de ulei, filtru, pompă și conducte de ungere.

Motorul N47 este dotat cu o pompă de ulei care forțează pătrunderea uleiului prin toate conductele instalației ea purtând un rol esențial pentru motoarele cu ardere internă. Chiar și la viteze mici această pompă are o putere foarte mare deaceea ungerea motorului N47 este una corespunzătoare. Pompa de ulei împarte aceeași carcasă cu pompa de vacum dar având roluri diferite, ele puse în mișcare de către arborele cotit prin același lanț de distribuție. Această pompă trage uleiul din baie printr-o conductă de alimentare trimițându-l în filtru. În imaginea prezentată mai jos se poate vedea pompa împreună cu conducta de alimentare.

Fig.2.16. Pompa de ulei/vacum.

Înăuntrul acestui sistem se găsește o supapă de limitare a presiunii uleiului atunci când motorul este pornit iar uleiul este rece.

Când uleiul a ajuns în filtru el este curățat de reziduri de către acesta prevenind intrarea în motor a impurităților. Odată ajuns în carcasa filtrului, uleiul trece printr-o supapă fără retur pentru a menține filtrul continuu umed chiar și când motorul este oprit prevenind astfel utilizarea pe uscat a filtrului la pornirea motorului.

Motoarele cu performanțe mari sau supuse la temperaturi ridicate au tendința de a supraîncălzi uleiul în timpul utilizării acestuia, de aceea motorul N47 este prevăzut cu un răcitor de ulei care are rolul de a face schimb de temperatură între ulei și lichidul de răcire acesta fiind numit termoflot.

Uleiul odată plecat din filtru își începe călatoria prin conductele de ungere ajungând astfel la toate componentele care necesită ungere. De exemplu lubrifierea distribuției este făcută printr-un stropitor, acesta având o presiune mare a uleiului ajungând astfel la fiecare componentă din camera distribuției. După ce uleiul a străbătut toate zonele de ungere el se întoarce în baia de ulei prin picaj cu ajutorul canalelor de scurgere.

Carcasa filtrului de ulei este dotată cu un senzor de presiune al uleiului având rolul de a monitoriza presiunea întregului sistem de ungere.

Un al doilea senzor al sistemului de ungere este montat în partea de jos a băii de ulei având rolul de a monitoriza temperatura, nivelul și calitatea uleiului. Măsurarea uleiului se poate face și electronic cu afișaj pe navigația sau computerul de bord al mașinii cu ajutorul acestui senzor dar putând fi folosită și metoda clasică cu ajutorul jojei de ulei.

2.6. Sistemul de răcire:

Întregul sistem de răcire este unul complex iar fără el motorul nu ar putea funcționa. El are scopul de a menține temperatura constantă și de a menține proprietățile termo mecanice ale motorului. Există mai multe timpuri de răcire cum ar fi: răcirea prin lichid, răcirea prin ulei a motorului, răcirea prin EGR, răcirea aerului pe admisie.

Principalul sistem de răcire este cel pe lichid de răcire el circulând prin toate zonele supuse temperaturilor mari și răcindu-le, ținându-le astfel la temperaturi constante. Odată răcite antigelul el însuși se încalzește având nevoie de răcire la rândul său. Pentru răcirea antigelului se folosește un radiator. Radiatorul ajutat de o aerotermă răcesc antigelul prin schimbul de căldură pe care acesta îl are cu aerul ambele aflându-se în partea din față a mașinii având grile de aer.

Fig.2.17. Sistemul de răcire.

Radiatorul disipă căldura lichidului de răcire în aer, cu cât mai mare radiatorul cu atât o mai bună divizare a lichidului făcându-l să se răcească mai repede. În general mărimea radiatorului este dată de mărimea motorului cu care este echipat autovehiculul. El este proiectat în așa fel încât să facă posibilă răcirea lichidului în orice zonă a mediului înconjurător. Radiatorul motorului N47 este fabricat dintr-un aliaj de aluminiu ca majoritatea componentelor acestui motor. Motoarele echipate cu o transmisie automată le este alocată o mică parte din radiator pentru a răci antigelul trimis în răcitorul de ulei al transmisiei, același principiu folosit și pentru răcirea uleiului de motor.

Ventilatorul electric ajută la tragerea aerului încălzit datorită schimbului de temperatură făcut cu lichidul de răcire. El este montat în spatele radiatorului.

Pentru ca lichidul de răcire să fie pus în mișcare prin întreaga instalație de răcire este nevoie de o pompă legată la curea echipamentelor auxiliare angrenată de către arborele cotit. În aceeași carcasă cu pompa se află și termostatul, carcasa fiind fabricată din aliaj de aluminiu.

Temperatura în motorul N47 este ținută sub control printr-un termostat ceea ce înseamnă că temperatura motorului este reglată de lichidul de răcire. Deschiderea și închiderea termostatului se face printr-un material care își schimbă dimensiunea în funcție de temperatură. Termostatul rămane închis până la temperatura de 88 °C tinând circuitul închis pentru lichid el circulând doar în interiorul motorului. Odată temperatura ajunsă la aproximativ 88 °C termostatul se deschide și trimitând lichidul în radiatorul de răcire al antigelului. Acesta are 3 poziți: închis când temperatura este sub 88 °C, deschis când temperatura este la 100 °C sau peste iar cea de-a treia variată este la temperatura optimă unde lichidul de răcire este divizat, cel fierbinte trimis spre radiator iar cel optim păstrat în sistem.

Pentru a fi măsurată temperatura lichidului de răcire a fost montat un senzor la ieșirea sa din motor în cel mai fierbinte punct de trecere a lichidului.

Vasul de expansiune al sistemului de răcire are rolul de a asigura că este suficient lichid de răcire pe instalație el acționând ca un rezervor suplimentar. Volumul de aer din vasul de expansiune trebuie să fie suficient pentru a permite creșterea presiunii pe durata creșterii temperaturii lichidului de răcire. Vasul este divizat în mai multe compartimente conectate între ele prin mici gurii de circulație tocmai pentru a menține presiunea datorită forțelor mari generate de motor. Capacul vasului de expansiune este unul special datorită rezistenței sale la presiune și închiderii ermetice pe care o oferă el ajută la prevenirea clocotirii lichidului în interiorul vasului.

Fig.2.18. Vasul de expansiune.

O altă componentă a sistemului de răcire foarte importantă este schimbătorul de căldură dintre ulei și antigel. Atât pentru uleiul din motor cât și pentru uleiul din cutiile de transmisie automate se folosește acest schimbător de căldură numit și termoflot. Aceste 2 lichide de ungere fiind separate funcțional unul pentru cutia de transmisie iar unul pentru motor, lor fiindule alocat câte un termoflot. Unul este cel din carcasa filtrului de ulei menționat în sistemul de ungere iar altul este montat pe aerotermă lângă radiator. Ambele au rolul de a răcii uleiul care trece prin ele prin intermediul lichidului de răcire având ca scop menținerea unei temperaturi constante a lichidului de ungere atât pentru motor cât și pentru cutia de transmisie automată.

2.7. Sistemul electronic de monitorizare și control:

Toate vehiculele moderne sunt dotate cu acest sistem de monitorizare și control cunoscut sub denumirea de DDE. Aceasta fiind abrevierea din engleză a Dynamic Data Exchange.

DDE are rolul de a menține buna funcționare a motorului și a altor componente utilizând senzori pentru primirea informațiilor necesare cum ar fi: temperatura, presiunea, debitul și erori ale modulelor de control.

Odată citite informațiile de către DDE el trimite comenzile necesare către diferite module numite actuatoare, ele fiind montate pe diferite sisteme ale autovehiculului.

Fig.2.19. Sistemul de monitorizare și control.

Comunicarea omului cu DDE se face printr-o mufă OBD2 ea fiind integrată în toate autovehiculele moderne. Prin conectarea la OBD2 printr-un software dedicat al fabricantului sau printr-un software multimarcă se pot citi erorile tuturor sistemelor salvate în DDE ele rămânând stocate chiar și după rezolvarea problemelor respective pâna la ștergerea lor din software-ul conectat la OBD2.

Prin conectarea la portul OBD2 pe lângă citirea și stergerea erorilor salvate se mai pot citi o multitudine de parametrii în timp real, cum ar fi: temperatura diferitor componente, gradul de uzură al filtrului de particule, cantitatea de intrare și de retur a combustibilului din injectoare.

Un alt aspect important este că prin acest port OBD2 se pot rescrie modulele cu probleme sau rescrierea modulelor schimbate pentru a comunica cu restul componentelor, se pot modifica diferiți parametrii pentru o mai bună funcționare a motorului sau în cazul mapărilor, creșterea puterii motorului. Autovehiculului i se pot adăuga opțiuni noi prin activarea lor prin intermediul software-ului dedicat și a portului OBD2.

2.8. Sistemul de pornire:

Acest autovehicul este prevăzut cu un sistem de criptare modern care previne pornire sa chiar și cu o clonă a cheii în lipsa cipului original integrat pe placa de bază din cheie. Fiecare autovehicul are propriul cod stocat în CAS. Odată codul citit de către CAS el dă comanda de a porni motorul și toate sistemele electronice.

Pentru ca motorul să fie pornit autovehiculele sunt dotate cu un electromotor. Acesta este un motor electric de cuplu mare dotat cu un bendix care este un sistem de cuplaj, el făcând legătura electromotorului cu volanta motorului cu ardere internă.

Fig.2.20. Electromotor.

Odată primită comanda cheii de către CAS el trimite semnal către DDE care la rândul său comunică electromotorului să pună în mișcare volanta. Odată pusă în mișcare volanta, motorul este pornit de către arborele cotit, volanta fiind în legătură directă cu el.

Legătura electromotorului cu volanta se face prin partea de jos la îmbinarea motorului cu cutia de viteze.

Fig.2.21. Orificiul de conectare electromotor-volantă.

2.9. Sistemul de angrenaj al echipamentelor auxiliare:

Este responsabil cu punerea în funcțiune a echipamentelor auxiliare cum ar fi: alternatorul, pompa lichidului de răcire, compresorul de climă, pompa de servodirecție. Toate aceste componente sunt puse în mișcare printr-o curea de distribuție.

Fig.2.22. Sistemul de angrenaj al echipamentelor auxiliare.

Pentru ca echipamentele auxiliare să fie puse în mișcare de către cureaua de distribuție, ea se montează pe fulia arborelui cotit acesta fiind una din atribuțiile sale. O altă atribuție a fuliei fiind reducerea vibrațiilor provocate de rotația arborelui cotit ea având un miez de cauciuc.

Către cureaua echipamentelor auxiliare este trimis un cuplu de 41 Nm și o putere maximă de 21 Kw. Aceste valori maxime sunt transferate atunci când motorul este la capacitate maximă iar toate echipamentele auxiliare sunt în funcțiune.

Modelul curelei de distribuție diferă în funcție de dotările autovehiculului. Motorul N47 folosește o curea cu 2 fețe ea fiind mult mai practică decât cureaua cu o singură față.

Fig.2.23. Cureaua echipamentelor auxiliare.

Cureaua dublă are multiple avantaje față de cureaua simplă. Unul din avantaje este design-ul compact al ansamblului, echipamentele auxiliare fiind mai apropiate unele de altele datorită curelei cu 2 fețe.

Există 2 componente care completează sistemul echipamentelor auxiliare: rola de ghidaj și rola de întindere.

Rola de ghidaj are rolul de a menține forma și direcția curelei necesară pentru a parcurge tot traseul echipamentelor auxiliare. Această rolă se află între pompa lichidului de răcire și alternator la toate motoarele N47 indiferent de dotările autovehiculului.

Fig.2.24. Rolă de ghidaj.

Rola de întindere are ca scop menținerea curelei întinse. Datorită temperaturii motorului cureaua echipamentelor auxiliare este supusă la stres termic acest fapt ducând la mărirea în dimensiune și revenirea la dimensiunea inițială odată cu răcirea sa. Mărirea în dimensiune se datorează și duratei lungi de folosire a acesteia.

Un sistem automat de strângere este montat pe rola de întindere cu scopul ca ea să țină sub tensiune constantă cureaua. Acest sistem reglându-se automat odată cu schimbarea în dimensiune a curelei.

Fig.2.25. Rolă de întindere.

Pompa lichidului de răcire este una din componentele sistemului auxiliar ea aparținând sistemului de răcire. Rolul acestei pompe este de a trimite lichidul de răcire prin întreaga instalație. Materialul de fabricație al pompei este aluminiu, la fel ca majoritatea componentelor motorului N47.

Fig.2.26. Compresor climă.

O altă componentă importantă a sistemului auxiliar este alternatorul. Acesta este conectat direct cu sistemul de control al mașinii DDE ajutând la o bună funcționare a tuturor echipamentelor electrice.

Odată motorul pornit sistemul de control electric intră în funcțiune impreună cu alternatorul pentru a menține tensiunea electrică necesară autovehiculului. Pe acumulatorul autovehiculului este montat un senzor inteligent de monitorizare a tensiunii și a capacități de performanță a sa. Acest senzor trimite către DDE date despre starea acumulatorului pentru ai fi returnată energia necesară menținerii în parametrii normali de funcționare.

Fig.2.27. Alternator.

Toate datele alternatorului sunt stocate în DDE pentru a putea fi verificate diferite erori survenite pe parcusul funcționării. Chiar și atunci când comunicarea alternatorului cu sistemul de control este întreruptă din diferite motive tehnice el continuă să funcționeze independent și la parametrii normali pâna la restabilirea conecțiunii.

2.10. Sistemul de distribuție:

Motorul N47 la fel ca toate motoarele BMW este angrenat de către o distribuție pe lanț. Diferit de restul motoarelor anterioare, N47 se diferențiază prin amplasarea spate a sistemului de distribuție pe lângă multitudinea de îmbunătățiri și a materialelor de aliaj ușor utilizate în fabricație. Kit-ul complet este format din: 3 lanțuri, 2 patine de ghidaj, 2 patine de întindere, 2 întinzătoare și 3 pinioane.

Fig.2.28. Kit-ul de distribuție.

Tot sistemul este pus în mișcare de către arborele cotit el având diferite atribuții. Principalul rol al distribuției este de a pune în mișcare cele 2 axe cu came. Pe lângă cele 2 axe cu came acest sistem angrenează pompa de înaltă presiune aflată la jumatea drumului dintre arborele cotit și axele cu came dar și pompa de ulei/vacum aflată în partea inferioară a motorului sub arborele cotit în interiorul băii de ulei.

Pentru ca uleiul să ajungă în compartimentul distribuției a fost montată o supapă pentru pulverizarea uleiului, ajutând astfel la ungerea întregului kit. Acestui tip de distribuție îi este vitală o ungere cât mai bine pusă la punct pentru a nu se deteriora componentele prematur și pentru o durată de viață cât mai mare.

Datorită amplasării în spate a sistemului de distribuție, vibrațiile datorate mișcării de rotație sunt reduse cu ajutorul masei de inerție a transmisiei aflate la același nivel. Acest detaliu ducând la o eliberare masivă a apăsării asupra lanțurilor distribuției.

3. TEHNOLOGIA DE SCHIMBARE A DISTRIBUȚIEI MOTORULUI N47

3.1. Generalități:

Motorul N47 este primul model din gama BMW la care a fost necesară schimbarea distribuției fiind și pentru prima dată când distribuția se află în partea din spate a motorului făcând înlocuirea ei mai dificilă.

Principala cauză a deteriorării distribuției este forța la care sunt supuse componentele dar și o îngrijire neadecvată a motorului. Un motor poate ajunge la un număr mare de km fără a fi necesară schimbarea distribuției pe lanț în cazul în care i s-a adus o atenție sporită iar schimburile fiind făcute la o durată scurtă de timp cu un ulei corespunzător și de calitate. Uleiul este cel mai important atunci când vine vorba de durata de viată a motorului făcând ungerea componentelor aflate în mișcare și intr-o continuă frecare.

Pentru a determina dacă este necesară schimbarea distribuției este de ajuns ascultarea motorului fiind și singura variantă de diagnoză, având un zgomot specific de bătaie el fiind din ce în ce mai pronunțat odată cu trecerea timpului.

În cazul în care distribuția nu este schimbată la timp lanțul superior se va rupe iar procesul de reparare al motorului va fi mai greu și mai costisitor decât înlocuirea la timp a distribuției.

Kitul de distribuție este compus:

-3 lanțuri:

-unul ce conectează axele cu came de pompa de înaltă presiune

-unul ce conectează pompa de înaltă presiune de vibrochen

-unul ce conectează vibrochenul de pompa de ulei/vacum

-2 patine de ghidaj

-2 patine de întindere

-2 întinzătoare

-3 pinioane:

– pinionul pentru axele cu came

– pinionul dublu pentru pompa de înaltă presiune

-pinionul pentru pompa de ulei/vacum Fig.3.1. Kitul de distribuție.

Toate lanțurile și pinioanele fiind angrenate simultan de către vibrochen.

Procesul de schimbare al distribuției nu este unul simplu fiind mai mulți pași de urmat. În general pentru a schimba distribuția majoritatea service-urilor auto dau motorul jos, dar acest proces este unul cu o durată de timp mai mare si constă și in pierderea lichidului de răcire.

În urmare am să prezint o modalitate mai rapidă și fără a se pierde lichidul de răcire dar mai puțin folosită de a schimba distribuția deoarece pentru acest mod este necesară o experientă mare.

3.2. Îndepărtarea subansamblelor:

Primul pas este de a indepărta capacul chiulasei. Pentru a indepărta capacul chiulasei mai întâi trebuiesc îndepărtate injectoarele împreună cu rampa comună.

Fig.3.2. Capacul chiulasei înainte și după îndepărtarea sa.

În acest punct se pot vedea cele 2 pinioane împreună cu axele cu came, plus unul din lanțurile distribuției. Pentru a angrena axele mai există un pinion amplasat peste pinionul din dreapta pe care este montat lanțul.

În următorul pas se ridică mașina pe elevator sunt îndepărtate scuturile și se dă drumul uleiului din motor.

Prin urmare este necesară îndepărtarea cutiei de viteze. Pentru a îndepărta cutia de viteze trebuie mai întâi să se demonteze electromotorul pentru a avea acces la șuruburi și să se desprindă cardanul de pe cutie. Mașina din imagine fiind un model Xdrive (tracțiune integrală) pe lângă cardanul spate acesta având un al doilea cardan care pleacă din cutia de transfer de pe cutia de viteze spre cutia de transfer față care angrenează cele două planetare.

Fig.3.3. Cardanul spate prins de cutia de transfer (1), Cardanul fată (2), Locul electromotorului (3)

După demontarea celor de sus se poate da jos în sigurantă cutia de viteze cu un cric hidraulic pentru cutiile de viteze.

Fig.3.4. Cutia de viteze.

Până în acest punct se poate vedea volanta cutiei de viteze automate fiind necesară îndepărtarea ei pentru a ajunge la frontalină fiind si ea dată jos la rândul ei. Frontalina este capacul din spate al motorului după el fiind amplasată distribuția. Pe ea se află un inel magnetic și un senzor de turație el dând atât comandă injectoarelor cât și ordinea de aprindere.

Fig.3.5. Volantă cutie automată. Fig.3.6. Frontalină.

Urmează demontarea băii de ulei, procesul complicându-se datorită tracțiunii integrale deoarece la acest model, de baie este prinsă cutia de transfer față iar planetarele trec prin interiorul băii de ulei.

Prin urmare pentru a fi indepărtată baia de ulei trebuiesc demontate roțile fată pentru a avea acces la planetare mai apoi fiind demontate planetarele urmând cutia de transfer ca la final să se poată da jos baia de ulei.

Fig.3.7. Ansamblul baie de ulei-cutie de transfer-planetare.

După demontarea frontalinei si a băii de ulei se poate vedea distribuția.

Fig.3.8. Locul distribuției.

3.3. Îndepărtarea și înlocuirea kit-ului de distribuție:

Înainte de a începe demontarea distribuției ea trebuie însemnată in poziția actuală deoarece noua distribuție trebuie montată în același punct ca cea veche. În caz contrar mașina nu va mai porni până când distribuția nu va fi reglată corespunzător.

După ce distribuția a fost blocată pe semne se poate începe procesul de demontare a distribuției.

Prima oară se indepărtează cele două patine de ghidaj ambele poziționate pe partea stângă, una superior iar alta inferior.

Fig.3.9. Patinele de ghidaj: superioară (stânga), inferioară (dreapta).

Următoarele componente demontate sunt cele 2 patine de întinere ambele poziționate pe partea dreaptă, una superior iar alta inferior.

Fig.3.10. Patinele de întindere: superioară (stânga), inferioară (dreapta).

Pentru a fi îndepărtat lanțul superior al distribuției cel ce leagă cele 2 axe cu came de pompa de înaltă presiune trebuie desfăcut pinionul ce angrenează axele cu came.

Fig.3.11. Pinionul de angrenaj al axelor cu came.

După desfacerea celor 3 șuruburi care prind pinionul el poate fi îndepărtat împreună cu lanțul superior.

Fig.3.12. Lanțul superior împreună cu pinionul de angrenare a axelor cu came.

Următoarea componentă dată jos este pinionul dublu al pompei de înaltă presiune pe el fiind montat și o parte a lanțului superior dar și una a lanțului inferior făcând legătura cu arborele cotit. Șurubul pinionului dublu desfăcându-se în sens invers acelor de ceasornic.

Arborele cotit angrenând lanțul inferior care pune în mișcare pinionul dublu al pompei de înaltă presiune la rândul său punând în mișcare și pompa de înaltă presiune dar și lanțul superior care angrenează cele 2 axe cu came.

Fig.3.13. Pinionul dublu și lanțul inferior.

Urmează a se da jos pinionul pompei de vacum/ulei el fiind prins într-un singur șurub. Odata cu acest pinion se va da jos și lanțul pompei de vacum/ulei el făcând legătura cu arborele cotit.

Fig.3.14. Pinionul și lanțul pompei de vacum/ulei.

Întinzătoarele au un rol important în buna funcționare a distribuției ele ținând în loc patinele de întindere ele menținând întinse lanțurile distribuției.

Întinzătorul superior pentru a fi desfăcut nu trebuie decât deșurubat el însuși având forma unui șurub. Acest întinzător ține pe poziție patina de întindere superioară fixată pe lanțul superior.

Fig.3.15. Întinzătorul superior.

Întinzătorul inferior este prins în 2 șuruburi iar el are rolul de a ține întinsă patina de întindere inferioară fixată pe lanțul inferior

Fig.3.16. Întinzătorul inferior

Prin urmare toate componente kitului de distribuție au fost date jos.

Pentru a monta distribuția și restul ansamblelor trebuie urmați pașii în sens invers până la finalizarea procesului. Un nou ulei va fi introdus în motor conform indicațiilor date de către fabricant împreună cu un filtru de ulei nou iar mașina va fi pornită pentru verificare.

Fig.3.17. Locul de montaj al distribuției.

În figura 3.17. se poate observa locul distribuției ea fiind demontată anterior pentru a face loc noului kit.

Pentru ca montajul să fie făcut corect pe lângă pașii de montaj în sens invers demontării trebuiesc respectate pozițiile de așezare a fiecărei piesă ele având ghidaje iar locurile de montaj având semne din fabrică.

În urma schimbării kit-ului de distribuție, zgomotul neobișnuit menționat anterior va dispărea el datorându-se uzurii vechiului kit.

Durata medie de schimbare a distribuției este de 6 ore ea având o variație de timp în funcție de tracțiunea mașinii respective, variantele fiind: tracțiune spate sau tracțiune integrală.

4. ESTIMAREA PIERDERILOR MECANICE PE CARACTERISTICA EXTERNĂ

4.1. Caracteristica de pierderi:

Ca urmare a consumului de energie datorat forțelor care se opun mișcării, puterea dezvoltată în cilindru nu va fi transmisă în totalitate către arborele cotit. Expresia generală folosită pentru bilanțul puterilor fiind următoarea:

(4.1.)

La rezistențele proprii lucrul mecanic poate fi exprimat ca totalul componentelor următoare: lucrul mecanic pentru diagrama de pompaj, lucrul mecanic specific necesar pentru angrenarea echipamentelor auxiliare , lucrul mecanic specific pentru combaterea frecării între componentele motorului , expresia rezultată fiind:

(4.2.)

Datorită metodei care determină presiunea medie a rezistențelor proprii , presiunea medie de pompaj este inclusă în presiunea medie a rezistențelor proprii. Pentru determinarea rezistențelor proprii se folosesc două metode, ele fiind: metoda prin antrenare și metoda prin suspendare.

Prin metoda antrenării se ințelege că motorul este antrenat printr-o sursă exterioară fără ca el să fie alimentat cu combustibil. Totodata în timpul antrenării sale se măsoară puterea necesară acestei operațiuni. Acestei metode îi este necesară o temperatură cât mai asemănătoare temperaturii de funcționare în regim normal chiar și așa rezultatele fiind afectate datorită neatingerii presiunii maxime, ca urmare lucrul mecanic necesar pentru combaterea frecărilor proprii fiind mai mic.

Metoda suspendării ne oferă date despre funcționarea cilindrilor și uniformitatea lor. În teorie toți cilindrii trebuie să funcționeze uniform dar datorită reglajului neuniform al elementelor de pompare la motoarele cu ardere prin compresie ei ajungând să nu lucreze uniform. Pentru a se afla puterea indicată se întrerupe injecția de combustibil dintr-un singur cilindru, această operațiune ducând la suspendarea cilindrului respectiv.

Pierderile prin frecare depind și de ungerea motorului. Atât un ulei prea vâscos cât și un ulei puțin vâscos cresc presiunea asupra componentelor deoarece stratul de lichid are o capacitate de ungere mult mai mică. Datorită capacități mici de ungere a uleiurilor prea vâscoase sau puțin vâscoase apare frecarea pe uscat și frecarea semi uscată a componentelor. Un factor determinant al vâscozități uleiului este temperatura sa, fiind necesară o temperatură optimă ea fiind ținută sub control de către lichidul de răcire.

Pierderile de pompaj sunt mult mai mici la motoarele cu ardere prin compresie ele având clapetă de accelerație față de cele cu ardere prin scânteie cu carburator.

În repartizarea pierderilor datorate rezistențelor proprii de categorii diferite ale motorului cu ardere prin compresie se poate observa ca pierderea prin frecare are un procentaj mult mai mare față de pierderea prin antrenare.

4.1. Repartizarea pierderilor datorate rezistențelor proprii.

Prof. Dr. Ing. Berthold Grunwald, „Teoria, Calculul și Construcția Motoarelor Pentru Autovehicule Rutiere”, „Editura Didactică și Pedagogică”, 1980.

Pentru ca studiul caracteristicilor motorului să aibă loc sunt necesare date despre variația presiunii medii în funcție de caracteristica de pierderi.

Odată cu creșterea turației crește și presiunea medie a rezistențelor proprii în timp ce puterea dezvoltată în cilindru este în scădere rezultând o scădere semnificativă a randamentului mecanic. Randamentul mecanic este influențat și de sarcina motorului care scade nivelul presiunii din cilindru odată cu reducerea sarcinii.

Pentru ca randamentul mecanic să fie determinat exact, toate datele obținute din statisticile de specialitate obținute de-a lungul timpului trebuiesc utilizate cu meticulozitate.

Pentru motoarele cu ardere prin compresie un interval cuprins între 0,74 – 0,80 constituie o admisiune normala iar intervalul 0,8 – 0,9 constituie o supra alimentare a MAC.