Cuprins 1 ALIMENTAREA MOTOARELOR TERMICE... 2 1.1 Alimentarea motoarelor cu aprindere prin scânteie... 2 1.1.1 Cerinţele formării amestecului combustibil aer... 2 1.1.2 Carburatorul elementar... 5 1.1.3 Dispozitive de corecţie a funcţionării carburatorului elementar. Clasificarea carburatoarelor... 6 1.1.4 Dispozitivul principal de dozaj... 7 1.1.5 Dispozitivul de pornire... 9 1.1.6 Dispozitivul de mers în gol şi la sarcini mici... 11 1.1.7 Dispozitivul de putere... 12 1.1.8 Pompa de acceleraţie... 13 1.2 Alimentarea motoarelor cu aprindere prin compresie... 14 1.2.1 Pompe de injecţie cu elemenţi grupaţi... 15 1
1 ALIMENTAREA MOTOARELOR TERMICE 1.1 Alimentarea motoarelor cu aprindere prin scânteie Figură 1 Sistemul de alimentare m.a.s. cu carburator Sistemul de alimentare la m.a.s cu carburator este format, în general, din următoarele părţi componente: filtrul de aer (1), colectorul de admisie (2), carburatorul (3), rezervorul (4), filtrul decantor (5) şi pompa (6). Combustibilul este aspirat prin filtrul (5) de către pompa (6), acţionată de arborele cu came şi apoi refulat spre carburator. 1.1.1 Cerinţele formării amestecului combustibil aer În scopul asigurării unei funcţionări corespunzătoare a motorului, procesul de formare al amestecului combustibil aer trebuie să satisfacă anumite cerinţe. Astfel, amestecul trebuie să fie omogen şi să aibă un dozaj optim în raport cu cerinţele de funcţionare ale motorului. Omogenitatea amestecului combustibil-aer depinde de o serie de factori cum sunt: viteza de vaporizare, fineţea pulverizării combustibilului, căldura de vaporizare şi volatilitatea 2
combustibilului.viteza de vaporizare W a se exprimă prin cantitatea de combustibil care se vaporizează în unitatea de timp şi se calculează cu relaţia: W = K p p s c a d pa unde K d este coeficientul de difuziune; p s presiunea de saturaţie a vaporilor de combustibil în amestec cu aerul; p a presiunea parţială a vaporilor de combustibil; p a presiunea amestecului şi A suprafaţa de vaporizare. Deoarece timpul afectat amestecării este redus, viteza de vaporizare trebuie să fie cât mai mare posibil. Mărirea acesteia se face prin mai multe metode: mărirea fineţei de pulverizare a combustibilului pentru a creşte cât mai mult aria de contact dintre aer şi combustibil, mărirea excesului de aer, pentru a asigura un exces de aer care permite reducerea presiunii parţiale a combustibilului din amestec, creşterea temperaturii amestecului, pentru mărirea coeficientului de difuziune. De asemenea, un rol important îl mai are şi viteza relativă dintre aer şi combustibil, care determină o încălzire mai rapidă a picăturilor. Fineţea de pulverizare a combustibilului este determinată de valoarea medie a razei picăturilor de combustibil pulverizat, care se poate determina cu relaţia: 1 r = C α η ρ A a W a unde: C este o constantă, α tensiunea superficială a combustibilului, η viscozitatea combustibilului, ρ a densitatea aerului, W a viteza de curgere prin secţiunile carburatorului. Reducerea razei medii a picăturilor se face prin mărirea vitezei de curgerea a aerului sau prin reducerea tensiunii superficiale sau a viscozităţii combustibilului. În acest scop la unele motoare amestecul se preîncălzeşte cu gaze arse sau apă din sistemul de răcire. Căldura de vaporizare este un alt parametru de care depinde valoarea temperaturii amestecului. Dacă temperatura coboară sub temperatura de rouă, atunci combustibilul se condensează pe pereţii galeriei de admisie sub forma unor picături mari care pot spăla filmul de ulei de pe pereţii cilindrului. Ridicarea temperaturii peste punctul de rouă al amestecului se poate realiza prin preîncălzirea aerului care este făcută cu apa de răcire sau gazele arse. Acest procedeu permite şi evitarea depunerii de gheaţă în carburator, datorită solidificării apei. Formarea amestecului depinde şi de volatilitatea combustibilului. Acest parametru are o mare importanţă la pornirea la rece, la care hidrocarburile cu volatilitate ridicată uşurează procesul de pornire. 3
Figură 2 Caracteristica optimă de dozaj la diverse regimuri de funcţionare ale motorului Dozajul optim se poate stabili doar pe cale experimentală, ridicând o serie de caracteristici de dozaj, stabilind astfel variaţia dozajelor de economicitate maximă λ ec şi a dozajului de putere maximă λ p în funcţie de poziţia obturatorului ψ (depresiunea din obturator Δ pd sau puterea P e ) ca în figură. Caracteristica optimă de dozaj asigură toate regimurile de funcţionare la m.a.s. Puterea maximă se obţine pentru valori ale coeficientului excesului de aer variind în limitele 0,8 0,9. Regimul de economicitate maximă se obţine la valori ale coeficientului λ varind în limitele 1,07 1,15. Trecerea de la dozajul economic (punctul A 1 ) la dozajul de putere maximă (punctul B 1 ), deci mărirea puterii motorului cu diferenţa Δ P e, se realizează prin scăderea economicităţii motorului datorită creşterii consumului specific de combustibil. În timpul exploatării, motorul trebuie deci să funcţioneze la diferite regimuri şi anume: regimul de pornire; regimul de mers în gol şi sarcini mici; regimul sarcinilor mijlocii; regimul sarcinilor mari şi regimuri tranzitorii. Regimurile tranzitorii sunt: repriza, accelerarea, decelerarea şi mersul în gol forţat. În cazul regimului de pornire coeficientul excesului de aer variază în limitele 0,05 0,025 dacă se consideră întreaga cantitate de benzină din amestec. În cazul în care se consideră numai cantitatea de vapori din amestec, valorile lui λ variază în limitele 0,5 0,7. La celelalte regimuri funcţionale valorile lui λ variază în limitele 0,7 1,15. Variaţia coeficientului excesului de aer (dozajului) se realizează prin modificarea poziţiei obturatorului (clapetei de acceleraţie). Dispozitivul care asigură dozajul amestecului combustibil-aer, denumit carburator, este format dintr-un element de bază (carburatorul elementar) şi o serie de dispozitive care corectează funcţionarea carburatorului elementar şi îl adaptează la necesităţile funcţionale ale motorului. 4
1.1.2 Carburatorul elementar Figură 3 Carburatorul elementar Principiul funcţional al carburatorului poate fi studiat cu ajutorul carburatorului elementar, care este compus din: camera de nivel constant 1, plutitorul 2, cuiul ventil 3, difuzorul 4 şi pulverizatorul 5, care conţine jiclorul 6 (ajutaj care dozează combustibilul). Obturatorul 7 plasat în spatele difuzorului asigură reglarea debitului de amestec, fiind elementul de reglare a sarcinii motorului. În construcţia unui carburator elementar, se deosebesc deci trei părţi principale: camera de nivel constant (cu plutitorul şi cuiul ventil), camera de amestec (care cuprinde difuzorul şi obturatorul), precum şi pulverizatorul (cu jiclorul). Între nivelul jiclorului şi cel al combustibilului din camera de nivel constant, există o diferenţă de cotă h, pentru a preveni curgerea combustibilului la oprirea motorului, sau când motorul funcţionează la mers gol şi sarcini mici. În timpul funcţionării motorului, aerul aspirat în cilindru îşi măreşte viteza în dreptul difuzorului, până la valori de 80 100m/s, datorită îngustării acestuia. Din acest motiv presiunea din difuzor se reduce la o valoare p a, mai mică decât presiunea p 0 a mediului ambiant (p a = 0,8 0,95 dan/cm 2 ). În difuzor se formează o depresiune Δp d = p 0 -p d, care determină deplasarea combustibilului prin pulverizator cu o viteză de 4-6 m/s şi pulverizarea lui în difuzor. Pentru a se produce pulverizarea trebuie îndeplinită condiţia, combustibilului, iar g acceleraţia gravitaţională. Δ p d hρ g, unde ρ c este densitatea Picăturile de combustibil se amestecă cu aerul formând amestecul carburant a cărui calitate este determinată de valoarea coeficientului excesului de aer, λ el. Reprezentarea variaţiei acestuia în funcţie de valoarea depresiunii din difuzor poartă numele de caracteristică de dozaj a carburatorului elementar. c 5
Figură 4 Caracteristica de dozaj a carburatorului elementar În această figură sunt reprezentate variaţia cantităţii reale de aer C a introdusă în cilindru şi stoichiometrică optimă de dozaj λ opt. Comparând caracteristica de dozaj a carburatorului elementar cu caracteristica optimă de dozaj a carburatorului ideal, rezultă diferenţe. Pentru valori Δ p Δp, coeficientul excesului de aer al carburatorului ideal λ opt1 este mai mare decât al carburatorului elementar λ el1. Nici pentru Δp < Δ d p dm, nu se asigură cerinţele impuse de motor. Pentru a îndeplini condiţiile de exploatare, carburatorul elementar trebuie deci prevăzut cu dispozitive de corecţie care să corecteze caracteristica acestuia. d dm 1.1.3 Dispozitive de corecţie a funcţionării carburatorului elementar. Clasificarea carburatoarelor Carburatoarele care echipează MAS diferă din punct de vedere constructiv şi funcţional de carburatorul elementar, fiind prevăzute suplimentar faţă de acesta, cu o serie de dispozitive care realizează adaptarea funcţionării carburatorului la cerinţele de exploatare ale motorului. Aceste dispozitive sunt: dispozitivul principal de dozaj. Acest dispozitiv funcţionează la regimul sarcinilor mijlocii (20 80%) şi mari (80 110%); 6
dispozitivul de pornire, care asigură formarea unui amestec bogat necesar efectuării operaţiei de pornire; dispozitivul de mers în gol şi sarcini mici; dispozitivul de putere care asigură un amestec bogat, necesar funcţionării motorului la sarcini mari şi suprasarcini (80 110%); pompa de accelerare, care asigură îmbogăţirea amestecului la regimul tranzitoriu de accelerare; limitatoare de turaţie. La motoarele mici (cum sunt cele folosite ca motoare auxiliare, la pornire etc.) carburatoarele au o construcţie simplă, unele din aceste dispozitive putând lipsi. Figură 5 Tipuri de carburatoare Clasificarea carburatoarelor se face în funcţie de direcţia curentului de aer care circulă prin difuzor. Din acest punct de vedere se deosebesc carburatoare verticale, inversate şi orizontale. La carburatoarele verticale aerul proaspăt circulă de jos în sus (a), iar la carburatoarele inversate curentul de aer este descendent (b) (sunt cel mai mult folosite în construcţia de motoare). Pentru motoarele la care se impune o înălţime redusă (motoare pentru maşini sport etc.) se folosesc carburatoare orizontale (c), la care curentul de aer are o direcţie orizontală. Carburatoarele se pot clasifica în funcţie de numărul de camere de amestec, în două categorii: carburatoare simple şi carburatoarele multiple. Carburatoarele multiple sunt prevăzute cu două sau mai multe camere de amestec. 1.1.4 Dispozitivul principal de dozaj Comparând caracteristica de dozaj a carburatorului elementar cu caracteristica optimă rezultă că la o anumită valoare a depresiunii din difuzor Δp dm, amestecul trebuie să devină mai sărac pentru a satisface condiţiile de exploatare. În acest scop se ataşează la tubul pulverizator dispozitivul 7
principal de dozaj constituit dintr-un tub de emulsionare 1, în interiorul căruia se află un tub 2, prevăzut cu găuri, denumit emulsor. Capătul superior al tubului 1 face legătura cu atmosfera prin orificiul calibrat 3 (jiclorul de aer), iar capătul inferior cu camera de nivel constant, prin jiclorul de combustibil 4. Figură 6Dispozitivul principal de dozaj şi caracteristica sa Combustibilul este pulverizat într-un mic difuzor 5, denumit centrator, în care se realizează o depresiune mai mare decât în difuzorul principal 6, combustibilul fiind pulverizat în centrator apoi în difuzorul principal. Aceasta are un efect favorabil asupra omogenităţii amestecului. Funcţionarea dispozitivului principal de dozaj se realizează în trei faze distincte. Faza I.La creşterea vitezei curentului de aer prin difuzor, combustibilul se ridică prin pulverizator până când ajunge la nivelul superior al jiclorului de combustibil. În acest moment depresiunea din difuzor este: Δp = hδ g. d c Faza a II-a. Carburatorul funcţionează în acelaşi mod ca un carburator elementar, variaţia coeficientului excesului de aer λ fiind, de asemenea aceeaşi. Faza a IIII-a. Intră în funcţiune dispozitivul principal de dozaj, punctul C. Presiunea din tubul emulsorului, în dreptul jiclorului de combustibil are o valoare p e, mai mică decât presiunea din camera de nivel constant p 0. Curgerea combustibilului se produce sub acţiunea diferenţei de presiune Δ 0 p1 = p p e. Valoarea depresiunii Δpj este mai mică decât depresiunea Δpd = p0 pd, din difuzorul carburatorului elementar. Din acest motiv, în tubul emulsorului intră o cantitate mai mică de combustibil decât în cazul carburatorului elementar, pentru aceeaşi poziţie a clapetei obturatorului. Coeficientul excesului de aer se măreşte, amestecul devenind mai sărac. Variaţia coeficientului excesului de aer în faza a III-a, este similară cu variaţia coeficientului excesului de aer 8
în cazul caracteristicii optime de dozaj. Astfel, cerinţele de exploatare ale motorului se pun de acord cu caracteristicile funcţionale ale carburatorului. Dispozitivul principal de dozaj, poate fi executat în diferite variante constructive, principiul funcţional rămânînd acelaşi. 1.1.5 Dispozitivul de pornire Figură 7 Schema unui starter (stânga); clapeta de pornire (dreapta) La pornire turaţia motorului fiind redusă şi depresiunea din carburator are valori reduse. Ca atare, debitul de combustibil livrat de dispozitivul principal de dozaj şi dispozitivul de mers în gol este insuficient pentru a asigura un amestec bogat, deoarece motorul fiind rece, volatilizarea combustibilului este mai dificilă; de asemenea, o parte din vapori condensează pe pereţii colectoarelor de admisie. Îmbogăţirea amestecului de face cu ajutorul unui carburator auxiliar denumit starter, fie cu ajutorul unui dispozitiv de pornire denumit clapetă de aer. Figură 8 Clapeta de pornire şi dispozitiv automat de acţionare al clapetei 9
Starterul este format din corpul 1, ataşat carburatorului, tubul de aspiraţie a combustibilului 2, canalul 3, supapa 4, jiclorul de aer 5 şi tubul de amestec 6. La pornire obturatorul 7 este închis, iar supapa 4 se deschide la comanda efectuată de conducător. Depresiunea în dreptul obturatorului având o valoare ridicată, se aspiră combustibil prin tubul 2, canalul 3 şi orificiul controlat de supapa 4. În tubul 6 combustibilul se amestecă cu aerul aspirat prin jiclorul 5. Amestecul este introdus în spaţiul de sub obturatorul 7, asigurând pornirea motorului. După pornire, conducătorul închide supapa 4 şi starterul iese din funcţiune (continuarea funcţionării este neeconomică). Clapeta de aer este un dispozitiv simplu, fiind utilizat la majoritatea carburatoarelor actuale. Principial clapeta de aer este formată din clapeta 1, aşezată înaintea difuzorului, a cărei închidere măreşte presiunea şi îmbogăţirea amestecului. După ce motorul a pornit, turaţia acestuia şi deci şi depresiunea din difuzor cresc. Este deci necesar a deschide clapeta (învingând rezistenţa arcului spiral 2) reducând depresiunea din difuzor şi evitându-se astfel îmbogăţirea excesivă a amestecului imediat după pornire. O altă soluţie constructivă pentru sărăcirea amestecului imediat după pornirea motorului constă în folosirea unei supape 1, montată pe clapeta de aer 2 (figura 8). După ce motorul a pornit şi turaţia acestuia creşte, depresiunea din difuzor se măreşte şi datorită acesteia se deschide, în prima fază, supapa 1 şi apoi clapeta de aer 2. Readucerea clapetei de aer în poziţia iniţială, după pornire, este o operaţie care poate fi automatizată, prin folosirea unor elemente de comandă acţionate cu ajutorul unor servomecanisme termopneumatice. Un astfel de dispozitiv este format dintr-un arc spiral bimetalic 1, supus acţiunii aerului încălzit în conducta 2, de către gazele de ardere sau apa de răcire. Arcul este montat în carcasa 3 având in capăt fixat pe o extremitate a pârghiei 4, montată pe axul 5 al clapetei de aer 6, iar celălalt la suportul 15. Asupra celei de a doua extremităţi a pârghiei 4 acţionează un servomecanism pneumatic, format din tija 7, pistonul 8 şi canalul 9. Canalul 10 face legătura dintre cilindrul 11 al pistonului şi spaţiul de sub obturatorul 14. La pornire clapeta de aer se închide. După ce motorul a pornit, creşte depresiunea din dreptul orificiului 13, localizat sub obturator. Ca urmare, pistonul se deplasează şi roteşte pârghia 4 prin intermediul tijei 7, deschizând clapeta de aer cu ajutorul axului 5. Când pistonul descoperă canalul 9, aerul încălzit circulă prin canalul 2, filtrul 12, carcasa 3, canalul 9 şi canalul 10, încălzind arcul bimetalic 1. Acesta se deformează acţionând pârghia 4 în sensul deschiderii complete a clapetei de aer. 10
1.1.6 Dispozitivul de mers în gol şi la sarcini mici În timpul funcţionării la mersul în gol, energia furnizată de motor este folosită pentru învingerea forţelor de frecare proprii şi antrenarea sistemelor auxiliare ale motorului, obturatorul fiind închis. La sarcini mici, obturatorul este deschis puţin, iar turaţia motorului atinge 40 60% din turaţia nominală. Figură 9 Dispozitiv de mers în gol şi sarcini mici (stânga) şi funcţionarea carburatorului la repriză Dispozitivul de mers în gol şi la sarcini mici se compune din tubul 1, prevăzut cu jiclorul de combustibil 2 pentru mers în gol, racordat cu un al doilea tub 3, în care este jiclorul de aer 4. Tubul 3 comunică cu orificiile 5 şi 6 practicate în dreptul obturatorului 8 unde, la pornire, depresiunea are o valoare maximă. Secţiunea de trecere a orificiului 6 poate fi modificată cu ajutorul şurubului de reglaj 7. Între nivelul combustibilului din camera de nivel constant şi canalul care face legătura între tuburile 1 şi 3 există o denivelare h. Dispozitivul poate intra în funcţiune atunci când depresiunea Δp din camera de amestec, în dreptul orificiilor 5 sau 6, are valori Δ p hρ g.la regimul de mers în gol şi sarcini mici, combustibilul este aspirat în tubul 1, din tubul dispozitivului principal de dozaj 9, iar aerul este aspirat prin jiclorul 4. Amestecul astfel format este antrenat, datorită depresiunii ridicate din dreptul obturatorului, prin orificiul 6 şi pulverizat în cilindri. Secţiunea de trecere a orificiului 6 trebuie astfel reglată, încât să se formeze un amestec bogat, cu poluare minimă. Faza de trecere de la regimul sarcinilor mici la regimul sarcinilor mijlocii se numeşte repriză. Această fază se realizează prin rotirea obturatorului până când acesta ajunge în dreptul canalului 5. Depresiunea minimă se realizează în acest caz în dreptul canalului 5, prin care se aspiră o cantitate de combustibil suplimentară. În figură este prezentată schematic funcţionarea carburatorului în regim de repriză. La sfârşitul reprizei intră în funcţiune dispozitivul principal de dozaj. În acest caz c 11
depresiunea din dreptul orificiilor 5 şi 6 este relativ mică, astfel încât dispozitivul de mers în gol şi la sarcini mici iese din funcţiune. 1.1.7 Dispozitivul de putere Dispozitivele de putere sunt folosite la sarcini mari şi suprasarcini, la care motorul funcţionează cu un amestec bogat (λ=0,85 0,95). Cele mai folosite dispozitive de putere sunt economizorul, supraalimentatorul şi econostatul. Economizorul este format din jiclorul de putere 1, montat în tubul 2, ce conţine emulsorul dispozitivului principal de dozaj, o supapă de combustibil 3, fixată pe memebrana 4, tubul de legătură 5 şi arcul 6. Suprafaţa inferioară a membranei este legată de camera de amestec prin tubul 7. Atunci când motorul funcţionează la o putere de aproximativ 80% din puterea nominală, depresiunea după obturator se reduce şi membrana 4 se deformează în sensul deschiderii supapei 3. Combustibilul intră deasupra membranei 4 şi este aspirat prin jiclorul de putere 1. cantitatea de combustibil aspirat mărindu-se, amestecul devine mai bogat contribuind la creşterea puterii motorului. Figură 10 Supraalimentatorul (stânga) şi econostatul Supraalimentatorul este un dispozitiv de putere format dintr-un tub 1, în formă de U inversat, al cărui nivel depăşeşte cu înălţimea h cota pulverizatorului 2. Când obturatorul se deschide, depresiunea din difuzor creşte la o valoare la care combustibilul este aspirat din camera de nivel constant 3, prin tubul 1. Această cantitate suplimentară de combustibil îmbogăţeşte amestecul, realizându-se astfel amestecul de putere. Un alt dispozitiv de putere care funcţionează în mod 12
similar este econostatul. Acesta se deosebeşte de supraalimentator prin faptul că tubul de pulverizare 1 se deschide deasupra difuzorului 2. 1.1.8 Pompa de acceleraţie Necesitatea pompei de acceleraţie derivă din faptul că la deschiderea bruscă a obturatorului (când este necesară sporirea puterii dezvoltate de motor), din cauza densităţii diferite a combustibilului faţp de aer, debitul de combustibil nu însoţeşte instantaneu debitul de aer, apărând sărăcirea amestecului şi deci nerealizarea scopului propus, de mărire a puterii dezvoltate de motor. Acest neajuns este înlăturat de către pompa de acceleraţie, care în momentul deschiderii bruşte a obturatorului, debitează o doză bine determinată de combustibil în masa de aer, asigurând realizarea unui amestec corespunzător regimului tranzitoriu de accelerare. Pompele de acceleraţie pot fi de tipul cu piston sau cu membrană. Figură 11 Pompe de acceleraţie Pompa de acceleraţie cu piston este compusă dintr-un cilindru 1, pistonul 2, arcul 3, tija pistonului 4, acţionată de pârghia 5 a obturatorului şi tubul de pulverizare 6. Combustibilul este aspirat în cilindrul 1, prin supapa cu bilă 7. Supapa 8 serveşte pentru punerea în funcţiune a economizorului format din jiclorul 10 şi tubul 11. Pe axul obturatorului se află cama 12 care acţionează pârghia 5. Deschiderea obturatorului determină rotirea pârghiei 5 care eliberează tija 4. Pistonul coboară sub acţiunea arcului 3, supapa cu bilă 7 se închide şi combustibilul este refulat prin jiclorul de descărcare 9, care are o dimensiune bine precizată în funcţie de cantitatea de combustibil care este necesar a fi debitată prin tubul 6. Când pistonul 2 ajunge la partea inferioară a tubului 1, se deschide supapa 8 şi intră în funcţiune economizorul. La închiderea obturatorului, cama 12 se 13
roteşte acţionând asupra pârghiei 5 care ridică tija 4 şi pistonul 2; supapa 8 se închide şi combustibilul intră în cilindrul 1 prin supapa 7, pistonul revenind în poziţia iniţială. Economizorul iese din funcţiune odată cu închiderea supapei 8. Pompele de acceleraţie cu membrană sunt principial formate dintr-o membrană 1, acţionată de pârghia 2, cuplată cu mecanismul de acţionare al obturatorului, arcul elicoidal 3, jiclorul de descărcare 5, tubul 6, supapa cu bilă 7 şi jiclorul 8. Pe axul 9 al obturatorului se află cama 10 care este în contact cu extremitatea pârghiei 2. Când sarcina motorului se măreşte (se deschide obturatorul), axul 9 roteşte cama 10 care acţionează asupra pârghiei 2, rotind-o. Extremitatea superioară a pârghiei 2 acţionează asupra membranei 1 şi o deformează, combustibilul fiind refulat prin canalul 6, supapa 7 şi jiclorul 8 în difuzor, îmbogăţind amestecul. În acest timp supapa cu bilă este închisă, iar o parte din combustibil este refulat prin jiclorul 5. Când obturatorul se închide, cama 10, tija 2 şi membrana 1 se deplasează în sens invers. Supapa 7 se închide şi combustibilul este aspirat în interiorul pompei prin supapa 4. jiclorul de descărcare 5 trebuie calibrat corespunzător, alegându-se pentru orificiul de trecere al combustibilului diametrul optim, care să asigure o accelerare rapidă, cu consum minim de combustibil. 1.2 Alimentarea motoarelor cu aprindere prin compresie Figură 12 Schema instalaţiei de alimentare cu pompă de injecţie cu elemnţi în linie 14
Componentele principale ale instalaţiei de alimentare pentru MAC sunt: pompa de alimentare1, rezervorul 2, conductele 3, filtrul 4, pompa de injecţie 5 şi injectoarele 6. Pompa de alimentare are rolul de a mări presiunea combustibilului la 3 5 dan/cm 2. Această presiune este necesară pentru învingerea rezistenţelor hidraulice ale filtrului 4. din filtru, combustibilul intră în pompa de injecţie 5, unde presiunea acestuia se măreşte până la o valoare impusă de învingerea contrapresiunii aerului, din camera de ardere şi asigurarea pulverizării optime a combustibilului. Presiunea de injecţie (de deschidere a acului injectorului), se stabileşte experimental, în funcţie de tipul motorului, fiind cuprinsă între 100 300 dan/cm 2. Conductele 7 şi 8 asigură returul combustibilului de la filtru la injectoare. Rezultă deci că pompa de injecţie este componenta de bază a instalaţiei de alimentare, deoarece calităţile funcţionale ale pompei stabilesc, în mare măsură, calitatea amestecului combustibil-aer, care se formează în cilindru. Pompa de injecţie are rolul de a mări presiunea combustibilului, la valorile stabilite, pentru a se asigura funcţionarea injectoarelor. O pompă de injecţie trebuie să satisfacă următoarele cerinţe: să asigure debitarea unei cantităţi de combustibil, precis determinate pentru fiecare regim funcţional al motorului (această cantitate trebuie să fie egală pentru fiecare cilindru); începutul injecţiei combustibilului să se producă cu un anumit unghi de avans, faţă de pms (fiind indicat ca valoarea acestui unghi să poată fi modificată automat în funcţie de sarcina şi turaţia motorului); combustibilul să fie debitat după o lege de injecţie la care economicitatea şi puterea motorului să fie maxime; începutul şi sfârşitul injecţiei combustibilului să se producă brusc. Pompele de injecţie pot fi clasificate din punct de vedere constructiv în două categorii: cu elemenţi separaţi, care fac parte comună cu injectoarele pentru fiecare cilindru al motorului (în special la motoarele cu putere mare pentru nave şi locomotive); cu elemenţi grupaţi într-o carcasă comună, folosite îndeosebi la autovehicule. 1.2.1 Pompe de injecţie cu elemenţi grupaţi 1.2.1.1 Construcţia şi funcţionarea pompelor de injecţie cu elemenţi grupaţi Pompele de injecţie cu elemenţi grupaţi sunt formate constructiv din unul sau mai mulţi elemenţi, care asigură debitarea combustibilului în raport cu necesităţile funcţionale ale motorului. Caracteristicile funcţionale sunt modificate în raport cu cerinţele impuse de motor cu ajutorul unor dispozitive speciale. Astfel, funcţionarea motorului după caracteristica de regulator se realizează cu 15
ajutorul unui regulator care dirijează funcţionarea pompei de injecţie în raport cu condiţiile impuse de regimul de exploatare al motorului. În figură este redată construcţia unui element al pompei de injecţie. Arborele 1, prevăzut cu cama 2, acţionează asupra rolei 3 montată prin axul 4 pe un tachet 5, care glisează într-un canal practicat în carcasa pompei 6. În tachet este montat un şurub de reglaj cu piuliţă 7, care face contact cu tija pistonului 8, fixată pe bucşa 9. Bucşa 9 este prevăzută cu un bolţ 10, cu ajutorul căruia pistonului 8 poate fi rotit în cilindrul 11. Deasupra cilindrului se află supapa de refulare, compusă din scaunul 12, supapa propriu-zisă 13 şi arcul 14. Refularea combustibilului se face prin reducţia 15, fixată în carcasa pompei. Supapa de refulare asigură corecţia debitului refulat de pompă. Pistonul 8 este menţinut în contact permanent, fără joc, cu tachetul 5, cu ajutorul arcului elicoidal 16. Combustibilul este introdus în spaţiul 17, din jurul cilindrului 11, prin canalul de combustibil 21. În cursa de coborâre a pistonului, combustibilul este aspirat prin orificiile 18 şi 19 şi comprimă combustibilul care ridică supapa 13 (învingând forţa de apăsare a arcului 14), combustibilul ajungând la injector. 1.2.1.2 Reglajele pompelor de injecţie cu elemnţi grupaţi Funcţionarea corectă a pompelor de injecţie cu elemenţi grupaţi necesită efectuarea următoarelor reglaje: reglarea debitului unui element; reglarea uniformităţii debitelor elementelor; reglarea uniformităţii avansului la injecţie.reglajul cantităţii de combustibil refulat la o cursă a pistonului şi, deci, reglajul sarcinii motorului se realizează rotind pistonul 8, prin intermediul bolţului 10, cu ajutorul tijei 20. În figura de mai jos este prezentată poziţia relativă a pistonului faţă de cilindru pentru diverse regimuri funcţionale. Pentru a asigura reglarea debitului de combustibil, pistonul este prevăzut pe suprafaţa laterală cu un canal profilat. Unul din pereţii este rectiliniu (1), iar celălalt are o formă elicoidală. La sarcini parţiale, cursa pistonului, la o poziţie oarecare relativă oarecare a acestuia faţă de cilindru, durează din momentul când marginea superioară 5 a pistonului închide 16
orificiile 3 şi 4 şi se termină în momentul când peretele elicoidal 2 deschide orificiul 4. La sarcină maximă, cursa utilă este egală cu lungimea b a capului pistonului, deoarece injecţia combustibilului începe când pistonul închide orificiile 3 şi 4 şi se termină. Pentru a opri motorul pistonul se roteşte în poziţia indicată în figura 13 e, poziţie în care nu se mai injectează combustibil. Figură 13 Reglarea debitului de combustibil Reglajul debitului de combustibil se realizează modificând poziţiile relative ale pistoanelor tuturor elemenţilor în raport cu tija de reglaj a sarcinii motorului, astfel încât cantităţile de combustibil să fie egale. Operaţia se realizează pe un banc specializat. Reglarea uniformităţii avansului la injecţie se realizează prin rotirea şurubului 7 al fiecărui element până se constată, prin măsurători, că toţi cilindrii au acelaşi avans. 1.2.1.3 Caracteristica de debit. Dispozitive de corecţie Volumul real de combustibil refulat de pistonul elementului diferă de volumul teoretic, datorită laminării combustibilului la începutul cursei de comprimare şi la sfârşitul acesteia, variaţiei volumului combustibilului în conducta de legătură dintre elemnt şi injector, numită conducta de înaltă presiune şi scăpărilor prin neetanşeităţi. Când pistonul închide orificiile de aspiraţie 18 şi 19, combustibilul tinde să iasă prin spaţiul îngust dintre piston şi marginile orificiilor, producându-se laminarea lui. Datorită rezistenţei hidraulice mari opuse curentului de fluid în secţiunea îngustată, presiunea din cilindru creşte; ea ajunge la valoarea necesară deschiderii supapei de refulare înainte de începutul teoretic al refulării. Din acest motiv se refulează un volum suplimentar de combustibil ΔV 1. Refularea nu se încheie când pistonul începe să descopere orificiile de admisie, deoarece secţiunea de curgere oferită de acestea este câtva timp mică şi deci determină o rezistenţă hidraulică însemnată. Drept urmare, presiunea de refulare, un volum suplimentar de combustibil ΔV 2 fiind dirijat spre injector. Dacă se notează: ΔV 3 volumul de combustibil care compensează dilatarea conductei de înaltă presiune la o cursă a pistonului; ΔV 4 variaţia de volum datorată 17
compresibilităţii combustibilului şi ΔV 5 volumul de combustibil pierdut prin neetanşeităţi, volumul real refulat într-o cursă a pistonului se exprimă prin relaţia V = V + ΔV ΔV + ΔV + ΔV ) < V r t 2 ( 3 4 5 unde V t este volumul teoretic corespunzător. Raportul dintre volumul real şi volumul teoretic se numeşte coeficient de debit al pompei ( η = 0,9...1). Debitul ciclic real Q r al elementului variază identic cu V r. Debitul ciclic are valori mici la turaţii mici, datorită reducerii fenomenului de laminare, precum şi datorită creşterii pierderilor prin neetanşeităţi. Pentru a mări adaptabilitatea motorului în cazul măririi momentului rezistent, se corectează caracteristica de debit cu ajutorul unor dispozitive denumite corectoare. Acestea pot fi supape de refulare cărora li s-au adus modificări sau dispozitive ataşate tijei de comandă pentru modificarea debitului elemenţilor de injecţie. Intervenţia corectoarelor modifică forma caracteristicii de debit Q r şi a variaţiei momentului motor M (liniile întrerupte), în modul cerut de condiţiile de exploatare ale motorului. Supapele corectoare diferă de supapele de refulare obişnuite, printr-o serie de modificări care pot să fie canale având formă de pană sau orificii prevăzute în corpul supapei. Supapa cu canale profilate, în formă de pană, funcţionează în modul următor. La mărirea turaţiei, viteza de curgere prin canalele profilate se măreşte, mărindu-se şi rezistenţa hidraulică a secţiunii de trecere. Din acest motiv forţa rezistentă la ridicarea supapei creşte şi se măreşte presiunea care acţionează pe suprafaţa inferioară a supapei; supapa se ridică mai mult, asigurând secţiuni de trecere mai mari (secţiunea I-I < II-II<III-III). Supapa efectuând o cursă mai mare, volumul dislocuit în timpul deplasării va fi, de asemenea, mai mare cu o valoare ΔV. În acest fel, debitul ciclic de combustibil, pentru compensarea volumul ΔV. În acest fel, debitul ciclic t p 18
de combustibil se reduce când se măreşte turaţia, efectuându-se corecţia impusă de funcţionarea motorului. Aşezarea supapei pe scaun având loc în un interval de timp mai redus, injecţia se întrerupe brusc, în jetul de combustibil neapărînd picături mari de combustibil. Un alt tip de supapă corectoare este prevăzută cu un orificiu (1) care comunică cu canalul central (2). La mărirea turaţiei, viteza de trecere a combustibilului prin canalul 2 şi orificiul 1 se măreşte şi supapa se ridică mai mult decât o supapă fără canale. Corectarea debitului se realizează ca în cazul supapei cu canale profilate. Utilizarea supapelor corectoare antrenează dezavantajul că nu se poate asigura aceiaşi caracteristică de debit pentru toţi elemenţii pompei. Un alt inconvenient constă în faptul că la scăderea turaţiei atrage după sine creşterea avansului la injecţie, deoarece volumul dislocuit se micşorează odată cu turaţia. Acest inconvenient este rezolvat cu ajutorul unor corectoare de debit. Variaţia avansului cu sarcina şi cu turaţia De cele mai multe ori, modificarea sarcinii este asigurată construind partea superioară a pistonului elementului ca în figura. La această soluţie începutul injecţiei este fix şi sfârşitul variabil, întru-cât rampa elicoidală este opusă suprafeţei frontale a pistonului. Dacă se urmăreşte ca avansul la injecţie să se modifice odată cu sarcina, se dispune axa elicoidală în aşa fel încât să intersecteze suprafaţa frontală a pistonului, începutul injecţiei fiind variabil, iar începutul fix. La micşorarea sarcinii rampa închide mai tîrziu orificiile de admisie, realizând scăderea automată a avansului cu sarcina. În unele cazuri sunt prevăzute două rampe variabile, modificarea sarcinii făcându-se prin modificarea începutului şi sfârşitului injecţiei. La pompele care echipează motoare de autovehicule, variaţia automată a avansului cu turaţia se poate realiza prin montarea unui dispozitiv centrifugal de antrenare. Acest dispozitiv, echipat cu arcuri şi contragreutăţi, va modifica poziţia relativă între arborele cotit şi pompă în funcţie de turaţie. Sistemul de injecţie Common Rail se compune din un rezervor în care presiunea de motorină este menţinută constantă şi este transferată către injectoarele care sunt acţionate electromagnetic. Avantajul sistemului constă în presiunile mari care se pot obţine şi posibilitatea de a regla automat avansurile şi duratele de injecţie. 19