Stabilirea formulei funcțional constructive la un automobil

Cap.I STABILIREA FORMULEI FUNCTIONAL CONSTRUCTIVE

Formula functional-constructiva cuprinde ansamblul solutiilor de principiu care confera motorului o anumita individualitate.

Motorul proiectat face parte dupa puterea nominal si utilizare ,din categoria motoarelor usoare care cuprinde motoare cu aprindere prin scanteie (MAS) si prin comprimare (MAC) pentru autovehicule rutiere,ambarcatiuni mici,avioane,utilizari industriale pe instalatii fixe si mobile (transportabile) de putere mica (grupuri motocompresoare,motopompe,grupuri electrogene),masini de lupta al caror diametru al cilindrului (alezaj) nu depaseste D≤150 mm.

Pentru ca utilajele echipate cu astfel de motoare sa aiba performante ridicate se cer indeplinite cateva cerinte importante cu privire la motor :

Compactitate ridicata, exprimata prin gradul de compactitate δ=V_t/Llh×100% si densitatea de putere ρ_p=P_n/Llh[kW/m^3 (V_t-cilindreea totala; P_n-puterea nominala;L-lungimea;l-latimea;h-inaltimea motorului);

Masa si gabarit reduse exprimate prin masa litrica m_L=m/V_t [ kg/〖dm〗^3 ], masa/unitate de putere [kg/kW] cat mai reduse, respectiv puterea litrica P_L=P_n/V_t [ kW/〖dm〗^3 ] cat mai ridicata , care implica insa si un grad de fortare a motorului mai mare ( solicitari termomecanice mai ridicate), exprimat prin puterea specifica P_s=P_n/((iπD^2)/4) (m-masa motorului; i- numarul de cilindri);

Economicitate ridicata (randamentul efectiv indicat, consum specific de combustibil si lubrifiant redus);

Poluare chimica (prin noxele din gazelle de evacuare ,scapari de combustibil) si sonora (zgomot) a mediului ambiant cat mai redusa potrivit normelor internationale;

Calitati bune de exploatare : pornire usoara, durabilitate si siguranta in exploatare (fiabilitate), mers linistit, adaptabilitate la tractiune (exprimata prin coeficientul de adaptabilitate la tractiune a=M_(e_max )/M_(e_p ) si de elasticitate e=n_M/n_P, unde M_(e_max ) este momentul efectiv maxim realizat la turatia n_M si M_(e_P ) este momentul la puterea maxima realizata la turatia n_P;

Performante economice: cost C_m redus al motorului exprimat prin costul unitatii de putere [lei/kW] si de masa [lei/kg] precum si cost redus al unitatii de energie in exploatare [lei/tona exploatata,masa].

1.Solutia constructive

1.1.Numarul de timpi ai ciclului motor (τ)

Motoarele in doi timpi au avantajul unor puteri litrice ridicate (cu cel putin 50% fata de motoarele in patru timpi de aceeasi turatie) si al simplitatii constructive prin absenta mecanismului de distributie prin supape la motoarele foarte mici. In schimb prezinta dezavantajele unui randament efectiv redus din cauza desfasurarii schimbarii gazelor in conditii mai dificile, ceea ce conduce si la un grad mai mare de poluare a mediului prin emisii de noxe din gazelle de evacuare.

Pentru aceste motive motoarele in doi timpi si-au gasit utilizarea numai la motoarele la care cele doua avantaje devin preponderente (foarte mari, respectiv foarte mici). In consecinta pentru motorul proiectat s-a adoptat ciclul in patru timpi. (τ=4)

1.2.Combustibilul utilizat

S-a ales combustibil de natura petroliera,benzina,inca utilizat la marea majoritate a motoarelor MAS, amestecul aer-combustibil avand loc in exteriorul cilindrului.

1.3.Tipul admisiei

Motoarele in patru timpi pot avea admisia normal (aspiratie) sau fortata (prin supraalimentare). Supraalimentarea a aparut initial ca metoda de refacere a puterii la altitudine (la motoarele de avion cu piston,odata cu cresterea plafonului de zbor in timpul celui de-al doilea Razboi Mondial). Astazi, reprezinta principala cale de sporire a puterii litrice a motoarelor Diesel.

Singurul dezavantaj il constituie inertia pe care o manifesta grupul de supraalimentare in regimuri tranzitorii, care duce la aparitia fumului in gazele de evacuare la pornire si accelerare.

La motorul proiectat s-a adoptat admisia normala. Admisia normala are loc atunci cand fluidul proaspat patrunde in cilindru sub actiunea mediului ambiant, asociata cu efectul de deplasare a pistonului. In acest caz, aerul, inainte de a patrunde in sistemul de admisie are presiunea (p_0) si temperatura (T_0) a mediului ambiant.

1.4.Procedeul de ardere si coeficientul de exces de aer (λ=0,85)

Trasaturile fundamentale ale arderii in MAS deriva din faptul ca in momentul declansarii scanteii electrice, amestecul aer-combustibil din cilindru se gaseste in stare de omogenitate, fara de care nu este posibila nici aparitia focarului initial (nucleu de flacara), nici raspandirea flacarii in toate directiile, pana la cuprinderea in intregime a amestecului.

Desfasurarea normala a procesului de ardere din MAS consta din arderea treptata a amestecului aer-combustibil ca rezultat al propagarii unei flacari (front de aprindere) in amestecul initial de la un nucleu, produs de flacari cu viteze moderate 25……50(m/s) poarta numele de ardere normala, intrucat el este singurul proces care determina o eficienta economica ridicata, nu provoaca avarierea sau uzarea rapida a motorului si poate fi dirijat sau controlat.

In anumite conditii apar fenomene perturbatorii, care impiedica, desfasurarea arderii normale. Astfel,uneori este posibil, catre sfarsitul arderii normale, inainte ca frontul de aprindere sa cuprinda amestecul in intregime, sa apara in zona finala o accelerare puternica a arderii, un fenomen de autoaprindere a ultimei portiuni de amestec. In acest caz, procesul de ardere este cunoscut sub numele de detonatie. Alteori este posibil ca desfasurarea arderii normale sa fie insotita de aparitia unor aprinderi ale amestecului de la punctele sau suprafetele calde din camera de ardere, inainte sau dupa producerea scanteii, cu formarea unuia sau mai multor fronturi de aprindere suplimentare. In acest caz , procesul de ardere poarta denumirea de ardere cu aprinderi secundare.

1.5.Raportul de comprimare (ε=8)

Cresterea raportului de comprimare reprezinta principala cale de sporire a economicitatii motorului cu ardere interna.

In acest context,tinand seama de realizarile recente in domeniu, s-a ales ε=8.