|
Cuprins Procesul arderii în motorul cu ardere interna .......... ..... ...... .......... ..... ...... ................. 2 |
|
|
|
Compozitia produsilor arderii si temperatura flacarii .......... ..... ...... ........................... 2 Stoichiometria arderii.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ...... 2 Gazele arse rezultate.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ........ 3 Caldura de reactie.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ............ 4 Calculul temperaturii flacarii .......... ..... ...... .......... ..... ...... ......................... 5 Caracteristici generale de oxidare. Elemente de teorie cinetica.......... ..... ...... ............ 5 Propagarea flacarii.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ........... 6 Arderea în m.a.s. .......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ..................... 8 Arderea normala.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... .............. 9 Aprinderea prin scânteie.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... 10 Influentele unor factori asupra arderii normale.......... ..... ...... ........................... 14 Arderea anormala .......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... 17 Arderea în motorul cu aprindere prin comprimare.......... ..... ...... .............................. 19 Particularitati. Procedee de formare a amestecului .......... ..... ...... ..................... 19 Camera de ardere unitara.......... ..... ...... .......... ..... ...... .............................. 19 Camerele de ardere divizate.......... ..... ...... .......... ..... ...... ......................... 20 Injectia combustibilului.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... . 21 Vaporizarea si amestecarea.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......................... 22 Întârzierea la autoaprindere.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......................... 23 Desfasurarea procesului si perioadele arderii.......... ..... ...... .............................. 24 Influentele unor factori asupra arderii.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... 26 |
|
|
|
Procesul de destindere.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ................... 30 |
|
|
|
INTERNĂ |
|
Compozitia produsilor arderii si temperatura flacarii |
|
Stoichiometria arderii |
|
Aerul necesar arderii este cantitatea de aer necesara pentru arderea combustibilului respectându- se principiul conservarii masei pentru fiecare component în parte. În general, pentru o hidrocarbura cu compozitia generala C mH n reactia globala de oxidare are forma: C mH n aO 2 = bCO 2 cH O Daca se face echilibrul molar al reactiei va rezulta: n n C m H + m O mCO + H O Aerul atmosferic uscat are circa 20.95 % O 2, 78,09 N 2 0,93% Ar, ceilalti componenti fiind în proportii neglijabile. Se poate considera ca aerul are 21% O , si 79% N 2 astfel la un mol de O rezulta 3,77 moli N . Ecuatia completa a arderii va avea forma: |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C m H + m O + 3,773N mCO + |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
n |
|
H O s |
|
m N |
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
Daca combustibilul utilizat contine oxigen în molecula sa, acesta trebuie luat în considerare si se poate stabili cantitatea teoretica pentru arderea combustibilului C mH nO 2 care este |
|
A |
|
s = |
|
|
|
m |
|
n t 2 |
|
|
|
La etanol C H 5OH rezulta cantitatea de oxigen necesara este de 3 moli/mol combustibil sau 14.286 mol aer/mol comb. |
|
variabile, a caror componenta este greu de stabilit. Pentru a 252h73c usura definirea cantitatii de aer necesar pentru ardere se poate determina cantitatea de aer necesare pentru ardere se poate determina proportia masica a principalelor componente ale combustibilului: (carbon c (kg/kg comb), hidrogen |
|
h (kg/kg comb). O alta aproximare care se poate face este aceea benzina=octan C 8H cetan C H 34 ,gaz natural (~ metan) CH |
|
motorina |
|
Se mai poate face aproximatia pentru benzina c= 0.854 h=0.142 o=0,004 si motorina c=0.857, h=0,123 si o=0,01 pentru aerul necesar arderii este 14,8 si 14,5 kg/kg. Cu ajutorul acestor proportii se poate determina cantitatea de oxigen arderii cu relatia: |
|
h |
|
o |
|
|
|
c |
|
h |
|
o |
|
O |
|
s = |
|
c |
|
,iar aerul necesar arderii A s |
|
32 |
|
|
|
) kmol / kg . 32 |
|
|
|
Aceste relatii sunt valabile în cadrul notiunii de ardere stoichiometrica, ceeace ce înseamna ca tot aerul aflat în amestec cu combustibilul este utilizat pentru ardere. Amestecul dintre aerul existent în motor si cantitatea de combustibil este definita cu ajutorul excesului de aer. Acesta este raportul dintre aerul aflat în cilindru si aerul minim necesar arderii si |
|
are relatia l = L/Lmin |
|
. Daca l<1 aerul din cilindru este mai putin decât aerul necesar arderii si |
|
amestecul este definit ca fiind bogat. Pentru l=1 amestecul este stoichiometric, aerul aflat în cilindru fiind utilizat în totalitate pentru arderea combustibilului. Daca l>1 atunci exista aer în exces în raport cu cantitatea de combustibil care se gaseste în cilindru, iar amestecul este definit ca sarac. Pentru fiecare tip de combustibil utilizat se pot determina o limitele de inflamabilitate ,respectiv excesele de aer minim si cel maxim la care amestecul dintre aer si combustibil se poate aprinde. Daca amestecul se gaseste în afara acestui interval aprinderea nu este posibila, fie ca exista prea mult, fie prea putin combustibil. Pentru un anumit tip de benzina zona de inflamabilitate se gaseste pentru l cuprins între 0,4 si 1,86. |
|
Gazele arse rezultate Arderea combustibililor se face în doua moduri, din punct de vedere al gazelor de ardere: Arderea amestecurilor sarace, cu producere de CO 2, H 2O, N 2 si O Arderea amestecurilor bogate cu producere de CO, CO 2, H 2O, N 2 si O |
|
|
|
|
|
Component CO CO H 2O O N Cantitate totala de gaze |
|
Ardere completa |
|
Kmol/kg c/12 h/2 l-1)Lmin lLmin Lmin l +c/12+h/2 |
|
Kg/kg 11/3 c 9h l-1)Lmin lLmin |
|
Kmol/kg 1/12(c-5.04(1-l)Lmin l)Lmin h/2 lLmin lLmin+c/12+h/2 |
|
Ardere incompleta Kg/kg |
|
11/3(c-0.173(1-l)Lmin l)Lmin 9h lLmin |
|
O formula aproximativa pentru determinarea cantitatii de aer admisa în cilindru prin analiza gazelor de ardere permite determinarea excesului de aer din concentratiile de gaze de ardere: |
|
ma mc |
|
|
|
C |
|
8C |
|
co |
|
co |
|
1 5.C C O |
|
C o |
|
C hc |
|
11C CO |
|
4C o |
|
86C hc + 84Q |
|
cu m a masa aerului, m c masa de combustibil, C concentratia gazelor specifice în gazele arse uscate, iar Q = (97,7 -C co2-1.5C o2 -C o2-C hc Disocierea este un fenomen întâlnit la temperaturi ridicate, atunci când moleculele se descompun în atomi si grupuri de atomi. Acest fenomen este endotermic si se întâlneste mai ales la MAS. Reactiile se pot întâlni în ambele sensuri. |
|
2CO 2CO O |
|
2H O 2H + O |
|
Aparitia disociatiei poate conduce la reducerea randamentului, dar în general ponderea acestui fenomen este redusa, putându-se neglija. |
|
Caldura de reactie Reactiile chimice sunt însotite de degajare sau absorbtie de caldura. Se considera un calorimetru deschis, în care se dezvolta reactii complete ale arderii. Reactantii (combustibilul si oxidantul) intra în calorimetru la temperatura T si presiunea p iar produsii ies în aceiasi stare. Caldura cedata în aceste conditii de produsii arderii sistemului de racire al calorimetrului se numeste caldura de reactie la presiune constanta. Caldura cedata calorimetrului este egala cu variatia de entalpie |
|
Qp |
|
H H DH |
|
p |
|
r |
|
reactie unde p si H se refera la produsi, respectiv reactanti. |
|
O alta marime care caracterizeaza un combustibil este caldura de reactie la volum constant. Aceasta este cantitatea de energie care se produce din reactia unui combustibil cu un oxidant într-o |
|
gasesc direct în tabele. |
|
Calculul temperaturii flacarii |
|
Temperatura flacarii adiabate se poate determina prin rezolvarea ecuatiei: |
|
h T h T |
|
p p |
|
|
|
p |
|
|
|
p |
|
s |
|
h T h T Q = |
|
r r r r s p |
|
unde cu p s-au notat produsii, iar cu r reactantii si reprezinta diferentele de entalpie între cele doua zone. Q p este caldura de reactie la presiune constanta. Aceasta ecuatie se poate rezolva pentru un exces de aer si o presiune data la un exces de aer dat. Astfel pentru octan rezulta la l=1,0 , p=3MPa ->T=2600 K. |
|
1.2 Caracteristici generale de oxidare. Elemente de teorie cinetica |
|
Ecuatiile de ardere ale carbonului, hidrogenului reflecta doar stadiul initial si cel final al reactiilor, dar acestea trec printr-o serie de stadii intermediare. Cinetica arderii pune în evidenta mecanismul desfasurarii acestor stadii si factorii de influenta care permit controlul si dirijarea reactiilor de ardere. Conform teoriei cinetice a arderii viteza de desfasurare a unei reactii este proportionala cu numarul ciocnirilor dintre moleculele activate, care participa la reactie, în unitatea de timp. Viteza de reactie este variatia în timp a concentratiei substantelor participante la reactie. Considerând C concentratia unei substante initiale viteza de reactie este: |
|
2 i |
|
w = |
|
dc dt |
|
w = k |
|
|
|
Ci |
|
sau w = f ,C, p,T sau k constanta de reactie. |
|
E |
|
|
|
|
|
|
|
Exista catalizatori care accelereaza reactiile, dar nu participa la reactie. Pentru motoare sunt caracteristice reactiile înlantuite cu lanturi ramificate.Reactiile înlantuite se produc la orice ciocnire a elementelor reactive (atomi sau radicali liberi care au una sau doua valente libere) cu substante initiale sau intermediare. Un lant de reactii se întrerupe când elementul reactiv se ciocneste cu o molecula inerta, cu un alt element reactiv sau cu peretele. |
|
|
|
|
|
Propagarea flacarii Momentul aparitiei flacarii si modul în care se propaga au o influenta decisiva asupra eficientei ciclului, prin propagarea acestuia în amestecul combustibil aer. Flacara este zona în care au loc reactiile de ardere fiind însotite de luminozitate. |
|
Figura 1 Schema propagarii flacarii laminare si turbulente În amestecuri cu miscare laminara reactiile de ardere se desfasoara pe o zona îngusta numita front de flacara care se propaga dupa normala la suprafata. Daca miscarea este turbulenta exista un front de aprindere în care zona cu reactii are o adâncime mai mare. Flacara laminara se propaga cu o viteza care este determinata mai ales de miscarea turbulenta a gazelor în cilindru. În figura 1 se prezinta schematic modul de propagare al flacarii laminare, cu o grosime de reactie practic nula si varianta flacarii turbulente, cu o adîncime de reactie, în care apar variatii de temperatura si concentratii ale compusilor. Flacara laminara O flacara laminara poate fi considerata ca fiind formata din trei zone distincte: o zona de preîncalzire în general neluminoasa cu un gradient pronuntat de temperatura, o zona de reactii, în general luminoasa si o a doua zona de reactii în general mai putin luminoasa, cu temperaturi ridicate, dar gradienti redusi în care se produc reactii de recombinare. Viteza de propagare este numita si viteza de ardere. Aceasta depinde de mai multi parametrii: |
|
|
|
dozaj. Viteza de reactie si coeficientul de difuzivitate termica au influente opuse asupra grosimii flacarii. Viteza flacarii va prezenta un maxim de dozaje usor îmbogatite pentru care viteza de reactiei si temperatura flacarii sunt maxime. Aceasta propietate face ca puterea maxima atinsa la un m.a.s. sa se faca la dozaje subunitare. Limite de inflamabilitate Propagarea stabila a flacarii este posibila daca fluxul de caldura si de elemente reactive din zona reactiilor chimice aduce succesiv straturile adiacente din zona de preîncalzire în starea în care se declanteaza aprinderea. Conditia autosustinerii flacarii este satisfacuta într-un interval limitat numit amestec de inflamabilitate. Valorile concentratiei minime si maxime au fost stabilite: |
|
Dozaj Alcool etilic Hidrogen Normal octan Propan |
|
lmax |
|
lmin |
|
Flacara turbulenta Flacara turbulenta apare la interactiunea între o reactie chimica de ardere peste care se suprapune o miscare de tip turbulent. Aceasta conduce la deplasarea particulelor în câmpul de viteze si propagarea elementelor active în afara zonei propriu-zise de reactie. Viteza flacarii turbulente se defineste prin masa medie de substanta consumata în unitatea de timp si pe unitatea de suprafata raportata la densitatea amestecului proaspat. Aria suprafetei de flacara nu mai poate fi determinata. Flacari difuzive Reactiile chimice se desfasoara sub forma gazoasa. O categorie deosebita de sisteme de ardere se caracterizeaza prin amestecarea în flacara a combustibilului cu aerul. Combustibilul, introdus sub forma unui jet de gaz sau în faza lichida pulverizata, se amesteca cu aerul prin difuziune moleculara si turbulenta. Procesul de amestecare este relativ lent în comparatie cu reactiile chimice ale arderii, viteza de amestecare devine factorul care controleaza viteza de ardere. În functie de natura proceselor amestecarii, cu rol determinant în viteza arderii, flacara se numeste difuziva. |
|
|
|
Un model ideal prezinta flacara difuziva ca pe o zona de grosime foarte mica, datorita vitezelor relativ mari ale reactiilor chimice, în care fluxurile de combustibil în faza gazoasa si de oxigen se afla în raport stoichiometric. Combustibilul si oxigenul difuzeaza spre zona de reactie, iar în zona de reactie acestea se combina. Caldura de reactie întretine vaporizarea combustibilului lichid. Combustibilul este introdus sub forma de picaturi. Acestea au dimensiuni variate, descrise statistic. În functie de caracteristicile pulverizarii, de densitatea particulelor din jet si de proprietatile combustibulului, arderea difuziva este controlata de arderea particulelor elementare. |
|
1.3 Arderea în m.a.s. |
|
Pentru motorul conventional cu aprindere prin scânteie este caracteristica arderea turbulenta a unui amestec omogen de combustibil, aer si gaze arse reziduale. Formarea amestecului combustibil cu aerul este initiata de sistemul de admisie prin carburatie sau injectie si se termina în cilindru. Chiar daca mai sunt introduse picaturi în cilindru prin carburatie sau injectie în cursa de comprimare acestea se vor amesteca cu aerul formând un amestec omogen. În conditii normale arderea este initiata înainte de sfârsitul cursei de comprimare, în general cu ajutorul unei scânteii electrice; acum amestecul se poate considera omogen. Dupa aprindere se formeaza o flacara turbulenta, care se propaga în amestec cu viteze moderate de 25-50 m/s pâna la contactul cu peretii camerei de ardere. Anumite conditii speciale fac posibila arderea anormala. Aceasta manifestare se poate defini fie sub forma detonatiei sau a ardeii cu aprinderi secundare. Arderea cu detonatie se caracterizeaza prin autoaprinderea unei parti din amestec din fata flacarii turbulente normale, înainte de terminarea procesului. Arderea aprinderii secundare este initiata de diverse puncte calde aflate în camera de ardere (depuneri de calamina) care fac ca sa existe în camera de ardere mai multe zone de aprindere, ca si cum ar fi mai multe bujii. |
|
|
|
|
|
Arderea normala Perioadele arderii Arderea normala se studiaza cu ajutorul diagramei indicate. |
|
Figura 2 Diagrama indicata la m.a.s. cu fazele arderii Pe diagrama se indica pozitia în care are loc declansarea scânteii electrice cu un avans fata de p.m.i. Prima perioada a arderii Faza initiala care începe cu formarea nucleului de flacara. Se considera ca în punctul s areloc declansarea scânteii electrice, iar din momentul c în care au loc desprinderea fata de curba antrenata în care se considera ca s-a format un nucleu de flacara suficient de mare pentru a porni arderea. Durata primei perioade (de formare a nucleului de flacara) este dependenta de factorii fizico-chimici (presiune, dozaj, natura combustibilului), care influenteaza viteaza reactiilor chimice. Modificarea favorabila a acestor factori va conduce la cresterea vitezei de reactie si scurtarea arderii. |
|
|
|
|
|
Perioada a doua A doua perioada a arderii numita si perioada principala a arderii în care viteza de propagare a flacarii atinge valori mari (25-50 m/s). Durata perioadei principale se desfasoara din momentul în care se termina prima perioada pâna când flacara atinge peretii cilindrului. În aceasta perioada factorii fizici au o importanta redusa, efectul turbulentei fiind determinant. Viteza de propagare a flacarii este determinata decisiv de miscarea aerului în cilindru (turbulenta) si atinge valori cuprinse între 20...40 m/s. Perioada a treia Cea care se desfasoara între punctul de presiune maxima si zone în care reactiile chimice înceteaza. Aceasta zona nu este favorabila, deoarece arderea are loc în destindere, cu randamente scazute si este controlata în special de natura chimica a combustibilului si de factorii fizico-chimici care controleaza viteza de reactie. Arderea se poate studia pe baza diagramei indicate sau cu ajutorul înregistrarilor rapide din camera de ardere. |
|
Aprinderea prin scânteie |
|
La motorul cu aprindere prin scânteie declansarea arderii normale este comandata prin scânteie electrica. Jetul de plasma format între electrozii bujiei initiaza reactiile chimice ale aprinderii, care genereaza în continuare o flacara capabila sa se propage în masa de amestec omogen inflamabil. Dezvoltarea flacarii depinde de multi parametri, viteza locala a fluidului, calitatea acestuia, etc care pot genera la un moment dat si probleme de neaprindere. |
|
Sisteme de aprindere |
|
Figura 3 Sistem de aprindere conventional |
|
|
|
|
|
Sistemul de aprindere conventional, cu bobina de inductie si ruptor, include bateria BA, întrerupatorul I, bobina de inductie BI, ruptorul R, distribuitorul D, bujiile B, conductoarele de înalta tensiune CIT, condensatorul C. În situatia în care întrerupatorul I si ruptorul R sunt închise, curentul furnizat de baterie trece prin înfasurarea primara a bobinei si contactele ruptorului la masa. Curentul stabileste un câmp magnetic în miezul de fier al bobinei. Atunci când cama ruptorului comanda desfacerea contactelor ruptorului si implicit întreruperea curentului primar se produce variatia fluxului magnetic; în consecinta se induce o tensiune între înfasurarile primare si secundare ale bobinei. Tensiunea indusa în secundar este condusa de distribuitor la bornele unei bujii, unde se declanseaza scânteia. Sistemul de aprindere tranzistorizat, comandat prin ruptor |
|
Figura 4 Sistem tranzistorizat, cu ruptor Tranzistorul T este utilizat ca ruptor în locul ruptorului cu contacte din circuitul primar al variantei clasice. Întru-cât tranzistorul are caracteristica de releu trebuie sa realizeze comutarea la fel ca un releu si pentru aceasta se introduce comutatorul de control comandat de cama R. Când contactul este închis un curent de control I trece de la baza BT si tranzistorul conduce între emitorul ET si colectorul CT. Daca contactul ruptorului este deschis, nu trece curent la baza si tranzistorul nu conduce electric; circuitul primar este întrerupt, corespunzator unui întrerupator în pozitia deschis. Sistemul are doua avantaje importante: se obtine o crestere a curentului din circuitul primar si ca o consecinta o crestere în secundar. Un al doilea avantaj este modificarea rolului ruptorului mecanic care nu mai trebuie sa întrerupa curenti mari, ceea ce îi confera o durata mai mare de functionare. |
|
|
|
|
|
Sistemul de aprindere tranzistorizat, fara ruptor mecanic |
|
Figura 5 Sistem tranzistorizat, fara ruptor Acesta realizeaza controlul unghiului de închidere a circuitului primar al sistemului de aprindere cu ajutorul unui generator de impulsuri prin inductie.În prima varianta dispozitivul este format dintr-un stator cu dinti- unitati cu magnet permanent si bobina cu miez -si un rotor cu dinti montat pe axul distribuitorului. Numarul de dinti corespunde cu numarul de cilindri ai motorului. Modul de functionare se bazeaza pe variatia fluxului magnetic prin miezul bobinelor. Momentul de declantare a scânteii este stabilit pe partea cazatoare a semnalului de tensiune, când bobina induce. Sistemele de aprindere cu performante ridicate sunt echipate cu bobine cu inductie ohnica mica a înfasurarii primare (sub 1 W). De aceea devin necesare doua sisteme de reglaj: a)un regulator de curent pentru limitarea curentului în bobina de inductie si a energiei acumulate b) sistem de control în bucla închisa a unghiului de închidere a circuitului primar. |
|
|
|
|
|
Sistem de aprindere cu descarcare capacitiva, fara ruptor |
|
Figura 6 Sistem cu descarcare capacitiva, fara ruptor În figura 6 legenda este urmatoarea: EI etaj de încarcare EC etaj de control EF etaj de formare a semnalului GII generator de impulsuri prin inductie Th tiristor C condensator TA transformator de aprindere. Aceasta varianta are drept caracteristica distincta acumularea energiei de aprindere iar |
|
|
|
câmpul unui condensator C. Nivelul energiei acumulate este determinat de relatia E |
|
cu |
|
|
|
Acumularea energiei se face la 400 V; pentru aceasta circuitul primar cuprinde un mic transformator TA. În momentul aprinderii se declanteaza tiristorul Th si condensatorul C se descarca în înfasurarea transformatorului de aprindere TA. Sistemul se caracterizeaza printr-o frecventa proprie ridicata a circuitului de medie si înalta tensiune a sistemului cu bobina de inductie si cresterea tensiunii este extrem de rapida. Energia descarcata este foarte mare si este utila pentru amestecuri sarace. Sisteme neconventionale de aprindere O varietate de sisteme care asigura descarcari electrice de putere mare, energia mare cu o durata mare sau care realizeaza declansarea procesului principal de ardere cu jet de înalta temperatura si chimic activ - jet de flacara si jet de plasma. Sistemele neconventionale de descarcare utilizeaza bujii speciale cu electrozi sau cu geometrie speciala, cu jocul electrozilor modificat. Acestea au o influenta speciala mai ales în utilizarea acestora pentru amestecuri sarace, la care aprinderea este instabila si este necesara o energie suplimentara. La aprinderea cu jet de flacara arderea se declanseaza mai întâi într-o anticamera care comunica cu camera principala prin unul sau mai multe ajutaje. Odata cu cresterea presiunii în aceasta zona sa amorseze curgerea gazelor în camera principala sub forma unor jeturi turbulente de flacara. |
|
|
|
|
|
|
|
1.3.3 Influentele unor factori asupra arderii normale 1.3.3.1 Calitatea amestecului |
|
Figura 7 Influenta dozajului asupra arderii Studiile suplimentare au evidentiat influenta dozajului asupra arderii din motor. Prin metoda înregistrarilor rapide s-au evidentiat duratele fazei initiale (0 -10%) si cea a arderii rapide (10-95%) din parcursul flacarii se evidentiaza o dependenta puternica fata de calitatea amestecului, ambele durate fiind minime pentru un dozaj bogat (l=0,83). Prin saracirea amestecului pâna la l Da creste de 1,4 ori. Influentele diverse în raport cu dozajul definesc o dependenta puternica a marimilor caracteristice ale motorului. Daca toti factorii caracteristici., inclusiv avansul se mentin constante. Se obtine o astfel de dependenta. De aceea exista un dozaj de putere maxima si un dozaj de economicitate maxima. La dozajul de economicitate puterea scade cu 7..12% iar randamentul scade cu 12..22% la putere maxima. |
|
Figura 8 Influenta dozajului asupra performantelor motorului |
|
|
|
|
|
1.3.3.2 Avansul la producerea scânteii electrice Influenta avansului a s asupra duratei arderii reflecta dependenta lor fata de parametrii de stare ai amestecului proaspat si caracteristicile turbulentei din cilindru, care sunt variabile pe ciclu. Astfel, durata fazei initiale, Da i depinde de conditiile de presiune si temperatura. La un avans mai mare nivelul de presiune si temperatura este mai coborât, deci durata fazei se mareste. Pentru faza urmatoare este de asteptat ca influenta turbulentei sa fie hotarâtoare astfel încât pozitionarea acesteia în zona de turbulenta maxima sa conduca la valorile cele mai reduse. |
|
Figura 9 Influenta avansului asupra diagramei indicate În diagrama sunt prezentate diagramele suprapuse ale presiunii, la diverse avansuri. La trecerea spre avansuri mai mari, degajarea de caldura este mai rapida si se concentreaza în jurul PMI, în zone cu variatii mici ale volumului cilindrului; diagrama tinde sa se apropie de diagrama ciclului teoretic de referinta; se mareste astfel lucrul mecanic indicat, dar si presiunile si temperaturile. Acestea se vor mari si deci va apare un avans care va avea lucru mecanic maxim. La micsorarea avansului aceste presiuni vor scadea, iar la crestere presiunile cresc, dar si în cursa de comprimare. 1.3.3.3 Turatia motorului Daca este asigurata mentinerea neschimbata a tuturor celorlalti factori, marirea turatiei antreneaza o crestere frânata a duratei fazelor arderii exprimate în grade de rotatie a arborelui cotit. |
|
|
|
|
|
Figura 10 Influenta turatiei asupra arderii normale Din datele prezentate în figura la o crestere a turatiei de circa trei ori , Da i creste cu circa 70/ iar , Da cu circa 15%. Durata în timp ale arderii se micsoreaza. Aceste tendinte sunt explicabile daca se ia în considerare interventia combinata a mai multor efecte: a) intensitatea turbulentei creste aproximativ proportional cu turatia b) temperatura amestecului creste proportional cu turatia ca urmare a scaderii transferului de caldura la pereti c) presiunea la admisie scade. Se stabileste ca odata cu turatia avansul trebuie majorat. 1.3.3.4 Sarcina motorului Pentru motorul cu aprindere prin scânteie micsorarea sarcinii se obtine prin închiderea partiala a obturatorului si astfel rezulta mai multe efecte defavorabile asupra arderii: a) scaderea presiunii de admisie si implicit a presiunilor în timpul arderii b) cresterea continutului de gaze arse reziduale c) scaderea intensitatii turbulentei. La un avans nemodificat acesti factori determina cresterea duratei initiale a arderii. De asemenea micsorarea turbulentei conduce la cresterea duratei pentru cea de-a doua faza. Aceasta se poate combate prin marirea avansului . |
|
|
|
|
|
1.3.4 Arderea anormala 1.3.4.1 Arderea cu detonatie Detonatia a aparut ca un fenomen care are o influenta negativa asupra arderii. Originea detonatiei a ramas o perioada lunga de timp controversata: autoaprinderea amestecului proaspat din fata flacarii turbulente normala; formarea unei unde de detonatie care se propaga în regim supersonic; accelerarea frontului flacarii turbulente normale; declansarea de reactii într-o portiune de încarcatura care a fost traversata de flacara, dar nu a ars complet. În prezent se accepta teoria autoaprinderii amestecului în fata flacarii turbulente normale, în ultima parte a procesului arderii. |
|
Figura 11 Manifestarea arderii cu detonatie În afara de zgomotul metalic ascutit, principalele manifestari ale acestui fenomen sunt: a) scaderea puterii si a randamentului de racire, tendinta de supraîncalzire a motorului c) functionarea cu trepidatii d) scaderea durabilitatii motorului. Influenta detonatiei este prezentata în figura si se pot face urmatoarele observatii:diagramele au o portiune initiala, ceea ce indica faptul ca arderea debuteaza normal.La un moment dat, în cursul arderii când apare fenomenul detonatiei intervine o crestere brusca a presiunii. Dupa atingerea presiunii maxime apar oscilatii care se atenueaza în timp. 1.3.4.2 Arderea cu aprinderi secundare O alta forma de manifestare anormala este provocata de aprinderea necontrolata a amestecului de combustibil de la surse calde din camera de ardere. Fiecare aprindere de acest fel genereaza o flacara turbulenta care se propaga în camera de ardere cu viteze tipice pentru a ardere normala. Sursele de aprindere se numesc surse secundare si arderea este cu aprinderi secundare. Pot aparea |
|
|
|
preaprinderi (înainte de scânteia de la bujie) sau post aprindere dupa scânteia de la bujie. Fenomenul ramâne în vigoare si dupa oprirea scânteii. 1.3.4.3 Influenta combustibilului asupra tendintei la detonatie.Evaluarea rezistentei la detonatie Rezistenta la arderea anormala, la detonatie reprezinta o caracteristica extrem de importanta a unui combustibil pentru utilizarea sa într-un m.a.s. Pentru combustibilii destinati motoarelor de automobil prima apreciere a proprietatilor antidetonante a fost metoda raportului critic de comprimare. Pe baza acestor metode se determina raportul de comprimare, la care în anumite conditii de încercare se poate înregistra o detonatie incipienta, determinata mai ales dupa zgomot. Aceasta era o metoda foarte relativa. Stabilirea scarii relative pentru definirea detonatiei a fost realizata cu impunerea a patru conditii: motor de constructie standard conditii standard de functionare metoda standard de determinare a intensitatii detonatiei pereche de combustibili standard de referinta Cei doi combustibili standard au proprietati opuse: unul detoneaza usor, celalalt greu. Cifra octanica procentul în volume de izooctan, care în amestec cu normal heptanul are aceiasi comportare la detonatie cu combustibilul încercat. Motorul de încercat este standard, dar functie de conditiile de încercare se pot determina doua variante:Research si Motor. Pentru combustibilii gazosi rezistenta la detonatie este definita prin cifra de metan. Acesta se face cu rapoarte volumice între metan CM =100 si hidrogen cu CM=0. Îmbunatatirea rezistentei la detonatie a benzinelor se face prin doua metode: prin prelucrarea chimica si prin aditivi cu proprietati antidetonante. O varianta este legata de prelucrarea chimica a benzinelor. O a doua varianta este legata de adaugarea unor mici cantitati de agenti antidetonanti cum ar fi tetraetilul de plumb Pb(C H 5 4) notat cu TEP. Alte variante sunt legate de utilizarea de combustibili neconventionali. Printre acestia se pot mentiona alcoolii, produsi organici oxigenati etc. |
|
|
|
1.4 Arderea în motorul cu aprindere prin comprimare 1.4.1 Particularitati. Procedee de formare a amestecului La motorul cu aprindere prin comprimare (m.a.c.) combustibilul lichid este injectat în ultima parte a cursei de comprimare. Combustibilul se autoaprinde în general înainte de terminarea injectiei, arderea se dezvolta în jeturile de combustibil. Exista mai multe particularitati: Arderea unui amestec eterogen face posibila aplicarea, la motorul cu aprindere prin comprimare, a principiului reglajului calitativ al sarcinii motorului; coeficientul global de dozaj variaza între l 2.0 la sarcina plina pânp la 6..8 la mers în gol. De aceea dispare necesitatea obturarii admisiei. Timpul disponibil pentru formarea amestecului este de 40..80ş RAC de 5-9 ori mai scurt decît la motorul cu aprindere prin scânteie. Din acesta cauza exista dificultati în formarea amestecului si pentru aceasta este necesara existenta unei rezerve de aer, în raport cu conditiile globale stoichiometrice. Problema unei bune amestecari si vaporizari este esentiala pentru m.a.c. Plasarea arderii în jurul PMI este dirijata în momentul când se declanseaza injectia si prin controlul întârzierii la autoaprindere. Pentru desfasurarea normala a arderii, întârzierea trebuie sa fie suficient de reproductibila.În prezenta unui câmp eterogen de concentratie, autoaprinderea combustibilului imediat dupa începutul injectiei nu poate conduce la detonatie, spre deosebire de m.a.s. De aceea este posibila adoptarea de rapoarte mult mai ridicate, cu cresterea randamentului ridicat. Controlul formarii amestecului si arderii în M.A.C. se realizeaza prin corelarea arhitecturii camerei de ardere si distributia combustibilului în camera, asigurata de procesul de injectie si miscarea organizata a fluidului motor. S-au dezvoltat diferite forme ale camerei de ardere. |
|
1.4.2 Camera de ardere unitara |
|
Este reprezentata de incinta constituita între piston, cilindru si chiulasa, în care se injecteaza combustibilul. Dupa modul de distributie al combustibilului se definesc doua variante: injectia în volum si cea în pelicula. |
|
|
|
|
|
Figura 12 Camere de ardere unitare Prima varianta reprezinta solutia traditionala în care combustibilul este injectat în volumul de ace din camera, evitându-se depunerea acestuia pe perete. Pentru favorizarea formarii amestecului, se mareste uniformizarea repartizarii combustibilului în camera de ardere, prin mai multe masuri: adoptarea unei camere de ardere a carei geometrie urmareste formarea jeturilor de combustibil (camera de ardere deschisa); se utilizeaza un injector cu mai multe orificii de injectie, dispus pe axa camerei de ardere. 2. realizarea unei injectii cu caracteristicile generale necesare uniformizarii distribuirii combustibilului penetratie si dispersie mare, pulverizare fina a combustibilului în jet. La motoarele rapide cu alezaje mai mici se poate organiza o miscare de rotatie a aerului. Procedeul cu distributia combustibilului în pelicula (figura 13c) pe peretele camerei s-a aplicat tot la motoarele rapid cu alezaje mici si mijlocii. Camera de ardere este amenajata în piston, iar injectorul, de tipul cu un singur orificiu de injectie, dirijeaza combustibilul spre pereti. Aerul din camera, antrenat în miscare de rotatie, realizeaza întinderea combustibilului pe perete sub forma de pelicula si controleaza vaporizarea si amestecarea. |
|
Camerele de ardere divizate |
|
Sunt caracterizate prin prezenta a doua compartimente:camera separata, de volum constant si plasata în chiulasa, în care se injecteaza combustibilul si camera principala, de volum variabil, constituita între piston, cilindru si chiulasa. Cele doua compartimente comunica prin unul sau mai multe canale. Spre deosebire de camerele de ardere nedivizate, la care miscarea principala a aerului se desfasoara în camera pornind de la admisie si este o miscare de rotatie, la acest tip de motor miscarea este de translatie si se desfasoara de la camera principala spre camera secundara. Combustibilul este injectat printr-un injector cu un singur orificiu în sensul de miscare al aerului. |
|
|
|
|
|
|
|
Figura 13 Motoare cu camere separate La procedeul cu camera separata de ardere canalele de legatura cu camera de ardere au o sectiune totala relativ mica, dispuse convenabil pentru ca în cursul comprimarii sa genereze o miscare turbulenta convenabila. Declansarea arderii provoaca curgerea gazelor spre camera principala, determinând pulverizarea suplimentara a combustibilului. De aceea injectia se poate face la presiuni relativ reduse. Camerele de ardere separate au avantajul de a asigura fie o functionare mai linistita a motoarelor, fie o functionare la turatii mai ridicate. |
|
Injectia combustibilului |
|
Injectia se face prin injectia care asigura o anumita forma a jetului de combustibil pulverizate, în functie de constructia pulverizatorului, presiunea de injectie, contrapresiunea aerului si natura combustibilului. |
|
Figura 14 Jetul de combustibil |
|
|
|
Jetul de combustibil este caraterizat prin distanta maxima strabatuta (penetratia), latimea maxima l, unghiul de dispersie d .Injectia optima se poate considera ca are loc atunci când combustibilul este astfel pulverizat, încât fiecare particula este înconjurata de o cantitate de aer suficienta, care sa-i permita o ardere rapida si completa. Pe baza înregistrarilor fotografice este pus în evidenta jetul care este alcatuit dintr-o zona centrala (hasurata) sub forma unor picaturi mari si zona laterala înconjurata de zona de picaturi neuniforme în sectiune transversala si de-a lungul jetului. Modul de injectie este definit de diametrul picaturilor si frecventa lor de aparitie. În functie de presiunea de injectie, picaturile devin tot mai mici odata cu cresterea presiunii. |
|
Figura 15 Variatia diametrului picaturilor în raport cu pozitia sectiunii (a) si presiunea de injectie (b) Cercetarile experimentale au aratat ca procesul formarii picaturilor depinde si de contrapresiunea din camera de ardere.Calitatea optima a injectiei pentru formarea corespunzatoare a amestecului depinde de corelarea adecvata a penetratiei, dispersiei finetii si omogenitatii pulverizarii. În general este necesara evitarea contactului jetului cu peretii, ceea ce ar genera o asezare a picaturilor pe perete. |
|
Vaporizarea si amestecarea |
|
Procesul de amestecare a unui jet tranzitoriu de picaturi care se evapora este controlat de fenomenele vaporizarii combustibilului si amestecarii turbulente cu aerul. Înregistrarile fotografice indica prezenta miezului care este înconjurata de vapori si picaturi fine. Acestea avanseaza spre camera de ardere. Jetul are tendinta de a se vaporiza,iar zona lichida se micsoreaza permanent. În zona de jet se amesteca combustibilul cu aerul. În studiile actuale se face demonstratia ca vaporizarea este un proces relativ rapid în conditii normale, viteza formarii amestecului în limitele inflamabilitatii fiind limitata de viteza amestecarii turbulente a vaporilor cu aerul. |
|
Întârzierea la autoaprindere Întârzierea fizica si chimica Autoaprinderea la motorul diesel se produce la capatul unui proces care transforma combustibilul lichid în amestec inflamabil format din vaporii combustibilului cu aerul. Combustibilul se pulverizeaza, iar picaturile rezultate se încalzesc si vaporizeaza pentru ca vaporii sa se amestece prin difuziune turbulenta cu aerul antrenat în jet. În unele zone se formeaza amestecuri cu concentratii favorabile se produc transformari care evolueaza în lant pâna la autoaprindere. Fenomenele de natura fizica au o durata definita, în general, ca întârziere fizica la aprindere si depind de factori de ordin constructiv si functional care controleaza formarea amestecului în jet de proprietatile fizice ale combustibilului si de conditiile de stare. Cercetarile experimentale arata ca vaporizarea combustibilului este accelerata de temperatura aerului în care se face injectia, marirea excesului de aer, cresterea temperaturii peretilor si de viteza relativa aer-combustibil Transformarile de natura chimica au ca durata întârzierea chimica la autoaprindere. Fata de autoaprinderea la m.a.s. caracterul acesteia este mai complex, polistadial. Când combustibilul vine în contact cu oxigenul (la temperatura relativ joasa 600 1000 K) are loc un proces endotermic de oxidare al moleculelor, cu formare de peroxizi. În stadiul urmator, la o anumita concentratie a peroxizilor are loc descompunerea acestora în aldehide si radicali, apare o crestere usoara a presiunii si o luminozitate stadiul flacarilor reci. Oxidarea în continuare a aldehidelor conduce la aparitia radicalilor si a oxidului de carbon, respectiv zona flacarilor albastre. La sfârsitul acestei zone apare zona propriu-zisa de reactie, respectiv zona flacarilor calde. Aparitia acestui stadiu conduce la reactii de formare a bioxidului de carbon si vaporilor de apa, degajare a caldurii si cresterea sensibila a presiunii si temperaturii. Viteza globala a reactiilor care se încheie prin autoaprindere poate fi exprimata cu relatia: |
|
E |
|
wr |
|
k C c C O exp( RT |
|
m n |
|
|
|
unde C c si CO2 |
|
reprezinta concentratiile de combustibil, respectiv de oxigen, E energia aparenta de |
|
activare pentru reactiile globale ale autoaprinderii. |
|
|
|
|
|
1.4.7 Desfasurarea procesului si perioadele arderii |
|
Formarea amestecului la MAC începe cu injectia combustibilului (punctul i) cu avansul la injectie b i si dureaza pâna la sfârsitul arderii (punctul Z) injectia combustibilului este necesar sa se termine cam pâna în punctul de presiune maxima. Temperatura aerului trebuie sa fie ridicata pentru a facilita autoaprinderea, de aceea se creste raportul de comprimare. |
|
Figura 16 Analiza ciclului la m.a.c. Pe durata intervalului ic se realizeaza injectia combustibilului în aerul din cilindru, în care exista si gaze arse. În punctul c se realizeaza autoaprinderea si flacara cuprinde întreaga camera. Injectia continua pâna undeva în jurul punctului Z sau Z΄. Din acest considerent exista patru perioade ale arderii: 1. Perioada întârzierii la autoaprindere începe din momentul injectiei si dureaza pâna în punctul c (momentul de desprindere al curbei de ardere fata de cea fara ardere). În aceasta |
|
|
|
perioada se desfasoara fenomene de amestecare si de consumare a întârzierii chimice a autoaprinderii. Aceasta perioada se poate evalua cu ajutorul unei relatii de calcul de tipul: |
|
t aa |
|
K p |
|
n |
|
A exp ;unde A, n, aconstante p, T u temperatura din camera de ardere. |
|
T |
|
Cifra cetanica reprezinta usurinta autoaprinderii, caracterizata prin întârzierea la autoaprindere, reprezinta o proprietate principala a combustibilului diesel. În conditii normale de lucru, aceasta durata este cea mai importanta în controlul arderii. La temperaturi ambiante aceasta caracteristica usureaza pornirea la rece. Pentru evaluarea calitatii de autoaprindere a combustibililor se utilizeaza cifra cetanica, care se determina pe un motor standard în conditii bine precizata. Cifra cetanica este definita de amestecul a doua hidrocarburi pure (n-cetan si heptametilonan) (C c=100+Cc=15) care prezinta calitati de autoaprindere identice cu cele ale motorului testat. Cc = (%n cetan ) + 0.15 (% HMN) 2. Perioada a doua: arderea rapida care urmeaza autoaprinderii si dureaza pâna în punctul y este caracterizata prin dezvoltarea rapida a arderii în întreaga camera de ardere prin degajarea unei cantitati importante de caldura într-un interval redus de timp, ce determina o crestere rapida a presiunii si temperaturii. Viteza rapida de crestere a presiunii va determina un fenomen numit detonatie diesel, cu zgomote specifice si mers dur. Pentru a putea regla aceasta crestere a presiunii este necesara realizarea unei corelatii între legea de injectie, avans si viteza de amestecare. Aceasta perioada se mai numeste si arderea amestecurilor preformate. 3. Perioada a treia: arderea difuziva este prezenta în zona aratata cu yz si se manifesta printr-o variatie relativ mai redusa a presiunii. Aceasta se explica prin aportul mai redus al caldurii degajate si prin marirea volumului camerei de ardere la deplasarea pistonului. Arderea are un caracter difuziv (este controlata mai ales de amestecarea vaporilor cu aerul) si în aceasta zona este prezenta aparitia funinginii. Acest fenomen se datoreaza imperfectiunii amestecului si existentei unor zone cu o importanta lipsa de oxigen în anumite zone ale jetului. Pentru reducerea fumului la evacuare exista câteva procedee importante: marirea excesului de aer, intensificarea miscarii organizate a gazelor, corelate cu injectia optima a jetului de combustibil. 4. Perioada a patra: post arderea sau arderea întârziata dureaza din punctul 7 pâna când reactiile de ardere înceteaza datorita efectului de scadere al temperaturii. În aceasta perioada arderea se desfasoara în conditii grele, cu relativ putin oxigen, conducând la formarea de funingine.Reducerea acestei perioade este benefica din punctul de vedere al cresterii randamentului si reducere al fumului. |
|
|
|
|
|
1.4.8 Influentele unor factori asupra arderii |
|
1.4.8.1 Influenta factorilor constructivi Alegerea raportului de comprimare e constituie o modalitate eficienta de influentare a perioadei de întârziere la autoaprindere. La cresterea lui e se micsoreaza durata de întârziere la autoaprindere datorita cresterii presiunii si temperaturii. Cresterea e lui este limitata de cresterea puternica a presiunilor si aparitia unor solicitari mecanice suplimentare. Odata cu cresterea raportului de comprimare duce la cresterea presiunii si temperaturii la sfârsitul comprimarii si reducerea întârzierii la autoaprindere. |
|
Figura 17 Influenta raportului de comprimare asupra parametrilor motorului diesel Caracteristicile injectiei (diametrele orificiilor pulverizatorului, presiunea si legea de injectie) influenteaza durata întârzierii la autoaprindere si durata totala a desfasurarii arderii. |
|
Figura 18 Influenta legii de injectie asupra arderii |
|
|
|
Cresterea finetii de pulverizare, prin marirea presiunii de injectie conduce la reducerea întârzierii la autoaprindere. Acelasi efect îl are si reducerea diametrului orificiilor.Legea de injectie nu afecteaza întârzierea de autoaprindere, dar va influenta considerabil fazele arderii. Prin injectarea unei mai mari cantitati la început arderea amestecurilor preformate devine mai importanta. Pentru functionarea linistita a motorului se recomanda legi de injectie cu debite mici la început si mai mici catre sfârsit, astfel ca amestecurile preformate sa fie mai putine. În figura 18 sunt prezentate doua variante de diagrame indicate, la acelasi motor, în care s-a modificat forma legii de injectie. Pentru legea 1 se injecteaza o cantitate mai mare de combustibil în zona initiala si astfel se obtine o presiune maxima mai mare. Arhitectura camerei de ardere este deosebit de importanta pentru modul de realizare al procesului de ardere. Exista doua grupe mai nedivizate si divizate. Camerele de ardere unitare sunt caracteristice motoarelor cu injectie directa. Ele sunt formate într-un unic compartiment. În general injectia se face prin orificii multiple cu o repartizare relativ uniforma în camera de ardere a combustibilului.Accelerarea formarii amestecului este asigurata prin miscarea dirijata a aerului, imprimata fie în timpul admisiei fie spre sfârtitul cursei de comprimare. Injectia în curent radial si circular care permite o buna amestecare. Camerele de ardere unitare sunt foarte sensibile la calitatea combustibilului utilizat si la calitatea pulverizarii. Se arata ca o uzura a injectorului cu 25% conduce la înrautatirea puternica a performantelor. Camerele de ardere divizate sunt de doua tipuri : cu camera de vârtej si cu camera de preardere. La camera de vârtej camera de ardere este constituita din doua compartimente : camera de vârtej va genera o miscare importanta a aerului în aceasta pentru grabirea amestecarii. Injectorul are un singur orificiu asezat tangential spre miscarea aerului. Injectia combustibilului se face în camera separata, aceasta se va aprinde în ea si va trece cu putere spre camera principala unde exista aer în exces pentru continuarea arderii. Pozitia jetului de aer este foarte importanta si poate genera probleme daca nu este bine aranjata. Particularitatile camerelor de ardere cu vârtej sunt: asigurarea unor conditii favorabile pentru amestecare, reducerea întârzierii la autoaprindere, arderea în ambele camere cu viteze relativ reduse cu mers mai linistit. Functionarea este mai linistita, cu presiuni mai reduse, dar cu randament mai scazut. La motoarele cu camera separata de preardere se utilizeaza circa 20% din doza, pentru accentuarea pulverizarii restului de combustibil în camera principala. Camera de preardere are un volum de 20..40% din volumul total. si în acest caz în cursa de comprimare aerul este dirijat în camera de preardere. Aici are loc injectia urmata de expulzarea amestecului spre camera principala. |
|
|
|
|
|
Comparatie între camere |
|
|
|
Economicitate Pornire Dependenta de turatie Calitatea arderii Sistem injectie Calitatea combustibilului Poluare Pret cost |
|
Camera unitara Mare Usoara F. mare Violenta Complicat Superioara Ridicata ridicat |
|
Camera separata vârtej Camera separata de preardere |
|
Medie Dificila Redusa Linistita Simplu Medie Medie mediu |
|
Redusa f. dificila Redusa f. linistita Simplu Medie Medie mediu |
|
1.4.8.2 Influentele factorilor de exploatare Presiunea si temperatura La începutul arderii depind foarte mult de valorile initiale (la admisie) ale acestor marimii. Odata cu cresterea presiunii si temperaturii întârzierea la autoaprindere se micsoreaza. O temperatura scazuta (motor rece) conduce la pierderi de caldura mari cu cresterea întârzierii la autoaprindere si eventual o pornire dificila. Pentru a asigura o pornire mai usoara se pot utiliza bujii de incandescenta, combustibili volatili etc. Avansul la injectie Trebuie ales astfel încât sa se asigure o putere si economicitate maxima. Valorile reduse ale avansului la injectie vor conduce la deplasarea arderii în destindere, diminuarea puterii motorului. |
|
Figura 19 Influenta avansului asupra arderii la m.a.c. Cresterea avansului duce la marirea presiunii în camera de ardere, ceea ce va conduce la marirea presiunilor din camera înainte de p.m.i. si reducerea lucrului mecanic. Daca avansul este prea mic arderea se deplaseaza în destindere, conducând de asemenea la o reducere a lucrului mecanic efectuat si a randamentului obtinut. Turatia |
|
|
|
|
|
Turatia influenteaza procesul de ardere prin intermediul perioadei de întârziere la autoaprindere (r= 6 nt).Pentru MAC cu injectia directa la cresterea turatiei va creste si durata întârzierii la autoaprindere (exprimat în grade RAC). La cresterea turatiei presiunile si temperaturile cresc, dar nu de ajuns de mult pentru a pastra durata de întârziere constanta în ˚ RAC. |
|
Figura 20 Influenta turatiei asupra arderii la m.a.c. Toate celelalte faze ale arderii îsi maresc durata, în special arderea difuziva. De aceea turatia motorului diesel cu injectie directa este limitata. La M.A.C. cu injectie indirecta aceste efecte sunt mai putin evidente si de aceea turatia poate creste. Ca masura de combatere a acestui fenomen se va mari avansul odata cu cresterea turatiei. Sarcina si dozajul La M.A.C. modificarea sarcinii se realizeaza prin reglarea cantitatii de combustibil si ca urmare sarcina si dozajul sunt echivalente. |
|
Figura 21 Influenta sarcinii asupra parametrilor la m.a.c. Durata întârzierii la autoaprindere se micsoreaza putin odata cu cresterea sarcinii datorita cresterii regimului termic (variatia este redusa). Durata arderii creste, mai ales pentru faza arderii |
|
autoaprindere, din cauza cresterii regimului termic, este necesara reducerea avansului odata cu cresterea sarcinii. Natura combustibilului La M.A.C. sensibilitatea combustibilului este data de cifra cetanica care trebuie sa asigure calitati de autoaprindere conforme cu cerintele motorului.O cifra cetanica mica duce la o întârziere la autoaprindere mare cu functionare dura. Motoarele cu camera unitara sunt mai sensibile la calitatea amestecului. 2 PROCESUL DE DESTINDERE |
|
Teoretic, destinderea este timpul motor numarul 4 si corespunde cu deplasarea pistonului de la pmi la pme. Din punct de vedere al realizarii de lucru mecanic, destinderea este ciclul în care se produce putere. Temperatura în aceasta perioada este foarte ridicata, ceea ce face ca sa existe tot timpul un transfer de caldura dinspre gaz spre pereti. Valoarea exponentului politropic mediu este mai mic decât la comprimare, variind între 1.2 si 1.3. Calculul parametrilor la sfârsitul destinderii se face admitând ca destinderea se face politropic cu exponentul constant n d. Pentru aceasta se pot aplica legile de transformare politropice, considerînd ca desfasurarea destinderii începe din momentul în care se atinge punctul de presiune maxima din ciclu: md md pb p z p b p |
|
V z V a |
|
T z Ta |
|
z |
|
Cu b s-a notat punctul de final al destinderii aflat la pme, iar p z si V z corespund punctului de presiune maxima, care depinde de tipul ciclului motor si de parametrii functionali ai motorului. Din punctul de vedere al influentelor asupra destinderii se mentioneaza dozajul, care face ca arderea sa se prelungeasca mult în destindere, modificând transferul de caldura spre pereti scazând exponentul politropic. Turatia are doua efecte contrare: reduce timpul de desfasurare al procesului, dar creste durata arderii, împingând-o în destindere. |
|
|
|
