Caracteristicile MAI

Caracteristicile MAI

1. Generalitati

Numim caracteristica a unui Mai diagrama ce indica variatia unor marimi sau indici de performanta ai motorului (puterea, momentul motor, consumul de combustibil) in functie de un parametru de regim (turatie, sarcina) sau un parametru de reglaj.

Aceste caracteristici servesc pentru determinarea calitatilor de utilizare ale MAI, ele determinandu-se numai pe cale experimentala.

Principalii parametrii sunt: momentul motor, turatia arborelui motor, consumul orar de combustibil, consumul de aer, indicele de fum (la MAC), temperatura gazelor de evacuare, temperatura lichidului de racire, temperatura uleiului, presiunea combustibilului, presiunile din sistemul de evacuare a gazelor de ardere, presiunile din galeria de aspiratie, unghiurile de avans la injectie, respectiv scanteie.

Figura 1. Figura 2.

MAI se monteaza pe bancuri special echipate.

Masurarea puterii si a momentelor dezvoltate de motoare se realizeaza utilizand frane care pot fi:

- hidraulice (figura 1);

- mecanice;

- electrice (figura 2).

Consumul de combustibil este masurat cu ajutorul vaselor etelonate sau a debitmetrelor de precizie si debite mici.

Turatia se masoara cu tahometre (centrifugal, magnetic, electric, optic, stroboscopic).

Presiunile se masoara cu:

- manometre;

- vacumetre.

Principiile de lucru ale instrumentelor utilizate sunt: piezoelectric, capacitiv, rezistiv, inductiv, fotocatodic.

Temperaturile se masoara cu termometre.

Indicele de fum se masoara cu fumetre. Metode intalnite: Bosch (B), Hartridge (H).

Fumetru H compara transparenta gazelor de evacuare cu cea a aerului prin iluminarea ambelor cu un fascicul luminos. Se compara fluxurile luminoase si obtinute cu sisteme electronice cuplate la o fotocelula calibrata.

B lucreaza cu hartie de filtru a carei innegrire este comparata cu ochiul liber cu un etalon.

Metode de masurare a puterii.

In Romania putrea relizata de MAI este reglementata in STAS 10206-75. Se masoara puterea neta (a) si puterea bruta (b).

Figura Caracteristici MAS Figura 4.Caracteristici MAC

Puterea neta, dupa DIN () presupune efectuarea testelor cu motorul complet echipat (filtru aer, tubulaturile de evacuare si aspiratie complete, generator curent electric, ventilator, filtre).

Puterea bruta, masurata dupa normele americane si engleze SAE, presupune o echipare minima a MAI.

La MAS

La MAC

2. Caracteristica de sarcina.

Ridicarea experimentala a caracteristicii de sarcina se realizeaza la o turatie constanta in functie de sarcina variabila. Se studiaza modul de variatie al:

- coeficientului de dozaj ;

- consumul orar de combustibil ;

- consumul specific efectiv de combustibil .

Figura 4.5. Caracteristici de sarcina.

Din exemplul de diagrama prezemtata in figura 5 se constata ca o data cu cresterea sarcinii, creste si consumul orar de combustibil. Valoarea consumului de combustibil la sarcina nula se numeste consum orar de combustibil la mers in gol , la turatia respectiva.

Prin reglaje se urmareste ca sarcina realizata cea mai mare sa se situeze in apropierea consumului specific minim.

Figura 6. Caracteristici MAS Figura 7. Caracteristici MAC

In domeniul sarcinilor intermitente consumul specific efectiv creste usor cu din cauza imbogatirii amestecului. In domeniul sarcinilor mici creste mult cu scaderea lui ca urmare a inrautatirii arderii. Cum randamentul mecanic scade si el cu sarcina pana la anulare consumul specific efectiv creste mult, tinzand la . Sarcina continua cea mai mare se fixeaza de obicei in apropierea consumului minim.

Si la MAC-uri sarcina plina se fixeaza in apropierea regimului de economicitate maxima (figura 7).

Sarcina maxima () este dupa sarcina continua dar nu se atinge practic niciodata, sarcina limitandu-se la un nivel inferior.

La MAC sarcina totala, care este cea mai mare sarcina intermitenta este inferioara sarcinii limita () pentru a nu depasi limita de fum sau limita solicitarilor mecanice.

Figura 8

Comparand consumul specific de combustibil la MAC si MAS ca functie de sarcina se observa ca MAC-urile sunt mai stabile si de aceea sunt recomandate pentru cazuri in care utilajul actionat este folosit mult in domeniu sarcinilor partiale.

Caracteristica de turatie.

Precizeaza variatitea puterii si a altor parametri functie de turatie.

La MAS ea se determina cu obturatorul complet deschis. Daca se determina in conditiile unor reglaje optime (avans optim, regim termic optim), ea se numeste caracteristia exterioara (da puterea maxima absoluta la orice turatie).

La MAC caracteristica exterioara ar trebui determonata la dozajul de putere maxima care este insa peste limita de fum (limitare prohibitiva) incat .

In ambele cazuri daca nu se merge pe optimizari se obtine caracteristica de sarcina totala.

Randamentul indicat creste cu turatia (la inceput) deoarece se reduce timpul de contact al gazelor cu peretii (deci se reduc pierdreile de caldura). In domeniul turatiilor ridicate scade pentru ca arderea se extinde pe destindere.

Puterea efectiva creste initial mai repede pentru ca conditiile de functionare devin din ce in ce mai bune (mai apropiate de optim).

Figura 9. Caracteristici de turatie la MAS Figura 10.

Daca se creste turatia in continuare pierderile mecanice si cele gazodinamice reduc viteze de crstere a lui si chiar de la o anumita turatie () incepe sa scada.

Cuplul efectiv , depinzand de presiunea medie efectiva, are acelsi mod de variatie.

Se definesc parametrii:

- sunt coeficient de elasticitate indica gradul de adaptabilitate la sarcina al motorului. La MAS ;

- raportul se numeste coeficient cinematic de elasticitate. Domeniul este domeniul stabil de functionare al motorului pe caracteristica exterioara. La MAC coeficientul de elasticitate este mai mic (dezavantajos) fata de MAI (). Punctul de varf al puterii este evitat.

La MAS cu )

Figura 11. Caracteristici de turatie la MAC.

La MAC din cauza solicitarilor termomecanice mari in 1 se merge numai pana la 2 prin intermediul unui regulator.

4. Caracteristici de propulsie

Caracteristica de propulsie precizeaza modul de adaptare a motorului la cerintele sistemului mecanic actionat. De aceea se are in vedere, pe langa caracteristica a motorului si caracteristica a consumatorului (figura 12). Se poate stabili astfel rezerva de putere a sistemului motor-consumator la acea turatie, rezerva de putere ce ce poate fi utilizata in perioadele de accelerare sau alte sarcini suplimentare.

A este punctul in care . Motorul nu poate fi utilizat peste pentru ca s-ar opri.

Figura 12.

se plaseaza in zona turatiilor cele mai des utilizate (la care se fac accelerarile)

Se considera doi consumatori, caracterizati de rapoartele de transmisie si , alimentati cu putere de la motoare identice (figura 13).

Figura 1

Daca se utilizeaza , se observa ca si deci motorul va lucra cu o sarcina termomecanica mai mica si deci o durata de serviciu mai mare. Este caracteristica situatia pentru autobuze, autocamioane, utilaje de cursa lunga.

In cazul utilizarii lui rezulta scaderea durabilitatii cu o crestere importanta, a rezervei de putere (cazul autoturismelor).

Prin reglaje diferite se pot obtine caracteristici diferite la acelasi motor. Se va considera cazul a doua caracteristici apartinand aceluiasi motor si caracteristica unui consumator (figura 14).

Figura 14

Caracteristica 1 asigura o rezerva de putere mare la turatii mici.

Caracteristica 2 asigura o rezerva de putere mare la turatii mari.

1) Pentru tractoare si autocamioane, autovehicule cu utilizare urbana.

2) Pentru autovehicule care trebuie sa asigure o capacitate mare de accelerare la viteze (turatii) inalte (motoare impinse).

Atunci cand este cazul, pentru acordarea caracteristicilor motorului cu caracteristicile consumatorului se utilizeaza cutii de viteze.

5. Modalitati si mijloace de determinare a poluarii produse de motoarele cu ardere interna.

5.1. Reglementari.

Motoarele cu ardere interna care echipeaza autovehicolele sunt responsabile de circa 18% din totalul emanatiilor de noxe. Mai grav este faptul ca aceste noxe sunt eliminate in mediul ambiant, intr-o buna masura, in interiorul sau in apropierea aglomerarilor urbane. De aceea reducerea nivelului emisiilor poluante da catre aceste MAI este importanta.

Reducerea emisiilor poluante se bazeaza in principal pe cresterea eficientei functionarii MAI si pe reducerea procentuala a noxelor din volumul total de gaze evacuate.

Pentru ducerea la indeplinire a acestor deziderate se au in vedere :

- realizarea de motoare noi, cu caracteristici functionala si de protectie a mediului din ce in ce mai perfectionate. Aceasta activitate este programata pe perioade de timp si impusa prin legislatii nationale, coordonate la nivel international ;

- mentinerea parcului de motoare existent la un nivel tehnic normal prin reparatii si intretineri periodice, cu verificari periodice care sa ateste incadrarea in parametrii precizati de producator.

In Europa activitatea de reglementare a activitatilor in domeniul poluarii mediului de catre MAI a inceput a fi reglementata de la incputul anulor 90. Reglementarea de baza este Directiva 70/220/EEC careia i s-au aplicat o serie de amendamente, principale incluzand :

Standardul Euro 1 (cunoscut ca EC 93) prin Directiva 91/441/EEC (automobile pentru pasageri) si 93/59/EEC (autovehicule pentru pasageri si camioane usoare) ;

Standardul Euro 2 (EC 96): Directivele 94/12/EC si 96/69/EC ;

Standardul Euro 3/4 (2000/2005): Directivele 98/69/EC, cu amandamentele ulterioare 2002/80/EC

Standardul Euro 5/6 (2009/2014);

Pentru indeplinirea sarcinilor enuntate se utilizeaza proceduri si sisteme de determinare a emisiilor de noxe specifice.

Combustibilii. Standardele care au acoperit perioada 2000-2005 au si componente referitoare la combustibili.

Acestea regelementeaza concentratia maxima de sulf

- pentru motorine incepand de la 350 PPM in 2000 pana la 50 PPM in 2005 ;

- pentru benzine incepand de la 150 PPM in 2000 pana la 50 PPM in 2005.

Dupa 2005 se recomanda producerea de combustibili cu sulf <10 PPM, norma obligatorie dupa 2009.

5.2. Cicluri de incercare.

Din cercetarile experimentale efectuate s-a constata ca regimurile de functionare ale MAI influienteaza cantitatile de emisii poluante ale acestora precum si structura lor. MAI montate pe autovehicole lucreaza pe toata plaja de regimuri de functionare. Determinarea emisilor poluante la un anumut nu este edificatoare asupra comportamentului acelui MAI. Determinatea caracteristicilor de poluare pe mai multe regimuri nu da informatii asupra comportamentului MAI in timpul regimurilor tranzitorii. Mai mult, trebuia gasit un mijloc de testatre care sa permita compararea comportamentelor diferitor marimi de motoare.

A aparut astfel ideea testarii motoarelor folosind o succesiune de regimuri, legate prin perioade de tranzitie, in intervale de timp prestabilite. Aceste incercari au primit denumirea de cicluri de incercare si constitie probe supuse perfectionarii continue si uniformizarii lor la nivel mondial.

Pentru a simula cat mai bine conditiile din trafic gazele evacuate de motor sunt diluate cu aer atmosferic (CVS), in proportii precise. Se obtine astfel o "inghetare" a ractiilor chimice din gazele evacuate, ceea ce permite obtinerea de informatii precise referitoare la compozitia si dozajul gazelor de evacuare. Proportia de aer proaspat introdusa corespunde situatiei in care gazele analizate ar fi colectate in mediu ambiant, la o distanta data fata de teava de esapament.

Pentru stabilirea compozitiei gazelor evacuate se folosesc:

- aparate de absorbtie NDIR pentru CO si CO₂ ;

- analizor cu flacara de ionizare pentru HC ;

- aparat cu chemiluminiscenta pentru NO_X.

In Europa, pentru testarea autovehicolelor echipate cu MAS-uri (din punctul de vedere al poluarii), se foloseste cilul denumit « E ». Acesta corespunde deplasarii autovehicolului pe o distanta de 1013 m, cu o viteza medie de 18.7 km/h. Durata ciclului este de 195 secunde, perioada in care se utilizeaza o turatie maxima corespunzatoare vitezei de 50 km/h. Testul contine 15 regimuri de lucru fiind realizat de patru ori in 13 minute. Acest ciclu este reprezentat in figura 15.

Figura 15. Ciclul "E" de testare a autuvehicolelor.

In figura 16 eate prezentat satndul pe care se realizeaza aceasta determinare. Automobilul este pozitionat cu rotile motoare pe rolele R legate mecanic la sistemul de franare EF care are rol de sarcina, simuland rezistenta la inaintare. I este un tambur cu rol de a simula inertia mecanica a autovehicolului. Controlul turatiei motorului si al sarcinii simulate se realizeaza la comanda unitatii electronice de calcul UEC.

Figura 16. Stand destinat realizarii ciclului "E" de testare a autuvehicolelor

Gazele evacuare sunt amestecate cu aerul filtrat de filtrul F. Urmeaza o racire suplimentara in schimbatorul de caldura RC, conform indicatiilor termometrului T.

Suflantele Roots S asigura circulatia gazelor, o parte fiind trimis in sacul di plastic de 0.1 m³, SA. Gazul astfel acumulat este analizat chimic cu analizoarele anterior mentionate.

In SUA se folosesc alte teste, la baza fiind "Federal Test Procedur 1975". El se aplica ca referita de functionare in mediul urban. In figura 17 este prezentata acest ciclu care se compune din:

Figura 17. Ciclul testului FTP 75.

- faza rece pe intervalul 0 - 505 S (I);

- faza stabilizata pe intervalul 505 - 1372(II) s;

- faza pauza pe intervalul 1372 -1972 s;

- faza calda pe intervalul 1972 - 2477(III) s.

In acest test se simulaeaza o deplasare de 17,85 km, Viteza medie simulata este de 34.1 km/h cu un maxim de 91,2 km/h.

Standul pe care se realizeaza determinarile este prezentat in figura 18

Figuta 18. Stand pentru realizarea testului FTP 75.

Gazele provenite de la motor, racite prin amstecare cu aer proaspat filtrat, sunt acumulate pe rand, in cei trei saci, I , II si III, ce corespund celor trei faze active ale ciclului. Gazele astfel prelucrate si stocate sunt anlizate din punct de vedere chimic cu analizori specializati.

In SUA pentru analizarea emisiilor poluante produse de motoarele montate pe autocamioane mari se utilizeaza norma « CVS » (Constant volume Sampling)