Proiectarea instalatiilor de alimentare ale motoarelor cu aprindere prin scanteie cu carburator

Proiectarea instalatiilor de alimentare ale motoarelor cu aprindere prin scanteie cu carburator

Formarea amestecului prin carburatie presupune pulverizarea, vaporizarea si amestecarea benzinei cu aerul in exteriorul cilindrilor motorului.

- Pulverizarea combustibilului este determinata in primul rand de parametrii geometrici si functionali ai carburatorului.

- Vaporizarea incepe in camera de amestec, continua pe tot traseul de admisie si in cilindrul motorului pana in momentul aparitiei scanteii.

- Amestecarea intima a vaporilor de benzina cu aerul, distributia uniforma a acestora, depind hotarator de arhitectura traseului de admisie, de miscarile organizate si turbulente ale amestecului, in timpul comprimarii. Omogenizarea cat mai buna a amestecului vapori de combustibil-aer este insa franata de raportul volumelor componente (benzina complet vaporizata/aer = 1/50).

Regimurile de functionare ale motorului pentru automobile

Infinitatea de regimuri de functionare ale motorului poate fi conventional impartita in urmatoarele clase:

1. Regimul de pornire ( l = 0,2.0,6);

2. Regimul de mers in gol incet ( l = 0,6.0,8);

3. Regimul sarcinilor medii ( l = 0,9.1,1);

4. Regimul sarcinilor mari si maxime ( l = 0,8.0,9);

5. Regimul acceleratiilor bruste.

Caracteristica tuturor acestor regimuri de functionare este formarea calitativa a amestecului. Cantitatea aerului aspirat si viteza unghiulara a clapetei de acceleratie determina valoarea coeficientului de exces de aer - l.

Principii de proiectare

Proiectarea instalatiei de alimentare a unui motor cu aprindere prin scanteie trebuie sa porneasca de la functiile de baza ale acesteia:

a) pastrarea, filtrarea si debitarea combustibilului;

b) filtrarea aerului si amortizarea zgomotului indus la curgerea acestuia;

c) pregatirea amestecului carburat de calitatea concordanta cu regimul de functionare a motorului.

In particular, carburatorului ii revin urmatoarele functii:

1. Functia de dozare a benzinei si aerului in raport cu turatia si sarcina motorului;

2. Functia de pulverizare, vaporizare si partial, amestecarea vaporilor de combustibil cu aerul;

3. Asigurarea pornirii sigure a motorului chiar in conditii climatice dificile;

4. Functia de reglare a dozajului in concordanta cu starea tehnica a motorului si cu parametrii climatici (presiune, temperatura, umiditate).

Criteriile de proiectare ale instalatiei de alimentare prin carburatie pot fi sintetizate prin descrierea conceptului de 'carburator ideal'.

Carburatorul care asigura caracteristicile de reglare optime (din punct de vedere dinamic, economic si ecologic) la toate regimurile de functionare ale motorului, inclusiv cele nestationare, se numeste 'carburator ideal'. Functionarea carburatorului ideal este caracterizata de caracteristicile de turatie si sarcina ale acestuia ce se pot stabili pornind de la analiza caracteristicilor de reglaj ale motorului functie de compozitia amestecului.

Pentru obtinerea caracteristicii de turatie la sarcina totala a carburatorului este necesar un set de caracteristici de reglaj la cel putin trei turatii:

- turatia minima de functionare;

- turatia de moment maxim;

- turatia nominala.

In figurile si 16.2. se prezinta caracteristicile de reglaj functie de consumul orar, respectiv de compozitia amestecului, la sarcina totala.

(w = w_max , w - unghiul de deschidere a clapetei de acceleratie), pentru cele trei turatii. Amestecurile pentru care se obtine puterea maxima se numesc 'amestecuri de putere' (caracterizate de l_p) iar cele pentru care se obtine economicitatea maxima se numesc 'amestecuri de economicitate' (caracterizate de l_e).

Transpunand valorile l_p, l_e ca functii se obtine caracteristica de turatie la sarcina totala a carburatorului (figura 16.3).

Domeniul cuprins intre l_p = f(n) si l_e = f(n) caracterizeaza calitatea amestecului carburant la orice turatie de functionare si la sarcina maxima.

In figura 16.4. se prezinta limitele de variatie ale calitatii amestecului carburant functie de sarcina motorului. Cum un motor trebuie sa functioneze in conditii de economicitate, rezulta ca in domeniul sarcinilor medii (in care acesta functioneaza in majoritatea timpului de exploatare) - trebuie sa i se furnizeze amestecuri apropiate de curba 1, de economicitate maxima, iar in domeniul sarcinilor mari - cand motorului i se cere puterea maxima - sa i se furnizeze amestecuri apropiate de curba 2 de putere maxima. In domeniul sarcinilor mici sunt necesare de asemenea amestecuri bogate.

O variatie l=f(w) de forma 3 satisface criteriile expuse mai sus si este caracteristica carburatorului ideal.

Proiectarea unor elemente ale instalatiei de alimentare

a) Proiectarea pompelor de alimentare cu carburant

Pompele de alimentare au rolul de a aspira combustibilul din rezervor si de a-l furniza sistemului de formare a amestecului (in particular carburatorului).

Actionarea mecanica a pompei de alimentare se face de la arborele de distributie al motorului.

Debitul pompei de alimentare trebuie sa fie 4.10 ori mai mare decat debitul maxim necesar functionarii motorului pentru a asigura:

- amorsarea rapida a instalatiei;

- necesarul de combustibil la aceelerari bruste;

- eliminarea bulelor de gaze din circuit;

- debit corespunzator chiar la uzuri importante ale elementelor pompei.

In instalatiile de alimentare sunt utilizate cu predilectie urmatoarele tipuri de pompe de alimentare:

- pompe cu membrana;

- pompe cu piston;

- pompe rotative cu palete radiale;

- pompe electromagnetice.

Dimensionarea pompelor cu membrana

In figura 16.5. este reprezentata schema unei pompe cu membrana.

Notatiile au urmatoarele semnificatii:

1-membrana; 2-corpul pompei; 3-tija de actionare a membranei; 4-arcul central al pompei; 5-capacul cu supapa de aspiratie 'SA' si supapa de refulare 'SR'; 6-amortizorul pulsatiilor de presiune; 7-sistem de fixare a tijei pe membrana; 8-parghia de actionare a membranei; 9-excentricul de pe arborele de distributie.

Pompa cu membrana trebuie sa asigure un debit de 3-5 ori mai mare decat debitul maxim necesar motorului la functionarea in regim nominal la sarcina totala.

Volumul combustibilului aspirat si refulat de pompa in timpul unei curse S_p a pompei se aproximeaza prin volumul a doua trunchiuri de con de inaltime S_p/2 ca in figura 16.5. in care: d_a- diametrul armaturii de fixare a tijei de membrana; d_p - diametrul membranei pompei.

Se poate deci scrie:

(16.1)

sau:

(16.2)

Notand rezulta in continuare:

(16.3)

unde: -statistic, pentru constructiile actuale.

Tinand seama de coeficientul de debit al pompei , se obtine volumul real de combustibil refulat de pompa la o cursa completa a membranei:

(16.4)

Notand cu C consumul orar de combustibil al motorului la regim nominal si sarcina totala, cu n numarul de timpi ai motorului si cu n_n turatia nominala a motorului, debitul de combustibil consumat pe ciclu va fi:

(16.5)

Daca r_c este densitatea combustibilului, volumul acestuia consumat pe ciclu va fi:

(16.6)

Egaland 16.6. cu 16.4. se obtine relatia de dimensionare a diametrului membranei pompei:

(16.7)

Pentru proiectarea efectiva a sistemului de alimentare prin adoptarea unei pompe cu membrana existente la un motor nou se porneste de la relatia (figura 16.5):

(16.8)

Din relatiile (16.8) se pot corela dimensiunile constructive ale sistemului de actionare al pompei cu membrana.

In relatia 16.7. n_n=2.n_c (n_c - turatia arborelui de distributie). Se recomanda ca raportul l_p/l_c sa ia valori in intervalul (0,6.0,7).

Proiectarea dimensionala a pompelor de alimentare cu piston

Sunt utilizate mai putin la motoarele cu aprindere prin scanteie fiind in schimb folosite pe larg la motoarele cu aprindere prin comprimare.

Diametrul pistonului pompei d_p si cursa acestuia S_p sunt elementele geometrice principale ale calculului de dimensionare functionala.

Construite in doua variante constructive (fig.16.7. si 16.8.) pompele cu piston pot fi:

- cu simple efect (actiune);

- cu dublu efect.

Indiferent de varianta constructiva, pompa cu piston trebuie sa asigure un debit de (6.8) ori mai mare decat debitul motorului la regim nominal. Unele firme constructoare impun amplificari ale debitului de pana la 30 ori fata de cerintele motorului la regim nominal si sarcina totala.

La pompa cu simplu efect (fig.16.6.) partea principala a dozei de combustibil este refulata in timpul cursei descendente a pistonului; in cursa ascendenta a pistonului cea mai mare parte a debitului ce trece prin supapa de refulare 'SR' ajunge in volumul de sub piston.

In cursa ascendenta este refulat deci numai volumul corespunzator volumului tijei pistonului.

Se poate deci scrie:

(16.9)

unde: d_p - diametrul pistonului;

S_p - cursa pistonului;

d_t - diametrul tijei pistonului;

h_v - randamentul pompei.

Volumul de combustibil consumat pe ciclu de functionare este:

(16.10)

Din (16.9) si (16.10) rezulta:

(16.11)

In cazul pompei cu dublu efect, volumul refulat la o cursa dubla a pistonului este:

(16.12)

Din (16.12) si (16.10) se obtine:

sau

(16.13)

Se recomanda urmatoarele valori:

h_v = 0,93.0,96;

S_p/d_p = 0,25.0,65.

Valori uzuale in cazul motoarelor de medie cilindree: S_p = 8 [mm]; d_p = 22 [mm].

Dimensionarea pompei cu palete radiale

Schema de calcul pentru acest tip de pompa (cu aspiratie exterioara si simpla actiune) este prezentata in figura 16.8.

Notatiile din fig. au urmatoarele semnificatii:

D - diametrul statorului pompei;

d - grosimea paletei;

e - excentricitatea pompei;

w_p - viteza unghiulara a rotorului;

V_t - viteza tangentiala a paletei la raza r masurata fata de centrul rotorului O₁.

Debitul elementar antrenat de suprafata elementara a paletei are forma:

(16.14)

In relatia (16.14) B este latimea paletei (sau latimea interioara a statorului pompei) iar dS este suprafata elementara a paletei.

Tinand seama de relatia , (16.14) devine:

(16.15)

Integrand:

(16.16)

Daca pompa are z palete si se tine seama de grosimea paletelor si de randamentul pompei h_v (16.16) devine:

(16.17)

Pompa trebuie sa asigure un debit de (3-5) ori mai mare decat consumul orar al motorului astfel incat:

(16.18)

sau

(16.19)

Din relatia (16.19) se poate obtine valoarea parametrului necesar calculului de proiectare.

Se recomanda pentru pompele cu palete radiale:

b) Proiectarea carburatorului

In figura 16.9. se prezinta schema unui carburator monocorp, vertical, inversat.

Semnificatiile notatiilor sunt:

1-clapeta dispozitivului de pornire; 2-orificii de aer pentru saracirea amestecului; 3-supapa; 4-canal pentru accesul benzinei in dispozitivul de mers in gol incet; 5-pistonul pompei de acceleratie; 6-resort; 7,14,15,16- sistem parghii pentru actionarea pompei de acceleratie; 8-supapa alimentare camera economizor; 9-economizor cu comanda pneumatica; 10-membrana economizor; 11-resort; 12-canal de combustibil; 13-tub de comanda pneumatica a economizorului; 18-jiclor economizor; 19-clapeta de acceleratie; 20-orificiul acces emulsie aer-benzina prin dispozitivul de mers in gol incet; 21-supapa de control a debitului de emulsie aer-combustibil; 22-orificiu de progresiune; 23-tubul emulsor al dispozitivului principal de dozare; 24-putul tubului emulsor; 25-difuzor; 26-pulverizatorul dispozitivului principal de dozare; 27-canal acces emulsie aer-benzina; 28-jiclorul de benzina al pompei de acceleratie; 29-jiclorul de aer al dispozitivului de mers in gol incet; 30-jiclorul dispozitivului principal de dozare; 31-canal acces benzina; 32-jiclorul de benzina al dispozitivului de mers in gol incet; 33-supapa; 34-jiclorul de aer al dispozitivului principal de dozare; 35-jiclor de aer; 36- plutitor.

Alegerea diametrului sectiunii de intrare (d) in motor a amestecului aer-vapori de benzina (practic diametrul interior al flansei de montaj pe colector a carburatorului) este o prima problema a dimensionarii sistemului de alimentare prin carburatie. Pentru carburatoarele monocorp firma Solex indica urmatoarele relatii:

- pentru motoarele cu patru cilindri;

- pentru motoarele cu sase cilindri;

- pentru motoarele cu opt cilindri.

In relatiile de mai sus V_t este cilindreea totala a motorului iar n_n turatia nominala a acestuia.

Dimensionarea difuzorului

Difuzorul carburatorului este un ajutaj convergent-divergent in a carui sectiune minima depresiunea aerului admis spre cilindri motorului atinge valoarea capabila sa asigure aspiratia benzinei din camera de nivel constant; viteza aerului la trecerea prin difuzor trebuie sa determine pulverizarea fina a jetului de benzina.

Depresiunea aerului in difuzor (Dp_d) este diferenta dintre presiunea mediului ambiant p_o si presiunea statica din difuzor p_d:

(16.20)

Depresiunea (Dp_d) depinde de turatie (fig.16.10,a).

La turatii nominale de peste 3200 rot/min depresiunea in difuzor ajunge la 1500 mm coloana H₂O. Statistic, depresiunea din difuzor are valori cuprinse intre 1200.2000 mm coloana H₂O. ( 1 mm H₂O = 9,80665 Pa). Viteza aerului in difuzor w_ad se determina cu ajutorul ecuatiei lui Bernoulli. Scriind ecuatia Bernoulli la intrarea in difuzor (sectiunea O-O) si in sectiunea minima a acestuia (sectiunea d-d), in ipotezele incompresibilitatii aerului si a diferentei neglijabile de nivel in lungul difuzorului se obtine:

(16.21)

Se admite ca in sectiunea O-O, , deci:

(16.22)

Inlocuind si notand se obtine:

(16.23)

In relatiile de mai sus:

w_w= 0,85 - coeficientul pierderilor de viteza in difuzor;

r₀ = 1,29 [kg/m³] - densitatea aerului la 0⁰C si 760 mm Hg;

Viteza aerului in difuzor se poate determina si cu ajutorul relatiei:

(16.24)

care provine din expresia vitezei la curgerea aerului printr-un ajutaj convergent-divergent.

Pentru carburatoarele existente w_ad=80.170 [m/s]

Debitul masic al aerului ce trece prin difuzor se determina cu ecuatia continuitatii:

(16.25)

unde:

e_d - coeficient de contractie la curgerea prin ajutaj;

S_d - suprafata sectiunii minime a difuzorului.

Inlocuind (16.23) in (16.25) si notand m_d=e_d.j_w- coeficientul de debit al difuzorului, rezulta:

(16.26)

Daca se tine seama de compresibilitatea aerului (prin factorul w_c) se poate scrie expresia debitului de aer corectata:

(16.27)

Daca se introduce in ecuatia (16.26) densitatea aerului in difuzor in locul densitatii r₀ rezulta expresia aceluiasi debit corectat C_ad.

Coeficientul de debit m_d depinde de marimile geometrice ale difuzorului dar mai ales de depresiunea din difuzor:

(16.28)

Valorile m_d si w_c pot fi citite din nomograma (16.11).

Presupunand ca admisia amestecului aer-combustibil in cilindri motorului se face strict pe durata corespunzatoare la 180⁰ RAC, rezulta ca la motoarele cu numarul de cilindri mai mare ca patru admisia amestecului carburant se interfereaza la cate doi cilindri (consecutivi in ordinea de aprindere). Deci prin difuzorul carburatorului va trebui sa treaca (pe durata corespunzatoare la 180^o RAC) un debit de aer mai mare decat cel necesar unui singur cilindru. Se introduce in acest scop coeficientul de corectie c care are urmatoarele valori:

- c=1 pentru i=1.4 (i numarul de cilindri);

- c=1,15 pentru i=5;

- c=1,3 pentru i=6;

- c=1,6 pentru i=8;

Debitul masic de aer care intra intr-un cilindru in timpul admisiei (pe 180^o RAC) este:

(16.29)

Daca tinem seama de interferenta alimentarii la motoarele cu i > 4:

(16.30)

Pentru a determina diametrul sectiunii minime a difuzorului se egaleaza (16.27) cu (16.30), rezultand:

(16.31)

unde z este numarul camerelor de amestec ale carburatorului:

Alegerea dimensiunilor difuzorului se poate face utilizand indicatiile din figura 16.10,b.

Pentru obtinerea unei pulverizari fine a benzinei si la turatii mai scazute decat turatia nominala, fara a folosi un difuzor puternic strangulat, care ar mari rezistentele gazodinamice la turatii ridicate, se utilizeaza difuzoare multiple (fig.16.12) formate din doua sau trei difuzoare concentrice. Difuzorul central cu cea mai mica sectiune de trecere se mai numeste si centrator.

In sectiunea minima a centratorului viteza de curgere a aerului va fi mai mare cu 20% iar depresiunea cu 50%; prin sectiunea dintre difuzoare trece un debit de 66-83% din debitul total.

Dimensionarea jiclorului de combustibil

Schema de calcul este prezentata in figura 16.13. Scriind ecuatia lui Bernoulli pentru sectiunile O-O si j-j, rezulta:

(16.32)

sau:

(16.33)

unde: r_c = 750 [Kg/m³] - densitatea benzinei;

s - coeficientul care ia in considerare pierderile prin frecarea cu peretii si distributia neuniforma a vitezei in sectiunea de curgere.

Considerand w₀ » 0 si notand din 16.33 se obtine expresia vitezei benzinei la curgerea prin jiclor:

(16.34)

Depresiunea (p_j-p_d) care asigura curgerea benzinei trebuie sa fie capabila sa ridice coloana de benzina in tubul pulverizator pentru a o deversa spre camera de amestec invingand in acelati timp tensiunea superficiala care se opune curgerii benzinei; tensiunea superficiala poate fi asimilata ca valoare conventionala cu presiunea data la o coloana de benzina de inaltime h_s. Se poate astfel scrie:

(16.35)

sau:

(16.36)

Rezulta:

(16.37)

Inlocuind (16.37) in (16.34) se obtine:

(16.38)

Notand , se obtine:

(16.39)

Viteza benzinei la curgerea prin jiclor are valori de (3.5) m/s fiind de 25.30 ori mai mica decat viteza aerului la curgerea acestuia prin difuzor.

Debitul masic al benzinei prin jiclor poate fi scris sub forma:

(16.40)

unde: e_j - coeficient de contractie al orificiului jiclorului

S_j = p.d_j²/4 - suprafata orificiului jiclorului.

Introducand (16.39) in (16.40) rezulta:

(16.41)

in care: - coeficientul de debit al jiclorului (se poate citi valoarea functie de Dp_d din figura 16.41; A este forma din stanga figurii).

Valorile uzuale ale marimilor Dh si h_s sunt:

Se considera ca intreaga cantitate de combustibil adica consumul orar de benzina C trece in totalitate prin jiclor (ipoteza acoperitoare).

Daca i este numarul de cilindri ai motorului C_j = 4.C/i, deoarece fiecare cilindru este alimentat numai in cursa de admisie, tinand seama ca rezulta din (16.41):

(16.42)

Pentru predimensionare se poate folosi relatia empirica:

(16.43)

Dimensionarea elementelor dispozitivului principal de dozare cu franare pneumatica a combustibilului si tub emulsor

Schema de calcul este prezentata in figura 16.15.

Nivelele corespunzatoare inaltimilor h₁ si h₂ corespund orificiilor din tubul emulsor.

Intr-o prima etapa a functionarii dispozitivului nivelul combustibilului h variaza in intervalul (0,h₁) sau 0<h<h₁. Nu exista (in aceasta etapa) comunicare intre aerul din exterior si interiorul putului tubului emulsor 4.

Jiclorul principal se afla sub influenta diferentei de presiune p_d=p_o-p_d. Considerand regimul de curgere al benzinei stationar, debitul prin jiclorul 1 este egal cu debitul de benzina prin toate orificiile practicate in tubul emulsor. Scriind ecuatia de conservare a debitului:

(16.44)

Impartind ambii membrii ai relatiei (16.44) cu atunci:

(16.45)

In relatiile (16.44) si (16.45):

m_j, m_t - coeficientul de debit al jiclorului principal de combustibil, respectiv al orificiilor practicate in tubul emulsor.

S_jc, S_t - sectiunea orificiului jiclorului principal, respectiv suma sectiunilor orificiilor prac ticate in tubul emulsor.

Din (16.45) rezulta in continuare:

(16.46)

Pentru 0<h<h₁, debitul de benzina prin jiclorul principal poate fi scris (conform relatiei (16.41)):

(16.47)

Intr-o a doua etapa de functionare nivelul combustibilului este intre primele doua orizonturi (h₁<h<h₂). Orificiile corespunzatoare primului orizont sunt deschise; in tubul putului emulsor presiunea aerului p₀ se afla in relatia p_d<p_E<p₀ cu p_E si p_d.

Diferenta de presiune p_e=p₀-p_E determina o suplimentare a debitului aerului ce va forma o emulsie aer-benzina deversata prin pulverizator spre camera de amestec.

Curgerea prin jiclorul principal se va realiza sub actiunea diferentei de presiune

(p₀ -p_E <p₀ -p_d adica Dp_E < Dp_d.

Jiclorul de benzina al dispozitivului va debita mai putina benzina decat cel similar al carburatorului elementar; se asigura astfel o crestere franata a debitului benzinei odata cu cresterea sarcinii motorului.

Tinand seama de consideratiile de mai sus, scriind bilantul debitelor fluidelor (aer si benzina) care intra (ies) din putul tubului emulsor, se poate afirma ca debitul de combustibil insumat cu debitul de aer este egal cu debitul de emulsie:

C_c+C_a=C_E (16.48)

Explicitand fiecare termen:

(16.49)

In relatia (16.49):

m_t - coeficientul de debit al orificiilor de pe primul orizont al tubului emulsor;

S_t1 - suprafata orificiilor primului orizont;

m_p - coeficientul de debit al pulverizatorului;

S_p - suprafata gaurii pulverizatorului;

r_E - densitatea emulsiei aer-benzina.

Pornind de la relatia (16.48)

(16.50)

sau:

(16.51)

sau

(16.52)

Rezulta:

(16.53)

Functionarea in regim de crestere franata a cantitatii de benzina din amestec este caracteristica dispozitivului. Tubul emulsor este astfel prevazut cu orificii dispuse pe trei sau patru nivele.

Coeficientul de exces de aer al amestecului realizat de acest dispozitiv are forma:

(16.54)

In expresia de la numitor, debitului de aer prin difuzor i-a fost adaugat si debitul de aer ce patrunde 'pentru franare' prin jiclorul de aer.

Adoptand legea de variatie a coeficientului de exces de aer (functie de sarcina motorului, de exemplu) relatia (16.54) se foloseste pentru dimensionarea elementelor dispozitivului.

In figura 16.16 sunt prezentate forme constructive de jicloare.

Dimensionarea plutitorului

Scopul calcului de dimensionare este cel al determinarii volumului plutitorului care se gaseste imersat in benzina. Schema de calcul este prezentata in figura (16.17) unde: q₁ - greutatea cuiului (supapei) obturator; q₂ - greutatea parghiei; q₃ - greutatea plutitorului; q₄ - greutatea volumului de combustibil dislocuit de plutitor; q₅ - forta data de presiunea benzinei refulate de pompa ce actioneaza pe cuiul obturator. Aceasta forta se determina cu relatia:

(16.55)

unde: d - diametrul orificiului de exces a benzinei;

p_c -presiunea benzinei refulate de pompa cu valori intre (0,14.0,25).10⁵ Pa.

Scriind ecuatia de momente in punctul A:

(16.56)

de unde:

(16.57)

Volumul plutitorului care se gaseste cufundat in combustibil este:

(16.58)

unde: r_c - densitatea benzinei.

Se recomanda ca V_pc sa prezinte 3/4 din volumul total al plutitorului; Sectiunea plutitorului in planul nivelului de combustibil din camera de volum constant trebuie sa fie cat mai mare pentru obtinerea unei sensibilitati mai accentuate.

Recomandari privind plasarea camerei de nivel constant si a clapetei de acceleratie

Ansamblul camera de nivel constant-pulverizator se monteaza paralel cu directia de inaintare a autovehiculului (fig.16.18); la accelerare, din cauza inertiei, combustibilul exercita o presiune suplimentarp asupra jiclorului, imbogateste pentru scurt timp amestecul si mareste dinamicitatea autovehiculului.

Un avantaj asemanator se obtine la deplasarea pe rampa. Cu camera de nivel constant plasata spre directia de inaintare se obtine saracirea amestecului in panta sau la decelerare.

Clapeta de acceleratie se plaseaza cu axa paralela cu axa longitudinala a motorului pentru a nu perturba alimentarea identica a cilindrilor cu amestec proaspat (fig.16.19).

In figura 16.19 este exemplificat grafic regimul de curgere a amestecului pentru doua pozitii distincte ale axului clapetei de acceleratie.

Carburatoare cu comanda electronica. Principii de proiectare

Rolul esential al unui carburator este acela de a asigura formarea amestecului aer-combustibil, iar dozajul acestuia este precizat de raportul debitelor celor doua fluide. Modificarea acestui raport se obtine in mod firesc prin variatia unuia din aceste debite. Din acest punct de vedere, sistemele moderne de carburatoare cu comanda electronica pot fi grupate in doua mari clase:

a) Carburatoare cu corectia dozajului prin controlul debitului de aer realizabil prin:

- variatia pozitiei clapetei superioare(BOSCH-PIERBURG);

- variatia sectiunii jiclorului de aer (HONDA, CARTER, HITACHI, NISSAN, FUJI).

b) Carburatoare care asigura corectia dozajului prin controul debitului de combustibil utilizand:

- modulator de vid (G.M., FORD);

- supape electromagnetice (G.M., FORD. SOLEX, WEBER, AMC);

- prin variatia presiunii in camera de nivel constant (FORD).

O solutie caracteristica primei clase este cea dezvoltata de PIERBURG-BOSCH. Sistemul, denumit ECOTRONIC (fig.16.20) a fost initiat in ideea pastrarii avantajelor de baza ale carburatorului clasic (constructie simpla, buna adaptabilitate la motor, siguranta in functionare) completate cu altele ce decurg din utilizarea sistemului electronic de comanda. Constructia asigura in mod special o imbunatatire a functionarii motorului la regimuri tranzitorii. Astfel, comanda electronica realizeaza:

- imbogatirea dozajului in regim de pornire sau de incarcare;

- imbogatirea amestecului in regim de accelerare;

- stabilirea functionarii la mersul in gol;

- intreruperea alimentarii la mersul in gol fortat si la oprirea motorului.

Formarea amestecurilor in regimurile stationare de functionare ale motorului cald este asigurata de structura clasica a carburatorului.

Schema principiala este prezentata in figura 16.20.

Prin intermediul elementelor de executie, utilizand semnalele captate de senzorii de temperatura, turatie, pozitie si presiune a aerului inconjurator, blocul electronic realizeaza reglarea functionarii in 'bucla inchisa'. Un microprocesor pe 8 biti, memoria program (ROM) si cea operationala (RAM), impreuna cu doua convertoare (unul analog-digital la intrare si altul digital-analog la iesire) sunt elementele principale ale blocului electronic de reglare. Functia de reglare, la functionarea motorului in regimurile tranzitorii mentionate, se realizeaza prin compararea continua a valorilor curente ale parametrilor de reglaj cu cele din campurile de caracteristici ridicate pe standul de proba la functionarea optimizata a motorului.

Oprirea alimentarii cu combustibil la regimul de mers in gol fortat se realizeaza prin inchiderea completa a clapetei de acceleratie. Orificiile amestecului de mers in gol se afla deasupra clapetei de acceleratie in domeniul presiunii atmosferice, ceea ce face ca sistemul de mers in gol sa fie scos complet din functiune. La scaderea turatiei motorului sub o valoare prestabilita dispozitivul electropneumatic aduce clapeta de acceleratie in pozitia de mers in gol, orificiul amestecului de mers in gol este pus in legatura cu depresiunea de sub clapeta de acceleratie (din galeria de admisie) si debitul de combustibil este restabilit.

La turatii superioare turatiei de prag este actionata supapa electromagnetica ce pune in legatura dispozitivul electropneumatic cu depresiunea din colectorul de admisie, astfel incat clapeta de acceleratie este complet inchisa.

Controlul functionarii motorului la mersul in gol se realizeaza prin reglarea pozitiei clapetei de acceleratie. Pozitia clapetei este modificata riguros prin intermediul unui dispozitiv electropneumatic prevazut cu doua supape electromagnetice pentru interconectarea presiunilor de actionare (atmosferica si depresiunea din colectorul de admisie).

La mersul in gol se compara turatia motorului cu o valoare prestabilita rezidenta in memoria ROM. Din diferenta celor doua marimi blocul de comanda emite semnalul ce conduce la modificarea (in sensul dorit) pozitiei clapetei de acceleratie.

La accelerare, in functie de viteza de deschidere a clapetei de acceleratie, se modifica si pozitia clapetei superioare pentru asigurarea imbogatirii amestecului, promptitudinea pozitionarii precise a clapetei permitand o adaptare rapida si diferentiata a calitatii amestecului in functie de parametrii functionali ai motorului.

Din aceeasi clasa de carburatoare face parte si constructia firmei HONDA care, pentru realizarea dozajelor dorite, utilizeaza controlul debitului de aer din circuitul dispozitivului principal de dozare cu franare pneumatica (fig.16.21).

Sistemul este compus dintr-un carburator dublu corp (1) care pe treapta I are un circuit principal si un circuit de combustibil pentru mersul in gol (3), alimentat din camera de nivel constant (6). Aerul de franare, necesar controlului excesului de aer, este asigurat printr-un sistem de reglare (11) prin circuitele (7) si (8). Pe treapta a II-a a carburatorului se afla circuitele de combustibil (4) si (5). Circuitul (4) asigura, impreuna cu circuitul de aer (9) controlul dozajului la functionare treptei a II-a a carburatorului. Circuitul principal (5) al treptei a II-a cuprinde un jiclor fix al aerului de franare (10) ce comunica cu filtrul de aer. Dispozitivul de reglare (11) cuprinde trei supape pentru controlul debitului de aer si un motor pas cu pas.

Blocul electronic (26), primeste informatii de la comutatorul lamelar (20) si de la traductoarele sistemului (sonda Lambda, senzor al presiunii din colectorul de admisie, traductorul pentru temperatura lichidului de racire, senzorul presiunii atmosferice, traductor de turatie) si transmite semnale de comanda motorului pas cu pas al dispozitivului de reglaj.

Reglarea calitatii amestecului se face in sistem bucla deschisa (la deschiderea maxima a clapetei carburatorului, in regim de deceleratie si la functionarea in gol a motorului) sau in sistem bucla inchisa pentru functionarea motoruluiin regimuri de sarcini partiale.

O a doua clasa de carburatoare utilizeaza controlul electronic al valorii debitului de combustibil pentru a se asigura dozajul necesar fiecarui regim de functionare al motorului.

Modelele Dualjet, Quadrajet si Varajet produse de G.M. au structura principiala prezentata in fig.16.22. O supapa actionata electromagnetic (1) controleaza debitul de combustibil. Traductorul pentru sesizarea pozitiei clapetei de acceleratie transmite spre blocul de comanda informatii in legatura cu intentia conducatorului auto.

Tija (2) actionata de supapa electro-magnetica (1) variaza debitul aerului din circuitul de mers in gol in timp ce tija (3) actioneaza asupra parametrilor circuitului principal de dozare. Comanda unui amestec sarac determina o saracire a amestecului aer-combustibil in ambele circuite si, invers, comanda specifica unui amestec bogat determina imbogatirea amestecului in amandoua circuitele. Limitele calitatii amestecului sunt fixate prin limitatoarele reglabile (4) si (5). Frecventa de actionare a supapei electro-magnetice este variabila, tijele (2) si (3) parcurgand o cursa completa intre (4) si (5) la fiecare impuls de comanda a supapei electromagnetice.

Principii de proiectare a carburatoarelor cu comanda electronica

Obiectivele ce se stabilesc la proiectarea carburatoarelor comandate electronic sunt urmatoarele:

a) asigurarea calitatii necesare amestecului aer-benzina la toate regimurile de functionare a motorului;

b) reducerea consumului de combustibil;

c) reducerea nivelului emisiilor poluante;

d) pornire sigura si functionare stabila a motorului la temperaturile intalnite in utilizare;

e) schimbarea rapida a calitatii amestecului la functionarea motorului in regimuri tranzitorii;

f) functionarea sigura a motorului in situatiile de avarie provocate de defectarea componentelor electronice.

Solutiile de proiectare specifice care permit atingerea acestor obiective vor fi comentate in cele ce urmeaza cu exemplificare directa pe sistemul PIERBURG-BOSCH (fig.16.20). Servomotorul electric de pornire este un motor electric pas cu pas avand un cuplu maxim de 7 [N.cm].

Sistemul asigura clapetei superioare un domeniu de reglaj unghiular cuprins in intervalul [0,90⁰], cu viteza de 4,5 m/s si o variatie sinusoidala a cuplului ca functie de unghiul de rotatie al clapetei. Precizia de pozitionare unghiulara permite variatii de cel mult 0,06 din valoarea intregului interval de lucru.

Dispozitivul de reglare a pozitiei clapetei de acceleratie la mersul in gol este de tip electropneumatic si are urmatoarele caracteristici:

- viteza de reglare 25 m/s;

- domeniu de reglare [0,18 mm];

- modulatia impulsului de comanda cu sistem adaptiv asigurand curse egale pentru fiecare impuls;

- comanda efectiva cu doua supape sincronizate;

- traductor de pozitie potentiometric cu caracteristica liniara pe domeniul de lucru;

- eroarea de pozitionare ± 0,3% din valoarea maxima a cursei.

Potentiometrul pentru pozitia clapetei de acceleratie este realizat de potentiometru rotativ cu arc de revenire pentru compensarea jocului functional. Datele tehnice sumare sunt:

- rezistenta electrica maxima - 2 kW;

- curent maxim - 1 mA;

- domeniu de masurare - [0,90⁰].