Schimbarea gazelor la MAI 4T cu supape

Schimbarea gazelor se relizeaza cu scopul introducerii in cilindri MAI a fluidului motor proaspat si evacuarea cat mai completa a produselor arderii.

Schimbarea gazelor se compune din admisie si evacuare. Elemente ale sistemului sunt prezentate in figura 2.1 (cazul unui MAS 4T cu supape)

1. Admisia

Procesul de admisie reprezinta acea parte a ciclului motor in care fluidul motor proaspat patrunde in cilindrul motorului (se mai numeste si umplerea cilindrului).

In functie de presiunea din tubulatura de admisie dinaintea supapei de admisie se disting:

- admisia normala (naturala) cand (figura 1.8);

- admisia fortata cand (figura 1.8).

Figura 1.8. F - filtru; D difuzor convergent-divergent; Ob - obturator reglabil (D si Ob fac parte din carburatorul C); Pc - pata calda; Ca - conducta de aspiratie; Ce - conducta de evacuare; Oa si Oe sunt orificii obturabile de supapele de admisie SA si evacuare SE; galeriile de admisie GA si evacuare GE; B - bujie; Az - amortizor de zgomot.

Admisia normala are loc cu aerul la parametri initiali absoluti si . Datorita deplasarii pistonului spre PME presiunea absoluta din cilindru scade inregistrandu-se o diferenta de presiune fata de care face ca fluidul motor proaspat sa patrunda cu viteza in camera cu volum variabil in timp, marginita de cilindru si piston. Pe traseul de admisie exista o suma de rezistente gazodinamice care realizeaza caderi de presiune a caror suma este . Acest este o functie variabila, dependenta de foarte multi factori.

Figura 1.9. S - suflanta; Rs - rotorul suflantei (compresorului);T - turbina de gaze; Rt - rotorul turbinei de gaze; A - arbore comun.

Pentru cresterea puterii motoarelor in conditiile pastrarii volumelor cilindrilor si a turatiilor de functionare se recurge la supraalimentare. Procedeul consta in introducerea unei mase mai mari de aer in cilindru prin cresterea presiunii pe admisie. Pentru aceasta se utilizeaza un compresor de aer care ridica presiunea de la la . Energia necesara actionarii compresorului este preluata de la gazele de evacuare care sunt colectate si apoi utilizate pentru a pune in miscare o turbina de gaze.

Puterea efectiva a motorului se poate calcula plecand de la consumul de combustibil.

unde:

- consum de combustibil Kg/h

- puterea calorifica interioara a combustibilului KJ/Kg

- randamentul efectiv

Cum pentru arderea unui Kg de combustibil sunt necesare Kg de aer, ca urmare consumul de aer orar va fi:

[Kg/h]

Avand in vedere ca consumul real de aer este dependent de coeficientul de dozaj al aerului rezulta ca:

si deci

Obturarea legaturii dintre galeria de admisie si camera cilindrului este realizata de supapa de admisie. Deschiderea acesteia inainte de PMI, pe sfarsitul procesului de evacuare, are ca scop asigurarea unei sectiuni suficiente de scurgere prin poarta deschisa de supapa imediat dupa PMI. Acesta pentru ca, din motive de rezistenta si de uzura, camele care comanda deschiderea supapelor nu se realizeaza cu legi de ridicare care sa genereze forte de inertie inacceptabil de mari.

Inchiderea legaturii dintre galeria de admisie si camera cilindrului se realizeaza cu o intarziere fata de PME. Se procedeaza astfel pentru ca in PME presiunea absoluta din cilindru este mai mica decat presiunea din coloana de admisie.

Figura 1.10

Din incercari experimentale s-a constatat ca raportul volumetric al umplerii ,, ca raport intre volumul de aer ce s-ar aflat in cilindru, pentru o cursa data la si si volumul de aer raportat la si ce se afla in mod real in camera cilindrului exprimat are o variatie asa cum se poate observa in figura 1.10. Tot in aceasta figura este reprezentata legea de variatie a coeficientului de masa functie de . Coeficientul de masa este definit ca raport intre masa curenta de fluid motor si masa finala din cilindru, de dupa inchiderea supapei de admisie.

Figura 1.11 Diagrama de pompaj

la MAI cu admisie normala

Figura 1.12 Diagrama de pompaj la MAI supraalimentate.

Fenomenul de umplere a cilindrului dupa PME, se numeste postumplere. Diagrama de variatie a parametrilor din perioadele de evacuare a gazelor si admisie se numeste diagrama de pompaj (figura 1.11). Ea este "negativa" la MAI cu admisie normala si pozitiva, din punct de vedere energetic, la MAI supraalimentate (figura 1.12).

2 Evacuarea gazelor.

Evacuarea gazelor este procesul prin care gazele de ardere parasesc cilindrul. Aceasta evacuare a gazelor are loc in trei moduri:

- evacuare libera, datorita lui (incepe imediat dupa deschiderea );

- evacuare fortata, datorata deplasarii pistonului spre PMI (are loc spre ultima parte a cursei spre PMI)

- mixta (are loc pe partea de mijloc a cursei).

In momentul inchiderii supapei de evacuare in cilindru mai ramane o masa de gaze de ardere de la ciclul anterior..

Se defineste coeficientul gazelor reziduale:

unde este masa gazelor reziduale, iar masa fluidului proaspat.

La MAC

La MAS

Acest se poate calcula aproximativ cu relatia:.

Figura 1.13. Coeficientul de masa al gazelor evacuate

Gazele reziduale actioneaza, datorita caracterului lor inert chimic, cu inhibitori ai arderii cu efecte evident negative asupra randamentului efectiv al motorului. Efectul este mai pronuntat la MAS unde, mai ales in regimuri partiale de sarcina poate creste pana la 0,3.0,35, arderea se dazvolta lent, functionarea devenind instabila.