Caracteristicile motorului cu ardere interna cu piston

Caracteristicile motorului cu ardere interna cu piston

Influenta motorului asupra dinamicitatii si economicitatii autovehiculelor este determinata de caracteristicile motorului. Parametrii de functionare ai motorului cu ardere interna cu piston sunt exprimati cu ajutorul caracteristicii de turatie exterioare, caracteristica cunoscuta si sub denumirea de caracteristica de turatie la sarcina totala. Avand in vedere faptul ca in timpul exploatarii autovehiculului functionarea motorului are loc cu preponderenta la sarcini partiale pentru o apreciere completa si corecta a dinamicitatii si economicitatii este utila si cunoastere caracteristicilor de turatie la sarcini partiale.

Principalii indicii de apreciere globala a calitatilor motoarelor cu ardere interna cu piston utilizate la autovehicule sunt: turatia nominala, raportul de comprimare, presiunea medie efectiva, puterea litrica, masa pe unitatea de putere, consumul specific de combustibil, cresterea procentuala de moment. In tabelul 2.1 sunt centralizati acesti parametri pentru principalele tipuri de motoare cu ardere interna cu piston.

Tabelul.2.1.

Indici globali comparativi

Caracteristica exterioara de turatie sau caracteristica exterioara reprezinta dependenta dintre puterea motorului, momentul de torsiune al arborelui cotit, consumul specific si consumul orar de combustibil functie de viteza unghiulara (turatia) arborelui cotit, la admisie totala, reglajele motorului si temperatura de functionare fiind cele optime.

Determinarea experimentala a caracteristicii exterioare de turatie se face pe standuri de proba, puterea motorului fiind consumata de o frana care permite obtinerea unui moment rezistent variabil. La motoarele cu aprindere prin comprimare (M.A.C.) sau la motoarele cu aprindere prin scanteie cu injectie (M.A.S.I.) admisia totala se realizeaza la pozitia de debit maxim a pompei de injectie, iar la motoare cu aprindere prin scanteie cu carburator (M.A.S.) admisia totala se realizeaza la deschiderea completa a clapetei de acceleratie. Variatia turatiei arborelui cotit se realizeaza in ambele cazuri numai prin modificarea momentului de franare.

Fig.2.1 Caracteristica exterioara de turatie.

In figura 2.1 sunt prezentate exemple de caracteristici de turatie exterioare pentru motoarele cu aprindere prin scanteie (figura 2.1,a) si pentru motoarele cu aprindere prin comprimare (figura 2.1,c), motoare prevazute cu regulator limitator de turatie.

Turatiile si punctele definitorii pentru curbele caracteristice ale motoarelor sunt:

n_o turatia minima de functionare stabila a motorului, la care se dezvolta momentul de torsiune M_o si puterea P_o, consumul specific de combustibil este c_o, iar consumul orar de combustibil este C_o;

n_M turatia momentului de torsiune maxim, la care se dezvolta momentul de torsiune maxim M_M si puterea corespunzatoare P_M, consumul specific de combustibil este c_M, iar consumul orar de combustibil este C_M;

n_ec turatia economica, la care consumul specific de combustibil este minim c_ec;

n_n turatia nominala (turatia puterii maxime), la care se dezvolta puterea nominala (puterea maxima) P_n si momentul corespunzator M_n, consumul specific de combustibil este c_n, iar consumul orar de combustibil este C_n;

n₁ turatia maxima, la care se dezvolta momentul de rasucire M₁ si puterea corespunzatoare P₁, consumul specific de combustibil este c₁, iar consumul orar de combustibil este C₁.

Unele motoare cu aprindere prin scanteie si toate motoarele cu aprindere prin comprimare sunt prevazute cu regulator limitator de turatie (figura 2.1,b), care are rolul sa limiteze turatia maxima a motorului la o anumita valoare, pentru a proteja motorul cu ardere interna de suprasarcini, pentru a micsora cantitatea de emisii poluante si pentru a evita functionarea motorului la turatii la care consumul specific de combustibil devine foarte mare. Pentru motoarele prevazute cu regulator, portiunea de caracteristica cuprinsa intre turatia nominala n_n si turatia maxima n₁, este denumita caracteristica de regulator, iar variatia momentului motor M, puterii P si consumului orar C poate fi considerata cu buna aproximatie liniara pentru acest domeniu de turatii.

Intervalul de turatii [n_M,n_n] este zona stabila de functionare a motorului. In aceasta zona odata cu cresterea rezistentelor si scaderea turatiei, momentul motor creste compensand cresterea rezistentelor. Cu cat zona stabila de functionare este mai, cu atat motorul este mai bun pentru propulsia autovehiculului. Marimea zonei stabile este caracterizata de coeficientul de elasticitate:

(2.1)

Valorile recomandate pentru coeficientii de elasticitate ai motoarelor cu ardere interna cu piston utilizate in constructia de autovehicule sunt centralizate in tabelul 2.2.

Intervalul de turatii [n_o,n_M) este zona de functionare nestabila deoarece odata cu scaderea turatiei datorata cresterii rezistentelor momentul motor scade ajungandu-se pana la oprirea motorului daca conducatorul auto nu intervine.

Intervalul de turatii [n_o,n_n] pentru motoare cu aprindere prin comprimare si [n_o,n₁] pentru motoarele cu aprindere prin scanteie constituie zona de functionare a motorului cu ardere interna zona care poate fi caracterizata prin coeficientul domeniului de functionare:

. (2.2)

Valorile recomandate pentru coeficientii domeniului de utilizare ai motoarelor cu ardere interna cu piston utilizate in constructia de autovehicule sunt centralizate in tabelul 2.2.

Tabelul 2.2.

Coeficientul domeniului de utilizare si coeficientul de elasticitate.

Variatia momentului de rasucire dezvoltat de motor in zona stabila de functionare este caracterizata de coeficientul de adaptabilitate:

(2.3)

Valorile recomandate pentru coeficientii de adaptabilitate ai motoarelor cu ardere interna cu piston utilizate in constructia de autovehicule sunt centralizate in tabelul 2.3.

Tabelul 2.3.

Coeficientul de adaptabilitate.

Cu cat creste momentul motor la reducerea turatiei cu atat se maresc posibilitatile autovehiculului de a invinge rezistentele la inaintare fara a fi necesara utilizarea altei trepte de viteza si se spune despre motor ca este mai adaptabil, sau mai suplu.

In conditii normale de exploatare, autovehiculele functioneaza in majoritatea timpului cu motorul la admisie de combustibil partiala, respectiv la sarcini partiale.

Caracteristica partiala de turatie la M.A.S. se obtine in aceleasi conditii ca si caracteristica exterioara de turatie la deschideri partiale ale clapetei de acceleratie. Particularitatile curbelor partiale de turatie pentru motoarele cu aprindere prin scanteie constau in faptul ca la sarcini mici ele isi modifica in parte alura, punctele de maxim si minim se deplaseaza spre stanga (figura 2.2) cu reducerea limitelor de variatie a turatiei.

Fig.2.2. Caracteristica de sarcini partiale a M.A.S.

In figura 2.3 sunt prezentate curbele de variatie a puterii si momentului la functionarea motoarelor cu aprindere prin comprimare la diferite pozitii ale cremalierei de comanda a pompei de injectie in punctele corespunzatoare sarcinilor partiale. Se constata ca spre deosebire de M.A.S. curbele caracteristice se extind pe intregul domeniu de turatie, indiferent de turatie si sunt aproximativ paralele. Daca se analizeaza si caracteristicile partiale de consum se constata ca M.A.C. functioneaza cu o economici-tate de 20.30% fata de M.A.S.

Fig.2.3. Caracteristica de sarcini partiale a M.A.C.

Capacitatea motorului de a invinge suprasarcini temporare este determinata si de posibilitatea folosirii in acest scop a energiei cinetice acumulate de volant si componentele in miscare ale acestuia. Valoarea maxima a energiei cinetice pentru intreg domeniul de functionare al motorului se poate calcula cu relatia:

, (2.4)

unde: J_M este momentul de inertie al maselor motorului aflate in miscare reduse la arborele cotit; w_n este viteza unghiulara nominala a arborelui cotit; w_o este viteza unghiulara minima stabila a arborelui cotit; w este viteza unghiulara maxima a arborelui cotit.

Energia cinetica maxima pentru zona de functionare stabila se poate calcula cu relatia:

, (2.5)

unde w_M este viteza unghiulara corespunzatoare momentului maxim.

Din relatia 2.5 rezulta ca la micsorarea coeficientului de elasticitate creste capacitatea de invingere a suprasarcinii prin utilizarea energiei cinetice.

La alegerea motorului care va echipa un autovehicul nou trebuie sa se tina seama de caracteristicile motoarelor care echipeaza autovehicule similare precum si de tendintele care se manifesta pe plan mondial in constructia motoarelor pentru autovehicule. In figura 2.4 sunt prezentate principalele caracteristici ale motoarelor cu ardere interna si anume puterea litrica functie de turatia nominala si lucru mecanic specific.

Fig. 2.4. Caracteristicile motoarelor care echipeaza autovehiculele fabricate in perioada 1982.1988: a - motoare M.A.S. cu alimentare naturala pentru autoturisme; b - motoare M.A.S. supraalimentate pentru autoturisme; c - motoare M.A.C. cu alimentare naturala pentru autoturisme; d - motoare M.A.C. supraalimentate pentru autoturisme; e - motoare M.A.C. cu alimentare naturala pentru autocamioane; f - motoare M.A.C. supraalimentate pentru autocamioane.

Din statistici rezulta ca pentru autoturisme sunt utilizate cu precadere motoare cu aprindere prin scanteie, iar pentru autocamioane, autobuze si tractoare se utilizeaza mai mult motoarele cu aprindere prin comprimare. Datorita consumului de combustibil redus si a progreselor tehnice si tehnologice care au permis eliminarea principalelor dezavantaje ale motoarelor cu aprindere prin comprimare apare tendinta de utilizare a acestor motoare, intr-o mai mare masura si pentru propulsia autoturismelor.