Upload
ovi-alexx
View
74
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Masini proiectare
Citation preview
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 1
LUCRAREA NR.1
PRINCIPIILE DE FUNCIONARE A M.A.I.
FORMAREA AMESTECULUI N M.A.S.
APRINDEREA AMESTECULUI N M.A.S.
1.GENERALITI.
Motorul cu ardere intern cu piston (MA) este cel mai utilizat ca main
principal sau auxiliar n sistemele de propulsie navale actuale. Acesta se
ncadreaz n categoria motoarelor termice care pot fi definite astfel:
DEF.1: Motorul termic este agregatul care transform energia chimic a unui
combustibil n lucru mecanic prin intermediul evoluiilor unui fluid numit de lucru
sau motor.
Definiia anterioara descrie la modul general principiul de funcionare.
Trebuie menionat faptul c eliberarea energiei chimice a combustibilului se
realizeaz printr-o reacie de oxidare (sau proces de ardere), reacie ce are un
caracter exoterm. Arderea presupune realizarea n prealabil a unui amestec
combustibil-aer i crearea unor condiii de presiune i temperatur capabile s
iniieze arderea.
Ca atare, la finele reaciei de oxidare produsele arderii vor nmagazina
caldura eliberata, fapt ce se manifesta printr-un nivel valoric ridicat al presiunii i
temperaturii, lund drept referina starea n care s-a iniiat arderea. Aceast cldur
este transformat n lucru mecanic de catre organele mobile ale motorului termic.
DEF.2: MAI este motorul termic al crui fluid motor este reprezentat de produsele
arderii, iar evoluiile acestuia se realizeaz prin intermediul unui perete mobil
numit-piston, a crui micare rectilinie alternativ n interiorul unui cilindru este
transformat n micare de rotaie de ctre mecanismul biel manivel.
Definiia 2 ne indica graniele sistemului n care evolueaz fluidul i faptul
c acesta este reprezentat chiar de ctre produsele arderii. Din cele doua definiii se
deduce c obinerea lucrului mecanic presupune parcurgerea urmatoarei succesiuni
de procese:
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 2
-proces de admisie(realizeaz umperea cu ncarcatur proaspat a
cilindrului);
-proces de comprimare(creeaz condiiile de presiune i temperatur
necesar iniierii arderii);
-proces de ardere(transform energia chimic a combustibilului n cldur);
-proces de destindere(transform cldura n lucru mecanic);
-proces de evacuare(realizeaz golirea cilindrului de produsele arderii).
Succesiunea de procese, anterior menionat, reprezint un ciclu motor.
Ciclul motor poate fi realizat pe durata a dou rotaii ale manivelei i avem un MA
n patru timpi (MA4T) sau pe durata unei singure rotaii ale manivelei i avem un
MA n doi timpi (MA2T).
De asemenea, ncarcatura proaspat poate fi reprezentat de aer sau de un
amestec combustibil-aer (amestec carburant). n prima variant, combustibilul va fi
introdus n cilindru prin injecie la sfritul procesului de comprimare, formarea
amestecului carburant demarnd imediat dupa injectie. Odat format amestecul el
se autoaprinde, motorul fiind numit cu aprindere prin comprimare(MAC).
n cea a doua variant, amestecul carburant este format n exteriorul
cilindrului, iar aprinderea sa este realizat prin intermediul unei scantei produse de
o bujie. Motorul se numete cu aprindere prin scanteie (MAS).
O alta observaie care se impune este cea legata de modul n care se
realizeaz admisia: ntr-un prim caz ea poate fi realizat n mod natural i avem
MA cu aprindere(sau aspiraie) naturala (MA AN) ori ntr-un al doilea caz ea se
realizeaz forat cu o suflant i obinem MA cu admisie forata (sau
supraalimentate) (MA SA sau MA AF).
2. PRINCIPIILE DE FUNCIONARE A M.A.I.
Aceste principii pot fi descrise cu ajutorul diagramei p-v, care vizualizeaz
variaia presiunii fluidului motor n interiorul cilindrului pe durata unui ciclu
motor. n domeniul naval se utilizeaz att MA4T ct si MA2T, nsa n general
pe tipul MAC SA i mai rar MAS. MAS-urile, utilizate de obicei pentru navigaie
pe fluviu, sunt MA4T.
Ca atare, n figurile 1,2,3 sunt prezentate diagramele p-v asociate MA4T
AN,MA4T SA, MA2T SA.
a). MAI 4T AN
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 3
Este numit motor n 4 timpi pe durata celor dou rotaii pistonul execut
patru curse:
Cursa de admisie (pmi ctre pme,r-a)
Pistonul pornese din PMI, moment n care SA este deschis. Deplasarea pistonului
conduce la marirea volumului ocupat de fluidul motor i deci la scderea presiunii
sub cea atmosferic p0.
Acest gradient (diferena) de presiune pune n micare,ctre interiorul
cilindrului, o coloana de aer prin galeria de admisie, nvingnd ineria acesteia. Ca
atare, putem spune ca admisia se desfoar de la sine n mod natural sau normal.
Odata ajuns pistonul n PME nu se va nchide supapa de admisie SA deoarece
aerul se mica accelerat i ineria sa i permite s patrund n cilindru chiar i dup
ce pistonul ncele cursa urmatoare. SA se va nchide cu ntrziere fa de PME. n
concluzie, procesul de admisie nu coincide ca durat cu cursa de admisie, fiind mai
lung dect aceasta din urma.
Cursa de comprimare (pme ctre pmi,a-c)
Prima fraciune din cursa de comprimare este reprezentata de finalul
procesului de admisie. nchiderea SA are loc n punctul SA cnd presiunea din
cilindru este aproximativ egal cu cea din atmosfer. n momentu SA al nchiderii
SA ncepe procesul de comprimare care se termin n punctul i. n momentul i este
injectat combustibilul i ncepe formarea amestecului n cazul MAC-ului sau este
produs scnteia de ctre bujie(caz MAS). Punctul i marcheaz nceputul arderii,
deoarece tot acum sunt iniiate primele reacii de oxidare, adic este iniiat
arderea. Deci, cursa de comprimare are o durat mai mare dect procesul de
comprimare. Pe intervalul i-c rmas din cursa de comprimare se iniiaz i ncepe
procesul de ardere.
Cursa de destindere(pmi catre pme,c-b)
Prima fraciune din cursa de destindere este reprezentat de finalul
procesului de ardere, pe durata cruia s-a nregistrat o cretere foarte important a
presiuni ca urmare a degajrii de cldur. Deci, procesul de ardere are o durat mai
mic dect o cursa i se desfoar n vecintatea PM.
Pe intervalul z(SFA)-DSE are loc procesul de destindere, care la fel este mai
scurt ca durat dect cursa de destindere. Deschiderea SE n punctul DSE, cu avans
fa de PME, prezint avantajul c presiunea din cilindru este mai mare dect cea
din mediul ambiant, drept care gradientul de presiune asigur evacuarea rapid a
celei mai mari pri din produsele arderii. n punctual b(piston la PME) presiunea
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 4
n cilindru este nc superioar celei atmosferice. Totui cu avans fa de PM se
deschide SA n punctul DSA. Acest lucru este necesar pentru c SA trebuie s
ofere o seciune de curgere, de arie relativ mare, n momentul n care ncrctura
proaspt are condiiile de presiune necesar umplerii cilindrului. Pe durata DSA-r
seciunea de curgere are o arie relativ mic i eventualele curgeri din cilindru n
colectorul de admisie sunt nesemnificative.
Cursa de evacuare (pme catre pmi, b-r)
Pe durata ntregi curse de evacuare pistonul golete cilindrul, adic procesul
de evacuare continua i deci acesta din urma are o durata mai mare dect a cursei.
SE nu este nchis n PM deoarece presiunea n cilindru este nca superioar celei
atmosferice, astfel gradientul de presiune permite evacuarea n continuare a
produselor arderii. nchiderea SE are loc cu ntrziere fa de PM n punctul SE
cnd presiunea n cilindru a sczul la valoarea presiunii atmosferice.
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 5
Fig.1. MAI4T AN
b). MAI 4T SA ( sau MAI 4T AF)
Principiul este asemntor celui anterior prezentat, singura diferen fiind
data de diagrama de pompaj (este poriunea din diagrama p-v aferent curselor de
admisie si evacuare). Astfel la MA4T SA presiunea pe timpul cursei de admisie
este mai mare dect cea din timpul cursei de evacuare i ambele sunt mai mici
dect presiunea ps a ncrcturi proaspete livrat de suflant. Deci, la acest tip de
motor aerul va patrunde n cilindru imediat dup DSA, ajutnd astfel la dislocarea
i evacuarea produselor arderii. La fel ca i la MA4T AN exist o perioad n care
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 6
ambele supape sunt deschise, cnd evacuarea i admisia se desfoar simultan.
Acest proces se numete baleiaj. n cazul MA4T AN acesta este nedorit deoarece
la nceputul su presiunea produselor arderii este superioar celei atmosferice i
deci i celei a ncrcturii proaspete. nsa la MA4T SA raportul de presiune
anterior menionat este inversat din punct de vedere valoric i ca atare procesul de
baleiaj este nedorit. ntr-adevt durata perioadei n care supapele sut deschise
simultan este de cel puin dou ori mai mare n cazul MA4T SA dect cel al
MA4T AN.
Fig.2. MAI4T SA
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 7
c). MAI 2T
Este numit motor n 2 timpi deoarece ciclul motor este realizat pe durata
unei rotaii, timp n care pistonul execut dou curse. Se constat astfel c au fost
suprimate dou curse, evident acestea fiind cea de admisie, resperctiv cea de
evacuare. Celelalte curse nu pot fi eliminate deoarece comprimarea asigur
condiiile necesare aprinderii amestecului combustibil-aer, iar cea de destindere
este singura generatoare de lucru mecanic.
Procesul de admisie i evacuare se desfsoar pe parcursul unor fraciuni din
cursele de comprimare si destindere. Astfel vom avea:
Cursa de comprimare(pmi catre pms,b-c)
Pe durata acestei curse se desfsoar urmatoarele procese:
-proces de admisie(o fraciune) i proces de evacuare(o fraciune):b-IFB;
-proces de evacuare(o fraciune):FB-FE;
-proces de comprimare:FE-I;
-proces de ardere(o fraciune):i-c.
Cursa de destindere(pms ctre pme, c-b)
Pe durata acestei curse se desfsoar urmatoarele procese:
-proces de ardere(o fraciune):c-z(SFA);
-proces de destindere:z-DFE;
-proces de evacuare(o fraciune):DFE-DFB;
-proces de evacuare(o fraciune) i proces de admisie(o fraciune):DFB-b.
n aceste condiii prezentm principiul de funcionare din momentul ncheierii
procesului de destindere n punctul DFE de deschidere a FE. n acest moment
presiunea produselor arderii din cilindru este superioar celei din mediul ambiant,
astfel c gradientul de presiune asigur evacuarea liber i rapid a celei mai mari
pari din masa de produse existente.
n momentul DFB al deschiderii FB presiunea n cilindru a sczut sub
valoarea presiunii ncrcturii proaspete livrat de suflant, nsa aceste presiuni
sunt comparabile ca ordin de mrime. Ca atare, ncarcatura va patrunde linitit n
cilindru, cu viteze relativ mici,fiind orientate n lungul peretelui adiacent FB, n
sens ascendent. Deci, ncarcatura proaspt asigur dislocarea i evacuarea
produselor arderii. Dei dup DFB ncrctura proaspt n cilindru ea nu poate
stopa scderea continua a presiunii n cilindru, fenomen ce se manifest pn la
sfritul cursei de destindere, n PM. Odat cu nceperea cursei de comprimare, se
simte influena umplerii pariale a cilindrului cu ncrctur proaspt prin
creterea presiunii. n momentul FB al nchiderii FB se ncheie procesul de
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 8
admisie. Costatm c pe intervalul DFB-b-FB procesele de admisie i evacuare se
desfsoar simultan, adic avem un proces de baleiaj. Spre deosebire de cazul
MA4T unde prezena lui nu afecteaza ntr-un mod important schimbul de gaze,
deoarece exist cursele de admisie i evacuare, la MA2T el are o influen
deosebit asupra modului n care se face umplerea cilindrului.
Fraciunea din cursa de comprimare FB-FE este un proces de evacuare a
ncrcturii proaspete numit i postevacuare. Din momentul FE incepe procesul
de comprimare care se sfrete n i cnd are loc injecia de combustibil sau
declanarea scnteii electrice a bujiei.
Ultima fraciune din cursa de comprimare este reprezentat de faza initial a
procesului de ardere ce continua i dupa PM, n prima parte a cursei de destindere.
Fraciunea z(SFA)-DFE este reprezentat de procesul de destindere.
n concluzie, putem afirma c oricare proces are o durat mai mica dect cea a unei
curse.
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 9
Fig.3. MAI2T SA
3. FORMAREA AMESTECULUI N M.A.S.
Amestecul combustibil-aer este format n exteriorul cilindrului la MAS.
Formarea presupune asigurarea unui dozaj optim aer-combustibil i vaporizarea
acestuia din urm pentru omogenizare. La MAS acest lucru este realizat n
carburator, element plasat pe traseul de admisie. Elementele componente ale
acestuia sunt prezentate n fig. 4:1-camer de nivel constant,2-camer de
amestec,3-difuzor,4-jiclor,5-clapet de admisie,6-colector admisie,7-ac plutitor,8-
plutitor,9-orificiu de legtur cu atmosfera,10-racord.
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 10
n timpul cursei de admisie umperea cilindrului se poate realiza natural sau
forat. Deci pe traseul de admisie se afl n micare o coloana de aer. La trecerea
prin difuzorul 3 viteza coloanei de aer va crete, iar presiunea va scade astfel c
prin jiclorul 4 combustibilul din camera 1 este pulverizat i vaporizat n curentul de
aer. n camera 2 are loc omogenizarea amestecului care va fi aspirat n cilindru.
Clapeta 5 are rolul de a regala cantitatea de amestec aspirat prin controlarea
seciunii de trecere oferit curgerii amestecului format.
Fig.4. Formarea amestecului n MAS.
4. APRINDEREA AMESTECULUI N M.A.S.
Amestecul aer-combustibil introdus n cilindrii unui MAS este oxidat n
urma unui proces iniiat de scnteia electric produs de o bujie. n fig. 5 este
schematizat sistemul de aprindere a amestecului ntr-un MAS cu patru cilindri,
sistem compus din urmatoarele repere: 1-contactul central al distribuitorului; 2-
contacte(ploturi); 3-rotor; 4-nfurarea secundar a bobinei de inducie; 5-
nfurarea primar a bobinei de inducie; 6-masa; 7-contact mobil; 8-contact fix;
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 11
9-condensator; 10-cam cu patru umeri; 11-bujii; 12-distribuitor; 13-ruptor; 14-
bateria i magnetoul; 15-arc.
n principiu, bateria i magnetoul asigur alimentarea lui 5 (vezi fig.5,a.).
Att timp ct cama 10 nu deschide contactul dintre 7 i 8 circuitul se nchide i 5
este strbtut de un curent, genernd un cmp magnetic cu proprietai constante.
n momentul cand cama 10 deschide contactul dintre 7 si 8, nvingnd fora
elastic a arcului 15, n circuitul primar apare o variaie a curentului deci i a
cmpului magnetic asociat. Drept urmare se induce n 4 o tensiune electromotoare
(TEM) de mii de voli. Aceast TEM colectat prin contactul 1i aplicat de rotorul
3, aflat acum n contact cu 2, uneia dintre bujii. Rezultatul este producerea scnteii
electrice.
Menionam c 10 are ataia umeri cai cilindri are motorul, pentru a fi
capabil s deschid cantactul dinte 7 i 8 astfel ncat s poat iniia scnteia la
nivelul fiecrui cilindru. De asemenea, 5 are un numar mic de spire de seciune
relativ mare, pe cnd 4 are un numr mult mai mare de spire, dar de seciune
redus. Rezultatul este c n 4 va fi indus o tensiune de mii de voli, pe cnd n 5
avem cateva sute de voli.
Lucrarea de laborator nr. 1 PCSMAI
Page 12
Fig.5. Aprinderea n MAS.
n concluzie, ruptorul asigur variaia intensitii curentului n circuitul
primar astfel nct se poate induce n circuitul 4 secundar TEM capabil de a
produce scnteia. Scnteia apare pe acea bujie pentru care distribuitorul nchide
contactul 2, de unde i numele reperului 12. Referitor la bobina de inducie aceasta
se comporta ca un transformator de tensiune.