Studii privind procesul de admisie la MAI

1. Introducere

În momentul de față toți producătorii de automobile fac eforturi susținute pentru reducerea consumului de combustibil și a emisiilor poluante, încercând în același timp să crească performanțele dinamice ale autovehiculelor. Acest lucru a condus la dezvoltarea unor sisteme complexe și scumpe cum ar fi: injecția directa de combustibil la MAS, recircularea gazelor de evacuare, reducerea capacității cilindrice concomitent cu supraalimentarea motorului etc. Beneficiile aduse de aceste soluții tehnice costisitoare ar fi în mod simțitor reduse dacă eficiența sistemelor „clasice” ale automobilelor nu ar fi dusă la extrem. Astfel, costurile ridicate aferente dezvoltării și implementării acestor soluții tehnice complexe nu ar fi justificate.

Unul dintre sistemele autovehiculelor dotate cu motor cu ardere internă care are o importanță crescută în ceea ce privește eficiența funcționării motorului este sistemul de admisie de aer. Acesta a evoluat constant de la o simplă conductă metalică prin care motorul aspira aer proaspăt din mediul ambiant la un traseu complex realizat din conducte din material plastic care integrează pe lângă elemente pentru creșterea eficienței acestuia și diferite părți ale altor sisteme, cum ar fi: debitmetrul de aer sau senzorul MAP împreună cu renzorul de temperatură al aerului, supapa pentru recircularea gazelor arse etc.

În cadrul acestui proiect de licență s-a urmărit analiza din punct de vedere constructiv și funcțional a sistemului de admisie al autoturismului Renault Clio 3 echipat cu motorul de 1,6 litri cu 16 supape și 82 kW și evaluarea eficienței acestuia din punct de vedere termic și hidraulic prin determinarea experimentală a parametrilor aerului. Apoi, în urma analizei datelor obținute experimental s-a încercat reproiectarea unor elemente ale sistemului de admisie pentru înlăturarea unor deficiențe.

Pe lângă rolul important în ceea ce privește performațele motorului, sistemul de admisie de aer este folosit și pentru reducerea poluării sonore. Astfel, prin integrarea unor elemente acustice în sistemul de admisie zgomotul produs de către motor este atenuat. În cadrul acestui proiect de licență au fost analizate soluțiile tehnice folosite de către inginerii Renault pentru reducerea zgomotul produs de motor cu ajutorul sistemului de admisie. Au fost determinați, experimental, parametrii rezonatoarelor de aer și au fost calculate frecvențele de rezonanța ale acestora.

Această lucrare conține 9 capitole, iar în primul capitol este prezentată importanța temei alese și cum este aceasta structurată.

În cel de-al doilea capitol este prezentat stadiul actual în domeniul sistemelor de admisie de aer. Rolul sistemelor de admisie, eficiența acestora din punct de vedere termic și hidraulic, materialele folosite și tehnologii de fabricare, impactul ecologic și soluții pentru creșterea randamentului umplerii.

Capitolul trei conține prezentarea sistemului de admisie analizat și pe care s-au efectuat încercările pentru determinarea parametrilor aerului. Este vorba despre sistemul de admisie de aer al autoturismului Renault Clio 3.

În capitolul patru sunt prezentate metodele de determinare ale parametrilor aerului. Tipuri de dispozitive pentru determinarea temperaturii și presiunii aerului.

Capitolul cinci conține informații despre aparatura folosită pentru determinarea experimentală a temperaturii aerului din sistemul de admisie. Conține metodologia de măsurare folosită, prezentarea datelor obținute și analiza acestora.

În capitolul șase este prezentat dipozitivul pentru măsurarea presiunii diferențiale din sistemul de admisie, metodologia încercărilor și prezentarea datelor experimentale obținute împreună cu analiza acestora.

În cadrul capitolului șapte sunt identificate și prezentate soluțiile tehnice folosite de inginerii Renault pentru reducerea zgomotului produs de motor precum și determinarea experimentală a parametrilor caracteristici ai rezonatoarelor de aer și calculul frecvențelor de rezonanță.

În capitolul opt sunt prezentate informații legate de reproiectarea unor părți componente ale sistemului de admisie de aer pentru reducerea unor neajunsuri ale sistemului de admisie original.

Ultimul capitol conține partea de concluzii și contribuții personale la relizarea studiului și cercetării sistemului de admisie de aer.

2. Stadiul actual în domeniul sistemelor de admisie de aer

Sistemul de admisie de aer asigura buna funcționare a motorului. Rolul principal al acestuia este de a asigura un debit de aer (amestec de aer și combustibil în cazul motoarelor cu carburator) suficient pentru buna funcționare a motorului la turații si regimuri de sarcină diferite. În plus, sistemul de admisie de aer trebuie să îndeplinească urmatoarele condiții:

• Să permită curgerea aerului fără restricții hidraulice importante;

• Să nu permită încălzirea excesivă a aerului admis;

• Să asigure o purificare a aerului admis pentru a un permite impurităților să ajungă în motor;

• Să un permită ingestia de apă sau zăpada în motor;

• Să aibă o rigiditate structurală ridicată;

• Să fie cât mai ușor;

• Să atenueze cât mai bine zgomotul specific produs de aspirația aerului în motor;

• Să fie izolat din punctul de vedere al vibratiilor de celelalte componente ale autovehiculului;

• Să aibă un preț de cost cât mai scăzut ;

• Să aibă un impact ecologic cât mai scăzut de-a lungul duratei de viață.

Sistemul de admisie de aer poate fi împărțit în două subsisteme : sistemul de admisie inferior (de la orificiul de admisie al aerului din atmosferă până la clapeta obturatoare) și sistemul de admisie superior (de la clapeta obturatoare până la la intrarea în cilindru).

Părțile componente ale sistemului de admisie inferior pot fi observate în figura 2.1 [18]. Aerul este aspirat din atmosferă prin intermediul conductei de admisie de aer principală (2) iar impuritățiile de dimensiuni mari sunt oprite de către grilajul (1). Dacă din considerente de natură constructivă amplasarea unei conducte de admisie de aer principală cu un diametru suficient de mare nu este posibilă se poate adopta soluția folosirii unui conducte de admisie de aer secundară (3). Conducta de admisie de aer intermediară (5) conduce aerul admis către cutia filtrului de aer (9). Cutia filtrului de aer are rolul de a găzdui filtrul de aer și de a forța aerul aspirat să treacă doar prin filtru pentru a asigura purificarea acestuia. Rezonatorul de tip Helmholtz (7) are rolul de a reduce zgomotul produs de sistemul de admisie de aer. Conducta de admisie de aer (12) are rolul de a prelua aerul filtrat din cutia filtrului de aer și de a-l conduce spre corpul clapetei obturatoare. Aceasta, este racordată la cutia filtrului și la corpul clapetei obturatoare prin intermediul colierelor (11, 13). Rezonatorul de tip sfert de lungime de undă (14) are rolul de a reduce zgomotul produs de sistemul de admisie de aer. Sistemul de admisie de aer inferior este fixat în interiorul compartimentului motor prin intermediul suporturilor elastice (4, 6, 8, 10 și 15) pentru a un transmite vibrații.

Figura 2.1. Sistemul de admisie inferior.

1 – grilă aerator; 2 – conductă admisie de aer pricipală; 3 – conductă admisie de aer secundară; 4, 6, 8, 10, 15 – suport elastic; 5 – conductă de admisie de aer intermediară; 7 – rezonator de aer de tip Helmholtz; 9 - cutia filtrului de aer; 11, 13 – colier; 12 – conducta de admisie de aer finală; 14 – rezonator de aer de tip sfert de lungime de undă.