Termogazodinamica Motoarelor cu Ardere Internă

TEMA DE PROIECTARE

Să se proiecteze calculul termic pentru un motor cu patru timpuri cu următoarele caracteristici:

- Numărul de cilindrii i = 4

- Putere maximă efectivă

- Turaţia de putere maximă

- Cu aprindere prin scânteie

Destinat să echipeze un autoturism

1. Memoriu de prezentare

1.1. Nivelul actual al tehnicii în construcţia motoarelor cu ardere internă pentru autovehicule rutiere

În lumina noilor progrese în domeniul propulsiei electrice, motorul cu ardere internă trebuie să facă faţă şi acestei noi provocări. De aceea, în ultimii ani s-au înregistrat eforturi susţinute în domeniul motoarelor cu ardere internă destinate propulsiei rutiere, astfel că au apărut o multitudine de soluţii tehnice radicale, al căror scop este acela de a renunţa la cauzele ineficienţei motoarelor, cauze ce au fost considerate ca inevitabile în decursul acestui secol de industrializare a motoarelor cu ardere internă.

Comprimarea variabilă reprezintă, în viziunea echipei, următorul pas în evoluţia motoarelor cu ardere internă destinate propulsiei rutiere, etapă considerată ca una de tranziţie între stadiul actual, al motoarelor cu ardere internă şi cel următor, al pilelor de combustie.

O caracteristică importantă a motoarelor de automobil este marea varietate a regimurilor de funcţionare. Printre acestea, regimurile de sarcini mici şi mijlocii au un rol esenţial, deoarece funcţionarea la aceste regimuri este definitorie pentru economicitatea motorului. Din nefericire, la aceste regimuri randamentul termic este mult diminuat în comparaţie cu cel înregistrat la sarcină plină. În concluzie, ar trebui căutate soluţiile constructive care acţionează îndeosebi în zona acestor regimuri, pentru a determina o creştere a randamentului termic.

În cazul motoarelor cu aprindere prin scînteie, controlul cantitativ al sarcinii prin obturarea canalului de admisie determină nu numai pierderile prin pompaj dar şi micşorarea raportului real de comprimare al gazelor (εp). Datorită valorii fixe (invariabile în timpul funcţionării) a raportului geometric de comprimare (εv), masa mai mică de încărcătură proaspătă, ce rezultă în urma scăderii nivelului de sarcină, va ocupa acelaşi volum la sfîrşitul cursei de comprimare, astfel că amestecul va fi mai puţin comprimat faţă de situaţia înregistrată la sarcină plină. Acesta constituie principalul dezavantaj al motoarelor cu aprindere prin scînteie. Rezultă, deci, că devine economică creşterea raportului geometric de comprimare (εv) cu scăderea nivelului de sarcină, în acest mod gradul sau raportul real de comprimare al gazelor (εp) fiind refăcut.

În etapele sale de evoluţie motorul a trecut de la un reglaj manual al avansului la aprindere, la deja perimatul ruptor-distribuitor care înseamnă un reglaj automat în funcţie de sarcină şi turaţie. De asemenea, carburatorul a devenit din ce în ce mai sofisticat, iar în cele din urmă s-a trecut la actualul sistem de injecţie electronică de benzină, în care dozajul se face în funcţie de sarcină, turaţie, temperatură şi alţi parametri de funcţionare - adică tot la un sistem automat. În plus faţă de acestea, renunţarea la sistemul de distribuţie fixă, optimizat pentru un singur regim de funcţionare (de regulă, regimul sarcinii pline) şi trecerea la un sistem de distribuţie variabilă cu sarcina şi cu turaţia a fost deja făcută.

Este deci absolut logică, în evoluţia motorului, trecerea la automatizarea reglării proceselor fundamentale, respectiv la variaţia raportului geometric de comprimare.

Efectul de încălzire globală a adăugat pe lista emisiilor reglementate şi bioxidul de carbon, care până de curând era considerat inofensiv şi nu era reglementat. Emisiile de CO2 depind direct de cantitatea de combustibil ars, deci motoarele ecologice ale viitorului vor trebui sã aibã, în primul rînd, consum mic de combustibil.

Din această perspectivă, s-a încercat, mai întâi, o analiză amănunţită a dezavantajelor fundamentale ale motorului cu aprindere prin scânteie, analiză ce a permis nuanţarea noţiunii de raport de comprimare. Astfel, această noţiune trebuie înţeleasă într-un sens mai larg, aşa încât să fie posibilă distincţia între mărimile geometrice şi reale care definesc gradul de comprimare, acesta din urmă privit ca o noţiune generică ce caracterizează procesul de comprimare.

Nuanţarea noţiunii de raport de comprimare fiind făcută, s-a putut continua cu analiza soluţiilor de variaţie a raportului de comprimare. Desigur, se poate modifica, fie raportul geometric de comprimare (εv), fie raportul efectiv de comprimare ( ), fie se pot modifica ambele mărimi.