Studiul Camerelor de Ardere la Motoarele cu Aprindere prin Scânteie

Capitolul I: Studiul camerelor de ardere la motoarele cu aprindere prin scânteie

1. Introducere

Arhitectura camerei de ardere manifestă o influenţă considerabilă asupra proceselor de schimb de gaze şi prin urmare asupra coeficientului de umplere, asupra mişcării gazelor şi schimbului de căldură la sfârşitul compresiei şi asupra desfăşurării proceselor de ardere.

2. Principalele tipuri de camere de ardere întâlnite la motoarele cu aprindere prin scânteie. Generalităţi. Caracterizare

Formele cele mai întâlnite în construcţia camerelor de ardere la motoarele cu carburator sunt prezentate în figura următoare.

f) g) h)

Fig. 1 Schemele camerelor de ardere la motoarele cu aprindere prin scânteie

La motoarele cu supape în chiulasă cea mai largă răspândire au obţinut-o camerele de ardere semisferice (schema a) şi cele sub formă prismatică (schemele b şi c), supapele putând fi dispuse de ambele părţi ale chiulasei (c) sau pe o singură parte (b).

De asemenea sunt larg utilizate camerele sub formă de pană (schema c) şi sub formă de semipană (schema g). Coeficientul de umplere se măreşte considerabil prin realizarea unor canale de admisie cu secţiuni mari în chiulasă, diametrele acestora putând fi de aproximativ jumătate din alezaj, respectiv (0,5-0,54)D. De asemenea la astfel de construcţii se pot îmbunătăţi calităţile aerodinamice ale canalelor de admisie, practicându-se raze mari de racordare.

In schema h se prezintă camera de ardrere sub formă de L cu supape în bloc, construcţie ce nu se mai utilizează la motoarele actuale din cauza înclinaţiei mari spre detonaţie datorită drumului lung pe care-l are de parcurs frontul de flacără până la extremitatea camerei.

Raportul dintre suprafaţa camerei de ardere Aca şi volumul acesteia Vc influenţează pierderile de căldură prin pereţi, iar creşterea acestuia micşorează viteza de ardere în vecinătatea pereţilor şi în special în spaţiile înguste din zona pragurilor de turbionare. În aceste părţi înguste se poate chiar stinge flacăra mai ales când distanţele dintre pereţi sunt mai mici de 1 mm, mărindu-se astfel concentraţia de hidrocarburi în gazele de evacuare. Prin mărirea distanţei dintre muchia pistonului şi chiulasă în zona pragurilor de turbionare, datorită facilitării desfăşurării reacţiilor de ardere, concentraţia de hidrocarburi din gazele de evacuare scade.

Dar raportul Aca/Vc pentru fiecare tip de cameră depinde şi de raportul S/D (cursă/aliaj), de cilindreea Vh şi de raportul de comprimare ع.

Cel mai mic raport Aca/Vc se obţine la camerele semisferice (a) şi prismatice (c). Pentru accelerarea proceselor de ardere este necesară intensificarea turbionarii amestecului la sfârşitul comprimării. Trebuie însă avut în vedere, că la un grad înalt de turbionare a amestecului apar importante pierderi gazodinamice şi se măresc pierderile de căldură, intensificându-se transferul de căldură de la gaze la pereţi atât în timpul compresiei , cât şi în timpul arderii şi destinderii. Este important să se găsească arhitectura camerei de ardere care să asigure turbionarea necesară optimizării energetice a proceselor pentru a se obţine puterea maximă şi consumul specific de combustibil minim. In acest sens, trebuie să se aibă în vedere atât direcţia şi viteza curentului imprimate în timpul admisiei, cât şi măsurile constructive de intensificare a turbionarii la apropierea pistonului de p.m.s. Optimizarea construcţiei se realizează pe baza încercărilor experimentale cu fiecare cameră de ardere.

La camerele de ardere care nu au praguri de turbionare se poate realiza turbionarea necesară numai pe calea conservării mişcării imprimate amestecului în timpul admisiei. Amplificarea acestei mişcări se poate realiza convenabil în timpul compresiei prin utilizarea, spre exemplu, a unei camere de ardere în piston (fig.1,b) sau a unei camere ovale în chiulasă (schema d). Şi la această cameră trebuie să se acorde atenţie distanţei dintre muchia pistonului şi chiulasă pentru a nu se mări concentraţia de hidrocarburi în gazele de evacuare.

Presiunea maximă a ciclului şi gradientul de creştere a presiunii depind de variaţia în timp a suprafeţei frontului de flacără şi, prin urmare, de volumul de amestec afectat momentan de procesul de ardere. Pentru o viteză constantă de propagare a frontului de flacără, suprafaţa acestui front depinde de forma camerei de ardere şi de locul de dispunere a bujiei.

Durata totală a arderii este un parametru principal de apreciere a perfecţiunii arhitecturii camerei de ardere. Această durată depinde atât de viteza frontului de flacără şi de suprafaţa frontului de flăcării, cât şi de distanţa de la bujie până la cea mai îndepărtată zonă a camerei de ardere. Durata arderii este factorul determinant pentru randamentul motorului. Pentru exemplificare se prezintă în figura 2 variaţia randamentului indicat în funcţie de raportul de comprimare pentru diferite forme ale camerei de ardere.

curba 1: randamentul obţinut pentru camera I;

curba 2: randamentul obţinut pentru camera II;

curba 3: randamentul obţinut pentru camera III (cu deflector pe supapa de admisie);

curba 4: randamentul obţinut pentru camera IV;

curba 5: randamentul obţinut pentru camera practicată în piston;

curba 6: creşterea relativă a randamentului în funcţie de raportul de comprimare;

curba 7: randamentul obţinut pentru camera III (fără deflector);