Formarea amestecului carburant la motoarele cu aprindere prin scinteie

FORMAREA AMESTECULUI CARBURANT LA

MOTOARELE CU APRINDERE PRIN SCINTEIE

La motoarele cu aprindere prin scinteie, formarea amestecului combustibil-aer are loc, in general, in exteriorul cilindrului, prin procedeul de carburatie. Instalatia de alimentare este prevazuta cu un aparat numit carburator, care alimenteaza cilindrul motorului cu cantitatea de combustibil si aer corespunzatoare regimului de functionare a motorului.

La unele m.a.s., formarea amestecului se face prin injectia combustibilului in galeria de admisie sau direct in cilindru. Instalatia de alimentare cu injectie de combustibil cuprinde, in locul carburatorului, sistemul de inalta presiune (format din pompa de injectie, care dozeaza combustibilul si asigura injectia la presiunea impusa de necesitatea pulverizarii), conducta de inalta presiune si injectorul.

Procedeul de injectie a combustibilului la motoarele cu aprindere prin scinteie produce o crestere sensibila a puterii dezvoltate si a economicitatii motorului.

Alimentarea motoarelor cu aprindere prin scinteie cu carburator se desfasoara, in principiu, dupa urmatoarele faze (Fig. 69 pag. 109):

1

3

4 8

5

7

Fig. 69. Schema instalatiei de alimentare

a motorului cu aprindere prin scinteie

aspiratia aerului prin filtrul de aer 1, montat inaintea prizei de aer a carburatorului 2;

alimentarea cu combustibil a carburatorului din rezervorul (5) prin filtrul (6), de catre pompa cu membrana (8), care este actionata de arborele cu came (7);

formarea amestecului carburant in carburatorul (2), respectiv prepararea si debitarea amestecului aer - combustibil, corespunzator cerintelor unei alimentari corecte a motorului;

aspiratia amestecului carburant in cilindri, prin colectorul de admisie (4) si canalele de admisie din chiulasa, cantitatea de amestec fiind reglata de clapeta de acceleratie (3).

In timpul cursei de admisie, ca urmare a deplasarii pistonului in cilindrul motorului, se produce o depresiune care se transmite prin conectorul de aspiratie in carburator si in filtrul de aer.

Sub influenta acestei depresiuni, aerul din vecinatatea filtrului de aer trece prin filtru si ajunge in camera de amestec a carburatorului unde se intilneste cu combustibilul pulverizat de jicloarele carburatorului, formind amestecul carburant.

Acest amestec este aspirat prin colectorul de admisie de fiecare cilindru care efectueaza cursa de admisie.

Dupa destindere, gazele arse din cilindrul motorului sunt impinse de piston prin orificiul supapelor de evacuare in canalele de evacuare din chiulasa, apoi prin teava de evacuare, toba de esapament si teava de esapament, in atmosfera.

La m.a.s. functionind cu combustibil lichid, carburatorul trebuie sa indeplineasca urmatoarele functii:

sa asigure dozarea cantitativ corecta a combustibilului fata de cantitatea de aer aspirat, in functie de cerintele motorului;

sa asigure pulverizarea cit mai fina a combustibilului, in curentul de aer admis, pentru a inlesni vaporizarea rapida a combustibilului si formarea unui amestec cit mai omogen;

sa regleze cantitatea de amestec carburant in functie de conditiile de functionare ale motorului.

DOZAJUL AMESTECULUI

Proportia de combustibil in aer variaza intre anumite limite in functie de regimul de functionare a motorului.

Calitatea amestecului carburant se apreciaza prin coeficientul excesului de aer (l), care reprezinta raportul dintre cantitatea reala de aer L_r, disponibila pentru arderea unui kg de combustibil, si cantitatea minima sau teoretica de aer L_min, necesara arderii complete a unui kg de combustibil.

Calitatea amestecului se exprima si cu ajutorul dozajului d, care reprezinta raportul dintre cantitatile de combustibil G_c si aer L_r, prezente intr-un amestec, adica:

d = G_c/L_r .

Daca aceste cantitati sunt astfel dozate incit asigura arderea completa a combustibilului cu o cantitate minima de aer, atunci dozajul se numeste teoretic.

Astfel, daca l=1, rezulta d=1/15, adica, in general, pentru arderea completa a unui kg de benzina este necesara o cantitate de circa 15 kg de aer.

In cazul cand aerul este in exces (l>1), amestecul este sarac in combustibil, iar dozajul se numeste sarac. La motoarele cu aprindere prin scanteie se folosesc amestecuri sarace pentru care l

Daca cantitatea de combustibil se afla in exces (l<1), amestecul este bogat in combustibil, iar dozajul se numeste bogat. La motoarele cu aprindere prin scanteie se utilizeaza dozaje bogate

pentru care l=0,8.0,9. Amestecurile sarace cu l=1,1.1,15 asigura arderea completa a combustibilului si, in consecinta, realizeaza economicitatea maxima (consumul minim de combustibil); de aceea, se numesc amestecuri economice. Amestecurile bogate cu l=0,85.0,95 asigura presiuni maxime in ciclu si puterea cea mai mare a motorului.

Intrucat arderea unor amestecuri sarace se produce mai lent, nu se recomanda l>1,15. In acest caz, randamentul ciclului scade sensibil, iar in functionarea motorului apar intreruperi si rateuri (explozii) in galeria de aspiratie sau in carburator.

Functionarea cu amestecuri bogate nu este economica, deoarece combustibilul arde incomplet si nu se degaja toata energia chimica din combustibil. Desi consumul de combustibil este mai mare deoarece se obtine un exces de putere, si acest amestec este convenabil, daca functionarea motorului are loc pe intervale scurte de timp. Un asemenea caz este caracteristic motorului de automobil care utilizeaza rar intreaga capacitate energetica pentru care a fost proiectat.

Nu se recomanda insa functionarea motorului cu dozaje foarte bogate (l<0,85), deoarece consumul de combustibil creste exagerat, mai ales cand functionarea are loc intr-un interval de timp mai mare.

Functionarea motorului cu dozaje prea bogate se constata prin : incalzirea motorului, rateuri (explozii) in toba de esapament (combustibilul nears se aprinde in contact cu aerul la iesirea din amortizorul de zgomot) si aparitia unui fum negru la evacuare, ca urmare a arderii incomplete a combustibilului.

CARBURATORUL

Carburatorul este aparatul care prepara amestecul carburant si il dozeaza in raport cu regimul de functionare al motorului.

Principiul de functionare al oricarui carburator poate fi studiat cu ajutorul "carburatorului elementar". De aceea, pentru a intelege mai usor functionarea carburatoarelor existente, trebuie cunoscut modul de lucru al carburatorului elementar. Carburatorul elementar, luat in mod izolat, nu poate asigura functionarea motorului in toate regimurile de lucru. Pentru acest motiv, el este completat cu o serie de dispozitive de corectie care functioneaza concomitent sau succesiv.

Carburatorul elementar (Fig. 70 de mai jos) functioneaza dupa principiul de lucru al pulverizatoarelor. Benzina, sub influenta unei depresiuni, se scurge prin teava unui pulverizator si, amestecindu-se cu aerul, formeaza amestecul carburant.

Aer

Combustibil 1 2

7

10 3

9 4

8

5 6

Amestec carburant

Fig. 70. Carburatorul elementar

Pompa de alimentare debiteaza benzina prin conducta (1), in camera de nivel constant. Aici se afla plutitorul (9) care actioneaza asupra unei supape cu ac (10), construita sub forma unui ac obturator (cui pontou). Prin umplerea cu benzina a camerei de nivel constant (8), plutitorul (9) se ridica si apasa acul obturator (10) pe scaunul supapei, oprind astfel intrarea benzinei in camera de nivel constant.

Pe masura ce motorul consuma combustibil, plutitorul coboara impreuna cu acul obturator si permite patrunderea benzinei.

Acul obturator are forma conica si asigura la deplasari foarte mici sectiuni de curgere suficient de mari, determinind astfel variatii foarte mici ale nivelului benzinei, care oscileaza in jurul unei valori medii.

Nivelul combustibilului se modifica daca se schimba conditiile de echilibru din camera de nivel constant, respectiv greutatea specifica a combustibilului, distana dintre acul obturator si plutitor, presiunea de refulare a pompei de alimentare, greutatea plutitorului.

Camera de nivel constant comunica cu mediul inconjurator, prin orificiul (2), astfel ca presiunea aerului din interiorul camerei este in permanenta egala cu presiunea atmosferica. La carburatoarele moderne, camera de nivel constant comunica cu tubulatura de aspiratie in zona de

dupa filtrul de aer. In acest mod sunt antrenati in galeria de aspiratie vaporii de benzina care se degaja in camera de nivel constant.

Combustibilul din camera de nivel constant patrunde in camera de amestec (6) prin intermediul pulverizatorului (4), in care la un capat este jiclorul (7). Jiclorul are sectiune calibrata prin care trece o anumita cantitate de combustibil. Celalalt capat al pulverizatorului este montat in sectiunea cea mai mica a difuzorului, care este un tub cilindric cu sectiune variabila in lungul axei. Cantitatea de amestec carburant care patrunde in cilindrii motorului depinde de pozitia clapetei de acceleratie (5). Prin deschiderea clapetei, creste viteza aerului prin difuzor.

Combustibilul din camera de nivel constant si din tubulatura portjiclorului se afla sub influenta a doua presiuni diferite: presiunea atmosferica din camera de nivel constant si presiunea din sectiunea minima a difuzorului. Deoarece in difuzor se formeaza o depresiune (care este cu atit mai mare cu cit viteza de curgere a aerului este mai mare), combustibilul se scurge din camera de nivel constant in difuzor. Viteza de scurgere a combustibilului (2 - 6 m/s.) este foarte mica in comparatie cu viteza aerului (50 - 150 m/s.). Aceasta diferenta de viteza asigura pulverizarea combustibilului.

In cursul deplasarii, combustibilul se vaporizeaza in curentul de aer. Procesul vaporizarii se poate intensifica prin incalzirea amestecului de aer si combustibil. In acest scop, se executa, in exteriorul colectorului de admisie, o camasa prin care circula gaze de evacuare sau apa din instalatia de racire. Picaturile mari de combustibil, care nu se pot mentine in curentul de aer, se depun pe peretii colectorului de admisie, care, fiind incalzit, le vaporizeaza mai repede.

Principala insuficienta a carburatorului elementar o constituie imposibilitatea pregatirii compozitiei amestecului carburant corespunzator diferitelor regimuri de functionare a motorului. Spre exemplu, la trecerea de la regimul de sarcina mica, clapeta de acceleratie se inchide. Pentru ca motorul sa functioneze stabil in acest regim, este necesar sa fie alimentat cu amestec bogat.

In cazul cazul carburatorului elementar, prin inchiderea obturatorului, amestecul carburant este considerabil saracit; ca urmare, functionarea motorului devine instabila si apoi se opreste. In schimb, la turatii mijlocii si mari, amestecul devine bogat.

Curba care reprezinta variatia coeficientului de exces de aer in raport cu depresiunea din difuzor la carburatorul elementar poarta numele de caracteristica de reglare a carburatorului elementar.

Fata de cele prezentate, carburatorul elementar are urmatoarele dezavantaje:

nu permite pornirea motorului;

nu asigura functionarea la mersul in gol;

la accelerare nu poate evita saracirea amestecului ca urmare a deschiderii rapide a clapetei de acceleratie;

nu poate realiza compozitia necesara la deschiderea treptata a clapetei de acceleratie pina la pozitia maxima.

Pentru a indeplini conditiile impuse de functionarea motorului la sarcini si turatii variabile, carburatoarele moderne sunt dotate cu urmatoarele dispozitive:

dispozitivul principal de dozare, care mentine compozitia optima a amestecului in limitele regimurilor mijlocii de functionare;

dispozitivul de mers in gol, care permite functionarea motorului la turatii mici (fara sarcina), cind depresiunea din difuzor este scazuta;

dispozitivul de putere sau economizorul, care asigura in mod automat imbogatirea amestecului la plina sarcina a motorului, cind obturatorul este complet deschis;

pompa de acceleratie, care imbogateste amestecul pentru perioade scurte, in momentul deschiderii bruste a obturatorului;

dispozitivul de pornire, care are rolul de a imbogati simtitor amestecul la pornirea motorului rece.

La unele tipuri de carburatoare, dispozitivul de dozare principal este astfel construit, incit indeplineste si functiile dispozitivului de mers in gol, economizorului si pompei de acceleratie.

Dispozitivul principal de dozare. Cel mai raspindit tip de dispozitiv principal de dozare este cel cu frinarea pneumatica a benzinei.

Dispozitivul cu frinare pneumatica a benzinei (Fig. 71, de mai jos) are dispus in tubul pulverizator (2), tubul de aer (1), dupa jiclorul principal (5). Tubul de aer (1) este prevazut la partea superioara cu un orificiu calibrat (3), numit jiclor de aer. Tubul pulverizator (2) are orificiul de iesire din difuzor, de asemenea, calibrat.

Functionarea dispozitivului de frinare pneumatica se realizeaza in doua etape.

Atit timp cit motorul functioneaza la relanti, in tubul de aer si in pulverizator se gaseste benzina la acelasi nivel (H), iar functionarea dispozitivului este intrerupta. Pe masura deschiderii obturatorului, deci cresterii turatiei motorului, depresiunea din difuzor creste, iar in momentul cind aceasta depresiune depaseste greutatea coloanei "h" de benzina, dispozitivul intra in functiune. In aceasta etapa, se goleste de benzina tubul de aer.

Aer 4

3

1

2 h

H

5

Fig. 71. Schema dispozitivului de frinare pneumatica a benzinei

A doua etapa incepe dupa ce tubul de aer s-a golit de benzina. Presiunea din tubul de aer al dispozitivului de frinare pneumatica nu este egala cu presiunea atmosferica, din cauza jiclorului de aer 3, ci mai mica, avind o valoare cuprinsa intre presiunea atmosferica si presiunea din difuzor. Din cauza ca depresiunea din tubul de aer este mai mica decit cea din difuzor, rezulta ca debitul jiclorului principal este mai mic decit al unui jiclor al carburatorului elementar, care este supus direct depresiunii din difuzor. In acest fel se obtine o crestere frinata a debitului jiclorului principal, de unde si denumirea de dispozitiv de frinare pneumatica.

Dispozitivul de mers in gol. In timpul functionarii motorului la turatie redusa corespunzatoare mersului in gol (400 - 600 rot/min.) cind obturatorul este inchis, viteza aerului si depresiunea din difuzor sunt atit de reduse, incit nu mai pot provoca absorbtia si pulverizarea benzinei prin dispozitivul de dozare principal al carburatorului. De aceea, este necesar un dispozitiv de mers in gol al carburatorului.

Dispozitivul de mers in gol se compune din: jiclorul de benzina de mers in gol, jiclorul de aer, doua canale de legatura, surubul de reglaj cantitativ si orificiu de trecere.

Cind obturatorul este inchis, depresiunea din difuzor este foarte mica, pe cind in spatele obturatorului, in dreptul orificiului de trecere, depresiunea este accentuata. Sub actiunea acestei depresiuni, benzina este absorbita prin jiclorul de mers in gol si prin canalele de legatura. Benzina se amesteca cu aerul atmosferic care patrunde prin jiclorul de aer si formeaza o emulsie care este absorbita printr-un orificiu in canalul de admisie al carburatorului. Aici are loc pulverizarea emulsiei de catre aerul care patrunde in viteza prin spatiul dintre marginea obturatorului si peretii canalului de admisie.

Surubul de reglaj cantitativ permite modificarea sectiunii de trecere a orificiului respectiv si, prin aceasta, regleaza cantitatea de emulsie care patrunde in canalul de admisie.

Dispozitivul de putere sau economizorul. In general, trecerea de la amestecul de economicitate maxima la amestecul de putere maxima se realizeaza cu ajutorul unui dispozitiv special numit dispozitiv de putere sau economizor.

Schema de principiu a unui dispozitiv de putere cuplat cu dispozitivul principal, avind jiclorul de putere (4) in serie cu jiclorul principal (5), este reprezentata in figura 72 de mai jos:

3 2

6

1

j

5 4

Fig. 72. Schema de principiu a dispozitivului de putere

In regimul sarcinilor mijlocii, cind supapa (1) este inchisa, combustibilul trece succesiv prin ambele jicloare.

Cind obturatorul este deschis mai mult de 75 - 85 %, levierul actioneaza, prin pirghia (3) si tija (2), supapa (1) pe care o deschide, iar combustibilul ocoleste jiclorul (4). In regimul sarcinilor mari, actiunea jiclorului (4) se anuleaza, iar debitul jiclorului principal creste pina la valoarea corespunzatoare puterii maxime, obtinindu-se dozajul de putere.

Pompa de acceleratie. In momentul deschiderii bruste a clapetei de acceleratie, amestecul devine sarac, datorita faptului ca viteza de circulatie a benzinei prin jicloare creste mai incet in comparatie cu viteza de scurgere a aerului prin conducta de aspiratie. Saracirea amestecului este atit de accentuata incit motorul se poate opri.

Partile componente ale pompei de acceleratie sunt: cilindrul cu pistonul plonjor, supapa de admisie, supapa de refulare, jiclorul pompei de acceleratie si mecanismul de comanda a pistonului plonjor, format dintr-un levier, o tija si o bara. De obicei, mecanismul de actionare al pompei de acceleratie este acelasi cu al economizorului.

La deschiderea brusca a obturatorului, levierul trage in jos bara, care apasa asupra pistonului plonjor, prin intermediul arcului. Sub actiunea presiunii arcului, pistonul plonjor coboara si refuleaza benzina prin supapa de refulare si jiclor in camera de amestec a carburatorului, preintimpinind saracirea amestecului. In acest timp, supapa de admisie se inchide si nu permite benzinei sa revina in camera de nivel constant.

Cind obturatorul se inchide, levierul impinge in sus si bara, iar aceasta trage tija, deplasind pistonul plonjor in sus. In timpul cursei ascendente a pistonului plonjor, din cauza depresiunii create in cilindru, supapa de refulare se inchide, iar supapa de admisie se deschide si permite intrarea benzinei in cilindru, astfel ca, la urmatoarea deschidere brusca a obturatorului, o cantitate de benzina suplimentara sa fie pulverizata in conducta de admisie a carburatorului.

La deschiderea lenta a obturatorului, pompa nu trebuie sa refuleze benzina in camera de amestec.

Dispozitivul de pornire. La pornirea motorului rece, trebuie ca amestecul carburant sa fie bogat, deoarece in aceste conditii evaporarea benzinei este mai redusa. Dispozitivul care realizeaza formarea amestecului bogat la pornirea motorului rece consta dintr-o clapeta de pornire, numita clapeta de aer (deoarece controleaza numai debitul de aer care trece prin cilindru), asemanatoare cu clapeta de acceleratie, montata in partea superioara a camerei de amestec a carburatorului, inaintea difuzorului. Cind se porneste motorul la rece, clapeta de aer trebuie inchisa aproape complet, iar clapeta de acceleratie se mentine deschisa partial; prin aceasta, depresiunea din difuzor creste mult (depresiunea din spatele obturatorului se deplaseaza in dreptul difuzorului), iar benzina este absorbita nu numai prin dispozitivul principal, ci si prin dispozitivul de mers in gol si, uneori chiar prin dispozitivul de putere.

Mentinerea clapetei de aer mult timp inchisa dupa ce motorul a pornit produce un amestec atit de bogat incit o parte din benzina, care nu are timp sa arda in cilindru, se condenseaza pe peretii acestuia si spala pelicula de ulei, putind astfel produce chiar griparea pistonului in cilindru. Pentru a preintimpina acest lucru, unele clapete de pornire sunt inzestrate cu o supapa, controlata de un arc calibrat, care se deschide imediat ce motorul a pornit. In felul acesta se evita inecarea motorului dupa pornire.