Calculul și construcția sistemului de supraalimentare

18.1 Principii de realizare a supraalimentarii

Prin supraalimentare se intelege marirea presiunii incarcaturii proaspete la o valoare ce depaseste presiunea mediului ambiant p0, pentru a mari densitatea incarcaturii proaspete retinute in cilindri.

Supraalimentarea se aplica motoarelor in scopul maririi puterii litrice si pentru compensarea pierderii de putere in cazul functionarii motorului la altitudine, sau in cazul cand se urmareste recircularea unei parti din gazele de ardere pentru scaderea continutului de NOx in gazele de evacuare.

Prin marirea presiunii incarcaturii proaspete la intrarea in cilindri se realizeaza cresterea cantitatii de amestec carburant proaspat retinut in cilindri motorului si care determina in final sporirea puterii motorului. Pornind de la expresia coeficientului de umplere se poate observa influenta presiunii incarcaturii proaspete asupra cantitatii incarcaturii proaspete retinute in cilindrul motorului.

(18.1)

rezulta:

(18.2)

unde: ?v - coeficient de umplere;

C- cantitatea reala de incarcatura proaspata retinuta in cilindrii motorului;

C0-cantitatea teoretica de incarcatura proaspata retinuta in cilindrii motorului in conditii in care pierderile gazo-termodinamice sunt nule.

Exprimand relatia (18.2) in functie de parametrii de functionare ai motorului

(18.3)

sau

(18.4)

unde: ps- presiunea incarcaturii proaspete;

T0 - temperatura incarcaturii proaspete la umplerea in conditii optime;

Vs- cilindreea unitara;

i - numarul de cilindri ai motorului;

n - turatia motorului;

? - numarul de timpi ai motorului.

(18.5)

Daca se inglobeaza termenii constanti intr-o constanta k se poate scrie:

Relatia (18.5) arata dependenta cantitatii de amestec proaspat retinute in cilindrii motorului, de presiunea cu care se introduce incarcatura proaspata in cilindri motorului.

Dupa presiunea de supraalimentare ps se disting urmatoarele tipuri de supraalimentare:

a) supraalimentare de joasa presiune: ps=(0,12...0,15) MPa, supraalimentarea ce se poate aplica la orice motor cu umplere normala fara a-i diminua durabilitatea si se realizeaza de regula cu ajutorul unui compresor antrenat mecanic de la arborele cotit al motorului;

b) supraalimentarea de presiune medie: ps=(0,15...0,20) MPa.

Supraalimentarea de presiune medie determina aparitia unor tensiuni marite in organele motorului, de aceea trebuie luate masuri constructive si tehnologice pentru asigurarea rezistentei necesare. In general acest tip de supraalimentare se realizeaza cu ajutorul unor agregate numite turbocompresoare (o suflanta antrenata de o turbina actionata de gazele de evacuare);

c) supraalimentarea de presiune inalta: ps=(0,20...0,35) MPa, se caracterizeaza prin comprimarea incarcaturii proaspete in trepte si racirea ei intermediara;

d) supraalimentarea de foarte inalta presiune: ps=(0,35...0,60) MPa, se utilizeaza la generatoarele de gaze cu pistoane libere.

Dupa modul cum se realizeaza supraalimentarea aceasta poate fi:

a) supraalimentarea naturala (sau acustica) se realizeaza fara compresor si are la baza utilizarea fenomenelor dinamice din colectorul de admisie al motorului;

b) supraalimentarea fortata este procedeul cel mai utilizat si impune prezenta compresorului.

Fig.18.1. Schema supraalimentarii cu antrenare mecanica

Supraalimentarea motoarelor se poate realiza cu sau fara utilizarea energiei gazelor de evacuare.

Antrenarea compresorului de catre arborele cotit al motorului cu ardere interna se realizeaza in general la motoarele mici. Acest sistem se numeste supraalimentare cu compresor antrenat mecanic. Complexitatea mecanismului de antrenare precum si consumul de lucru mecanic constituie limite in calea utilizarii acestei solutii.

In figura 18.1. se prezinta schematic un motor supraalimentat cu un compresor antrenat mecanic.

Supraalimentarea realizata prin utilizarea energiei gazelor de evacuare se efectueaza in doua moduri: folosind direct energia undelor de presiune din gazele de evacuare sau transformand energia cinetica a gazelor de evacuare in lucru mecanic de compresiune.

Utilizarea energiei undelor se face prin punerea in contact a aerului de admisie cu gazele de evacuare cu ajutorul unui dispozitiv numit schimbator de presiune (Comprex), figura 18.2.

Transformarea energiei cinetice a gazelor de ardere in lucru mecanic de compresiune se realizeaza prin intermediul agregatului turbocompresor. Supraalimentarea cu ajutorul turbocompresorului nu implica consumarea unei energii suplimentare datorita faptului ca energia gazelor de evacuare este suficienta pentru antrenarea turbinei si a compresorului.

De aceea acest mod de supraalimentare a devenit unul din cele mai utilizate procedee de supraalimentare. Majoritatea motoarelor in patru timpi supraalimentate utilizeaza pentru supraalimentare turbocompresorul deoarece amelioreaza randamentul motorului.

Turbocompresorul se adapteaza automat la debitul si temperatura gazelor de evacuare.

Supraalimentarea motoarelor cu ajutorul turbocompresorului se poate clasifica dupa diferite criterii ca utilizarea energiei gazelor de evacure, sau dupa constructia agregatelor, etc.

a) clasificarea dupa modul de utilizare a energiei gazelor de evacuare distinge doua variante respectiv cu utilizarea energiei cinetice a gazelor de ardere, turbina agregatului putand folosi o parte din energia cinetica a gazelor de ardere, in care caz turbina lucreaza cu presiune variabila in fata ajutajelor fixe si se numeste turbina de presiune variabila, (de impuls), sau cazul in care