TEHNOLOGIA DE FABRICATIE PENTRU SUPAPA DE ADMISIE

6.1.        Condiţii funcţionale, materiale şi semifabricate

6.1.1.     Condiţii funcţionale şi tehnice.

          În ansamblul motor, supapa de admisie are rolul de a deschide şi închide admisia combustibilului în camera de ardere. În timpul funcţionării supapa de admisie este supusă la compresiune (capătul tijei respectiv tija) la temperaturi relativ înalte, oxidări şi coroziuni.

          În acest scop la execuţia supapelor se impun condiţii riguroase privind poziţia relativă a talerului şi a cozii supapei în raport cu tija, precum şi asupra rectiliniarităţii tijei. Trecerea de la tijă la taler trebuie să fie continuă.

Referitor la forma talerului, supapa cu taler plat are o utilizare mai mare datorită simplităţii fabricaţiei.

Supapa cu forma concavă a talerului este caracteristică pentru admisie la motoarele rapide, de putere mare, deoarece asigură o formă bună pentru curgerea gazelor, masă mică şi rigiditate suficientă. Dezavantajul acestei supape este suprafaţa mare de încălzire, din care cauză nu se recomandă pentru supapa de evacuare.

Supapa cu taler bombat este utilizată pentru evacuare deoarece este mai rigidă.

Suprafaţa de etanşare se execută conic cu unghiul faţetei de 45º sau 30º. Supapa cu faţeta la 45º, la aceiaşi înălţime de ridicare are o secţiune mai mică de trecere decât supapa cu unghiul faţetei de 30º, în schimb asigură o formă mai bună a curentului de gaze, pierderi gazodinamice mai mici, rigiditate mai mare. Din aceste considerente sunt folosite mai des supapele cu unghiul faţetei de 45º.

Unghiul faţetei supapei se executa cu 0,5-1,30º mai mic decât unghiul scaunului supapei, astfel încât partea dinspre camera de ardere să fie imediat etanşă prin atingere liniară, împiedicând astfel trecerea gazelor de ardere. Lungimea faţetei trebuie să fie suficientă pentru ca presiunea de contact să fie cât mai mică, în vederea reducerii uzurii şi pentru ca fluctuaţiile termice şi efectele acestora să fie minime.

Pentru a asigura condiţii optime procesului umplerii, supapa de admisie se face cu diametru maxim posibil. După datele experimentale aceasta ajunge la 42-50% din alezajul cilindrului şi la 1,15 ori diametrul canalului. Supapele de evacuare au 82-88% din diametrul supapelor de admisie.

6.1.2.                        Materiale.

          Datorită condiţiilor de lucru, pentru supapa de admisie se utilizează oteluri speciale, termorezistenţe si anticorozive, faţă de care se impun o serie de cerinţe:

-         Rezistenţă la solicitări dinamice.

-         Rezistenţă la temperaturi ridicate pentru a nu se rupe în funcţionare.

-         Rezistenţă sub sarcină prelungită pentru a nu se deforma în funcţionare.

-         Menţinerea durităţii la temperatura de regim.

-         Rezistenţă la coroziune în diferite medii.

În plus materialul trebuie să aibă bune proprietăţi de alunecare (tija în ghidul supapei), coeficient redus de dilatare, bună conductibilitate termică, şi cost mic. Pentru a economisi materialele scumpe se execută supape bimetalice: se utiliz 121e49b ează oţel austenitic pentru talerul supapei şi oţelul martensitic călibil, cu bune proprietăţi de alunecare, pentru tijă. Îmbinarea se face prin sudare.

          În cazul supapelor de admisie, unele condiţii de lucru sunt mai puţin severe ca la supapele de evacuare şi se utilizează oţeluri martensitice aliate cu crom sau cu crom şi nichel.

6.1.3.     Tratament termic

Se aplică un tratament de îmbunătăţire:

- Călire la 830º cu răcire în ulei.

- Revenire la 600º cu răcire în aer.

Pentru capătul tijei călire C.I.F. cu o duritate min. 50 HRC pe adâncime de 1,2-2 mm.

În vederea îmbunătăţirii calităţii de alunecare a supapelor şi pentru evitarea tendinţei spre gripare, tija supapei se cromează.

Grosimea stratului de cromare este de 0,004-0,006 mm fără o corectare ulterioară (respectiv rectificare)a tijei supapei.

6.1.4.     Semifabricate pentru supape

Metoda de realizare a semifabricatului trebuie să ţină seama de asigurarea unei înalte stabilităţi dimensionale şi unei rezistenţe la oboseală ridicate, la un cost minim. Pentru satisfacerea acestor cerinţe, semifabricatele se obţin prin deformare plastică, electrorefulare, urmată de matriţarea de precizie şi extrudare.

6.2.        Stabilirea succesiunii operaţiilor şi fixarea bazelor de aşezare

Forma constructivă, precum şi caracterul producţiei de serie sau de masă, face posibilă automatizarea procesului de prelucrare mecanică. Tehnologiile moderne prevăd obţinerea unor semifabricate foarte precise, cu adaosuri mici , astfel ca uzinarea să se poată face numai prin rectificare.

Condiţia principală ce trebuie îndeplinită la prelucrarea supapei este realizarea unei concentricităţi cât mai perfecte a conului de aşezare al corpului supapei cu porţiunea de ghidare a tijei.

În cazul general supapele se prelucrează prin strunjire şi rectificare. Când se obţin semifabricate precise, prelucrarea supapelor se face numai prin rectificare. Etapele principale de prelucrare mecanică depind de procesul tehnologic adoptat.

Deoarece semifabricatul este foarte precis, numărul de operaţii este mult mai mic, ceea ce constituie principalul avantaj al acestei tehnologii. Operaţiile de prelucrare se execută pe maşini de rectificat plan, maşini de rectificat fără centre sau maşini speciale.

Rectificarea tijei supapelor se execută pe maşini de rectificat fără centre.

Metoda aplicată pentru rectificarea tijei supapei pe R.F.C. este rectificarea cu avans transversal pentru piese scurte cu reborduri.

Lăţimea discurilor abrazive este mai mare decât lungimea porţiunii de rectificat, pentru a se putea rectifica dintr-o singură trecere toată lungimea.

Avansul transversal este continuu.

Piesele se introduc prin partea de sus şi se aşează pe rigla de reazem fiind împinse până la opritor, care determină lungimea.

6.3.        Succesiunea opetaţilor

Nr. Crt.

Denumirea operaţiei Utilaje

1 Rectificarea de degroşare a suprafeţei frontale a tijei.

Maşină de rectificat universală R.U. 350

2 Rectificarea de degroşare a tijei supapei.

Maşină de rectificat fără centre R.F.C. 200

3 Rectificarea suprafeţei

cilindrice a capului supapei.

Maşină de rectificat exterior R.E. 350

4 Rectificarea capului supapei. Maşină de rectificat plan rotativ R.P.R. 10005 Rectificarea canalului de siguranţă. Maşină de rectificat exterior R.E. 1006 Rectificarea de finisare a tijei. Maşină de rectificat fără centre R.F.C. 2007 Călire C.I.F. a capului supapei. Instalaţie C.I.F.8 Rectificare de finisare a capului

supapei.Maşină de rectificat universală R.U. 350

9 Rectificarea suprafeţelor conice. Maşină de rectificat exterior R.E. 35010 Spălare Maşină de spălat M.S.V. 111 Controlul B.L.C.T.C.12 Cromare Instalaţii13 Conservare, ambalare B.L.

6.4.        Studiul uzurilor piesei şi tehnologia de recondiţionare a ei.

6.4.1.     Identificarea suprafeţelor supuse uzurii

Principalele uzuri (defecţiuni) ale unei supape de admisie sunt:

-         Uzura suprafeţei de ghidare şi a capătului tijei.

-         Uzura suprafeţei conice a talerului.

-         Încovoierea tijei.

-         Arderea.

-         Corodarea şi fisurarea talerului supapei.

Determinarea uzurilor, a abaterilor dimensionale şi a condiţiilor tehnice (abateri de formă şi poziţie) se face în atelierele de reparaţii, prin analizarea şi măsurarea piesei respective, completându-se o fişă tip, de micromăsurători şi o schiţă pe care se indică locurile de măsurare în diferite planuri şi secţiuni.

Diametru tijei supapei se măsoară cu micrometrul în două direcţii perpendiculare una pe alta şi în trei plane la o distanţă de min. 5 mm de marginile extreme de uzura şi la mijloc.

Condiţiile de forma si poziţie (de bătaie) se determină cu ajutorul comparatoarelor cu ceas şi prisme de aşezare. Supapele care prezintă fisuri, au talerul ars sau corodat, se reformează. În funcţie de mărimea abaterilor (uzurilor), restul pieselor se pot recondiţiona corelându-se cu restul pieselor din ansamblu.

6.5.        Alegerea metodei optime de recondiţionare.

6.5.1.     Uzura tijei supapei.

-         Rectificarea la o cotă de reparaţie şi înlocuirea ghidurilor de supapă cu altele cu diametru interior corespunzător.

-         Dacă nu este posibilă schimbarea ghidurilor acestea se alezează, iar tijele supapelor se cromează dur (după ce în prealabil au fost rectificate) şi apoi se rectifică la cota alezajului corect.

Succesiunea operaţiilor pentru recondiţionarea tijei supapei.

Nr. Crt.

Denumirea operaţiei Maşini şi utilaje

1 Rectificare exterioară a tijei. Maşină de rectificat exterior R.E. 3502 Cromare. Instalaţie3 Rectificare fină. Maşină de rectificat exterior.4 Control dimensional. Banc de lucru5 Alezare ghid. Maşină de alezat verticală

6.5.2.     Uzura suprafeţelor conice de etanşare.

Se rectifică suprafaţa conică până la dispariţia urmelor de uzură. Metoda poate fi aplicată la limita de grosime a părţii cilindrice, care nu poate fi mai mică de 0,3-0,5 mm pentru a se evita deformarea talerului. După rectificare urmează rodarea supapei pe scaunul respectiv din chiulasă cu pastă abrazivă (manual sau mecanizat) şi se verifică etanşeitatea.

Succesiunea operaţiilor pentru recondiţionarea suprafeţei conice de etanşare.

Nr. Crt.

Denumirea operaţiei Maşini şi utilaje

1 Rectificare con. Maşină de rectificat exterior R.E. 3502 Rodare. Manual sau mecanizat3 Probă de etanşeitate. Banc de lucru

6.5.3.     Uzura suprafeţei din capul tijei.

-         La uzuri mai mici se rectifică până la dispariţia urmelor de uzură, dar nu mai mult decât stratul de călire.

-         La uzuri mari se încarcă prin sudură cu materiale dure, se căleşte şi se rectifică la cotă.

Succesiunea operaţiilor pentru recondiţionarea suprafeţei din capul tijei.

Nr. Crt.

Denumirea operaţiei Maşini şi utilaje

1 Rectificare frontală. Maşină de rectificat universală R.U. 3502 Sudură (încărcare). Aparat de sudură3 Rectificare finisare. Maşină de rectificat universală R.U. 350

7.    STUDIUL PRIVIND SUPRAALIMENTAREA M.A.S. şI GENEZA NOXELOR

7.1.        Clasificare

Prin supraalimentare se înţelege introducerea încărcăturii proaspete în cilindru la presiuni mai mari decât cea ambiantă prin precomprimarea parţială sau totală a încărcăturii proaspete înainte de intrarea în motor.

Supraalimentarea s-a aplicat pentru prima dată la motoarele cu aprindere prin scânteie de avion pentru refacerea puterii, la peste 5000 m altitudine puterea scăzând la jumătate datorita scăderii densităţii aerului.

Supraalimentarea m.a.s. are dezavantajul detonaţiei. Deoarece presiunea şi temperatura la începutul comprimării cresc, ele se majorează pe tot ciclul şi apare situaţia nedorită a apariţiei unor nuclee nedorite de flacără în amestec care produc aprinderea înainte ca frontul de aprindere generat de bujii sa ajungă la zona respectivă. Arderea anormală cu detonaţie a făcut ca supraalimentarea m.a.s. să se restrângă, ea revenind în actualitate în anii ’70 în tracţiunea rutiera , mai întâi în cursele de Formula 1 şi mai apoi la motoare performante de autoturisme.

          În cazul motoarelor cu aprindere prin comprimare (m.a.c.) supraalimentarea este benefică pentru procesul de aprindere şi ardere şi datorită temperaturii mai mari a aerului comprimat. Din acest motiv în prezent se supraalimentează şi la 40..50 kW, supraalimentarea având ca efect creşterea  presiunii şi densităţii fluidului proaspăt, ceea ce conduce la majorarea presiunii efective pe.

Dacă ne referim la un motor dat şi avem relaţia puterii:

constatăm că majorarea acesteia pentru un motor dat se poate face prin creşterea valorilor pentru turaţie (n) şi presiune efectivă (pe). Majorarea turaţiei este însă limitată deoarece forţele maselor în mişcare de rotaţie: 

 şi a celor în mişcare de translaţie:   

cresc proporţional cu pătratul vitezei unghiulare . Din acest motiv cel mai simplu mijloc pentru creşterea puterii în condiţiile menţinerii gabaritului motorului este cel ce recurge la majorarea pe prin precomprimarea fluidului proaspăt în afara motorului.

Relaţia presiunii medii efective :

         

Se poate regrupa :

Evidenţiindu-se coeficientul de perfecţiune termogazodinamică şi mecanică precum şi densitatea fluidului proaspăt la intrarea în motor.

          Majorarea parametrului os conduce indirect între anumite limite şi la majorarea factorului fc .

Comprimarea în aşa-numita suflantă exterioară a motorului este politropică, majorarea densităţii cuantificându-se după raportul :

unde ns – exponentul politropic pentru suflantă.

Majorarea densităţii nu este liniară cu raportul presiunilor, ci mai redusă.

7.1.1.     Avantajele supraalimentării

          Avantajele supraalimentării sunt:

-         reducerea gabaritului motorului şi a masei pe unitatea de putere;

-         turbosupraalimentarea ce foloseşte suflanta antrenată de turbine cu gaze care prelucrează parţial energia conţinută în gazele de eşapament determină randamentul efectiv şi obţinerea unei curbe ce=f(n) cu un minim mai puţin accentuat, ceea ce determină funcţionarea mai economică şi servituţi de amortizor de zgomot;

-         se reduce costul pe unitatea de putere;

-         se reduc dimensiunile radiatorului deoarece căldura evacuată pe unitatea de putere este mai redusă decât la motorul cu admisiune normală;

-         se reduc noxele şi costul pe unitatea de putere.

7.1.2.     Dezavantajele supraalimentării

          Dezavantajele supraalimentării sunt legate de :

-         solicitări termice şi mecanice ale organelor motorului ce cresc mai ales pentru supraalimentarea înaltă şi foarte înaltă, fiind necesară supradimensionarea  în primul rând a ambielajelor şi a lagărelor;

-         mai ales pentru supraalimentarea foarte înaltă se constată o adaptabilitate a motorului la condiţiile tracţiunii rutiere.

Eficienţa supraalimentării se cuantifică prin coeficientul de supraalimentare şi prin gradul de  supraalimentare unde s-au notat cu „pme” presiunea medie efectivă a motorului în discuţie funcţionând cu admisie normală.

După coeficienţii folosiţi se mai disting:

-         supraalimentarea joasă (mică-medie) ls=1.3..2 şi gs=30..100%;

-         supraalimentarea înaltă ls=2..4 şi gs=100..300%;

-         supraalimentarea foarte înaltă ls>4 şi gs>300% ;

unde:

ls – este raportul dintre presiunea de supraalimentare şi presiunea atmosferică

gs – este gradul de supraalimentare în procente.

Clasificarea nu este după convenienţă, ea având în vedere modificările ce trebuie aduse motorului pentru a putea prelua solicitările termice şi mecanice majorate. Astfel pentru ls<1.5 nu sunt necesare măsuri speciale la motor cu excepţia echipării sale cu grupul de supraalimentare. Pentru ls>1.5 eforturile majorate din mecanismul bielă-manivelă se impune reconsiderarea constructivă a acestora pentru ca începând cu ls>3 să fie necesară confecţionarea capului pistonului din oţel refractar, răcirea sa, iar pentru îmbunătăţirea umplerii, răcirea fluidului proaspăt la ieşirea din suflantă şi intrarea în motor.

Într-o schemă sintetică supraalimentarea poate fi clasificată după următoarele criterii:

7.1.3.     modul de obţinere a presiunii prin supraalimentare

-         Prin mijloace exterioare motorului, de exemplu cu ajutorul unei suflante antrenate electric (supraalimentarea simulată).

-         Prin valorificarea unei cote părţi a energiei vehiculate de motor:

-         fără suflantă şi turbină folosind un sistem de admisie adecvat ce exploatează fenomenele de undă din traseul de aspiraţie;

-         fără suflantă, cu exploatarea energiei undelor de presiune din traseul de evacuare, cum este sistemul Comprex;

-         cu suflantă antrenată de la motor;

-         cu suflantă şi turbina cu gaze de impuls sau de presiune constantă.

7.1.4.     tipul constructiv al suflantei

-         Suflantă volumică (cu piston în mişcare alternativă sau cu rotor);

-         Suflantă dinamică radială, axială ori radial-axială, la care comprimarea  fluidului proaspăt se face pe baza impulsului primit de la paletele suflantei.

7.1.5.     Mod de cuplare cu motorul şi de prelucrare a energiei

-         Supraalimentare mecanică cu suflantă cuplată la arborele motor fără  turbină cu gaze

-         Turbosupraalimentare consacrată, suflanta fiind antrenată de turbină cu gaze de pe eşapament, grupul neavând legătură cinematică cu motorul ci numai gazodinamică

-         Turbosupraalimentare mixtă, grupul de supraalimentare fiind cuplat şi cu arborele motorului

-         Turbosupraalimentare cu un grup turbină-suflantă şi turbină de putere suplimentară antrenată separat de către gazele de eşapament Compound

7.1.6.     SUPRAALIMENTAREA MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN SCÂNTEIE PENTRU AUTOTURISME

          Până nu de mult aplicată numai la motoarele de curse, supraalimentarea m.a.s. se aplică în ultimii ani şi la motoarele de serie.

7.1.7.     Principalele probleme puse de supraalimentarea m.a.s.

-         creşterea tendinţei de ardere anormală mai ales cu detonaţie;

-         asigurarea gradului de adaptabilitate necesar condiţiilor de cele ale autovehiculului, motorul trebuind a funcţiona într-o gamă mare de turaţii;

-         reducerea gabaritului, masei şi a costului echipamentului de supraalimentare;

-         controlul temperaturii gazelor de evacuare în faţa turbinei  care este cu 200..250o C mai mare decât la m.a.c. favorabil fiind faptul că conţinutul mai redus de oxigen şi lipsa sulfului şi vanadiului conduce la o mai mica corozivitate a gazelor eşapate.

7.1.8.     Măsuri pentru reducerea tendinţelor de ardere detonantă

-         Reducerea avansului la producerea scânteii electrice nu poate fi luată în considerare datorită tendinţei de deplasare a arderii în destindere;

-         Reducerea raportului de comprimare implică diminuarea economicităţii motorului ce poate fi parţial compensată prin:

-         Optimizarea formării amestecului şi a aprinderii, folosind microprocesoare programate după date de stand;

-         Reducerea pierderilor gazodinamice prin raţionalizarea formelor traseelor de schimb de gaze;

-         Utilizarea răcitoarelor intermediare de aer pentru fluidul proaspăt cu toate problemele de gabarit;

-         Controlul solicitărilor termice se asigură prin răcirea supapelor de evacuare cu sodiu introdus în alveole practicate în tija acestora.

-         Pistonul se răceşte cu ulei  prin stropire iar pompa de fluid de răcire se reconsidera pentru majorarea debitului.

-         Pentru simplitate constructiva la motoarele mici statorul turbinei centripete este format dintr-o cameră spirală, fără palete, ceea ce nu permite admisiunea parţială.

-         Reglarea motorului este cantitativă, asigurată de obturator existând două posibilităţi:

        Obturatorul se află în faţa suflantei ceea ce aduce următoarele avantaje:

-         se poate utiliza aceiaşi tubulatură de admisie ca şi la motorul cu admisie normală .

-         acordarea carburatorului (dacă acesta există) cu motorul este mai simplă.

-         combustibilul este repartizat uniform în amestec prin mişcarea de vârtej din suflantă  care determină şi intensificarea turbulenţei.

-         vaporizarea combustibilului determină răcirea fluidului motor.

Dezavantajul acestei soluţii  constă în faptul că arborele suflantei trebuie foarte bine etanşat pentru ca uleiul de ungere să nu ajungă în amestecul proaspăt, penalizându-se astfel arderea şi murdărindu-se camera de ardere.

        Obturatorul se află după suflantă ceea ce impune:

-         folosirea unui carburator în doua trepte care poate fi mai uşor acordat pentru evitarea măcar parţială a pompajului.

-         protecţie sigură de pompaj  a suflantei se obţine prin by-passarea fluidului proaspăt printr-o supapă comandată pneumatic sau electronic care la sarcini parţiale trimite aerul direct în colectorul de admisie (Porsche 924 Turbo). Suflantele cu stator cu geometrie variabilă elimina complet pompajul ele fiind însă foarte scumpe motiv pentru care nu se folosesc decât la motoare de puteri mijlocii-mici.

Turbosuflantele pentru autoturisme se construiesc obişnuit cu reglarea debitului admis în turbină prin evacuarea unei părţi de gaze direct în conducta de evacuare, iar turbina şi suflanta se dimensionează pentru un debit de gaze şi aer corespunzător unei turaţii medii.

În esenţă pentru supraalimentarea m.a.s. sunt necesare următoarele măsuri:

-         Reducerea duratei baleiajului pentru diminuarea pierderilor de combustibil.

-         Creşterea secţiunii supapelor recomandându-se 2(3) supape de admisie şi 2 de evacuare.

-         Introducerea sodiului în tija supapei de evacuare pentru accelerarea evacuării căldurii.

-         Creşterea dimensiunilor radiatorului.

-         Realizarea unor echipamente de supraalimentare miniaturizate care însă este dificilă tehnologic.

-         La utilizarea injecţiei de benzină se aplică răcirea pulverizatorului injectorului cu aer.

-         Răcirea într-un radiator separat a uleiului pentru grupul de supraalimentare .

-         Folosirea unor materiale de calitate superioară la confecţionarea principalelor organe ale motorului.

7.2.        GENEZA NOXELOR LA MOTOARE CU APRINDERE PRIN SCÂNTEIE

7.2.1.      Sursele de poluare

Sursele de poluare ale motorului cu aprindere prin scânteie sunt:

- gazele de evacuare, care au ponderea de cca. 65% şi care conţin o varietate mare de poluanţi: oxid de carbon, hidrocarburi, oxizi de azot, aldehide, plumb şi particule de carbon;

- gazele de carter, care au o pondere de cca. 20% şi care conţin produse de ardere în diferite stadii şi vapori de combustibil;

- carburatorul, cu o pondere de cca. 9%;

- rezervorul de combustibil, cu o pondere de cca. 6% şi care, la fel ca şi carburatorul, constituie zona de unde difuzează în atmosferă fracţiunile uşoare ale benzinei care se vaporizează la temperaturi reduse.

Rezultă din cele prezentate anterior că principalele substanţe poluante care apar la m.a.s.-uri sunt: oxidul de carbon, hidrocarburile, oxizii de azot, aldehidele, particulele de plumb şi sulful.

         

7.2.2.     Originea oxidului de carbon

 

Oxidul de carbon constituie una din principalele noxe ale m.a.s.-urilor. Apariţia lui în gazele de evacuare şi de carter are următoarele două cauze:

- arderea incompletă, datorită oxigenului insuficient din

camera de ardere (ecuaţia 2.1.), cauză confirmată şi de creşterea concentraţiei de CO în gazele de evacuare în cazul utilizării amestecurilor bogate;

C+1/2C2 =CO                                            (2.1.)

- disocierea bioxidului de carbon(ecuaţia 2.2.),la depăşirea unui anumit prag de temperatură;

CO2                           CO+1/2O2                     (2.2.)

Oxidul de carbon este un gaz incolor şi inodor, de aceea el poate fi detectat numai cu aparatură specială. Masa unui kilomol de CO este de 28 kg, iar a unui kilomol de aer este de 28,9 kg; datorită acestui lucru oxidul de carbon are un coeficient de difuzie foarte mare în aer.

Oxidul de carbon poate fi neutralizat în prezenţa razelor ultraviolete şi a apei (ecuaţia 2.3.):

          CO+H2O              H  -  COOH                   (2.3.)

Unele plante pot transforma oxidul de carbon; astfel frunza de fasole poate transforma 1,05m mol/dm2.h.

Influenţa negativă a oxidului de carbon asupra organismului uman poate fi ilustrată prin următoarea constatare: 50 ppm de CO modifică rezistenţa la monotonie, acuitatea vederii

şi provoacă creşterea frecvenţei apariţiei infarctului. La nivelul ţesuturilor, CO se combină cu hemoglobina din sânge formând un compus foarte stabil “carboxihemoglobina” blocând transportul oxigenului; dacă în sânge se află 0,1% CO, jumătate din hemoglobină va fi blocată.

7.3.        Originea hidrocarburilor din gazele de evacuare

Existenţa hidrocarburilor în gazele de evacuare este o consecinţă directă a arderii incomplete a amestecului carburant în cilindrii motorului. Arderea incompletă a amestecului carburant este determinată de fenomenul de întrerupere a propagării flăcării, deci de “stingerea la pereţi” a reacţiilor de oxidare.

Cauzele care provoacă întreruperea propagării flăcării sunt multiple:

-         răcirea locală intensă a amestecului, cunoscută şi sub denumirea de stingerea flăcării la pereţi

-         diluarea excesivă a amestecului cu gaze reziduale

-         îmbogăţirea excesivă a amestecului

-         sărăcirea excesivă a amestecului.

Analiza chimică a gazelor de evacuare a arătat că în masa acestora se găsesc hidrocarburi care nu au fost conţinute iniţial în compoziţia combustibilului; formarea de noi hidrocarburi în cilindrii motorului, în special a celor nesaturate, are o mare importanţă pentru că acestea au o reactivitate mai mare la formarea smogului fotochimic.

Reducerea apariţiei hidrocarburilor la geneză este posibilă pe următoarele căi:

-         reducerea depresiunii din colectorul de admisie

-         întreruperea alimentării cu combustibil a motorului la decelerare

-         sărăcirea amestecului

-         reducerea raportului ”suprafaţa cilindrului / cilindree”

-         reducerea jocului dintre piston şi cilindru, dintre primul segment şi capul pistonului.

Influenţa hidrocarburilor asupra organismelor vii se manifestă astfel:

La concentraţii mari de etan şi metan (35g/m3) pot să apară tulburări de respiraţie; pentanul şi hexanul în concentraţii de 45 g/m3 provoacă narcoza; hexanul în concentraţie de 141 g/m3 determină moartea animalelor mici; se pare că unele hidrocarburi sunt cancerigene.

7.3.1.     Originea oxizilor de azot

Azotul poate avea cu oxigenul următoarele combinaţii posibile: protexidul de azot N2O; oxidul de azot NO; bioxidul de azot NO2; trioxidul de azot N2O3; tetraoxidul de azot N2O4; pentaoxidul de azot N2O5.

În gazele de evacuare se regăsesc cu precădere doar oxidul de azot NO şi bioxidul de azot NO2,care se notează cu NOx.

Oxidul şi bioxidul de azot se formează în camera de ardere a motorului conform ecuaţiilor:

           N2+O2                2NO                                (2.4.)

          2NO+O2                     2NO2.                              (2.5.)

Reacţia chimică precizată prin ecuaţia (2.5.) se poate desfăşura în ambele sensuri, oxidul şi bioxidul de azot fiind într-un echilibru dinamic permanent, ceea ce pune serioase probleme în cazul analizei şi determinării separate a concentraţiei acestora.

Bioxidul de azot NO2 este un gaz roşiatic şi foarte toxic, el este de aproximativ 4 ori mai toxic decât oxidul de carbon, în prezenţa apei are tendinţa să se transforme în acid azotic care atacă elementele fine ale plămânilor:

          3NO2+H2O        2HNO3+NO                     (2.6.)

Apariţia oxizilor de azot în gazele arse este condiţionată de temperatura ridicată a gazelor arse iniţial(la începutul propagării frontului de flacără),de calitatea amestecului şi de timpul de propagare a flăcării.

Pentru a diminua sau chiar înlătura formarea oxizilor de azot în camera de ardere a motorului se poate acţiona pe următoarele căi:

-         micşorarea temperaturii gazelor arse iniţial prin diluarea acestora cu aer sau gaze reziduale sau prin reducerea raportului de comprimare;

-         utilizarea amestecurilor stratificate astfel încât în jurul bujiei concentraţia de oxigen să fie mică, iar spre partea terminală a camerei de ardere concentraţia de oxigen să crească.

Pe global se apreciază că emisia de oxizi de azot NOx are o toxicitate mult mai mare decât a oxidului de carbon CO; astfel inhalarea a 100 ppm NOx în timp de o oră determină îmbolnăvirea organismului uman, iar 700 ppm NOx inhalate timp de o oră constituie doza letală.

7.3.2.     Originea aldehidelor

În gazele de evacuare ale motoarelor cu aprindere prin scânteie se găsesc cu precădere aldehida formică HCHO şi acroleina C2H3CHO; ele sunt produse ale arderii incomplete, formându-se la temperaturile joase ale reacţiilor cu flacără rece.

Aldehidele conferă gazelor de evacuare un miros specific puţin plăcut, precum şi proprietăţi iritante.

7.3.3.     Originea particulelor

Particulele solide care se elimină prin gazele de evacuare au surse diferite, cum ar fi: plumbul, fosforul, aditivii organici din benzină şi din uleiul mineral etc. Particulele pot avea dimensiuni de la zeci de microni până la câţiva milimetri. Particulele cu dimensiuni mari conţin de obicei 60-65% săruri de plumb,30-35%oxid de fier şi 2-3%carbon.Particulele fine conţin în preponderenţă carbon.

O atenţie deosebită se acordă particulelor de plumb care odată ajunse în organism tulbură funcţia hematopeică; copiii în special sunt foarte afectaţi de emisia de plumb, ei devenind sensibili la infecţii banale de genul gripei şi guturaiului.

Emisia de plumb este o consecinţă a utilizării benzinelor etilate (aditivate) cu aditivi antidetonanţi de tipul tetraetilului de plumb(C2H5)4Pb sau tetrametilului de plumb(CH4)4Pb.

Pentru a evita depunerea compuşilor pe bază de plumb rezultaţi în urma arderii, pe pereţii camerei de ardere, tetraetilul de plumb este însoţit de aşa-zisele substanţe antrenante de tipul dicloretilenei şi dibrometilenei care împiedică depunerile pe pereţii camerei de ardere favorizând în acelaşi timp evacuarea compuşilor cu plumb odată cu gazele arse; în felul acesta camera de ardere se menţine curată, dar în atmosferă se deversează particule de plumb.

Reducerea conţinutului de particule la geneză poate fi controlată prin următorii factori: regimul de funcţionare a motorului; concentraţia plumbului în benzină; gradul de aditivare al benzinei şi uleiului din motor; consumul de ulei; temperatura şi starea pereţilor colectorului de evacuare.

7.4.        TRATAREA GAZELOR LA MOTORUL CU APRINDERE PRIN SCÂNTEIE

Cea mai folosită metodă pentru tratarea gazelor la motorul cu aprindere prin scânteie este folosirea unui catalizator cu trei căi. Denumirea acestuia vine de la faptul că el acţionează pe trei căi pentru reducerea emisiilor poluante şi anume:

- reducerea HC

- reducerea NOx

- reducerea oxizilor de carbon

Un catalizator cu trei căi este format dintr-un corp spongios ceramic acoperit cu un strat de metale rare (platină si rodiu) cu rol de catalizatori. Corpul ceramic asigură o mare suprafaţă de contact între gazele de evacuare şi stratul de metale rare. Plumbul conţinut în

benzină se poate depune pe stratul de metale rare. Pentru a evita scoaterea din uz a catalizatorului trebuie folosită doar benzină fără plumb.

Funcţionarea catalizatorului are loc însă doar la valori bine stabilite ale coeficientului de exces de aer (=1) pentru alte valori ale coeficientului de exces de aer catalizatorul pierzându-şi eficacitatea. Pentru menţinerea constantă a valorii coeficientului excesului de aer se foloseşte injecţia de benzină, singura care poate asigura în orice condiţii şi în orice regim valoarea coeficientului excesului de aer strict la valoarea (=1).

De asemenea funcţionarea catalizatorului este optimă într-o anumită plajă de temperatură (400-650oC) această temperatură este asigurată de gazele de evacuare.

La pornirea motorului temperatura catalizatorului este scăzută (la nivelul temperaturii mediului ambiant) acest lucru face ca funcţionarea motorului la pornirea la rece să producă o cantitate de emisii nocive mult mai mari decât la funcţionarea în regimul nominal.

7.5.        PROBLEME SPECIFICE MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN SCâNTEIE SUPRAALIMENTATE

La motoarele cu aprindere prin scânteie supraalimentate problema se complică deoarece în camera de ardere se dezvoltă temperaturi mult mai mari lucru ce favorizează formarea oxizilor de azot (NOx) substanţe foarte nocive şi asupra cărora s-au impus limitări legale foarte severe. O măsură eficientă de reducere a temperaturilor din camera de ardere şi

în consecinţă limitarea fenomenului de formare a oxizilor de azot este răcirea aerului admis în schimbătoare de căldură aer-aer ori aer-apă.

Răcitoarele aer-aer sunt mai avantajoase pentru că au posibilitatea de a reduce mai mult temperatura aerului admis însă sunt mai voluminoase şi impun restricţii la amplasarea în compartimentul motor.

Schimbătoarele de căldură aer–apă au gabarit mai mic şi oferă o mai mare libertate de amplasare în interiorul compartimentului motor, lucru foarte important mai ales la autoturisme unde apar limitări severe datorită designului.

Aceste schimbătoare au dezavantajul că nu pot răci aerul admis la o temperatură mai mică decât temperatura lichidului de răcire. În general la autoturisme se folosesc schimbătoare de căldură aer-aer. De asemenea la intrarea în turbină temperatura gazelor trebuie limitată pentru a proteja rotorul turbinei care nu poate suporta temperaturi limitate iar în turbină gazele destinzându-se mai pierd o parte din temperatură, acest lucru complică problema deoarece pe de o parte dorim o temperatură scăzută  la intrarea în rotorul turbinei dar în acelaşi timp avem nevoie să încălzim corpul catalizatorului într-un timp cât mai scurt la temperatura de lucru. Pentru a preveni acest neajuns au apărut catalizatoare cu preîncălzire. Aceasta se face electric şi asigură atingerea rapidă a temperaturii de lucru ceea ce reduce substanţial emisia de substanţe nocive la pornirea motorului

Un alt neajuns al motoarelor supraalimentate este baleiajul adică o parte din încărcătura proaspătă iese pe lângă supapa de evacuare. Fenomenul de baleiaj este caracterizat de coeficientul de baleiaj ”cb” care are valori cuprinse între 1,1-1,3.

Acest fenomen (baleiajul) are efecte benefice asupra funcţionării motorului şi anume:

-         asigură spălarea camerei de ardere fapt ce elimină total prezenţa gazelor reziduale cu efecte benefice asupra încărcăturii proaspete şi asupra arderii.

-         prin amestecarea gazelor arse cu o mică parte din încărcătura proaspătă asigură o temperatură mai scăzută la intrarea în rotorul turbinei.

La motoarele cu aprindere prin scânteie baleiajul are şi efecte negative şi anume încărcătura proaspătă este amestecul carburant format din combustibil şi aer deci inevitabil în traiectul de eşapament va ajunge combustibil care nu a participat la ardere deci a cărui energie nu a fost utilizată. Acest lucru duce la mărirea consumului de combustibil şi la prezenţa în gazele de evacuare a hidrocarburilor nearse cu un efect poluant incontestabil.

Un alt neajuns al fenomenului de baleiaj este prezenţa oxigenului în gazele de evacuare fapt ce face ca sonda lambda să dea informaţii eronate asupra coeficientului de exces de aer. Pentru a evita acest lucru putem recalibra funcţionarea sondei lambda încă din procesul de omologare a motorului, dar acest lucru nu este atât de simplu ştiut fiind faptul că la bornele sondei lambda se înregistrează un salt de tensiune la valori ale coeficientului de exces de aer foarte apropiate de valoarea unu.

8.   Concluzii.

În urma acestui studiu se poate observa cu uşurinţă că motorul proiectat dezvoltat în continuare prin supraalimentarea sa, acest lucru ducând la obţinerea unei puteri mai mari.

Se poate spune că motorul proiectat se pretează cel mai bine aplicării unei supraalimentări joase pentru a nu fi necesară supradimensionarea organelor de lucru ale motorului. Iar costurile aplicării unui astfel de procedeu ar fi minime, obţinându-se în schimb beneficii importante.

Soluţia cea mai potrivita ar fi de supraalimentare cu turbosuflantă  antrenată de gazele de evacuare, fără răcire intermediară a aerului.

În cazul supraalimentării trebuie modificata chiulasa în vederea scăderii raportului de compresie, trebuie redimensionate instalaţiile de ungere şi răcire în scopul de a corespunde noilor solicitări termice ale motorului. La instalaţia de răcire trebuie folosită o pompă cu debit mărit şi un radiator mai mare. La instalaţia de ungere trebuie mărit debitul de ulei şi se recomandă şi folosirea unui răcitor de ulei. De asemenea o mare importanţă trebuie acordată ungerii turbinei ştiut fiind faptul ca aceasta atinge în funcţionare turaţii de 150000-180000 rot/min.

Bibliografie.

1.    Bobescu Ghe. Motoare pentru automobile şi tractoare vol. I-II.

2.    Radu Ghe. Alex. Calculul instalaţiilor auxiliare ale autovehiculelor.

3.    Turcoiu Titi Echipamente de injecţie pentru motoare cu ardere internă

4.    Abăităncei D. Motoare pentru automobile şi tractoare.

5.    Apostolescu N. Procesul arderii în motorul cu ardere internă.

6.    Negrea V. Motoare cu ardere internă.

7.    Grunwald B. teoria, calculul şi construcţia motoarelor pentru autovehicule rutiere.

8.    Berindean V. Procese caracteristici şi funcţionarea motoarelor cu ardere internă.

9.    Dumitriu L. Sisteme electronice de control pentru automobile.