Instalatia de alimentare cu combustibil

INSTALATIA DE ALIMENTARE CU COMBUSTIBIL

Instalatia de alimentare are rolul de a alimenta cu combustibil si aer necesar arderii la motorul cu ardere interna cat si functia de a evacua gazelle arse din cilindru. Instalatiile de alimentare se deosebesc functie de tipul motorului ( m. a. s. sau m. a. c. ) si functie de modul de formare a amestecului.

Componentele generale ales intalației de alimentare sunt urmatoarele:

• Rezervor de combustibil
• Conducte de combustibil
• Filtru de carburant
• Decantor
• Pompa de combustibil
• Indicator de nivel
• Filtru de aer
• Sistem de evacuare a gazelor arse

Instalatia de alimentare m. a. s.

La motoarele cu aprindere prin scanteie cu carburator amestecul de benzina și aer se formeaza in exteriorul cilindrului, intr-un dispozitiv numit carburator. La motoarele cu aprindere prin scanteie cu injecție de benzina formarea amestecului carburant se poate face atat in interiorul cilindrului cat și in exteriorul acestuia.

Sistemul de alimentare al MAS este format din rezervorul de combustibil, conducte de combustibil, filtru, decantor, pompa de combustibil, filtrul de aer, carburatorul, indicatorul de nivel. Aerul necesar formarii amestecului carburant este purificat cu ajutorul filtrului de aer iar amestecul este dirijat spre supapele de admisiune prin galeria de admisiune.

Procedee de preparare a amestecului carburant:

Prin marirea vitezei unui jet de aer in raport cu combustibilul, procedeu demumit  carburatie. Datorita simplitatii constructive a echipamentelor necesare, acest procedeu aproape ca s-a generalizat in alimentarea motoarelor cu aprindere prin scanteie (MAS).

Prin marirea vitezei jetului de combustibil in raport cu aerul, procedeu demumit injectie. Injectia necesita echipamente ceva mai complicate si a fost adoptata, pentru inceput, in alimentarea motoarelor cu aprindere prin compresie (MAC).

In ultima vreme, datorita restrictiilor severe de reducere a consumului si a noxelor din gazele esapate, injectia devine sistemul de alimentare al automobilului modern dotat cu MAS

Dispozitivele specifice sistemelor de alimentare ale motoarelor cu aprindere prin scanteie sunt urmatoarele:

Carburatorul este un dispozitiv din sistemul de alimentare destinat sa asigure dozajul necesar dintre benzina și aerul care formeaza amestecul carburant, astfel ca motorul sa poata fi utilizat in diferite regimuri de funcționare.Carburatorul este astfel construit incat sa asigure dozarea și pulverizarea benzinei, vaporizarea sa parțiala și amestecarea cu aerul in proporțiile necesare unei arderi cat mai complete.

Carburatoarele actuale sunt construcții complexe, insa la baza principiului lor de funcționare sta carburatorul elementar.Carburatoarele motoarelor moderne sunt derivate din carburatorul elementar prin imbunatațire, fiind dotate cu diferite dispozitive destinate sa corecteze dozarea combustibilului și formarea amestecului in funcție de regimul și condițiile variabile de funcționare a motoarelor.

Carburatorul elementar este format din camera de nivel constant, camera de amestec, conducta de legatura dintre cele doua camere, jiclor, flotor (plutitor) supapa cu ac, difuzor și clapeta de obturare.

Avantajele injectiei de benzina:

pulverizarea foarte fina a benzinei in toate regimurile de lucru ale motorului, inclusiv in cele de sarcina si turatie redusa;

uniformitatea sporita a dozei de combustibil repartizata cilindrilor motorului, mai ales daca injectia se face individual, pentru fiecare cilindru in parte;

cresterea gradului de umplere al cilindrului datorita reducerii rezistentei gazodina-mice a traseului de admisie ce rezulta din eliminarea difuzorului (parte componenta a sistemelor de carburatie);

cresterea puterii efective a motorului termic datorata cresterii gradului de umplere;

scaderea consumului datorita unui amestec bine dozat si a unei arderi mai eficiente;

reducerea emisiilor poluante din gazele de ardere;

Injectia de benzina

Injectia de benzina presupune administrare prin presiune a combustibilului necesar arderii . In functie de locul unde este pulverizat combustibilul intalnim trei solutii tehnice : injectia in galerie monopunct , injectia in poarta supapei de amisie ( multipunct ) si injectia directa in cilindru.

Schema de principiu a injectiei electronice de benzina

Injectia de benzina monopunct ( electronica )

Schema de principiu injectia multipunct

Injectoare benzina comandate electronic

Schema de principiu a injectiei electronice de benzina multipunct

Instalatia de alimentare  m. a. c.

Comprimarea unui gaz conduce la creșterea temperaturii sale, aceasta fiind metoda prin care se aprinde combustibilul in motoarele diesel. Aerul este aspirat in cilindri și este comprimat de catre piston pana la un raport de 25:1, mai ridicat decat cel al motoarelor cu aprindere prin scanteie. Spre sfarșitul cursei de comprimare motorina (combustibilul) este pulverizata in camera de ardere cu ajutorul unui injector. Motorina se aprinde la contactul cu aerul deja incalzit prin comprimare pana la o temperatura de circa 700-900 °C. Arderea combustibilului duce la creșterea temperaturii și presiunii, care acționeaza pistonul. In continuare, ca la motoarele obișnuite, biela transmite forța pistonului catre arborele cotit, transformand mișcarea liniara in mișcare de rotație. Aspirarea aerului in cilindri se face prin intermediul supapelor, dispuse la capul cilindrilor. Pentru marirea puterii, majoritatea motoarelor diesel moderne sunt supraalimentate cu scopul de a mari cantitatea de aer introdusa in cilindri. Folosirea unui racitor intermediar pentru aerul introdus in cilindri crește densitatea aerului și conduce la un randament mai bun.

In timpul iernii, cand afara este frig, motoarele diesel pornesc mai greu deoarece masa metalica masiva a blocului motor {format din cilindri și chiulasa) absoarbe o mare parte din caldura produsa prin comprimare, reducand temperatura și impiedicand aprinderea. Unele motoare diesel folosesc dispozitive electrice de incalzire, de exemplu bujii cu incandescența, ajutand la aprinderea motorinei la pornirea motorului diesel. Alte motoare folosesc rezistențe electrice dispuse in galeria de admisie, pentru a incalzi aerul. Sunt folosite și rezistențe electrice montate in blocul motor, tot pentru a ușura pornirea și a micșora uzura. Motorina are un grad mare de viscozitate, mai ales la temperaturi scazute, ducand la formarea de cristale in combustibil, in special in filtre, impiedicand astfel alimentarea corecta a motorului. Montarea de mici dispozitive electrice care sa incalzeasca motorina, mai ales in zona rezervorului și a filtrelor a rezolvat aceasta problema. De asemenea, sistemul de injecție al multor motoare trimite inapoi in rezervor motorina deja incalzita, care nu a fost injectata, prevenind astfel cristalizarea combustibilului din rezervor. In prezent, folosirea aditivilor moderni a rezolvat și aceasta problema.

O componenta vitala a motoarelor diesel este regulatorul de turație, mecanic sau electronic, care regleaza turația motorului prin dozarea corecta a motorinei injectate. Spre deosebire de motoarele cu aprindere prin scanteie (Otto), cantitatea de aer aspirata nu este controlata, fapt ce duce la supraturarea motorului. Regulatoarele mecanice se folosesc de diferite mecanisme in funcție de sarcina și viteza. Regulatoarele motoarelor moderne, controlate electronic, comanda injecția de combustibil și limiteaza turația motorului prin intermediul unei unitați centrale de control care primește permanent semnale de la senzori, dozand corect cantitatea de motorina injectata.

Controlul precis al timpilor de injecție este secretul reducerii consumului și al emisiilor poluante. Timpii de injecție sunt masurați in unghiuri de rotație ai arborelui cotit inainte de punctul mort superior. De exemplu, daca unitatea centrala de control inițiaza injecția cu 10 grade inainte de punctul mort superior, vorbim despre un avans la injecție de 10 grade. Avansul la injecție optim este dat de construcția, turația și sarcina motorului respectiv.

Avansand momentul injecției (injecția are loc inainte ca pistonul sa ajunga la punctul mort interior) arderea este completa, la presiune și temperatura mare, dar cresc și emisiile de oxizi de azot. La cealalata extrema, o injecție intarziata conduce la ardere incompleta și emisii vizibile de particule de fum.

Injecția indirecta

In cazul motorului diesel cu injecție indirecta, motorina nu este injectata direct in camera de ardere, ci intr-o antecamera unde arderea este inițiata și se extinde apoi in camera de ardere principala, antrenata de turbulența creata. Sistemul permite o funcționare liniștita, și, deoarece arderea este favorizata de turbulența, presiunea de injecție poate fi mai scazuta, deci sunt permise viteze de rotație mari (pana la 4000 rpm), mult mai potrivite autoturismelor. Antecamera avea dezavantajul pierderilor mari de caldura, ce trebuiau suportate de catre sistemul de racire și a unei eficiențe scazute a arderii, cu pana la 5-10% mai scazuta fața de motoarele cu injecție directa. Aproape toate motoarele trebuiau sa aiba un sistem de pornire la rece, ca de exemplu bujii incandescente. Motoarele cu injecție indirecta au fost folosite pe scara mare in industria auto și navala incepand din anii timpurii 1950 pana in anii 1980, cand injecția directa a progresat semnificativ. Motoarele cu injecție indirecta sunt mai ieftine și mai ușor de construit pentru domeniile de activitate unde emisiile poluante nu sunt o prioritate. Chiar și in cazul noilor sisteme de injecție controlate electronic, motoarele cu injecție indirecta sunt incet inlocuite de cele dotate cu injecție directa, care sunt mult mai eficiente.

In perioada de dezvoltare a motoarelor diesel din anii 1930, diferiți constructori au pus la punct propriile tipuri de antecamere de ardere. Unii constructori, precum Mercedes-Benz, aveau forme complexe. Alții, precum Lanova, utilizau un sistem mecanic de modificare a formei antecamerei, in funcție de condițiile de funcționare. Insa, cea mai folosita metoda a fost cea in forma de spirala, conceputa de Harry Ricardo ce folosea un design special pentru a crea turbulențe. Majoritatea producatorilor europeni au folosit acest tip de antecamere sau și-au dezvoltat propriile modele (Mercedes Benz și-a menținut propriul design mulți ani). Injecția directa

Injectia directa

Motoarele moderne folosesc una din urmatoarele metode de injecție directa.

Injecția directa cu pompa-distribuitor

Primele motoare diesel cu injecție directa au folosit o pompa de injecție rotativa, cu injectoarele montate in partea superioara a camerei de ardere și nu intr-o antecamera. Exemple de vehicule dotate cu astfel de motoare sunt Ford Transit sau Rover Maestro, avand ambele motoare fabricate de Perkins. Problema acestor motoare era zgomotul excesiv și emisiile de fum. Din aceasta cauza aceste motoare au fost la inceput montate doar pe vehicule comerciale - excepția notabila fiind autoturismul Fiat Croma. Consumul era cu 15 - 20 % mai scazut decat la un motor diesel cu injecție indirecta, indeajuns sa compenseze, pentru unii, zgomotul produs.

Primul motor cu injecție directa de mica capacitate, produs in serie a fost conceput de grupul Rover. Motorul cu 4 cilindri, cu o capacitate de 2500 cmc, a fost folosit de Land Rover vehiculele sale din 1989, avand chiulasa din aluminiu, injecție Bosch in 2 trepte, bujii incandescente pentru pornire ușoara și un mers lin și economic.Controlul electronic al pompei de injecție a transformat radical acest tip de motor. Pionierul a fost grupul Volkswagen-Audi cu modelul Audi 100 TDI aparut in 1989. Presiunea de injecție era de circa 300 bar, dar momentul injecției, cantitatea de motorina injectata și turbocompresorul erau controlate electronic. Acest lucru a permis un nivel aceptabil de zgomot și emisii poluante. Destul de rapid tehnologia a penetrat și la vehiculele de masa precum Golf TDI. Aceste autovehicule erau mai economice și mai puternice decat competitorii pe injecție indirecta  

Injecția directa cu rampa comuna (common rail)

La vechile motoare diesel o pompa-distribuitor asigura presiunea necesara la injectoare care erau simple duze prin care motorina era pulverizata in camera de ardere.La sistemele cu rampa comuna, distribuitorul este eliminat. O pompa de inalta presiune menține motorina la o presiune constanta de 1800 bari intr-o rampa comuna, o conducta unica care alimenteza fiecare injector comandat electromagnetic de mare precizie sau chiar injectoare piezoelectrice (utilizate de Mercedes la motorul diesel cu 6 cilindri in V de 3 L).Majoritatea constructorilor europeni au in gama lor modele echipate cu motoare diesel common rail, chiar și la vehiculele comerciale. Unii constructori japonezi, precum Toyota, Nissan și, mai recent, Honda, au dezvoltat și ei motoare diesel cu rampa comuna.

Diferiți constructori de automobile au denumiri diferite pentru motoarele lor diesel cu rampa comuna. Spre exemplu: CDI la DaimlerChrysler, TDCi la Ford, JTD la grupul Fiat, dCi la Renault, CDTi la Opel, CRDi la Hyunday, DI-D la Mitsubishi, HDI la grupul PSA, D-4D la Toyota.

Injecția directa cu pompa-injector

Acest tip de sistem injecteaza, de asemenea, motorina direct in cilindru. Injectorul și pompa formeaza un corp comun plasat in capatul cilindrului. Fiecare cilindru are propria pompa care alimenteaza injectorul propriu, fapt ce exclude fluctuațiile de presiune și asigura o injecție consistenta. Acest tip de injecție, dezvoltat de Bosch, este folosit de catre autoturismele grupului VW  si ale concernului Mercedes , precum si de constructorii de motoare diesel mari ( Cumings , Perkins , Caterpillar ) . Presiunea de injectie a acestui sistem este foarte mare de circa 2050 bar.

Pompa injectie cu elementi in linie

Element injectie cu piston-sertar Injector mecanic

Pompa injectie cu distribuitor rotativ

   

Pompa common rail (schema ) Pompa common rail

Pompa - injector

Injector piezo-electric (injectia common rail )

Sistemul common rail

Instalatia de evacuare a gazelor arse

Are rolul de a elimina gazele arse si a diminua considerabil zgomotul acestora . Un element de maxima importanta montat pe traseul instalatiei de evacuare il reprezinta sonda Lambda. Prin actiunea sondei Lambda si a catalizatorului se asigura depoluarea atmosferica , prin arderea cat mai completa a gazelor de evacuare. O serie de automobile folosesc catalizatorul ceramic cu pelicula interioara alveolara , din substante chimice pe baza de platina si paladium.

SondaLambda Catalizator

Supraalimentarea motoarelor cu ardere interna, este dotatarea cu una sau mai multe turbine de supraalimentare, sau cu turbocompresor, sau cu ambele din aceste piese auxiliare ale motorului cu ardere interna pentru supraalimentarea acestuia cu aer. Tehnologia turbo este folosita la majoritatea motoarelor moderne.

Cind sunt combinate aceste doua sisteme de comprimarea aerului in galeria de admisie la motoare, atunci se numește: "Twincharged" (eng. twin = dublu, charged = incarcat). Acest sistem de comprimare se folosește la VW (TSI), sau Audi (FTSI), unde turmocompresorul acționat mecanic la turațiile mici comprima aerul pina la turația motorului de 2000 r/min. (min^-1), dupa care o clapeta de reglare, regleaza participarea turbocompresorului la comprimarea aerului. Totodata incepe turbina de supraalimentare sa comprime aerul și de la turația motorului de peste 3500 r/min. (min^-1) aceasta preia incarcarea și turbocompresorul este decuplat electromagnetic