|
|
|
In cazul supraalimentarii motoarelor cu aprindere prin compresie este necesara in anumite cazuri racirea aerului comprimat de compresor. Se apreciaza ca marirea cu 10C a temperaturii aerului admis in camera de ardere determina o crestere de ordinul a 2.30C a temperaturii la sfarsitul compresiei, si implicit a tuturor temperaturilor ciclului. In plus MAC nu poate beneficia de racirea aerului provocata de evaporarea combustibilului, cum se intampla in cazul MAS.
La MAC dublarea densita]ii aerului admis permite dublarea presiunii medii indicate. Insa cu toate acestea cresterea presiunii maxime de ardere, deci a solicitarilor mecanice maxime nu depaseste o crestere de 40.50%.
Densitatea aerului de supraalimentare introdus in motor depinde de urmatorii parametri interdependenti:
- gradul de supraalimentare;
- randamentul compresorului;
- temperatura aerului la intrarea in compresor.
Cresterea temperaturii aerului prin comprimarea in compresor (DTs), se poate determina cu ajutorul relatiei 18.42.
(18.42)
unde: T0 = T1, T0 - temperatura mediului ambiant, T1 - temperatura aerului la intrarea in compresor; (se considera ca schimbul de caldura cu exteriorul pana la compresor este neglijabil); s - gradul de supraalimentare, x - exponentul adiabatic de compresie.
Se constata ca marirea temperaturii aerului admis creste cu cat gradul de supraalimentare este mai ridicat. De aici rezulta necesitatea racirii aerului admis la rapoarte de comprimare ps in compresor ridicate.
Prin racirea aerului de supraalimentare pentru acelasi regim termic al pieselor motorului si aceleasi reglaje, se poate arde mai mult combustibil si in consecinta se dezvolta mai multa energie. Se apreciaza ca la fiecare 10K de scadere a temperaturii aerului de supraalimentare se realizeaza o crestere a puterii cu aproximativ 3%.
La aplicarea racirii aerului de supraalimentare trebuie sa se tina seama si de dezavantajele pe care le prezinta si anume: mareste masa si volumul motorului; schimbatorul de caldura introduce rezistente gazodinamice suplimentare care in anumite cazuri pot sa anuleze castigul de putere obtinut prin racirea aerului care patrunde in motor.
Racirea aerului se poate realiza in doua moduri:
- prin schimbatoarele de caldura, mediul racitor fiind aerul sau lichidul de racire;
- prin destinderea aerului admis.
In acest caz se poate realiza:
- racirea finala la intrarea in motor (fig.18.26.a) in cazul in care suplimentarea se realizeaza monoetajat (metoda cea mai des intalnita la motoarele supraalimentate pentru autovehicule);
- racire intermediara, intre compresoare (fig.18.26.b), cand motorul este prevazut cu doua compresoare sau compresorul are mai multe etaje si permite constructiv o racire intermediata.
|
Fig.18.26 Schema de amplasare a schimbatorului de caldura in circuitul de supraalimentare |
Cresterea gradului de supraalimentare, in cazul in care se urmareste mentinerea aceleeasi temperaturi la intrarea in motor conduce la cresterea suprafeIei de schimb de caldura a racitorului care devine foarte importanta.
Marimea schimbatorului de caldura se coreleaza cu energia suplimentara pentru deplasarea mediului de racire. Aceasta energie se scade din energia dezvoltata de motor.
Deci introducerea racirii aerului la MAC permite cresterea debitului de aer introdus in motor in special la grade mari de supraalimentare avand ca efect marirea puterii fara a le suprasolicita termic.
Pentru calculul presiunii si temperaturii la sfarsitul admisiei in cazul supraalimentarii monoetajete se considera urmatoarele:
R - coeficientul pierderilor de presiune in schimbul de caldura adica:
unde: pR - pierderile de presiune in schimbatorul de caldura;
ER - coeficientul de eficienta al schimbatorului de caldura, respectiv:
unde: TR = Ts - TR - scaderea de temperatura in schimbatorul de caldura;
Tc = Ts - T0 -cresterea de temperatura in compresor.
Presiunea si temperatura la sfarsitul admisiei pa, Ta in functie de caracteristicile schimbatorului de caldura si ale compresorului sunt date de urmatoarele relatii:
(18.43)
si
sau
(18.44)
unde: 0- coeficientul pierderilor la admisia in compresor 0=p1/p01
a- coeficientul pierderilor la admisie, respectiv a = p0 / pSR
psr presiunea dupa schimbatorul de caldura;
R - coeficientul pierderilor in schimbatorul de
caldura adica:
2
In ultimii ani se constata orientarea diferit clara intre sistemele de racire a aerului de supraalimentare, in SUA folosindu-se sisteme apa-aer si sisteme de racire aer-aer in Europa.
Sistemul de racire aer-aer cu radiator frontal are un randament sporit la temperaturi joase ale mediului de racire, insa este mai voluminos decat sistemul apa-aer. Sistemul apa-aer este mai putin eficient insa este mai simplu si mai ieftin.
|
Fig.18.27 Schema de amplasare a schimbatorului de caldura la aplicarea procedeului Miller |
O interesanta dezvoltare a sistemului de racire aer-aer este utilizarea unui turboventilator alimentat cu aer de catre turbocompresor. Acest sistem este mai putin eficient decat sistemul aer-aer cu radiator frontal, insa este mai mic si performantele acestuia sunt mai aproape de cerintele motorului.
In acest caz destinderea poate fi practicata in cilindru sau intr-o turbina.
Destinderea aerului in cilindru (metoda Miller) se efectueaza in modul urmator: aerul comprimat in grupul turbocompresor este racit intr-un schimbator de caldura pana la aproximativ 600C dupa care patrunde in motor. Inainte ca pistonul sa fi ajuns in PMI supapa de admisiune se inchide si aerul aflat in cilindru se destinde, presiunea si temperatura aerului marcand o scadere. Nivelul de presiune poate fi marit prin cresterea presiunii de alimentare. Racirea este cu atat mai pronuntata cu cat supapa de admisie este inchisa mai devreme.
Metoda prezinta ca principal dezavantaj inrautatirea umplerii motorului si se aplica cu precadere la motoarele cu turatie constanta.
Destinderea aerului intr-o turbina inainte de intrarea in motor prezinta scaderi importante de temperatura.
Schema de principiu este prezentata in figura 18.27.
Aerul este comprimat de compresorul CA antrenat de turbina TA care functioneaza cu gaze de ardere dupa care intra in al doilea compresor CB, in schimbatorul de caldura R, unde se raceste si in turbina TB cuplata cu compresorul CB dupa care intra in motor. In turbina TB aerul poate avea o scadere mare de temperatura.
Datorita pierderilor din grupul turbocompresor B si din schimbatorul de caldura R, presiunea aerului la iesirea din turbina TB va fi mai mica decat la iesirea din compresorul CA.
Temperatura scazuta obtinuta permite presiuni mari de supraalimentare, limitatea acesteia fiind impusa numai de solicitarile mecanice ale motorului.
