Caracteristicile de turatie ale motoarelor cu ardere interna cu piston reprezinta relatii intre parametrii de lucru ai motoarelor si turatia acestora. In cadrul lucrarii se determina variatia puterii efective, a momentului efectiv, a consumului specific efectiv si a randamentului respectiv in functie de turatie la un motor cu aprindere prin scâ nteie (MAS) si la un motor Diesel (MAC). La motoarele cu aprindere prin scâ nteie se definesc asa-numitele caracteristici exterioare, obtinute la deschiderea totala a clapetei obturatoare de la carburator, cu un unghi optim de avans la aprindere. La motoarele Diesel caracteristicile exterioare se obtin la o pozitie fixa a cremalierei pompei de injectie, corespunzatoare cu aprinderea fara fum a regimului maxim de viteza si cu unghiul optim de avans la injectia combustibilului.

In afara de aceste caracteristici se mai cunosc caracteristicile de turatie partiale (cu deschiderea partiala a clapetei obturatoare - pentru MAS-uri), caracteristica limitei de fum si caracteristica limita (la MAC-uri).

20.2 Instalatia experimentala si mersul lucrarii

Pentru efectuarea lucrarii se utilizeaza doua instalatii experimentale, una pentru MAS, alta pentru MAC (fig.20.1). Ambele instalatii se compun in principal din: motorul (1), cutia de viteza (2), frâ na hidraulica (3), indicatorul frâ nei (4), tahometrul (5), conducta de apa (6) si balanta pentru combustibil (7).

Masuratorile se fac dupa intrarea instalatiei in regim normal de functionare. Modificarea turatiei se face cu ajutorul frâ nei hidraulice, reglâ nd incarcarea acesteia prin deschiderea robinetului prevazut de conducta 6, (fig.20.1). Se pun pe balanta greutati, astfel incâ t indicatorul acesteia sa se gaseasca la valorile maxime ale scalei. Prima masuratoare se face la turatia minima a motorului. Incercarile urmatoare se fac la turatii din ce in ce mai mari, micsorâ nd incarcarea frâ nei, prin inchiderea robinetului. La fiecare determinare se mareste turatia cu 200-300 rot/min., pâ na se ajunge la turatia maxima. Pentru fiecare incercare se noteaza turatia n, in rot / min, forta de franare aplicata la frana hidraulica, F , in N si timpul t , in s, in care motorul consuma 0,1 kg combustibil. Pentru eliminarea erorilor intâ mplatoare se recomanda ca masuratorile sa se repete de mai multe ori.

20.3 Prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Prelucrarea rezultatelor masuratorilor experimentale se face cu ajutorul calculatorului electronic, obtinâ ndu-se in final functii de gradul doi care aproximeaza caracteristicile de turatie, utilizâ nd in acest scop metoda celor mai mici patrate. Fie M numarul de câ te ori se repeta masurarea fiecarei marimi la o anumita turatie si N numarul de turatii la care se efectueaza determinari experimentale.

Utilizâ nd notatiile:

c - consumul de combustibil impus, c = 0,1 kg;

n_i - turatia;

F_i,k - forta de frâ nare;

t _i,k - timpul in care se consuma c kg combustibil, unde i=1....N,iar k=1.....M, relatiile de calcul in sistemul international au forma:

- valorile medii ale fortei de frâ nare:

[N] (20.1)

iar daca atunci

[N]

- media aritmetica sau patratica a timpilor:

[s]

sau, daca:

atunci:

[s] (20.2)

-momentul de frâ nare:

M_ei = l^.F_i [N.m] , (20.3)

unde: F_i este forta medie, in N; l - bratul frâ nei; l = 0,7162 m;

- viteza unghiulara:

[s-1] (20.4)

- puterea efectiva dezvoltata de motor:

P_ei = M_ei w _i .10^-3 [kW]; (20.5)

- consumul specific efectiv:

c_ei = [kg / kWh]; (20.6)

- randamentul efectiv:

[-] (20.7)

In aceste relatii q_i este puterea calorica inferioara, cu valorile aproximative:

- pentru benzina:

q_i = 40.000 kJ / kg

- pentru motorina:

q_i = 41.000 kJ / kg.

Valorile experimentale ale caracteristicilor de turatie se interpoleaza cu o functie de gradul II de forma:

f = Xn² + Yn + Z, (20.8)

unde: X,Y si Z sunt coeficienti necunoscuti, care se determina prin metoda celor mai mici patrate. Astfel rezulta functia f care interpoleaza valorile experimentale, cu o eroare patratica minima.

La elaborarea programului de calcul s-a adoptat N = 10, astfel incâ t din (20.8) se obtine sistemul de ecuatii:

f₁ = X.n₁² + Y.n₁ + Z,

f_i = X.n²_i + Y.n_i + Z, (20.9)

f₁₀ = X.n²₁₀ + Y.n₁₀ + Z,

unde f_i este valoarea experimentala a marimii respective (M_ei, P_ei, c_ei sau h _ei) la turatia n_i, i=1-10.

Folosind primele trei ecuatii, pentru a avea un sistem compatibil determinat, cu necunoscutele si :

(20.10)

se obtin solutiile

Necunoscutele introduc aproximatiile x, y si z astfel incâ t:

Valorile marimilor x, y si z se determina din conditia ca suma patratelor erorilor v_i, ce rezulta din masuratorile experimentale f_i si cele obtinute prin interpolare, sa fie minima:

f_i = f_i (X,Y,Z) - v_i

(20.13)

Conditia (20.13) este indeplinita daca derivatele partiale in raport cu x,y si z se anuleaza. Astfel:

(20.14)

(20.15)

introducâ nd notatiile:

a_i = ; b_i = n_i; c_i =1 ;l_i = f_i – f_i (), i= 1 ¸ 10,

rezulta:

(20.16)

Din conditiile:

(20.17)

se obtine sistemul de ecuatii normale:

(20.18)

Rezolvâ nd sistemul de ecuatii normale se obtin aproximatiile x, y, z, iar cu relatiile (20.11) se calculeaza X, Y, Z. In acest mod functia de interpolare (20.8) este cunoscuta.

Pe baza acestor relatii s-a elaborat un program de calcul in MCD, program care se gaseste pe reteaua de calculatoare a catedrei de Termotehnica, Masini si Echipamente Termice din Universitatea Tehnica - Cluj-Napoca si se poate accesa sub numele FIT– ORI. MCD.

Toate rezultatele obtinute se trec in tabelul 20.1. In final se traseaza caracteristicile de turatie, dupa modelul din figura 20.2 intocmindu-se doua aemenea grafice, unul pentru MAS si altul pentru MAC.

Fig. 20.2 Curbele caracteristice de turatie

In ipoteza in care nu se utilizeaza calculatorul electronic se vor determina caracteristicile de turatie utilizâ nd relatiile (20.1)......(20.7) si se renunta la calculul functiei de interpolare (20.8). Studentii vor compara caracteristicile de turatie ale motoarelor supuse incercarilor cu caracteristicile date in literatura de specialitate si vor preciza turatia economica a motoarelor.

Tabelul 20.1 Valori masurate si calculate.

La marimile afectate prin semnul * se va specifica la numarator valoarea obtinuta experimental si calculata cu relatia (20.1)....(20.7), iar la numitor valoarea obtinuta prin programul FIT – ORI . MCD .