ANALIZA POSIBILITĂȚILOR DE ÎMBUNĂTĂȚIRE A PARAMETRILOR DE PERFORMANȚĂ A UNUI MAS

SUPRAALIMENTAT PRIN MODIFICAREA FAZELOR DE DISTRIBUȚIE

Levente Botond KOCSIS, István Zsolt PÓKA

ANALYZING THE POSSIBILITIES OF PERFORMANCE IMPROVEMENT OF A CHARGED SI

ENGINE BY MODIFYING IT’S DISTRIBUTION PHASES

This paper aims to analyze the possibilities through simulation of performance parameters improvement (mean effective pressure, boost pressure, exhaust flow and engine speed increase to sudden load change) of an engine to its basic version. As simulation software, AVL BOOST was elected, which gives the required accuracy for transient simulations. Simulations compared the engine performance of the various possibilities of amending phase distribution compared to the basic version of the analysed engine.

Keywords: performance, distribution phases, simulation, charged Cuvinte cheie: performanțe, faze de distribuție, simulare,

supraalimentat

1. Introducere Sistemul de distribuţie a gazelor trebuie să asigure

desfăşurarea optimă a proceselor de schimbare a gazelor. Un sistem de distribuţie este eficient atunci când permite evacuarea cât mai

339

completă a gazelor arse din cilindri motorului şi asigură umplerea cât mai deplină a cilindrilor cu fluid motor proaspăt, astfel încât coeficientul de umplere să tindă spre unitate [2, 3].

Fazele de distribuție (figura 1) trebuie să se optimizeze astfel încât să se asigure cel mai bun compromis între gradul de umplere cu aer proaspăt al cilindrului, cât mai puține gaze arse reziduale în cilindri și un lucru mecanic de pompaj minim. În cazul motoarelor supraalimentate trebuie ținut cont și de condițiile de funcționare optimă a sistemului de supraalimentare. Aceasta presupune o determinare riguroasă a suprapunerii deschiderii supapelor de admisie și evacuare, pentru a obține un echilibru optim între propagarea contrapresiunii spre camera de ardere și gradientul de creștere a turației turbosuflantei la creșterea bruscă a sarcinii [4].

2. Modelul de simulat Rolul simulărilor tranzitorii a fost de a observa şi analiza în

special variaţia în timp a presiunii de supraalimentare, a presiunii medii efective dezvoltate de motor, a fluxului de gaze de ardere şi a turaţiei motorului la aplicarea bruscă de sarcină plină, într-o treaptă inferioară de viteză, în varianta standard şi în varianta fazele de distribuţie decalate.

Datele iniţiale care au guvernat simulările au fost culese din baze de date, precum şi de la producătorul motorului (atât parametri constructivi ai motorului ales spre analiză, cât şi parametri specifici ai diferitelor procese funcţionale).

Aceste date se găsesc în tabelul 1 [5].

Fig. 1 Fazele de distribuție reale datorate decalării închiderii și deschiderii

supapelor:

1 – PMS; 2 – PMI; A – admisia; B – comprimarea;

C – destinderea; D – evacuarea

340

Tabelul 1 Nr. Parametru Valoare Unitate de măsură 1. Alezaj 77.00 mm

2. Cursa 85.80 mm

3. Numărul de cilindri 4 in linie -

4. Capacitate cilindrică 1598 cm3

5. Raport comprimare 10.5:1 -

6. Număr de timpi 4 -

7. Supape/Cilindru 4/1 -

8. Putere@Turaţie 160@6000 kW/rpm

9. Moment@Turaţie 280/1600 Nm/rpm

10. pe 22 bar

Modelul pentru simulare realizat pe baza acestor date este prezentat în figura 2. Modelul conţine cilindrii motorului, pentru care sunt definiţi parametri dimensionali şi de funcţionare, implicit legea de deschidere a supapelor de admisie şi de evacuare.

Fig. 2 Modelul de simulare elaborat în AVL BOOST

341

Se trasează graficul deschiderii supapelor (figura 3) pentru varianta standard. Celelalte elemente introduse în model sunt: filtrul de aer (CL1), turbosuflanta (TC1), răcitorul intermedia (CO1), clapeta obturatoare (TH1), catalizatorii (CAT1 şi CAT2), atenuatorul de zgomot (PL1), respectiv punctele de măsurare MP.

3. Efectuarea simulărilor În cadrul simulărilor s-a modificat atât avansul deschiderii

supapelor cât şi întârzierea închiderii acestora, pe rând, practic modificând suprapunerea deschiderii supapelor.

Tabelul 2

Fig. 3 Diagrama deschiderii supapelor

342

Această suprapunere influenţează debitul de gaze care baleiază motorul şi are influenţă directă asupra timpului de reacţie a turbosuflantei.

Cu cât fluxul de gaze este mai mare, cu atât mai repede va atinge turbosuflanta turaţia nominală, realizând presiunea medie efectivă nominală şi implicit momentul motor nominal [1]. În tabelul 2 s-au prezentat graficele de variaţie pentru presiunea medie efectivă şi pentru presiunea de supraalimentare.

În cele ce urmează, s-au analizat şi reprezentat diferenţele dintre versiunile simulate (tabelul 3).

Tabelul 3

343

4. Concluzii ■ Soluţia optimă este când avansul la deschiderea supapei de

evacuare este mărită cu 5 °RAC iar avansul la deschiderea supapei de admisie cu 10 °RAC crescând suprapunerea deschiderii supapelor cu 5 °RAC, în consecinţă valoarea suprapunerii deschiderii supapelor în acest caz este de 75 °RAC.

■ În această situaţie se atinge o îmbunătăţire considerabilă a reacţiei turbosuflantei şi o creştere a momentului motor în regimul de turaţii joase de până la 3 % faţă de versiunea de bază.

BIBLIOGRAFIE

[1] Bjornsson, H., Collinder, M., Daunius, O., SI6T – A new generation of 6 cylinder turbo engines from Volvo Car Corporation, 12. Aufladtechnische Konferenz, Dresden, 2007. [2] Burnete, N., et al., Diesel engines and biofuels for urban transportation (in romanian), Mediamira publishing house, Cluj-Napoca, Romania, 2008. [3] Heywood, J.B., Internal combustion engine fundamentals, United States of America, ed. Mc graw-hill, 1988. [4] Hiereth, H., Prenninger, P., Charging the internal Combustion engine, Springer – Verlag, Wien, 2007. [5] Krammer, J., BOOST – 1D gas exchange, Combustion, Aftertreatment and duct acoustics Tool, AVL Advanced Simulation Technologies, 2007. Asist. Dr. Ing. Levente Botond KOCSIS ing. István Zsolt PÓKA Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca e-mail: levente.kocsis@auto.utcluj.ro Petya0815@yahoo.com

344