MOTORUL CU ARDERE INTERNA . Generalitati

MOTORUL CU ARDERE INTERNA . Generalitati

Motorul cu ardere interna cu piston este un motor termic, la care produsele arderii intra in compozitia fluidului motor , iar evolutiile acestuia se realizeaza prin intermediul unui piston a carui miscare alternativa, in interiorul unui cilindru, se transforma in miscare de rotatie de catre mecanismul biela-manivela .

Motorul termic transforma caldura produsa prin arderea unui combustibil in lucru mecanic, prin intermediul evolutiilor unui fluid , numit fluid motor.

Motorul cu ardere interna cu piston se foloseste datorita avantajelor sale din care amintim :

randament ridicat in comparatie cu alte motoare termice , deci functionare cu un consum de combustibil redus ;

simplitate si compactitate ;

posibilitatea pornirii imediate si trecerii rapide la regimul de sarcina plina ;

posibilitatea opririlor de scurta durata de unde rezulta o economie de combustibil ;

utilizarea unor materiale de constructie nu foarte costisitoare .

Printre dezavantaje , amintim :

accepta suprasarcini mici de aproximativ 10.15% ;

necesita un sistem de racire complex ;

este echipat cu mecanisme avand cinematica complexa ;

emana gaze nocive , contribuind la poluarea atmosferei .

Partile componente ale unui motor cu ardere interna

Fig.1.1

In figura 1.1. este prezentata schema de principiu a unui m.a.i. monocilindric in patru timpi cu aprindere prin scanteie .

Pistonul 1, care actioneaza manivela 3

a arborelui cotit prin intermediul bielei 4,

se deplaseaza in cilindrul 2. Cilindrul este

inchis la partea superioara de chiuloasa 5, in

care sunt practicate trei orificii . Doua dintre

ele sunt controlate fiecare de catre o supapa :

supapa de admisie (SA) 6 , care comanda

intrarea in cilindru a gazelor proaspete si supapa

de evacuare (SE) 7, care comanda iesirea gazelor

arse . Supapelor sunt comandate de un arbore cu

came antrenat de la arborele cotit cu o viteza unghiulara ω/2 . In cel de-al treilea orificiu se monteaza bujia (m.a.s.) sau injectorul (m.a.c.) . La cealalta extremitate a cilindrului se gaseste carterul superior 8 , pe care sunt dispuse lagarele arborelui cotit si carterul inferior 9, in care de obicei se gaseste uleiul de ungere .

1.2. Marimi si indici caracteristici ai motorului

a). Punctul mort interior (p.m.i.) este pozitia extrema a pistonului corespunzatoare volumului minim ocupat de gaze (V_C) sau pozitia pistonului corespunzatoare distantei maxime dintre acesta si axa de rotatie a arborelui cotit (l + r), pozitie pentru care α=0 si β=0.

b). Punctul mort exterior (p.m.e.) este pozitia extrema a pistonului corespunzatoare volumului maxim ocupat de gaze (V_a) sau pozitia pistonului corespunzatoare distantei minime dintre acesta si axa de rotatie a arborelui cotit (l-r), pozitie pentru care α=180 si β=0.

c). Cursa pistonului (S) este spatiul parcurs de piston intre cele doua puncte moarte.

S=2r [mm], (1.1)

Unde r este raza manivelei. In cazul temei de proiect: S = 105mm si r = 46 mm.

d). Alezajul (D) reprezinta diametrul interior al cilindrului.D = 92

e). Raportul cursa-alezaj (ψ) este un parametru constructiv al motoarelor:

ψ = (1.2)

In functie de valoarea acestui raport, motoarele se clasifica astfel:

ψ<1 (S<D) - motoare subpatrate;

ψ=1 (S=D) - motoare patrate;

ψ>1 (S>D) - motoare suprapatrate.

f). Cilindreea unitara (V_S) reprezinta volumul generat de piston prin deplasarea sa intre cele doua puncte moarte, pe cursa S.

V_S= cm³ , (1.3)

unde: D - alezajul; S - cursa pistonului;

g). Cilindreea totala sau litrajul (V_t) reprezinta suma cilindreelor unitare ale tuturor cilindrilor.

V_t = iV_s = 4187,94 cm³ (1.4)

unde i - este numarul de cilindri;

h). Volumul camerei de ardere (V_C) reprezinta volumul minim ocupat de fluidul motor, cand pistonul se gaseste la p.m.i.;

i). Volumul cilindrului (V_a) reprezinta volumul maxim ocupat de fluidul motor, cand pistonul se gaseste la p.m.e.

V_a = V_S+ V_C (1.5)

j). Raportul de comprimare (ε) reprezinta raportul dintre volumul maxim ocupat de fluidul motor si volumul minim ocupat de acesta:

ε == 23 . (1.6)

ε == V_C === 31.72 cm³ (1.7)

V_a = V_S+ V_C =697.99+31.72=729.71 cm³

k). Unghi de rotatie a arborelui cotit [αº RAC] reprezinta unghiul facut de manivela cu axa cilindrului. Originea unghiului α (α=0) se alege corespunzator pozitiei pistonului in p.m.i. Pentru α = 360º RAC arborele cotit efectueaza o rotatie completa, in timp ce pistonul parcurge doua curse simple. Pentru un motor in patru timpi α=720ºRAC.

l). Turatia motorului (n) reprezinta numarul de rotatii efectuat de arborele cotit intr-un minut. Se cunosc: - turatia de moment maxim n_M=3000 rot/min;

- turatia de putere maxima n_P=5000 rot/min.

m). Viteza unghiulara a arborelui cotit (ω) este acea viteza cu care arborele cotit efectueaza o rotatie completa (2π rad):

ω===523.59 rad/s;   

ω=6ּn=6ּ5000=30000 grd/s. (1.9)

n). Viteza medie a pistonului (W_P) este acea viteza, conventional considerata constanta, cu care pistonul ar parcurge doua curse succesive 2S, in intervalul de timp in care arborele cotit efectueaza o rotatie completa

W_P = == 17.5 m/s (1.10)

o). Ciclul motor reprezinta succesiunea proceselor (admisie, comprimare, ardere + destindere si evacuare) care se repeta periodic in cilindrii motorului.

p). Timpul motor (τ) reprezinta partea din ciclul motor care se efectueaza intr-o cursa simpla a pistonului. Un motor care executa un ciclu complet in patru curse ale pistonului se numeste motor in patru timpi τ = 4.

r). Numarul de cicluri (N_C) reprezinta numarul grupajelor de procese (admisie, comprimare, ardere + destindere si evacuare) care se repeta periodic in cilindrii unui motor, in unitatea de timp.

N_C === 41.66 cicl/s (1.11)

N_C = = 2500 cicl/min (1.12)

N_C = == 150000 cicl/h (1.13)

s). Timpul pe ciclu (t_C) reprezinta timpul masurat in secunde, minute sau ore in care se desfasoara un ciclu:

t_C =

t_C = == 0,02 s/cicl; t_C ===410^-3 min/cicl;

t_C === 6.610^-6 h/cicl (1.14^')

t). Raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei (Λ) este un parametru constructiv foarte important al motorului, cu influenta mare in cinematica si dinamica mecanismului motor.

Λ = , (1.15)

unde: r - raza manivelei; l - lungimea bielei.

Stabilirea lungimii bielei

Raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei (Λ) este un parametru constructiv foarte important al motorului, cu influenta mare in cinematica si dinamica mecanismului motor.

(1.16)

unde: r - raza manivelei; l - lungimea bielei.

Pentru autoturisme Λ = 1/3,0...1/3,8 - biele scurte;

Pentru autocamioane Λ = 1/3,8...1/4,2 -biele lungi.

Se adopta Λ=1/3,5.

l = =463,5= 161 mm (1.17)

Adopt l = mm.

1.3 Alegerea fazelor de distributie si al dimensiunilor supapelor

Ciclul motor - Totalitatea starilor succesive prin care trece amestecul carburant intr-o transformare, incepand dintr-o stare initiala pana cand revine la starea initiala, se numeste ciclu termodinamic sau ciclu motor. Ciclul de functionare al motorului in patru timpi, se desfasoara in decursul a patru curse ale pistonului, carora le corespund doua rotatii ale arborelui cotit.
Cele patru faze sunt :

Faza I - Admisia, care incepe de la PMI al pistonului si se termina la PME. In acest timp supapa de amisie este deschisa, iar cea de evacuare este inchisa.

Faza II - Compresia, care are loc pe durata cursei pistonului de la PME la PMI. In tot acest timp, supapele de admisie si evacuare sunt inchise.

Faza III - Detenta (arderea) si destinderea. Cand pistonul ajunge aproape de PMI, intre electrozii bujiei se produce o scanteie, care aprinde amestecul carburant. Presiunea si temperatura in cilindru cresc brusc, ajungand la 20-40 daN / cm³ respectiv 1800-2000^oC. Pistonul se deplaseaza de la PMI la PME. Deoarece prin destinderea gazelor se produce un lucru mecanic, cursa pistonului corespunzatoare timpului III se numeste cursa motoare.

Faza IV - Evacuarea, care are loc in timpul cursei pistonului de la PME la PMI, asigura eliminarea gazelor din camera de ardere. In acest timp supapa de admisie este inchisa, iar cea de evacuare este deschisa.

La motorul cu aprindere prin comprimare (MAC) apar urmatoarele deosebiri:

fluidul proaspat admis in cilindru este costituit numai din aer .

gardul de comprimare prealabil a fluidului proaspat este mult mai ridicat (raportulde comprimare este mia mare ).

In locul declansarii unei scantei electrice la acest tip de motor are loc injectia in cilindu a unui jet de combustibil fin pulverizat care se auto aprinde in contact cu aerul incalzit .