Download - Motoarele cu ardere interna.pdf
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
1/46
1
GENERALITI
Primele motoare cu ardere intern, care au funcionat cu combustibil gazos, au fost construite pe la
jumtatea secolului al XIX-lea. n anul 1860 a fost construit motorul Lenoir, care funciona cu gaz
de iluminat. Randamentul acestui motor era foarte redus (4-5%), iar funcionarea lui era instabil.
n anul 1870 (aproximativ) au aprut motoarele cu ardere intern n patru timpi, cu aprindere
comandati cu ardere la volum constant. Aceste motoare utilizau la nceput gaz de iluminat, iar
mai trziu au fost alimentate cu combustibil lichid (benzin). Motoarele n doi timpi au aprut n
aceeai perioad.
Motoarele construite n primii ani aveau o greutate specific foarte mare (250 kg metal pentru 1
CP), totui ele au avut o largrspndire, fiind mai compacte dect instalaiile de maini cu abur.
ntre anii 1895 i 1897 inginerul Rudolf Diesel a construit un motor n care combustibilul injectat seaprindea venind n contact cu aerul din cilindru, puternic comprimat. Acest motor lucra numai cu
petrol i avea o putere de 20 CP. Primele motoare cu injecie mecanicau fost construite ntre anii
1903 i 1908.
n anul 1906 se realizeaz i motorul Diesel n doi timpi, cu evacuarea gazelor prin ferestre i
baleiaj (mturarea gazelor arse din cilindru) cu aer proaspt. Uzinele constructoare de motoare cu
ardere interns-au dezvoltat n special dupprimul rzboi mondial.
n ara noastrconstrucia motoarelor cu ardere interna fost mult dezvoltatdup23 August 1944,
crendu-se o puternic industrie n acest domeniu. Astfel se
construiesc motoare Diesel de tractor, motoare cu aprindere
prin scnteie pentru autocamioanele Steagul Rou", motoare
semi-Diesel i motoare industriale, Diesel i cu aprindere prin
scnteie electric; la Combinatul metalurgic Reia, se
produc motoare pentru locomotive Diesel-electrice, de 2.100
CP.
Motoarele produse n ara noastr snt destinate s echipeze
grupuri electrogene, locomotive, vase, tractoare, instalaii de
foraj etc.
Randamentul motoarelor cu ardere interneste mult mai bun
dect cel al mainii cu abur cu piston. Astfel, randamentul
atins de motoarele Diesel este n medie de 3236/0,
randamentul motoarelor cu aprindere prin scnteie de 20
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
2/46
2
25%, n timp ce randamentul mainii cu abur este de numai 78%. Rezult c, pentru aceeai
putere, motorul consummai puin combustibil i este deci mai economic (tabela 4).
Se observceconomicitatea cea mai ridicato are motorul Diesel. n figura 58 snt reprezentate
curbele de consum pentru un motor Diesel i pentru un motor cu aprindere prin scnteie (motoarele
au aceeai putere i aceeai turaie). Din examinarea tabelei 4 i a diagramei din figura 58 se
constat c la sarcin plin motorul Diesel are un consum de numai 63% fa de motorul cu
aprindere prin scnteie, iar la sfert de sarcin, un consum de numai 45%.
Capitolul I
DESCRIEREA MOTOARELOR CU ARDERE INTERN. CLASIFICAREA
A. NOIUNI GENERALE
Mainile termice n care att procesul de ardere (procesul de transformare a energiei chimice a
combustibilului n cldur), ct i procesul de transformare a cldurii n lucru mecanic se desfoar
ntr-un spaiu comun (interiorul cilindrului), se numesc motoare cu ardere intern. Motoarele cu
ardere intern prezint o construcie foarte compact (gabarite reduse), n raport cu celelalte
instalaii i maini termoenergetice, i n plus au o economicitate ridicat; de aceea snt larg
rspndite n toate sectoarele produciei.
n interiorul cilindrului motorului gazele sufero serie de transformri termodinamice (comprimare,
nclzire, destindere), n urma crora cldura degajatprin arderea combustibilului este
transformatn lucru mecanic.
Pentru realizarea procesului de ardere, n cilindru trebuie s se
introduccombustibil i aer, fie sub forma unui amestec creat n
exterior ca la motoarele cu carburator, fie separat, ca la
motoarele Diesel. n arderii se obin gaze arse care trebuie
evacuate la sfritul procesului, aici rezult dou trsturi
eseniale ale ciclurilor motoarelor cu ardere intern:
n timpul procesului de ardere compoziia chimic aagentului termic (gazele) se modific i deci se modific i
proprietile sale termodinamice;
motorul trebuie s funcioneze n circuit deschis,pentru a se putea nlocui mereu gazele arse cu amestec proaspt.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
3/46
3
Deci, procesul de lucru trebuie scuprind o fazde evacuare (ieirea gazelor arse) i o faz de
admisiune (intrarea fluidului proaspt), n afara ciclului propriu-zis format din transformrile
termodinamice pe care le suferagentul termic n cilindru.
Schema de principiu al unui motor cu ardere internn patru timpi este reprezentat n figura 59.
Principalele elemente ale acestui motor sunt: cilindrul, chiulasa (capacul cilindrului), carterul,
pistonul, biela, arborele cotit i supapele.
Volumul gazelor care se gsesc n cilindru variazdatoritdeplasrii pistonului. Etanarea ntre
piston i cilindru, astfel nct sse mpiedice scparea gazelor pe lingpiston, se realizeazcu
ajutorul unor inele elastice din fontnumite segmeni. Micarea alternativa pistonului este
transformatn micare de rotaie a arborelui cotit, prin intermediul bielei i al manivelei arborelui.
Pistonul i poate efectua cursa de du-te-vino ntre doupuncte extreme: punctul mort interior
(PMI) i punctul mort exterior (PME). Spaiul ocupat de gaze cnd pistonul se gsete n PMI
poartnumele de camerde ardere.
Camera de ardere poate fi coninutnumai n cilindru (ca n figura 59) sau se poate extinde i ntr-
un spaiu special construit n chiulas. Forma i volumul camerei de ardere depind de tipul i de
dimensiunile motorului.
Volumul generat de piston ntr-o curssimpl, ntre PMI i PME, este volumul cursei sau cilindreea
unitar. Dac motorul are mai muli cilindri, suma cilindreelor tuturor cilindrilor se numetecilindreea total.
Volumul cursei Vuse poate calcula cu ajutorul relaiei:
,
n care:D este diametrul cilindrului; S cursa pistonului.
Volumul total V ocupat de gazele din cilindru cnd pistonul se afln PME, este egal cu volumul
camerei de ardere, Vcplus volumul cursei VU:
.Raportul dintre volumul ocupat de gaze cnd pistonul se afl n PME i volumul gazelor cnd
pistonul a ajuns n PMI se numete raport volumetric de comprimare s:
.
n chiulassunt amplasate cele dousupape; supapa de admisiune, prin care intrn cilindru gazele
proaspete, i supapa de evacuare, prin care ies gazele arse. Deschiderea i nchiderea supapelor sunt
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
4/46
4
comandate de axul cu came prin intermediul tijelor i culbutoarelor; axul cu came se antreneaz
direct de la arborele cotit.
Fazele principale ale procesului de lucru al unui motor cu ardere internn patru timpi (fig. 60) sunt
urmtoarele:
-admisiunea supapa de admisiune este deschisi pistonul se deplaseazde la PMI sprePME, datoritmicrii pistonului, n cilindru intrgaze proaspete din exterior;
-comprimarea ambele supape sunt nchise, iar pistonul se deplaseazde la PME spre PMIcomprimnd gazele din cilindru (volumul gazelor se micoreaz, n timp ce temperatura i
presiunea cresc);
-arderea la sfritul cursei de comprimare are loc aprinderea i arderea amesteculuicombustibil; datoritcldurii degajate prin ardere se nregistreazo cretere puternica temperaturiii presiunii gazelor;
-destinderea gazele arse avnd o presiune i temperatur ridicate se destind, deplasndpistonul de la PMI la PME, n timpul destinderii, supapele rmn nchise;
-evacuarea spresfritul cursei de
destindere se deschide
supapa de evacuare,
punnd n legturgazele
din cilindru cu exteriorul.
Deoarece, n momentul
deschiderii supapei de
evacuare, gazele arse din
cilindru au o presiune
superioar presiuniiatmosferice (circa 34
ata), ele ies n exterior cu
vitezmare, astfel nct presiunea din cilindru scade pnla o valoare apropiatde cea atmosferic.
Aceast prim parte a evacurii, n care gazele prsesc cilindrul datorit diferenei de presiune
dintre cilindru i mediul exterior, se numete evacuare liber; n timpul evacurii libere, care are o
durat redus, pistonul se mic n vecintatea PME. n continuare, pistonul se deplaseaz de la
PME la PMI i mpinge n exterior, prin supapa de evacuare deschis, cea mai mare parte din gazelearse care se mai gsesc n cilindru; aceastfazse numete evacuare forat.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
5/46
5
Ansamblul proceselor prezentate formeazciclul de lucru ai motorului cu ardere intern n patru
timpi. n timpul transformrilor de stare care alctuiesc ciclul, variaz volumul, presiunea i
temperatura gazelor din cilindru. Diagrama p-V, n care se reprezintvariaia presiunii gazelor din
cilindru, n funcie de volumul ocupat de aceste gaze n cursul tuturor transformrilor ciclului, se
numete diagrama indicat.
n practic, diagrama indicatse poate obine cu ajutorul unui aparat numit indicator. n figura 61
este reprezentat un indicator mecanic, cu prghie. Indicatorul este construit dintr-un mecanism care
preia i nregistreaz presiunea gazelor din cilindru i dintr-un mecanism care nregistreaz,
simultan, micarea pistonului (variaia volumului ocupat de gazele din cilindru). Prin deschiderea
robinetului 1,presiunea gazelor din cilindrul motorului se exercit asupra pistonului 3 (care se
deplaseaz n cilindrul 2) fixat pe o tij cuplat cu prghia elastic 4, care are rol de arc; prin
intermediul unui mecanism de bare articulate, captul tijeiacioneazasupra unei prghii, la al crei capt este montat
un ac nregistrator 5. Deformaia prghiei elastice este
proporionalcu fora aplicatasupra pistonului 3, deci este
proporional cu presiunea gazelor din cilindru; datorit
acestui fapt, deplasarea pe vertical a acului nregistrator 5
este direct proporionalcu presiunea gazelor din cilindru.
Variaia presiunii se nregistreazpe o hrtie cretat,
nfuratpe tamburul 6 care se poate roti n jurul axei sale
verticale, fiind tras cu un fir legat de un mecanism biel-
manivelcare reproduce (la o scarconvenabil) micarea
pistonului motorului; n acest mod rotaia tamburului
(deplasarea hrtiei pe care se nregistreazdiagrama presiu-
nilor din cilindru) este proporionalcu deplasarea pistonului
motorului, respectiv cu variaia volumului gazelor. Datoritdeplasrii simultane a acului nregistrator, proporional cu
variaia presiunii gazelor, i a tamburului, proporional cu variaia volumului gazelor din cilindru, se
obine diagrama indicatn coordonatep-V.
Micarea de rotaie a tamburului se produce sub aciunea direct a firului, numai ntr-un singur
sens; micarea de revenire a tamburului, pe msurce firul o permite, se realizeazdatoritunui arc
introdus n interiorul cilindrului.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
6/46
6
B. CLASIFICAREA MOTOARELOR CU ARDERE INTERN
Motoarele cu ardere internpot fi clasificate n funcie de numeroase criterii: utilizare, numrul de
timpi, formarea amestecului combustibil, aprindere, natura combustibilului, turaie, putere, aezarea
cilindrilor etc.
a. Clasificarea duputilizarea motorului:- motoare stabile, utilizate pentru antrenarea generatoarelor electrice, a
compresoarelor, pompelor, grupurilor de foraj, morilor etc.;
- motoare de transport, utilizate n aviaie, pe nave, locomotive,- automobile i tractoare, maini de construcii etc.
b. Clasificarea dupnumrul de curse simple ale pistonului n care se realizeazunciclu (clasificare dupnumrul de timpi):
- motoare n doi timpi, la care ciclul se realizeazn doucurse simple ale pistonului,sau ntr-o rotaie completa arborelui cotit;
- motoare n patru timpi, la care ciclul se realizeazn patru curse simple alepistonului, adicn dourotaii ale arborelui cotit.
c. Clasificarea dupformarea amestecului combustibil:- motoare cu formarea amestecului combustibil n exteriorul cilindrului; n aceast
categorie intrmotoarele cu carburator, motoarele cu gaze cu instalaie de formare externa
amestecului combustibil i motoarele cu injecie de benzinn conducta de aspiraie;
- motoare cu formarea amestecului combustibil n interiorul cilindrului; din aceastcategorie fac parte motoarele cu injecie de combustibil n cilindru i motoarele cu gaze la care
combustibilul gazos este introdus n timpul aspiraiei, printr-o supapaparte.
d. Clasificarea dupmodul de aprindere a amestecului combustibil:- motoare cu aprindere prin scnteie electric; aceste motoare sunt echipate cu o
instalaie electricspecialde aprindere. La sfritul comprimrii, n cilindrul motorului se gsete
un amestec omogen aer-vapori de combustibil, care este aprins prin declanarea unei scntei
electrice n interiorul cilindrului; motoarele cu aprindere prin scnteie utili2eazcombustibil lichid
uor volatil (benzin) sau combustibil gazos;
- motoare cu aprindere prin comprimare (motoare Diesel); aceste- motoare aspirnumai aer (frcombustibil), care este apoi comprimat
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
7/46
7
- puternic; combustibilul se introduce n cilindru, fiind injectat la sfrit cursei decomprimare i se aprinde venind n contact cu aerul de temperaturridicat;
- motoare cu cap incandescent, la care combustibilul, injectat ntimpul cursei decomprimare, se aprinde att datoritnclzirii prin comprimare, ct i datoritcontactului cu pereii
capului incandescent.
Capitolul II
CICLURILE TEORETICE ALE MOTOARELOR CUARDERE INTERN
Pentru a se analiza procesele care se desfoar n motorul cu ardere intern, este necesar s se
studieze transformrile termodinamice pe care le sufer gazele n cilindru n timpul unui ciclu.
Fenomenele reale care se desfoar n cilindrul motorului sunt complexe i greu de urmrit prin
calcul, astfel nct pentru a se determina variaia presiunii i temperaturii gazelor sau pentru a se
determina lucrul mecanic efectuat n timpul diferitelor faze care alctuiesc ciclul, a fost necesar s
se introducunele ipoteze simplificatoare; s-au obinut astfel ciclurile teoretice ale motoarelor cu
ardere intern.
Ipotezele simplificatoare, care stau la baza ciclurilor teoretice, sunt urmtoarele:
- proprietile fizico-chimice ale gazelor din cilindru rmn neschimbate n tot timpulciclului; nu se ine seamde modificarea naturii chimice a gazelor datoritarderii;
- cantitatea de gaze care parcurge ciclul este constant, iar gazele nu sunt nlocuite dela un ciclu la altul; deci, n ciclul teoretic lipsesc procesele de evacuare a gazelor arse i de
admisiune a gazelor proaspete;
- procesele de comprimare i destindere a gazelor se desfoaradiabatic, frschimbde cldurntre gaze i pereii cilindrului;
- procesul de ardere este nlocuit printr-un proces de nclzire a gazelor cu o cantitatede clduregalcu cldura degajatprin arderea combustibilului. n ciclurile teoretice procesele de
ardere (nclzire) se pot desfura la volum constant, la presiune constantsau mixt (parial la
volum constant, parial la presiunea constant);
- procesul de evacuare a gazelor arse este nlocuit printr-o rcire la volum constant(corespunztoare evacurii libere), prin care se realizeaznchiderea ciclului;
- cldura specifica gazelor din cilindru nu variazcu temperatura.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
8/46
8
A. CICLUL CU ARDERE LA VOLUM CONSTANT
inndu-se seamde ipotezele simplificatoare fcute anterior,
se analizeazciclul teoretic cu ardere la volum constant (fig.
62). Se considerc n ciclul motorului se gsete 1 g gaze.
Punctul 1 corespunde strii gazului la nceputul comprimrii,
avnd presiunea i temperatura egale cu ale mediului exterior.
Transformrile ciclului sunt: 12 comprimare adiabatic,
23 ardere la volum constant; 34 destindere adiabatic,
41 cedare de cldur la volum constant (corespunznd
evacurii libere). Dac se noteaz cu Vu, volumul parcurs
prin deplasarea pistonului (volumul cursei pistonului), i cu
Vc volumul camerei de ardere, iar volumul gazului la nceputul cursei de comprimare cu V1 i lasfritul comprimrii cu V2, rezult:
; .Raportul volumetric de comprimare:
.
Randamentul termic al ciclului este:
||
1 || ,
n care i snt cantitile de cldurprimit, respectiv cedatn transformrile 23 i41.
Pentru ciclul considerat, cldura primiti cldura cedatla V=const. se exprimastfel:
; || .
Considerndu-se aceeai valoare a cldurii specifice n transformrile 23 i 41, dupnlocuirea valorilor i ||:
1 .
Deoarece transformrile 34 i 12 sunt adiabatice, iar V2=V3i V4=V1, se poate scrie:
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
9/46
9
.
mprindu-se aceste douexpresii, rezult:
.n consecin, expresia randamentului devine:
1 .
Din expresiile precedente rezult:
1
Expresia randamentului devine
1 1Analizndu-se relaia stabilit, se observ, c randamentul
termic crete o datcu creterea raportului de comprimare i
a exponentului k (fig. 63). Ciclul cu ardere la volum
constant reprezintciclul teoretic al motoarelor cu aprindereprin scnteie i al motoarelor cu cap incandescent.
B. CICLUL CU ARDERE LA PRESIUNE CONSTANTA
n figura 64 este reprezentat ciclul teoretic cu ardere la presiune constant. Starea 1reprezintstarea
gazelor la nceputul comprimrii. Poriunile ciclului sunt: 12 comprimarea adiabatic: 23
arderea la presiune constant; 34 destindere adiabatici 41 rcirea (evacuarea liber) la volum
constant. Arderea sub presiune constant corespunde arderii n motoarele cu aprindere prin
comprimare, de turaie joas, i n special arderii n motoarele cu injecie pneumatic.
Cldura primitlap=consti cldura q2cedatsub V=const. se exprimastfel: , [kcal/kgf]|| , [kcal/kgf].
T,
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
10/46
10
Expresia randamentului termic devine:
1 || 1 ,
nlocuind , expresia randamentului ia forma:
1
,
Transformrile 34i 12fiind adiabatice, se pot scrie relaiile:
.
deoareceV
4=V
1.mprind cele douexpresii se obine:
.
Din transformarea izobar23rezult
; raportul
se numete raport de destindere prealabil
i se noteazcu . Se obine:
Aceast relaie se nlocuiete n expresia . Randamentul termic al ciclului cu ardere la presiuneconstantse exprim:
1 ,
Analizndu~se aceastrelaie, reiese ccrete o datcu creterea raportului de comprimare icu micorarea lui .
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
11/46
C. CICLUL CU ARDERE MIXTA
Ciclul teoretic cu ardere mixt este reprezentat n figura 65. n acest ciclu nclzirea gazelor
(arderea) se desfoar n dou faze: nti la volum constant, transformarea 23, n care se
introduce cldura , i apoi la presiune constant, transformarea 33', n care se introduce cldura
. Comprimarea 12 i destinderea 34 se consider transformri adiabatice; ciclul se nchideprin transformarea la volum constant 41(corespunztoare evacurii libere), n care gazele cedeaz
cldura q2.
Randamentul termic al ciclului este:
||
1 || .
Folosindu-se notaiile:
, raportul volumetric de comprimare;
raportul de cretere a presiunii n timpularderii;
, raportul de destindere prealabil, se obineurmtoarea expresie a randamentului termic:
1 1
.
Ciclul cu ardere mixt reprezint ciclul teoretic de funcionare a motoarelor cu aprindere prin
comprimare, rapide.
Din expresia precedentrezultcrandamentul termic al ciclului cu ardere mixteste cu att mai
mare cu ct raportul are o valoare mai ridicat. Comparndu-se dou cicluri pentru care are
aceeai valoare i n care se introduce aceeai cantitate de cldur(
=const.), se observcrandamentul crete o dat cu mrirea raportului i micorarea raportului , adic cu mrireacantitii de cldur i reducerea cldurii .
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
12/46
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
13/46
Capitolul III
PROCESELE REALE IN MOTOARELE CU ARDERE INTERNA
A. PARTICULARITILE FUNCIONALE ALE MOTOARELOR CU ARDERE
INTERNA
1.Motorul n patru timpi
Schema funcionrii unui motor n patru timpi este
reprezentat n figura 60. Dup cum rezulta din
aceast schem, un ntreg ciclu de funcionare se
realizeaz n decursul a patru curse simple ale
pistonului (dourotaii ale arborelui cotit).
n figura 66 se pot vedea diagramele indicate
(obinute cu ajutorul indicatorului) ale ciclurilor
reale a dou motoare n patru timpi: ciclul unui
motor cu aprindere prin scnteie (fig. 66, a) i
ciclul unui motor cu aprindere prin comprimare
(fig. 66, b).
Admisiunea. n timpul cursei de admisiune pistonul se deplaseaz de la PMI spre PME; datorit
deplasrii pistonului, n cilindru se creeazo depresiune p0i sub influena diferenei de presiune
gazele proaspete intr n cilindru prin supapa de admisiune, care este deschis. Dupcum se vede
n figura 66, presiunea n cilindru n tot timpul admisiunii se menine mai mic dect presiunea
atmosferic p0; pierderea de presiune se datoreaz rezistenelor pe care gazele proaspete le
ntmpinn timpul curgerii prin sistemul de admisiune. Rezistenele aerodinamice snt provocate
de filtrul de aer, carburator, conducte i supape. Pierderile de presiune snt cu att mai mari cu ct
viteza de curgere a gazelor pe conducteste mai mare; ca urmare, creterea turaiei motorului duce
la micorarea presiunii de admisiune. Presiunea n cilindru in timpul admisiunii este de 0,75-0,95
kgf/cm2. Datoritvariaiei vitezei pistonului n timpul cursei de la PMI spre PME, variazi viteza
de curgere a gazelor proaspete n sistemul de admisiune, ceea ce face ca presiunea din cilindru s
prezinte variaii n timpul admisiunii. La sfritul cursei de evacuare, cnd pistonul se afln PMI, n
camera de ardere rmne o anumitcantitate de gaze arse din ciclul precedent (gaze arse reziduale).
n timpul admisiunii aceste gaze se amestec cu gazele proaspete mrindu-le temperatura;
temperatura gazelor proaspete se mai mrete i datorit nclzirii de la pereii conductei de
admisiune i ai cilindrului. Ca urmare a creterii temperaturii i reducerii presiunii, cantitatea de
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
14/46
gaze aspirat este mai mic dect cantitatea de gaze care ar umple volumul Vu, dac gazele s-ar
menine la presiunea i temperatura atmosferic.
n scopul realizrii unei umpleri mai bune a cilindrului (realizarea unei presiuni de aspiraie mai
ridicat), supapa de admisiune se deschide nainte ca pistonul sajungn PMI, i anume ncdin
cursa de evacuare, cu 1020 nainte ca manivela arborelui cotit sajungn poziia PMI. Acestinterval unghiular exprimat n grade de rotaie a arborelui cotit reprezintavansul de deschidere a
supapei de admisiune. Uneori, la motoarele rapide, supapa de admisiune se deschide cu ntrziere.
Tot n scopul obinerii unei umpleri mai bune, supapa de admisiune se nchide dupce pistonul a
trecut de PME, deci dup nceputul cursei de comprimare. ntrzierea la nchiderea supapei de
admisiune, depinde de tipul i de turaia motorului i poate fi 2070 rotire a arborelui cotit. Dup
ce pistonul trece de PME, intrarea gazelor proaspete n cilindru continudatoritineriei gazelor i
datorit faptului c, la nceputul cursei de comprimare, presiunea n cilindru este mai mic dectpresiunea atmosferic.
n diagramele din figura 66, punctul a marcheaz deschiderea supapei de admisiune i punctul b,
nchiderea ei.
Comprimarea. Dup nchiderea supapei de admisiune ncepe comprimarea amestecului de gaze
proaspete i gaze arse reziduale din cilindru, n timpul comprimrii se mresc temperatura i
presiunea gazelor. La nceputul comprimrii, temperatura pereilor cilindrului este mai mare dect
temperatura gazelor; n a doua parte a cursei de comprimare, temperatura gazelor devine mairidicatdect cea a cilindrului i schimbul de cldurse inverseaz. Datoritschimbului de cldur
ntre gaze i pereii cilindrului, comprimarea nu este un proces adiabatic (cum s-a presupus n
ciclurile teoretice), ci un preces politropic. Exponentul politropic mediu pentru ntreaga
transformare are valoarea n1=1,341,38 (valorile mai mari, n cazul turaiilor mari).
Spre sfritul cursei de comprimare, nainte ca pistonul sajungn PMI, ncepe procesul de ardere
a amestecului combustibil din cilindru. Formarea amestecului combustibil, aprinderea i arderea sa
depind de tipul motorului i de natura combustibilului. Procesul de ardere se desfoarpe ultima
parte a cursei de comprimare i n prima parte a cursei de destindere (1015 rotire a arborelui
cotit) de o parte i de cealalta punctului mort interior. n timpul arderii are loc o cretere rapida
presiunii i temperaturii gazelor din cilindru.
Destinderea. Dupatingerea presiunii maxime de ardere, gazele se destind, deplasnd pistonul pn
n PME. Lucrul mecanic produs prin destinderea gazelor este transmis pistonului i apoi la arborele
cotit, pentru acionarea mainilor cuplate cu motorul. Procesul real de destindere este un proces
politropic i nu adiabatic (cum s-a considerat n ciclurile teoretice), datoritschimbului de cldurdintre gaze i pereii cilindrului i datoritfaptului cn prima parte a destinderii continuarderea
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
15/46
combustibilului (ceea ce echivaleazcu o nclzire a gazelor). Exponentul politropic mediu pentru
ntreaga transformare poate avea valori cuprinse ntre 1,2 i 1,31. La turaii mai mari, exponentul
are valori spre limita inferioar.
Evacuarea. nainte de terminarea cursei de destindere (nainte ca pistonul s ajung n PME) se
deschide supapa de evacuare (punctul cdin figura 66). Avansul la deschiderea supapei de evacuarese alege la 3060 rotire a arborelui cotit, nainte de PME, n func ie de turaia motorului; cu ct
motorul este mai rapid, timpul n care gazele arse trebuie sprseasccilindrul este mai redus i
deci supapa de evacuare trebuie sse deschidcu avans mai mare. n acelai timp, trebuie avut n
vedere cun avans prea mare la deschiderea supapei de evacuare duce la scderea brusca presiunii
din cilindru, ncdin cursa de destindere i lucrul mecanic efectuat de gaze se micoreaz.
n timpul evacurii presiunea gazelor din cilindru nu este constant, ci prezint uoare variaii.
Presiunea de evacuare este mai mare dect presiunea atmosferic, deoarece gazele mpinse nexterior de piston trebuie s nving rezistenele aerodinamice opuse de conducta de evacuare i
toba de amortizare a zgomotului (toba de eapament). Valoarea medie a presiunii de evacuare este
cuprinsntre 1,05 i 1,25 kgf/cm2(presiunea de evacuare crete cu turaia motorului). Supapa de
evacuare se nchide cu ntrziere, la 030 rotire a arborelui cotit, dup PMI; valorile mari ale
ntrzierii la nchiderea supapei corespund motoarelor rapide.
Din figura 66 rezult c n diagrama indicat a ciclului real n patru timpi se formeaz dou
suprafee: suprafaa pozitiv reprezint lucrul mecanic efectuat de gazele din cilindru n timpulciclului, iar suprafaa negativ, formatntre curbele de
evacuare i de admisiune care alctuiesc diagrama de
pompaj, reprezint lucrul mecanic consumat pentru
evacuarea i umplerea cilindrului (lucrul mecanic de
pompaj). Cu ct rezistenele pe care le ntmpingazele
n sistemul de admisiune i n sistemul de evacuare snt
mai mari, cu att lucrul mecanic ai diagramei de
pompaj se mrete, micorndu-se puterea motorului.
Valorile care precizeazavansurile i ntrzierile (n raport cu punctele moarte) la deschiderea sau
la nchiderea supapelor, determennd astfel i durata deschiderii supapelor, alctuiesc fazele
distribuiei. n figura 67 snt reprezentate diagramele fazelor distribuiei pentru doumotoare. Al
doilea motor funcioneazcu ntrziere la deschiderea supapei de admisiune.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
16/46
2. Motorul n doi timpi
La motorul n doi timpi, ciclul de lucru se realizeaz n
dou curse simple ale pistonului. n figura 68 este
reprezentat schema unui motor n doi timpi cu
comprimarea aerului de baleiaj n carter. Spre deosebire
de motorul n patru timpi, evacuarea gazelor arse i
admisiunea gazelor proaspete la motorul n doi timpi nu
se fac prin supape, ci prin nite ferestre (lumini)
practicate la partea inferioar a cilindrului. n timpul
cursei, pistonul deschide i nchide aceste lumini,
comandnd astfel schimbul de gaze ntre cilindru i
exterior.
n figura 69 se poate urmri diagrama indicat a unui
motor n doi timpi. La motoarele n doi timpi se
deosebesc dou valori ale raportului volumetric de
comprimare:
raportul volumetric de comprimare
aparent:
1
raportul volumetric de comprimare efectiv:
1
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
17/46
Procesele de comprimare, ardere i destindere se desfoarca i la motorul n patru timpi, frnici
o deosebire; formarea amestecului combustibil, aprinderea i arderea sa depind de tipul motorului
(cu aprindere prin scnteie sau cu aprindere prin comprimare) i de natura combustibilului.
Pentru stabilirea particularitilor proceselor de evacuare i umplere a motorului n doi timpi, se
urmrete deplasarea pistonului n cursa de destindere, de la PMI spre PME.Apropiindu-se de PME, pistonul deschide nti ferestrele de evacuare (fig. 68) punnd n legtur
gazele din cilindru cu mediul exterior. Cnd pistonul ajunge la marginea superioar a acestor
ferestre, ncepe procesul de evacuare liber a gazelor arse din cilindru; datorit ieirii gazelor,
presiunea din cilindru se reduce pn la 1,31,5 kgf/cm2. n figura 69 evacuarea liber este
reprezentatprin curba b1-a1.
Continund micarea spre PME, pistonul descoper a doua serie de ferestre, numite ferestre de
baleiaj. Prin ferestrele de baleiaj ptrund n cilindru gazele proaspete, comprimate n prealabil pnla 1,31,4 kgf/cm2. Gazele proaspete intrn cilindru i mping n exterior gazele arse (evacuarea
foratprin baleiaj), realizndu-se astfel simultan evacuarea i umplerea cilindrului. Acest proces
dureazpe ntreaga perioad n care snt deschise att ferestrele de evacuare ct i cele de baleiaj
(intervalul b1-a-b2n figura 69).
Dupce pistonul, n micarea de la PME spre PMI, nchide ferestrele de baleiaj, urmeazo nou
perioad de evacuare liber a amestecului de gaze din cilindru, pn la nchiderea ferestrelor de
evacuare (punctul b2 , fig. 69). Dup nchiderea ferestrelor de evacuare, ncepe procesul decomprimare a amestecului de gaze din cilindru etc.
La motoarele n doi timpi, presiunea gazelor din cilindru este n tot timpul ciclului superioar
presiunii atmosferice.
Pentru a se realiza o evacuare ct mai completa gazelor arse din cilindru i o umplere ct mai bun
cu gaze proaspete, curentul de gaze proaspete care intrprin ferestrele de baleiaj este dirijat, prin
profilarea corespunztoare a capului pistonului, astfel nct s se
distribuie n ntregul volum al cilindrului.
n figura 70 este reprezentatschema baleiajului n bucl, prin care se
asiguro mai bunevacuare a gazelor de ardere din cilindru.
Pentru realizarea baleiajului, motorul n doi timpi este prevzut cu o
pompde baleiaj. n acest scop este folosit, uneori, carterul motorului
(v. fig. 68), aceasta fiind soluia constructivcea mai simplaplicatn
special la motoarele cu aprindere prin scnteie. Carterul motorului,
perfect etan, este nzestrat cu una sau cu dou supape de aspiraie cu
funcionare automat(clapete de aspiraie), realizate din plci subiri de
oel. Cnd pistonul se deplaseazde la PME spre PMI, n carter se nate o depresiune care provoac
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
18/46
intrarea gazelor din exterior prin supapele automate. n cursa de coborre a pistonului, supapele se
nchid i gazele din carter snt comprimate de piston pn la 1,31,4 kgf/cm2; cnd pistonul
deschide luminile de baleiaj, spaiul carterului este pus n legturcu cilindrul i gazele proaspete
comprimate ptrund n cilindru. Motoarele cu comprimare n carter nu pot asigura debitul i
presiunea necesare unui proces de baleiaj corect i un randament volumetric de umplere acilindrului satisfctor.
n cazul motoarelor cu aprindere prin scnteie, evacuarea nesatisfctoare a gazelor arse reziduale i
pierderile de amestec combustibil prin ferestrele de evacuare duc
la creterea sensibil a consumului specific de combustibil.
Cantitatea de amestec care se pierde n timpul baleiajului i
evacurii poate ajunge la 2030% din cantitatea totalde gaze
proaspete trimisn cilindru.Din aceste motive, motoarele cu aprindere prin scnteie n doi
timpi se construiesc numai pentru puteri reduse (motoare de mic
litraj), la care creterea consumului de combustibil se admite
inndu-se seamde simplicitatea constructiva acestor motoare.
Pentru puteri mari, ciclul n doi timpi este utilizat numai la
motoarele cu aprindere prin comprimare (Diesel), unde baleiajul
se face cu aer i deci nu apar pierderi decombustibil.
n figura 71 este prezentat un motor de construcie modern, cu pompde baleiaj i cu supape de
evacuare (baleiajul este longitudinal i duce la o bunevacuare i umplere a cilindrului). Aceste
motoare (tip IAZ 204 i IAZ 206) echipeazautobasculanta IAZ sau MAZ de 7 t i automacaraua
MAZ de 5 t.
Motoarele cu pompde baleiaj asigurun debit i o presiune de baleiaj suficient de ridicate pentru a
realiza o umplere buna cilindrului; n acelai timp, astfel de motoare pot fi uor supraalimentate,
frmodificri constructive.
Comparnd motorul n doi timpi cu motorul n patru timpi, se pot trage urmtoarele concluzii:
din punct de vedere constructiv, motoarele n doi timpi snt mai simple dect motoarele npatru timpi, astfel nct i exploatarea devine mai uoar; din cauza simplificrii constructive i a
costului redus de execuie, motoarele n doi timpi ocup domeniul puterilor mici i foarte mici
(lipsete sistemul de distribuie: supape, culbutoare, ax cu came etc);
puterea motoarelor n doi timpi, n cazul unui baleiaj corect, este de circa 1,61,7 orimai mare dect puterea motoarelor n patru timpi cu aceleai dimensiuni i cu aceeai turaie,
deoarece ntr-un anumit interval de timp motoarele n doi timpi realizeazun numr dublu de cicluri
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
19/46
(cte un ciclu la fiecare rotaie). Din aceastcauz, n domeniul puterilor foarte mari (peste 1 000
CP) se utilizeazmotoare (Diesel) n doi timpi;
frecvena arderilor fiind de dou ori mai mare la motorul n doi timpi, uniformitateaturaiei este superioar n raport cu motorul n patru timpi, necesitnd astfel volani mai mici. n
acelai timp, crete ns ncrcarea termica chiulasei, cilindrului i pistonului, necesitnd uneorimsuri speciale pentru activarea rcirii acestor piese;
din punct de vedere economic, motoarele n doi timpi snt ntru-ctva inferioare celor npatru timpi: pe de o parte pompele de baleiaj consumdin energia debitatde motor, iar pe de alt
parte nu se realizeaz o evacuare complet a gazelor arse reziduale care, rmase n cilindru,
nrutesc procesul de ardere.
B. PROCESELE DE ARDERE N MOTOARE
1.Arderea n motoarele cu aprindere prin comprimare
n afarde multiplele ntrebuinri n traciunea naval, terestri feroviar, n centralele electrice,
grupuri electrogene, motopompe etc, motoarele cu aprindere prin comprimare, de diferite tipuri,
echipeazcele mai multe utilaje folosite n construcii.
Particularitatea principal a funcionrii motorului Diesel este aceea c n timpul admisiunii se
introduce n cilindru numai aer, iar combustibilul este injectat n camera de ardere la sfritulcomprimrii. n cursa de comprimare, presiunea i temperatura amestecului de aer i gaze arse
reziduale din cilindru cresc foarte puternic. n mod obinuit, la motoarele Diesel, raportul de
comprimare are valori ntre 13 i 20, ceea ce duce la presiuni de 3050 ata i temperaturi ntre
550 i 750C la sfritul cursei de comprimare. Combustibilul (motorina) se introduce sub presiune
n camera de ardere (prin injecie) i se aprinde venind n contact cu aerul de temperaturi pre-
siune ridicat. Injecia combustibilului ncepe aproape de sfritul cursei de comprimare, nainte ca
pistonul sfi ajuns n PMI; n figura 72 nceputul injeciei este reprezentat prin punctul m. Avansul
la injecie (exprimat n grade de rotire a arborelui cotit) depinde de tura ia motorului, de par-
ticularitile camerei de ardere i sistemul de injecie, de natura combustibilului etc. Combustibilul
se poate introduce sub presiune n camera de ardere (injecia combustibilului) fie cu ajutorul aerului
comprimat, fie cu ajutorul unei pompe de nalt presiune; primul caz se refer la motoarele cu
injecie pneumatic (motoare Diesel cu compresor), iar al doilea caz la motoarele cu injecie
mecanic(motoare Diesel frcompresor).
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
20/46
La motorul Diesel cu compresor (fig. 73, a),
injectarea combustibilului, n cilindru se
realizeazcu aer comprimat la o presiune de 60
90 kgf/cm2. Aerul comprimat ntr-un compresor
special cu dou trepte, acionat chiar de laarborele cotit al motorului, este acumulat ntr-o
butelie care este n legtur direct cu injectorul
printr-o conduct. Prin intermediul unei came,
arborele cotit acioneazi pompa de injecie care
debiteaz combustibilul spre injector prin
conducta de legtur. Presiunea combustibilului
comand deschiderea acului injectorului, iar aerul comprimat realizeaz pulverizareacombustibilului n camera de ardere. Sistemul prezint complicaii constructive, astfel nct n
prezent se construiesc foarte rar astfel de motoare (pentru puteri mari i turaii reduse).
Motorul Diesel modern, utilizat
pe scarmare n cele mai variate
scopuri, este motorul fr
compresor (fig. 73, b).
Construcia motorului Diesel cu
injecie mecanic este mult mai
simpl dect a motorului cu
injecie pneumatic, pulverizarea
combustibilului fiind realizatde
o pomp de injecie de nalt
presiune; n plus injecia
mecanicpermite realizarea unor
turaii ridicate (pn la 3 600 rot/min), n timp ce turaia motoarelor cu injecie pneumatic este
limitat(sub 250 rot/min).
a. Injecia combustibilului.Combustibilul injectat n camera de ardere este fin pulverizat;
pulverizarea se face la presiuni foarte ridicate (100 200 at), jetul de combustibil fiind introdus n
camera de ardere prin orificiile de diametru mic ale duzei (pulverizatorului) injectorului. Forma i
lungimea jetului de combustibil depinde de presiunea de injecie, de contrapresiunea din cilindru, de
caracteristicile constructive ale duzei, de viscozitatea combustibilului i de gradul de turbulena
gazelor din camera de ardere. Astfel, creterea presiunii de injecie duce la creterea vitezei i
energiei cinetice a jetului de combustibil, deci la mrirea lungimii acestuia; contrapresiunea din
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
21/46
cilindru mrindu-se, duce nsla micorarea jetului. Mrirea diametrului gurii duzei i meninerea
constant a vitezei de injecie au ca efect creterea lungimii jetului de combustibil, deoarece, n
acest caz, pulverizarea devine mai grosolani, n consecin, capacitatea de ptrundere a jetului de
combustibil, crete. Picturile fine de la periferia jetului se desprind treptat i se amesteccu gazele
nconjurtoare. Cu ct presiunea i turbulena gazelor din camera de ardere snt mai mari, cu attdestrmarea jetului de combustibil se produce mai repede i se realizeazun amestec mai bun ntre
aer i particulele fine de combustibil.
Injectoarele nchise, a cror cavitate interioareste despritde camera de ardere printr-un ac de
nchidere acionat de un resort, asiguropulverizare mai findect injectoarele deschise, care nu au
acest ac de nchidere, datoritregimului de presiune mai ridicatn timpul injeciei. Experienele au
artat c, pentru ca aprinderea i arderea combustibilului s aib loc n condiii bune, particulele
injectate n camera de ardere trebuie saibdimensiuni ntre 0,002 i 0,05 mm.Durata procesului de injecie depinde de tipul motorului, de turaie, sarcinetc. La plinsarcin,
procesul de injecie se desfoarpe 2040 rotire a arborelui cotit. n timpul injeciei, presiunea n
conducta dintre pompi injector variazputernic, datoritapariiei unor oscilaii de presiune pe
conduct, care fac ca jetul de combustibil sprezinte neregulariti, adicaglomerri de particule.
Acest fenomen nrutete procesul de ardere i duce la creterea consumului de combustibil.
Pentru nlturarea efectelor duntoare ale oscilaiilor de presiune, dimensiunile conductelor de
injecie se aleg cu multatenie. Deci, nlocuirea uneia sau a tuturor conductelor de injecie, fra
se ine seam de efectele asupra procesului de injecie este nerecomandabil. n practic, s-au
ntlnit cazuri, n special la reparaii, cnd prin nlocuirea conductelor originale, cu altele de alte
dimensiuni, motoarele nu au mai dat puterea nominal.
b. Aprinderea i arderea combustibilului. Intrzierea la aprindere. Picturile de
combustibil pulverizat nu se aprind n momentul intrrii n camera de ardere, ci nti sufero serie
de transformri fizice i chimice: amestec cu aerul, nclzire, vaporizare i oxidare (reacii de
oxidare fr flacr, premergtoare aprinderii). Toate aceste procese, care se desfoar cu
intensiti diferite, se suprapun n timp.
Particulele mai fine de la periferia jetului de combustibil se vapori-zeazi se oxideazmai repede,
avnd o mai mare suprafarelativde contact cu aerul. Creterea continua intensitii reaciilor de
oxidare (frflacr) face ca n anumite zone ale camerei de ardere, unde apar condiii favorabile de
temperatur i de amestec, s se produc o accelerare puternic a reaciilor locale, urmat de
apariia focarelor de flacr, adicde aprindere a combustibilului n aceste zone. Flacra se extinde
apoi cu vitezfoarte mare de la focarele de aprindere, n ntregul volum al amestecului combustibil
existent n camera de ardere.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
22/46
Intervalul de timp care se scurge ntre nceputul injectrii combustibilului n camera de ardere i
aprinderea combustibilului (momentul apariiei flcrii) senumete perioada ntrzierii la aprindere.
Durata ntrzierii la aprindere exercito influenhotrtoare asupra desfurrii ntregului proces
de ardere; ea depinde n special de natura combustibilului, de fineea de pulverizare a jetului de
combustibil, de temperatura i presiunea la sfritul comprimrii, de forma camerei de ardere etc.Durata ntrzierii la aprindere este, n general, de 0,0006 0,003 s, fiind mai mic dect durata
injeciei. Arderea combustibilului ncepe nainte de a se fi terminat injecia. n figura 74 este
reprezentata diagrama indicat a unui motor rapid cu aprindere prin comprimare, n funcie de
unghiul descris de arborele cotit; curba ntreruptaratvariaia presiunii din cilindru, frinjecie
de combustibil (frardere).
Injecia ncepe n punctul A, iar arderea ncepe n punctul B, dup consumarea ntrzierii la
aprindere. Din diagram rezult c n timpul ntrzierii la aprindere, pe poriunea AB presiuneadin cilindru scade fa de curba ntrerupt, datorit vaporizrii combustibilului care provoac o
reducere a temperaturii gazelor.
Dupconsumarea ntrzierii la aprindere, deci dupapariia
focarelor de flacr, arderea cuprinde rapid ntreaga cantitate
de combustibil care se afln camera de ardere (cantitatea de
combustibil injectat n timpul ntrzierii la aprindere). Ca
urmare, temperatura i presiunea gazelor sufer o cretere
puternic(curba 23 n figura 72, b i poriunea BC din
figura 74). Dac durata ntrzierii la aprindere este relativ
mare, cantitatea de combustibil acumulat n camera de
ardere; pnn momentul aprinderii este de asemenea mare;
deci, creterea de presiune n perioada arderii rapide este
violenti motorul prezintbti metalice i un mers dur. Datoritridicrii temperaturii n perioada
arderii rapide, combustibilul injectat n continuare se va aprinde pe msurce intr n camera de
ardere i se amestec cu aerul. Amestecul cu aerul devine tot mai greu de realizat spre sfritul
arderii; din cauza creterii concentraiei gazelor arse. Creterea presiunii, n perioada arderii
progresive a combustibilului injectat, este relativ redus(curba 33' n figura 72, b i CD n fi-
gura 74). Presiunea maxim de ardere poate atinge valori ntre 45 i 70 kgf/cm2, n funcie de
valoarea presiunii la sfritul comprimrii, de forma camerei de ardere, de natura combustibilului,
de caracteristicile sistemului de injecie etc.
Dup atingerea presiunii maxime ncepe, destinderea gazelor din cilindru, n timpul destinderii
continu arderea ntrziat a ultimelor particule de combustibil. Prelungirea arderii n timpul
destinderii provoaccreterea consumului de combustibil. Pentru a se reduce ct mai mult cantitatea
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
23/46
de combustibil care arde n timpul destinderii, se iau msuri constructive n ceea ce privete forma
camerei de ardere, astfel nct sse realizeze un amestec ct mai bun al particulelor de combustibil,
cu aerul.
La motoarele lente i n special la motoarele cu injecie pneumatic, durata ntrzierii la aprindere
este mult mai micdect durata injeciei, astfel nct cantitatea de combustibil injectatn camera deardere n timpul ntrzierii la aprindere este neglijabil, aproape ntreaga cantitate de combustibil
este injectat dup apariia flcrii n camera de ardere; deci, combustibilul se aprinde i arde
progresiv, pe msurce este injectat i se amestec cu aerul. Aa cum se vede n figura 72.a, la
aceste motoare creterea presiunii n timpul arderii este mult mai redus.
c. Principalii factori care influeneaz aprinderea i arderea combustibilului, n
cercetarea procesului de ardere la motoarele cu aprindere prin comprimare trebuie sse inseam
de o serie de factori. Astfel, proprietile fizico-chimice ale combustibilului Influeneaz duratantrzierii la aprindere. Combustibilii care conin hidrocarburi parafinice prezint ntrzieri la
aprindere reduse, ceea ce contribuie la un mers linitit al motorului.
Cu ct temperatura i presiunea snt mai ridicate, cu att ntrzierea la aprindere este mai mic.
Rezult, deci, cun raport de, comprimare ridicat duce la o ntrziere la aprindere mai mic. Cnd
motorul este rece, ntrzierea la aprindere este mare. n practicse ntlnesc motoare care la pornire
prezintbti, iar n stare de regim au un mers linitit.
De asemenea, trebuie sse inseamde avansul la injecie. Injecia trebuie snceapnainte capistonul sajungla PMI. Valoarea avansului la injecie (n grade de rotire a arborelui cotit) este
caracteristicfiecrui tip de motor i este dictatde ntrzierea la aprindere i de construcia camerei
de ardere. De exemplu, la motorul 2 D 6 valoarea avansului este 2426 grade de rotire a arborelui
cotit, la 6 S 160 ntre 10 i 15, la KDM 1546 etc.
Un avans corect duce la o ardere n regiunea de presiuni i temperaturi ridicate. Dacavansul este
prea mic (injecie trzie) arderea are loc la presiuni i temperaturi sczute, randamentul scade,
motorul nu livreaz ntreaga putere. Avansul redus se recunoate prin apariia fumului negru la
evacuare. Dac, ns, injectarea se produce cu un avans prea mare, combustibilul ajunge n cilindru
cnd temperatura i presiunea snt nc sczute, ntrzierea la aprindere este foarte mare i poate
chiar depi durata injeciei. Arderea devine violent, motorul funcioneazdur i bate ca i n cazul
cnd se folosete un combustibil inferior, cu cifroctanicmic.
d. Tipuri de camere de ardere. Funcionarea corect a motorului Diesel este legat
nemijlocit de arderea completa combustibilului injectat n camera de ardere. Pentru aceasta, este
necesaro pulverizare ct mai fina combustibilului i un amestec ct mai bun ntre particulele de
combustibil i aer, pentru ca fiecare particulde combustibil sgseascn jurul su, n timpul cel
mai scurt, oxigenul necesar arderii. Acest fapt este condiionat de doi factori principali: perfeciunea
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
24/46
injeciei i forma camerei de ardere. O camerde ardere judicios construit trebuie sfavorizeze
amestecarea combustibilului injectat cu aerul. Pentru aceasta, poziia in-jectorului trebuie s fie
astfel aleas, nct jetul de combustibil sse poatextinde n ntreaga camerde ardere; n acelai
timp, forma camerei de ardere trebuie s mbrace, pe ct posibil, forma jetului de combustibil.
Construcia camerei de arderetrebuie sasigure spre sfritul
comprimrii o micare
turbulent a aerului, care va
contribui la ruperea jetului,
uurnd astfel omogenizarea
amestecului.
n funcie de formaconstructiv i mijloacele
utilizate pentru mbuntirea
amestecului aer-combustibil,
camerele de ardere ale motoarelor cu aprindere prin compresiune se mpart n urmtoarele categorii:
camere de ardere cu injecie direct(camere nedivizate);camere de ardere cu antecamer(cu camerde precombustie);camere de ardere cu camerde rezervde aer (auxiliar);camere de mare turbulen.
Camerde ardere cu injecie
direct. n figura 75 este
reprezentato camerde
ardere cu injecie direct;
capul pistonului este concav i
are forma unei calote sferice.Injectorul este prevzut cu o
duzcu mai multe orificii
radiale prin care este injectat combustibilul sub un unghi astfel ales, nct pereii cilindrului nu vin
n contact cu combustibilul n stare lichid. Astfel de camere de ardere se gsesc la motoarele 6 SB
160 i 4 S 160 care echipeazexcavatorul MC i MB 2. Excavatorul E-1004 este echipat cu motorul
2 D 6; acesta are o camerde ardere cu injecie direct, de o construcie foarte raional(fig. 76).
Capul pistonului este conic i formeazmpreuncu chiulasa o camer, a crei formeste apropiatde forma jetului de combustibil injectat. Injectorul este plasat pe centru i are o duzprevzutcu
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
25/46
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
26/46
La sfritul comprimrii are loc injecia n
antecamerunde se gsete aer la o presiune i
temperatur ridicat. Combustibilul se
vaporizeaz i ncepe s ard chiar n
antecamer; volumul antecamerei fiind redus,din cauza lipsei de aer o parte din combustibil
rmne nears. Presiunea din antecamer crete
mult n raport cu presiunea din cilindru, astfel
nct amestecul de gaze arse i vapori de
combustibil nears este expulzat n camera
principal unde se amestec cu aerul i i
continu arderea. Dup prima cretere depresiune din antecamer, apar oscilaii n masa
gazelor din cele dou camere, nainte de a se
forma un curent continuu de gaze spre camera
principal; acest fenomen contribuie mult la
crearea amestecului omogen combustibil-aer.
Creterea de presiune n cilindru are loc treptat,
motorul fiind caracterizat printr-un mers linitit. Combustibilul sufer n antecamer o preparare
chimicn contact cu pereii foarte calzi, ceea ce contribuie la micorarea ntrzierii la aprindere. La
motoarele cu camerde preeombustie, fineea de pulverizare nu are un rol important n procesul de
aprindere i ardere, deci presiunea de injecie poate fi mai redusi orificiile duzei pot fi mai mari.
De asemenea, acest tip de motor nu este sensibil fa de calitatea combustibilului. Figura 78
reprezint un motor de traciune cu antecamer nclinat, ca cel de la motorul KDM 46 care
echipeazexcavatoarele E 754, E 505 i tractorul S 80. Figura 79 reprezintantecamermotorului
MG fabricat la uzinele 23 August" din Bucureti.
Camer de ardere cu rezerv de aer. Ca i n
cazul precedent, camera de ardere este format
din doupri (fig. 80): camera cu rezervde aer
(n interiorul pistonului), legatprintr-un orificiu
de camera propriu-zis din cilindru. n timpul
injeciei, primele picturi ptrund n camera cu
rezerv de aer, unde ncepe arderea; prin
creterea presiunii, aerul i gazele arse ptrund
n camera principal. Curentul de gaze, cu o
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
27/46
mare cantitate de aer, care trece din camera din piston spre camera principal, ntlnete n cale jetul
de combustibil pe care-lsparge, realiznd astfel un bun amestec al particulelor de combustibil cu
aerul. n timpul primei perioade de ardere, aerul din camera din piston ptrunde n cilindru i
favorizeazprocesul de ardere, n ansamblu efectul camerei de rezervde aer este asemntor cu
efectul antecamerei; presiunea n cilindru n timpul arderii crete treptat i motorul are un merslinitit. n figura 81este reprezentato camercu rezervde aer n chiulas. Acesta are nsacelai
rol i aceeai funcionare ca i camera cu rezervde aer din piston. La ambele construcii se observ
cncalea jetului de aer npiston, este plasata o rezistena electric care este adus la
incandescenla pornire, pe timp rece. Aceste camere de ardere se ntlnesc n special la motoarele
Diesel rapide, de traciune.
Camera de mare turbulen (fig. 82) are o form special (cilindru plat), iar ca volum este
aproximativ egal cu volumul camerei de ardere din cilindru. n timpul comprimrii, aerul dincilindru este trimis n camera de turbulenprintr-un canal cu seciune mare, cu o formspecial,
pentru a produce o
puternic micare
turbionar care asigur
realizarea unui bun
amestec aer-combustibil.
Injecia se face n camera
separat. Dup nceputul
arderii, presiunea n
camera de turbulen
crete i gazele snt
proiectate n cilindru unde
se desvrete procesul de
ardere.
Comparaie ntre
motoarele cu injecie
directi motoarele cu ca-
mere de ardere divizate.
La motoarele cu injecie
direct, regimul de
presiune este mai ridicat
dect la celelalte tipuri
(6070 at fade 5055
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
28/46
at), ceea ce face ca motoarele cu injecie direct s aib o funcionare mai dur; motoarele cu
camere de ardere divizate nu prezintbti, nici chiar la turaii sczute.
Motoarele cu camera de ardere divizata au un consum de combustibil cu circa 10% mai mare dect
cele cu injecie direct, deoarece pentru crearea micrii turbionare a aerului se consumo cantitate
oarecare de energie. Motoarele cu antecamer, care realizeaz un amestec mai intim ntreparticulele de combustibil i aer, au nevoie de un exces de aer mai mic dect motoarele cu injecie
direct. n plus, au o flexibilitate mare n funcionare i gama de turaii la care funcioneazn bune
condiii este mai larg. Aceste motoare snt utilizate n special ca motoare de traciune. Motoarele
cu injecie direct, datorit consumului mai redus de combustibil, ocup domeniul motoarelor
industriale de puteri mari, care funcioneazla un regim constant de turaie.
2.Arderea n motoarele cu aprindere prin scnteie
Combustibilul utilizat de motoarele cu aprindere prin scnteie este un combustibil uor volatil
(benzin). Amestecul aer-combustibil se formeaz n exteriorul cilindrului, ntr-un aparat numit
carburator; n timpul admisiunii, n cilindrul motorului se introduce un amestec omogen format din
vapori de benzini aer.
a. Arderea normal. Amestecul aer-combustibil introdus n cilindru n timpul admisiunii (la
motoarele n patru timpi) sau al baleiajului (la motoarele n doi timpi) este comprimat pn la o
presiune cuprins ntre 8 i 10 kgf/cm2 i o temperatur de 400500C. nainte ca pistonul sajungn PMI, ntre electrozii bujiei se declaneazo scnteie electric, care provoacaprinderea
amestecului omogen aer-vapori de benzindin camera de ardere.
ncercrile experimentale au artat c aprinderea unui amestec combustibil omogen este posibil
numai ntre anumite limite ale compoziiei amestecului. Pentru benzin, limitele ntre care
amestecul poate fi aprins corespund unor valori ale coeficientului de exces de aer 0,3 1,3.n cazul unui exces de aer mai mare dect 1,3, amestecul combustibil nu se mai aprinde; n
practic, coeficientul de exces de aer, la diferite regimuri, variazntre 0,85i 1,15.Declanarea scnteii electrice n camera de ardere provoacaprinderea combustibilului din imediatavecintate a bujiei. La motoarele cu aprindere prin
scnteie, arderea se propag de la locul de aprindere,
formnd un front de flacr care se deplaseaz n
ntreaga camerde ardere. n zona frontului de flacrse
desfoarreacii de oxidare cu vitezmare, nsoite de
degajarea unei mari cantiti de cldur. Viteza de
naintare a frontului de flacr n masa gazelor din
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
29/46
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
30/46
ceea ce privete consumul de combustibil, se realizeazatunci cnd procesul de ardere se desfoarpe intervale egale, nainte
i dupPMI. Din aceastcondiie rezultcscnteia electrictrebuie declanatnainte ca pistonul sfi ajuns n PMI, deci
motorul trebuie sfuncioneze cu avans la aprindere. Pentru fiecare regim de lucru al unui motor, unghiul optim de avans la
aprindere se stabilete, de obicei, experimental. n general, avansul la aprindere, trebuie sfie astfel ales nct presiunea
maximde ardere sse atingla 1215 de rotire a arborelui cotit, dupPMI.b. Arderea cu detonaie.Prin aciunea simultana unor anumii factori, desfurarea procesului de ardere normal
n motoarele cu aprindere prin scnteie poate fi perturbatprin apariia arderii cu detonaie.
Manifestrile exterioare ale arderii cu detonaie snt: lovituri mecanice n pereii cilindrului, nclzirea motorului, scderea
brusca puterii, apariia fumului negru la evacuarei creterea considerabila consumului specific.
Funcionarea ndelungatn regim detonant duce la accentuarea uzurii, mergnd pnla distrugerea pieselor echipajului mobil
i poate provoca deteriorarea (arderea) pistoanelor. n cazul funcionrii cu ardere cu detonaie, diagramele indicate arato
cretere puternica presiunii maxime de ardere nsoitde oscilaii de presiune n masa gazelor (fig. 84).n timpul cursei de comprimare, n masa amestecului omogen aer-
combustibil se desfoar reacii de oxidare cu vitez redus, care se
intensific pe msura creterii presiunii i temperaturii amestecului.
Dupnceputul procesului de ardere, gazele arse din spatele frontului de
flacr, avnd o temperaturridicatse destindi comprimamestecul de
gaze proaspete, nearse, din faa frontului flcrii, ridicndu-i temperaturai
presiunea. Datoritcreterii temperaturii, are loc o puternicaccelerare a
reaciilor de oxidare care se desfoarn masa amestecului combustibil
(nainte de a fi strbtut de frontul de flacr). Aceste reacii duc la
formarea i acumularea unor produi de oxidare intermediarii, relativ
instabili (peroxizii), a cror descompunere intensificreaciile de oxidare
provocnd apariia unui nucleu de flacr.
n cazul cnd reaciile de oxidare n masa amestecului aer-combustibil se
desfoarcu vitezmare (datoritunui regim de presiuni i temperaturi
ridicate), este posibil saparun nucleu de flacrn masa acestor gaze, nainte ca ele sfie strbtute de frontul flcrii.
Nucleul de flacraprut n zona gazelor nearse, n faa frontului flcrii, se extinde cu vitezfoarte mare provocnd arderea
exploziva ntregului amestec ncnears, existent n camera de ardere.
Ca urmare a dezvoltrii unui astfel de proces, apar undele de presiune (unde de oc) care se propagn ntreaga camerde
ardere cu vitezfoarte ridicat.
Cercetrile experimentale au artat cviteza de propagare a arderii detonante este de ordinul a 2 0002 300 m/s. Focarele
care provoacarderea cu detonaie apar n zonele camerei de ardere cele mai deprtate de bujie.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
31/46
3. Factori care influeneazarderea nmotoarele cu aprindere prin scnteie
a. Factori constructivi.Factorii constructivi care influeneazdesfurarea procesului de ardere n
motoarele cu aprindere prin scnteie snt: raportul de comprimare , forma camerei de ardere,
poziia bujiei i a supapelor, intensitatea rcirii, materialul chiulasei i pistonului etc.
Raportul de comprimare. Creterea raportului de comprimare provoac mrirea temperaturii i
presiunii la sfritul comprimrii. Prin mrirea temperaturii i presiunii se realizeaz accelerarea
reaciilor de oxidare care se desfoarn masa amestecului proaspt, ceea ce favorizeazcreterea
vitezei de propagare a frontului de flacr.
Mrirea raportului de comprimare este favorabil pentru ridicarea randamentului motorului. Prin
creterea valorii e se mrete randamentul teoretic al motorului iar, pe de altparte, datoritcreterii
vitezei de propagare a frontului de flacr, economicitatea motorului se mbuntete.
Mrirea raportului de comprimare, la motoarele cu aprindere prin scnteie, este ns frnat de
apariia detonaiei. Creterea presiunii i temperaturii de comprimare accelereaz n mare msur
reaciile de oxidare care se desfoar n masa gazelor nearse, favoriznd apariia arderii cu
detonaie. La construciile actuale raportul de comprimare are valoarea 5 7,5.Valoarea raportului de comprimare se alege n funcie de forma camerei de ardere si de natura
combustibilului utilizat.
Forma camerei de ardere, amplasarea supapelor i a bujiei. Pe msur ce frontul de flacr
strbate camera de ardere, limea sa se modificdatoritconfiguraiei camerei: n zonele n carecamera se lrgete, frontul flcrii provoac arderea unor trane mai mari de amestec, dect n
zonele din vecintatea pereilor.
Viteza de ardere i legea de degajare a cldurii n timpul arderii (care determin creterea
temperaturii i presiunii gazelor) vor fi deci condiionate de forma camerei de ardere. Pe de alt
parte ipoziia bujiei (locul de unde ncepe sse propage flacra) influeneazprocesul de ardere;
dac bujia este plasat
central, frontul flcrii are destrbtut distane mai mici
pn la perei i deci arderea
se termin mai repede. O
ardere mai rapid se
realizeazi n camerele care
creeaz o micare turbulent
intensa gazelor.n figura 85 snt reprezentate
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
32/46
formele cele mai utilizate de camere de ardere pentru motoarele cu aprindere prin scnteie.
Camerele de arderedin figura 85, aib au supape n capi bujia aezatcentral. Aceste camere asigurcondiii bune de
desfurare a arderii, deoarece distana pe care trebuie so strbatfrontul flcrii pnn punctele extreme ale camerei este
relativ redus. n figura 85, c se vede o formde camerde ardere cu supape laterale, foarte rspndit. Bujia fiind aezat
excentric, frontul flcrii are de parcurs o distanmare pnn punctul cel mai deprtat al camerei de ardere. Pentru a remediaacest dezavantaj, n zona opus bujiei distana ntre piston (n poziia PMI)i chiulaseste foarte mic(circa 2 mm). n acest
mod, cantitatea de amestec care arde la sfrit este redusi nu exercito influennegativasupra procedeului de ardere.
Aceastcamerprovoaco turbulenaccentuata gazelor, influennd favorabil propagarea frontului flcrii. Camera de
ardere reprezentatn figura 85, d are o construcie foarte compact; supapele snt aezate n cap, nclinate, iar bujia este
plasat excentric. n zona opus bujiei, camera se ngusteazfoarte mult, pentru a reduce volumul gazelor proaspete din
aceastzon. Datorit formei sale compacte (cea mai mare parte a gazelor se gsete n apropierea bujiei) i micrii
turbulente pe care o realizeaz, aceastcamerde ardere permite o bunfuncionare a motorului.Forma i dimensiunile camerei de ardere, ca i aezarea bujieii a supapelor, influeneazn mare msurapariia detonaiei.
Raportul de comprimare se alege, la fiecare motor, n funcie de forma camerei de ardere.
Datorit faptului capariia detonaiei este provocatde autoaprinderea exploziva amestecului din regiunile cele mai
deprtate de bujiei din regiunile cele mai calde (n vecintatea supapei de evacuare), rezultctoate msurile de combatere a
detonaiei trebuie sse refere la aceste zone. Pentru a permite funcionarea cu un raport de comprimare ct mai ridicat, fr
apariia detonaiei, camera de ardere trebuie sndeplineascurmtoarele condiii:
- distanele de la bujie la punctele extreme ale camerei sfie redusei ct mai egale (fig. 85,a i c);- viteza de propagare a frontului flcrii sfie mritprin crearea unei micri turbulente a gazelor (fig. 85, ci d);- bujia sse afle n vecintatea supapei de evacuare (fig. 85, c). Temperatura supapei de evacuare fiind mare, reaciile
de oxidare din masa gazelor proaspete aflate n jurul ei se desfoarcu vitezridicat; pentru a se evita apariia; detonaiei,
frontul flcrii trebuie sstrbat aceste gaze nainte de a se produce autoaprinderea lor explozivi deci distana de la bujie
pnla supapa de evacuare trebuie sfie redus(fig. 85, a, bi c),
- forma camerei de ardere trebuie sasigure o rcire intensa gazelor din zonele deprtate de bujie, pentru a frnadesfurarea reaciilor de oxidare care provoacapariia detonaiei. n acest scop, n zonele deprtate de bujie, volumul gazelor
trebuie sfie mic n raport cu suprafaa pereilor nconjurtori (fig. 85, cid ) .
Intensitatea rcirii. Funcionarea corecta motorului este asiguratde un regim termic bine definit. Astfel, n cazul unei
rciri insuficiente (cantitate de apinsuficient, slbirea curelei ventilatorului etc), creterea puternica temperaturii pereilor
cilindrului i camerei de ardere duce la apariia detonaiei. n plus, crete i temperatura uleiului, ungerea fiind astfel
compromis, iar motorul poate fi grav avariat. n cazul cnd motorul este rcit prea intens, viteza de ardere se reducei puterea
este sczut.
Experienele aratcn aceastsituaie frecrile cresc, randamentul mecanic scade i cu toate cumplerea cilindrului cu
amestec combustibil se mbuntete, puterea utila motorului scade. Acest lucru se observfoarte bine atunci cnd se pune
n sarcinun motor rece. S-a stabilit cncrcarea unui motor rece duce la uzuri egale cu uzurile care apar ntr-o perioadde 10
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
33/46
ore de funcionare n plinsarcin. n figura 86 este reprezentatinfluena temperaturii apei de rcire asupra presiunii medii de
frecareP f pentru un anumit motor. Se observclucrul mecanic minim de frecare se obine la o temperaturde peste 70
C a apei de rcire.
Pentru asigurarea unui regim constant la aceast temperatur,
circuitul de apla motoarele moderne este prevzut cu un dispozitivnumit termostat care nchide sau stabilete legtura ntre circuitul de
api radiator, n funcie de temperatura apei de rcire.
Materialul chiulasei i pistonului. Unuldintre mijloacele
utilizate pentru a evita apariia detonaiei, n cazul unui motor cu
raport de comprimare ridicat, este rcirea intens a gazelor din
camera de ardere (n special n zonele deprtate de bujie). n acest
scop, materialul chiulaseii pistonului trebuie saibun coeficient de conductibilitate mare, pentru a permite evacuarea uneiimportante cantiti de cldurdin masa gazelor. Rezultate bune s-au obinut prin utilizarea pistoanelori chiulaselor din aliaje
de aluminiu.
b. Factori de exploatare.Principalii factori de exploatare care influeneazprocesul de ardere n motoarele cu aprindere prin
scnteie snt:
- unghiul de avans la aprindere, natura combustibilului utilizat, compoziia- amestecului combustibil, turaiai sarcina motorului, formarea calaminei- n camera de ardere, condiiile atmosferice etc.
Avansul la aprindere. Avansul la aprindere este factorul hotrtor care determinforma diagramei indicate a motorului
cu aprindere prin scnteie.
Poziia momentului de aprindere pe diagrama ciclului real trebuie svarieze cu turaia; cu ct turaia crete, cu att aprinderea
trebuie sse producmai devreme.
n figura 87 snt reprezentate trei diagrame
indicate la trei avansuri diferite. Dac
avansul la aprindere este foarte mare (fig.87, a ) poate aprea efectul contramotor
(presiunea maxim se atinge n curba de
comprimare); n cazul unui avans mare, dar
mai puin exagerat (fig. 88, curba 1), se
obine o cretere brusc de presiune.
Motorul funcioneazduri se nregistreaz
bti de avans.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
34/46
Avansul mare la aprindere favorizeazapariia detonaiei: presiunea i temperatura gazelor la sfritul comprimrii snt foarte
ridicate, crendu-se condiiile pentru dezvoltarea rapida reaciilor de oxidare n masa gazelor nearse i apariia focarului de
detonaie. Motoarele care funcioneazcu avans mare au un consum sporit de combustibili nu suportsarcini mari.
Micorarea unghiului de avans la aprindere,
impus de evitarea detonaiei, duce la reducerea
puterii motorului.
n cazul funcionrii fr avans la aprindere (fig.
88, curba 3) sau cu aprindere ntrziat (dup ce
pistonul a trecut de PMI, ca n figura 87, c),
arderea se prelungete mult n destindere. Procesul
de ardere se desfoar n regim de presiuni
sczute i viteza frontului flcrii este redus; n acelai timp, temperatura gazelor n cursuldestinderii este ridicat, datorit prelungirii arderii. Gazele cu temperatur ridicat au suprafa
mare de contact cu pereii cilindrului, ceea ce duce la nclzirea puternica motorului. Temperatura
gazelor evacuate este, de asemenea, mare provocnd supranclzirea supapelor i conductei de
evacuare. Datoritregimului sczut de presiuni la care se desfoarprocesul de ardere n timpul
destinderii, lucrul mecanic efectuat de gaze este redus i deci puterea motorului este sczut.
n concluzie, motorul care funcioneazcu avans prea mic lucreazfoarte cald i nu dezvolta putere
(consumul specific de combustibil este mrit).Avansul la aprindere optim (fig. 87, b i figura 88, curba 2 ) se determinpe bancul de prob; n
cazul funcionrii cu avans optim, diagrama indicatare suprafaa maxim(motorul dezvoltputere
maxim, corespunztoare regimului de lucru).
Natura combustibilului. ncercrile experimentale au artat c
apariia i intensitatea detonaiei depind mult de natura
combustibilului. Combustibilul care se oxideaz mai uor
prezint o nclinare mai mare spre detonaie. Hidrocarburileparafinice snt combustibilii cei mai puin rezisteni la
detonaie, deoarece parafinele formeazmai uor peroxizi dect
hidrocarburile naftenice i aromatice. Din acest motiv,
combustibilii din seria parafinelor au cifra octanic cea mai
mic.
Calitatea unui combustibil n ceea ce privete detonaia
(exprimat prin cifra octanic) depinde de coninutul su deparafin, naftene i aromate.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
35/46
Compoziia amestecului combustibil. Procesul de ardere n
motoarele cu aprindere prin scnteie este influenat i de
compoziia amestecului aer-combustibil introdus n cilindru n
timpul admisiunii.
ncercrile experimentale au artat c viteza cea mai mare depropagare a frontului flcrii se realizeazntr-un amestec bogat
n combustibil (corespunztor unui coeficient de exces de aer
=0,80,9); la aceastcompoziie a amestecului motorul dezvolt
puterea maxim. Consumul specific minim de combustibil se
obine n cazul funcionrii cu un amestec avnd aer n exces (=
1,051,1). n figura 89 snt reprezentate curbele care arat cum
variaz viteza de propagare a frontului flcrii n funcie decoeficientul (curbele snt trasate pentru benzini pentru alcool
etilic). Din figur rezult c viteza maxim se atinge pentru
=0,9 n cazul benzinei.
Trebuie menionat c
unghiul optim de avans la aprindere (avansul la care se obine
puterea cea mai mare), corespunztor regimului n care
funcioneazmotorul, depinde i el de compoziia amestecului
combustibil. La amestecuri bogate n combustibil ( l).
Turaia. Experienele fcute pe motoare au stabilit c o dat
cu creterea turaiei, durata primei faze de ardere rmne
practic constant. n schimb, datorit creterii turbulenei
gazelor din camera de ardere la turaii ridicate, viteza de
naintare a frontului flcrii va crete.
n figura 90 se observc, la turaii foarte ridicate, creterea
vitezei frontului flcrii este ns frnat. Fenomenul are
urmtoarea explicaie: la turaii foarte mari, cantitatea de gaze
arse reziduale rmase n cilindru crete. Aceste gaze frneaz
reaciile chimice de ardere i deci creterea vitezei flcrii este
micorat. Gazele arse reziduale frneaz i reaciile de
oxidare din masa amestecului proaspt, reacii care provoac
apariia detonaiei.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
36/46
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
37/46
Depunerile n camera de ardere. Depunerile (calamina) care se formeazpe pereii camerei de ardere (capul
pistonului i pereii chiulasei) frneaztransmiterea cldurii spre apa de rcire a motorului, provocnd ridicarea temperaturii
gazelor.
Creterea temperaturii gazelor proaspete din camera de ardere
accelereazreaciile de oxidarei favorizeazapariia detonaiei.n plus, depunerile incandescente din camercontribuie la formarea
intensa focarelor de detonaie. Dacaceste depuneri se acumuleaz,
ele pot provoca aprinderi premature ale amestecului combustibil din
cilindru, chiar n timpul comprimrii (fig. 94), ceea ce duce la
micorarea lucrului mecanic dezvoltat pe ciclu (poriunea haurat) i
deci la reducerea puterii motorului.
Pentru a se evita formarea zgurii, suprafeele interioare ale camerei deardere snt supuse unei prelucrri mecanice ngrijite, deoarece pe
suprafeele netede depunerile se formeazmult mai greu i n cantiti
mai mici.
5.Procesul de lucru al motorului cu cap incandescent
Motoarele cu cap incandescent snt de tipul motoarelor cu formare interioara amestecului combustibil. Aceste motoare snt
alimentate cu combustibil greu volatil (motorinsau pcur), care se introduce prin injecie n camera de ardere.Motoarele cu cap incandescent se construiesc cu rapoarte de comprimare = 69, mai mici dect la motorul Diesel, de
aceea combustibilul injectat nu se poate aprinde numai prin contact cu aerul comprimat. Pentru a fi posibilaprinderea, n
camera de ardere se menine o suprafanercitcare lucreazla temperaturnalt
(capul incandescent). Existena capului incandescent creeazmari dificulti pentru
amplasarea supapelori de aceea aproape toate motoarele cu cap incandescent snt
construite ca motoare n doi timpi (cu comprimarea aerului de baleiaj n carter). n
figura 95 este reprezentatschema unui motor cu cap incandescent, n timpul curseide comprimare, combustibilul este injectat n camera de ardere cu avans mare.
Presiunea de injecie este n general mic, deoarece datoritcapului incandescent nu
mai este necesaro pulverizare fina combustibilului.
Picturile de combustibil, venind n contact cu gazele din camera de ardere i
primind cldur de la pereii capului incandescent, se nclzesc treptat, se
vaporizeaz i ncepe procesul de ardere preliminar. Cilindrul comunic cu
camera de ardere printr-un canal de dimensiuni relativ mici i, de aceea, n timpul baleiajului nu intraer n camera de ardere(sau intrn cantiti neglijabile). Deoarece injecia se face cu mare avans, primele particule de combustibil gsesc o cantitate
micde aer n camera de arderei deci procesul de ardere se desfoarla nceput cu vitezredus.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
38/46
Cnd pistonul se apropie de PMI, o cantitate importantde aer este silitstreacn camera cu perei incandesceni unde, prin
creterea proporiei de aer n 'amestec i prin creterea presiunii i temperaturii, arderea este accelerat. Amestecul aprins n
camera separateste aruncat n cilindru, unde se continuarderea. n capul incandescent presiunea gazelor de ardere ajunge
pnla 2025 at, iar temperatura la 13001500C.
Dupce pistonul a trecut la PMI, gazele se destind i se deschid nti ferestrele de evacuare, apoi ferestrele aerului de baleiaj(care a fost comprimat n carter pnla 1,25 at)i au loc splarea cilindruluii admisiunea.
La pornire, capul de aprindere se nclzete cu o lampde benzin, pnce temperatura lui crete suficient pentru a se asigura
aprinderea.
Randamentul efectiv al motorului este 0,250,28.
Capitolul IV
INDICII DE PUTEREI ECONOMICITATE AI MOTOARELOR CU ARDERE INTERN
A. PRESIUNEA MEDIE. PUTEREA
Suprafaa diagramei indicate (n coordonate p - V ) a unui motor reprezint, la o anumit scar,
lucrul mecanic produs n cilindrul motorului n decursul
unui ciclu. Dup cum rezult din figura 96, diagramaindicat este format din dou suprafee (la motorul n
patru timpi):
o suprafa pozitiv, cuprins ntre curbele de
comprimare, ardere, destindere i evacuare; aceast
suprafacorespunde lucrului mecanic efectuat de gazele
din cilindru;
o suprafa negativ, cuprins ntre liniile deevacuare i aspiraie (suprafaa diagramei de pompaj);
aceast suprafa corespunde lucrului mecanic consumat
pentru efectuarea schimbului de gaze din cilindru
(evacuarea gazelor arse i umplerea cu gaze proaspete).
Lucrul mecanic indicat produs n cilindru n decursul unui ciclu este dat de diferena dintre aceste
dousuprafee (suprafaa, fig. 96). n figura 96 s-a reprezentat un dreptunghi avnd baza egalcu
lungimea diagramei indicate, a crui suprafa este egal cu , prin definiie, nlimea acestuidreptunghi, msuratla scara presiunilor din diagrama indicat, se numete presiune medie indicat.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
39/46
Notndu-se cu l lungimea diagramei indicate i cu scara presiunilor (1 kgf/cm2=ma [mm] pediagrama indicat), presiunea medie indicatse poate exprima astfel:
/.
Lucrul mecanic indicat Li este egal cu aria suprafeei dreptunghiulare avnd baza egal cuvolumul cursei pistonului (lsau dm3) i nlimea egalcu presiunea medie indicat(kgf/cm2).inndu-se seamc1 l=1 000cm3, se poate scrie:
10001000 10
Volumul cursei se calculeazdin relaia , n care este diametrul cilindrului, iar cursa pistonului.
Un ciclu la motorul n patru timpi se realizeazla fiecare dourotaii complete ale arborelui cotit.
Deci, ntr-un cilindru, n timp de 1 min, adicla nrotaii ale arborelui cotit, lucrul mecanic indicat
va avea expresia:
10 2 .De aici, rezultputerea indicata unui cilindru (lucrul mecanic ntr-o secund):
10
2 60 /10
2 6 0 7 5
900 .
n cazul unui motor cu mai muli cilindri, dacse noteazcu inumrul de cilindri, puterea indicat
devine:
900 .n care se msoarn kgf/cm2; , n l,iar , n rot/min.
Pentru motoarele n doi timpi, innd seamde faptul cun ciclu este realizat la o rotaie completa
arborelui cotit, expresia puterii indicate devine:
450 .Dacse noteaznumrul de timpi cu ( 2pentru motorul n doi timpi i 4pentru motoruln patru timpi), expresia se poate generaliza astfel:
225 n care produsul
reprezintaa-numita cilindree totala motorului, exprimata n l.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
40/46
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
41/46
B. BILANUL TERMIC. RANDAMENTE
n diagrama prezentat n figura 97 se observ distribuia aproximativ a cldurii rezultat din
arderea combustibilului i deci se poate aprecia gradul de transformare n lucru mecanic a acestei
clduri, n motorul respectiv.Se deosebesc urmtoarele cantiti de cldur:
cldura degajatde combustibil, n kcal/h, care se calculeazdupcldura inferioarde ardere socotindu-se aceasta 100/0(pentru motorine - 10 000 kcal/kg; pentru benzine - 10 400kcal/kg);
, , pierderile de cldurprin gazele arse, apa de rcire i radiaie, n kcal/h; cldura transformat n lucru mecanic efectiv, n kcal/h. Cldura echivalent
pierderilor prin frecare este nglobatn i .Pentru aprecierea ciclului de lucru i al motorului n general, n ceea ce privete transformarea
cldurii n lucru mecanic, se utilizeaz:
- randamentul efectiv ;- randamentul indicat ;
n aceste expresii, 632 kcal reprezintechivalentul caloric pentru 1 CPh.
Pentru motoare Diesel 0,3 0,4,iar la motoarele cu oarburator 0,2 0,3.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
42/46
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
43/46
C. CARACTERISTICILE MOTOARELOR
Cu ajutorul unor instalaii speciale, numite bancuri de frnare, se reproduc condiiile de lucru n care
va lucra motorul n exploatare i n care se pot executa rodajul, diferite reglri etc. Aceste instalaii
servesc, de asemenea, la determinarea puterii efective a motorului i a consumului specific, n
funcie de turaie.
1. Caracteristicile de turaie
Curbele care reprezintvariaia puterii efective a cuplului motor i a consumului de combustibil n
funcie de turaia arborelui cotit, cnd cremaliera pompei de injecie sau clapeta carburatorului este
n poziie constant, se numesc caracteristici de turaie. Se fixeaz deci ntr-o anumit poziie
cremaliera (sau clapeta) i se variazcuplul de frnare. n acest mod, se poate obine o funcionare
stabila motorului la diferite turaii, stabilindu-se n acelai timp i puterile efective. Se poate trasa
astfel curba Pe=f(n) (vezi. fig. 101), care se numete
caracteristica de turaie a motorului. Dac aceast
caracteristic se obine la debitarea complet a
combustibilului sau a amestecului carburant (clapeta
complet deschis), curba astfel trasat se numete
caracteristica exterioar(fig. 99).
Curbele 1, 2, 3 din figura 101, determinate la debitri
incomplete, se numesc caracteristici pariale de turaie.
Se observ c n cazul motorului cu carburator, pe
msur ce turaia crete, puterea crete, atinge un maxim, dup care curba descrete, datorit
frecrilor mari care apar (peste o anumitturaie, cea mai mare parte din puterea debitatde motor
este consumatpentru nvingerea frecrilor) i datoritnrutirii umplerii cilindrului.
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
44/46
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
45/46
Aceastcaracteristicse traseazdupdatele care se obin
din ncercarea motorului la bancul de frnare, dup cum
urmeaz: se variaz poziia cremalierei pompei sau a
clapetei de la carburator, inndu-se, cu ajutorul frnei,
turaia constant fixat. n acest timp se nregistreazconsumul orar de combustibil G iputerea efectivPe . Se
poate trasa astfel curba G c = f(Pe) i ge = f(Pe) . Se
observcla o turaie constant(fig. 100), creterea puterii
efective duce la creterea consumului orar de combustibil.
3.Turaiile caracteristice ale motoarelor
Turaiile caracteristice ale arborelui cotit (fig. 101) snt urmtoarele:
este turaia la care motorul dezvoltputerea maximPe m a x , turaia la care pe arborele motorului se obine cuplul de motor maxim . turaia minimla care poate funciona motorul; este turaia de ambalare, adicturaia maximcare poate fi dezvoltatde motorul cu carburator frregulator
(clapeta complet deschis, frsarcinexterioar, adicla mersul n gol);
este turaia maximcare poate fi obinutde motorul cu regulator;
turaia la care intervine aciunea regulatorului prin reducerea debitrii combustibilului sau a amestecului
carburant:
-
8/13/2019 Motoarele cu ardere interna.pdf
46/46
50 200 /.
Turaiile de lucru pentru motoarele care au regulator de turaie maximse gsesc n intervaluli.La motoarele Diesel,este n acelai timpi.