Motor cu ardere internă cu aprindere prin scânteie

TEMA DE PROIECTARE

Sa se proiecteze calculul termic al motorului cu ardere interna cu piston în patru timpi cu aprindere prin scanteie ce echipează un autoturism si are urmatoarele caracteristici:

• puterea maxima efectiva: Pe=66 kW (88 CP)

• turaţia corespunzatoar puterii maxime: np=5100 rot/min

• nr cilindri: i=4

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

1.1. Motoare cu ardere interna (definire)

Notiunea de motor, în general, presupune o masina care transforma o forma oarecare de energie în energie mecanica. În domeniul termodinamic, trebuie însa precizat ca masina termica include atât motorul termic cât si instalatia frigorifica. Sub acest aspect, motorul cu ardere interna face parte din categoria motoarelor termice. Motorul termic transforma caldura produsa prin arderea unui combustibil în lucru mecanic, prin intermediul evolutiilor unui fluid, numit fluid motor.

Functionarea acestor motoare este legata de doua procese distincte:

- pe de o parte, arderea combustibilului însotita de degajare de caldura;

- pe de alta parte, transformarea acestei calduri în lucru mecanic.

Dupa locul unde se produce arderea combustibilului, motoarele termice se împart în doua mari categorii:

a) motoare cu ardere externa;

b) motoare cu ardere interna.

a) Motoarele cu ardere externa- sunt motoarele la care arderea combustibilului se realizeaza într-un agregat distinct, separat de motor, aerul care furnizeaza oxigenul necesar arderii, nefiind totodata si fluidul de lucru al motorului. Din aceasta categorie se pot cita: masinile cu abur cu piston, precum si turbinele cu gaze ce functioneaza în circuit închis.

b) Motoarele cu ardere interna- sunt motoarele la care arderea combustibilului se realizeaza fie într-un agregat distinct, separat de motor, fie chiar în interiorul motorului, dar aerul care furnizeaza oxigenul necesar arderii este în acelasi timp si fluidul de lucru al motorului. Cele mai reprezentative, din acest punct de vedere sunt motoarele cu ardere interna cu piston. Tot în aceasta categorie se includ motoarele rotative, turbinele cu gaze în circuit deschis si motoarele racheta.

Clasificarea motoarelor cu ardere interna se poate face dupa mai multe criterii.

Astfel, principalul criteriu de clasificare îl constituie tipul mecanismului motor. Din acest punct de vedere, distingem:

- motoare cu ardere interna cu piston, care utilizeaza un mecanism motor

de tip biela manivela, prevazut cu piston, în care sunt indicate si o parte din componentele sale. Aceste motoare se bucura de o tehnologie de fabricatie foarte bine pusa la punct.

Datorita acestui aspect, precum si altor avantaje importante, la ora actuala, în constructia de automobile se folosesc, într-o majoritate covârsitoare, motoarele cu ardere interna cu piston, astfel încât, la nivel mondial exista o foarte mare disponibilitate de astfel de unitati energetice;

- motoare cu ardere interna rotative, care au în componenta un mecanism ce conduce, în principiu, la o miscare rotativa continua. Se poate obtine astfel avantajul unei miscari uniforme, al unei puteri litrice crescute si al unei compactitati marite. Ele sunt realizate sub diverse variante constructive, cum sunt, de pilda, motoarele Wankel, Kauertz, sau Meyer.

Dintre acestea, cel mai cunoscut este motorul Wankel, însa, în general, aceste motoare sunt foarte putin raspândite datorita unor dezavantaje ce nu au putut fi depasite, precum si datorita unor probleme tehnologice.

Pentru motoarele cu ardere interna cu piston, teoretic nu exista un criteriu unitar de clasificare; de fapt, nu se poate stabili un criteriu suficient de cuprinzator, care sa includa într-o schema unica de clasificare, toate tipurile de motoare cu ardere interna cu piston. Din acest motiv, clasificarea acestor motoare se face prin scheme care se întrepatrund si care au la baza particularitati constructive si functionale.

În acest sens, un prim criteriu de clasificare îl constituie caracterul procesului de ardere. Din acest punct de vedere se pot stabili trei categorii de motoare descrise în continuare.

a) Motoare cu ardere la volum constant, la care deplasarea pistonului în timpul procesului de ardere este redusa, determinând o evolutie a acestui proces dupa o curba apropiata de izocora; ciclul lor de referinta este ciclul Otto sau Beau de Rochas.

b) Motoare cu ardere la presiune constanta, caracterizate prin faptul ca deplasarea pistonului pe durata procesului de ardere este mai mare decât în cazul anterior, determinând o evolutie a acestui proces dupa o curba apropiata de izobara; ciclul lor teoretic este ciclul Diesel.

c) Motoare cu ardere mixta, adica ardere la volum si la presiune constante, la care procesul de ardere este dirijat astfel încât evolutia sa decurge partial dupa o curba ce poate fi asimilata cu o izocora, ce corespunde portiunii c – y si partial dupa o curba ce poate fi asimilata cu o izobara; ciclul de referinta al acestor motoare poarta numele celor trei precursori care l-au studiat în mod independent si anume: Seiliger, Sabathé si Trinkler.

Un al doilea criteriu de clasificare îl constituie modul de aprindere a amestecului carburant. Relativ la acest criteriu, distingem:

- motoare cu aprindere prin scânteie (prescurtat, MAS), numite si motoare cu aprindere fortata sau comandata, deoarece aprinderea amestecului dintre aer si combustibil se face prin intermediul unei scântei electrice, produse de o bujie si declansata într-un moment bine definit al ciclului de functionare al motorului; la acest tip de motoare, care sunt motoare cu ardere

la volum constant, formarea amestecului se poate face în exteriorul, sau în interiorul cilindrilor de lucru, în functie de procedeulsi de instalatia de alimentare;

- motoare cu aprindere prin comprimare (prescurtat MAC), numite si motoare Diesel, dupa numele celui care, asa cum s-a aratat anterior, a introdus acest ciclu de lucru, sunt motoare la care arderea este declansata în urma aprinderii combustibilului injectat în aerul din camera de ardere, puternic încalzit prin comprimare; din aceasta categorie fac parte motoarele cu ardere la presiune constanta si motoarele cu ardere mixta, formarea amestecului producându-se în interiorul cilindrului, prin injectia combustibilului.

Succesiunea proceselor care se repeta periodic în fiecare cilindru formeaza ciclul de functionare al motorului.

Numarul de timpi, notat cu υ , ai ciclului de functionare a motorului constituie un al treilea criteriu de clasificare.

Numarul de timpi reprezinta de fapt, numarul de curse ale pistonului în decursul carora se efectueaza un ciclu motor.

Din acest punct de vedere, deosebim motoare sau cicluri motoare în 4 timpi, care se efectueaza în 2 rotatii ale arborelui motor si motoare sau cicluri motoare în 2 timpi, care se efectueaza într-o singura rotatie a arborelui motor.

Ciclul în 4 timpi se utilizeaza în special pentru motoarele de tractiune rutiera si feroviara, precum si pentru motoarele navale semirapide.

Ciclul în 2 timpi nu se mai foloseste practic la autovehicule, el reprezentând doar o alternativa pentru motoarele mici caracterizate prin simplitate si pret redus, destinate motocicletelor, motoretelor, ciclomotoarelor, motoare stationare s.a., caz în care sunt compromise economicitatea si poluarea. De asemenea, ciclul în 2 timpi caracterizeaza unitatile de mare putere, cum este cazul motoarelor navale mari.

O ameliorare a functionarii motoarelor Diesel în 2 timpi se poate obtine prin utilizarea unui baleiaj cu pompa sau cu suflanta, în detrimentul pretului de cost însa.