Motoare cu aprindere prin scânteie - construcție, caracteristici, procese

1.1. NOŢIUNI SPECIFICE

Motorul cu aprindere prin scânteie cu piston este un motor termic în care energia chimică a combustibilului se transformă parţial, prin ardere în interiorul cilindrilor, în lucru mecanic cedat pistoanelor în mişcare alternativă. Mişcarea alternativă a pistoanelor este transformată în mişcare de rotaţie a arborelui cotit prin intermediul mecanismului bielă-manivelă.

Procesele din motor se repetă în mod ciclic. Succesiunea proceselor care se repetă periodic în fiecare cilindru formează ciclul motor. La motoarele în patru timpi un ciclu motor se efectuează în patru curse ale pistonului, respectiv în două rotaţii ale arborelui cotit.

Asigurarea funcţionării continue a motorului, în sensul reluării proceselor ciclice, impune schimbarea gazelor din cilindrii săi. Astfel, după ce gazele au cedat prin destindere, în urma proceselor de ardere, lucru mecanic pistonului, se efectuează golirea gazelor arse din cilindru. Golirea se execută în procesul de evacuare. Reluarea funcţionării motorului impune umplerea cu încărcătură proaspătă, necesară ciclului următor, umplerea fiind realizată în procesul de admisie.

Pentru a se obţine lucru mecanic, amestecul carburant trebuie să ardă, iniţierea procesului de ardere fiind obţinută prin aprindere. Amestecul carburant poate fi aprins în diferite procedee, ceea ce conduce la o diferenţiere pregnantă a tipurilor de motoare. Astfel,la motorul cu aprindere prin scânteie, aprinderea se realizează prin producerea unei scântei, la momentul oportun, în amestecul carburant. Motorul cu aprindere prin scânteie se mai poate numi cu aprindere forţată sau comandată. Formarea amestecului carburant la motorul cu aprindere prin scânteie se poate realiza atât în exteriorul cilindrului (carburator, injecţie indirectă), cât şi în interiorul acestuia (injecţie directă).

Procesele de aprindere şi de ardere sunt puternic dependente de cantităţile de aer şi de combustibil ce participă la formarea amestecului carburant. Proprietăţile lor în amestec sunt descrise pe baza unui criteriu numit dozaj. Dozajul poate fi apreciat în diferite moduri. Astfel, raportul dintre cantitatea de combustibil şi cea de aer se numeşte coeficient de dozaj:

Funcţie de proporţia celor două componente în amestec pot fi deosebite trei situaţii distincte. Atunci când cantităţii de combustibil, Gcomb îi corespunde cantitatea strict necesară de aer pentru arderea completă teoretică, dozajul se numeşte teoretic sau stoichiometric. În cazul în care cantitatea de combustibil este în excces faţă de cazul precedent, dozajul se numeşte bogat, iar dacă cantitatea de combustibil este mai mică, dozajul se numeşte sărac. Arderea teroretică a 1 kg de combustibil necesită 15 kg de aer,rezultând valoarea coeficientului de dozaj stoichiometric:

d = 1/15 = 0.0666

Pentru facilitarea scrierii se preferă utilizarea inversului coeficientului de dozaj:

În acest mod dozajul teoretic este precizat de valoarea:

d't = 15/1 = 15

Modul de prezentare a dozajului prin intermediul acestor doi coeficienţi are dezavantajul că nu precizează în mod direct calitatea amestecului: bogat sau sărac şi mai ales cât de bogat sau cât de sărac raportat la cel teoretic. Pentru aceasta s-a introdus coeficientul de îmbogăţire, care raportează valorile coefi¬cientului de dozaj al amestecului la valoarea coeficientului de dozaj teoretic dt:

Pentru a permite unificarea modului de exprimare şi de calcul la aprecierea calităţii amestecului se foloseşte coeficientul de exces de aer. Acesta exprimă raportul dintre cantitatea de aer de care dispune 1 kg de combustibil, Gaer, şi cantitatea de aer necesară pentru arderea teoretică a acestei cantităţi de combustibil, Gaert:

Pentru descrierea proceselor ce au loc în timpul funcţionării motorului se introduc anumite elemente geometrice, de volum sau poziţie. Astfel, volumul minim ocupat de gazele din cilindru se numeşte volumul camerei de ardere sau de comprimare, Vc, iar poziţia corespunzătoare a pistonului poartă denumirea de punct mort interior (p.m.i.). Volumul maxim al cilindrului ocupat de gaze se numeşte volumul total al cilindrului, Va, poziţia corespunzătoare a pistonului fiind punctul mort exterior (p.m.e.). Cilindreea sau capacitatea cilindrică Vs a motorului reprezintă volumul descris de piston în cursa sa, între cele două puncte moarte.