Proiect Motoare

Cap.1. MOTORUL CU ARDERE INTERNĂ . Generalităţi

Motorul cu ardere internă cu piston este un motor termic, la care produsele arderii intră în compoziţia fluidului motor , iar evoluţiile acestuia se realizează prin intermediul unui piston a cărui mişcare alternativă, în interiorul unui cilindru, se transformă în mişcare de rotaţie de către mecanismul bielă-manivelă .

Motorul termic transformă căldura produsă prin arderea unui combustibil în lucru mecanic, prin intermediul evoluţiilor unui fluid , numit fluid motor.

Motorul cu ardere internă cu piston se foloseşte datorită avantajelor sale din care amintim:

- randament ridicat în comparaţie cu alte motoare termice , deci funcţionare cu un consum de combustibil redus ;

- simplitate şi compactitate ;

- posibilitatea pornirii imediate şi trecerii rapide la regimul de sarcină plină ;

- posibilitatea opririlor de scurtă durată de unde rezultă o economie de combustibil ;

- utilizarea unor materiale de construcţie nu foarte costisitoare .

Printre dezavantaje , amintim :

- acceptă suprasarcini mici de aproximativ 10…15% ;

- necesită un sistem de răcire complex ;

- este echipat cu mecanisme având cinematică complexă ;

- emană gaze nocive , contribuind la poluarea atmosferei .

1.1 Părţile componente ale unui motor cu ardere internă

În figura 1.1. este prezentată schema de principiu a unui m.a.i. monocilindric în patru timpi cu aprindere prin scânteie .

Pistonul 1, care acţionează manivela 3

a arborelui cotit prin intermediul bielei 4,

se deplasează în cilindrul 2. Cilindrul este

închis la partea superioară de chiuloasa 5, în

care sunt practicate trei orificii . Două dintre

ele sunt controlate fiecare de către o supapă :

supapa de admisie (SA) 6 , care comandă

intrarea în cilindru a gazelor proaspete şi supapa

de evacuare (SE) 7, care comandă ieşirea gazelor

arse . Supapelor sunt comandate de un arbore cu came antrenat de la arborele cotit cu o viteză unghiulară ω/2 . În cel de-al treilea orificiu se montează bujia (m.a.s.) sau injectorul (m.a.c.) . La cealaltă extremitate a cilindrului se găseşte carterul superior 8 , pe care sunt dispuse lagărele arborelui cotit şi carterul inferior 9, în care de obicei se găseşte uleiul de ungere .

1.2 Mărimi şi indici caracteristici ai motorului

a). Punctul mort interior (p.m.i.) este poziţia extremă a pistonului corespunzătoare volumului minim ocupat de gaze (VC) sau poziţia pistonului corespunzătoare distanţei maxime dintre acesta şi axa de rotaţie a arborelui cotit (l + r), poziţie pentru care α=0 şi β=0.

b). Punctul mort exterior (p.m.e.) este poziţia extremă a pistonului corespunzătoare volumului maxim ocupat de gaze (Va) sau poziţia pistonului corespunzătoare distanţei minime dintre acesta şi axa de rotaţie a arborelui cotit (l-r), poziţie pentru care α=180 şi β=0.

c). Cursa pistonului (S) este spaţiul parcurs de piston între cele două puncte moarte.

S=2•r [mm], (1.1)

Unde r este raza manivelei.

d). Alezajul (D) reprezintă diametrul interior al cilindrului. Se măsoară în mm.

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

ψ = (1.2)

În funcţie de valoarea acestui raport, motoarele se clasifică astfel:

ψ<1 (S<D) - motoare subpătrate;

ψ=1 (S=D) - motoare pătrate;

ψ>1 (S>D) - motoare suprapătrate.

Pentru MAS ψ = 0,57….0,95.

Pentru MAC ψ = 1,05….1,3.

Se adoptă ψ = 1,3.

Vt = i•VS = i• •S = i• •ψ [cm3] (1.3)

Deci: D = = = 8,19 cm ≈ 82 mm, (1.4)

Ia S = ψ•D = 1,3•82 =106,6 mm ≈106 mm (1.5)

Cilindreea totală recalculată este:

Vt = i• •S = 8• •10,6 = 4478,3 cm3 ≈ 4478 cm3 (1.6)

f). Cilindreea unitară (VS) reprezintă volumul generat de piston prin deplasarea sa între cele două puncte moarte, pe cursa S.

VS= •S = •10,6 = 559,78 cm3, (1.7)

unde: D – alezajul; S – cursa pistonului;

g). Cilindreea totală sau litrajul (Vt) reprezintă suma cilindreelor unitare ale tuturor cilindrilor.

Vt = i•Vs = 8•559,8 = 2478 cm3, (1.8)

unde i este numărul de cilindri;

h). Volumul camerei de ardere (VC) reprezintă volumul minim ocupat de fluidul motor, când pistonul se găseşte la p.m.i.;

i). Volumul cilindrului (Va) reprezintă volumul maxim ocupat de fluidul motor, când pistonul se găseşte la p.m.e.

Va = VS+ VC (1.9)

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

ε = = 22 (1.10)

ε = = VC = = = 26,6 cm3 (1.11)

k). Unghi de rotaţie a arborelui cotit (αº RAC) reprezintă unghiul făcut de manivelă cu axa cilindrului. Originea unghiului α (α=0) se alege corespunzător poziţiei pistonului în p.m.i. Pentru α = 360º RAC arborele cotit efectuează o rotaţie completă, în timp ce pistonul parcurge două curse simple. Pentru un motor în patru timpi α=720ºRAC.

l). Turaţia motorului (n) reprezintă numărul de rotaţii efectuat de arborele cotit într-un minut. Se cunosc: - turaţia de moment maxim nM=3000 rot/min;

- turaţia de putere maximă nP=5000 rot/min.

m). Viteza unghiulară a arborelui cotit (ω) este acea viteză cu care arborele cotit efectuează o rotaţie completă (2•π rad):