1 Motoarecuardereinternamai.introducere..Pptx1 Motoarecuardereinternamai.introducere

CURS PCMAI

DR.ING. MARIASIU FLORIN

MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI

• BIBLIOGRAFIE



• BATAGA, N., BURNETE, N. – MOTOARE CU ARDERE INTERNA,Lito UTCN, 1995

• BATAGA, N., s.a. – MOTOARE CU ARDERE INTERNA,Ed.Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1995.

• BOBESCU, Ghe., s.a. – MOTOARE PENTRU AUTOMOBILE SITRACTOARE (vol. I+II+III), Ed.Tehnica, Chisinau, 1996.

• NEGREA, D.V. – MOTOARE CU ARDERE INTERNA. PROCESE.ECONOMICITATE. POLUARE, Ed.Sidonia, Timisoara, 1997

• NEGURESCU, N., s.a. – MOTOARE CU ARDEREINTERNA.PROCESE, Ed.MatrixRom, Bucuresti, 1995.


• Cele mai utilizate motoare pentru actionareaautovehiculelor si tractoarelor sunt motoareletermice cu piston. Prin motor termic cu piston seintelege motorul cu ardere interna cu piston aflatin miscare alternativa.

• Un motor cu ardere interna (MAI) este definit cafiind un motor care transforma energia chimica acombustibilului in lucru mecanic, lucru mecanicdisponibil la arborele cotit.

• Transformarea energiei chimice a combustibilului(prin ardere acestuia) in energie mecanica (lucrumecanic) este insotita de o serie de pierderi.


PROCESELE MAI SI DIAGRAMA INDICATA










In conditiile actuale, in care se pune tot mai acut

problema folosirii rationale a combustibilului la

aprecierea unui motor intereseaza principalii indici

de economicitate:

• Randamentul efectiv (tine seama de pierderiletermice si mecanice ale motorului);

• Consumul specific efectiv de combustibil(consumul de combustibil necesar produceriiunei unitati de energie, in g/kWh)

Indicii de economicitate reflecta si gradul de

perfectionare a unui motor.


Alti indici care trebuie luati in considerare inaprecierea unui MAI sunt:• Indici de economicitate (costul combustibilului cu

care functioneaza, costul motorului, durabilitateamotorului, cheltuielile de exploatare si reparatie amotorului);

• Indici constructivi (compactitatea, puterea volumicasau litrica, masa volumica sau litrica, masa peunitatea de putere);

• Indicii de exploatare (siguranta in functionare,deservirea usoara, silentiozitatea, mersul linistit sifara trepidatii, pornirea usoara, adaptabilitatea latractiune)


• Eficienta economica a motorului trebuieapreciata in complexitatea ei astfel ca chiar dacaprin perfectionarile aduse motorului poate crestepretul de cost acestea conduc la scadereacheltuielilor de exploatare, intretinere etc.


CLASIFICAREA M.A.I.1. Dupa procedeul de aprindere:• Motor cu aprindere prin comprimare (MAC) –

aprinderea are loc datorita temperaturii rezultataprin comprimarea incarcaturii proaspete din cilindru(aer+combustibil+gaze reziduale)

• Motor cu cap de aprindere (cu cap incandescent) –aprinderea are loc datorita comprimarii incarcaturiiproaspete si datorita temperaturii locale a unuiperete cald)

• Motor cu aprindere prin scanteie (MAS) –aprinderea amestecului aer+combustibil se face dela o scanteie electrica


2. Dupa starea combustibilului

• Motor cu combustibil lichid

• Motor cu gaz – combustibili sub forma gazoasa

• Motor policarburant – motorul poate utilizacombustibili cu diferite proprietati de aprindere

• Motor cu gaz si injectie pilot lichida –combustibilul principal este gazos iarcombustibilul lichid este utilizat doar pentruaprindere


3.Dupa procedeul de formare a amestecului

• MAS cu carburator – amestecul aer+combustibil serealizeaza in afara cilindrilor in carburator

• MAS cu injectie de benzina – combustibilul esteinjectat fie in tubulatura de admisie a aerului fiedirect in cilindru

• MAC cu injectie de motorina – aerul este admis sicomprimat in cilindru iar combustibilul este injectatin cilindru la sfarsitul procesului de comprimare

• Motor cu amestecator (motor cu gaz) – amesteculaer+gaz se realizeaza in exteriorul cilindrului inechipamentul de amestecare (amestecator).


4.Dupa ciclul motor

• Motor in patru (4) timpi – ciclul de lucru serealizeaza la patru curse succesive ale pistonuluisau la doua rotatii complete ale arborelui cotit

• Motorul in doi (2) timpi – ciclul de lucru serealizeaza la doua curse succesive ale pistonuluisau la o rotatie completa a arborelui cotit


5.Dupa procedeul de racire

• Motor racit cu aer – cilindrii si chiulasa suntracite cu aer

• Motor racit cu lichid – cilindrii si chiulasa suntracite cu lichid


6.Dupa modul de actionare a pistonului• Motor cu simplu efect – arderea are loc pe o singura

parte a pistonului• Motor cu dublu efect – arderea are loc alternativ pe

o parte si de alta a fiecarui piston• Motor cu pistoane opuse – in fiecare cilindru exista

cate doua pistoane legate mecanic avand intre elefluidul de lucru

• Motor reversibil – sensul de rotatie poate fischimbat prin utilizarea unui sistem de comanda

• Motor cu pistoane libere – pistoanele nu sunt legatemecanic intre ele si nu se transmite putere laarborele motor. Puterea se transmite sub forma degaz cald.


7.Dupa dispunerea cilindrilor

• Motor vertical – cilindrii sunt situati deasupraarborelui cotit

• Motor orizontal – cilindrii sunt situati in acelasiplan cu arborele cotit

• Motor inversat – cilindrii sunt situati subarborele cotit

• Motor in linie – cilindrii sunt dispusi pe un singurrand

• Motor in V – cilindrii sunt dispusi pe doua linii inV, pe un singur arbore cotit


• Motor cu cilindrii opusi (boxer) – doua randuriparalele de cilindrii situati in acelasi plan sidispusi de o parte si de alta a arborelui cotit

• Motor inclinat – axele cilindrilor sunt inclinatefata de un plan vertical

• Motor in stea – motor cu numar impar decilindrii dispusi uniform in jurul unui arbore cotit

• Motor in X – motor cu patru randuri de cilindrii siun singur arbore cotit

• Motor in H – motor cu doi arbori cotiti, cu patruranduri de cilindrii dispusi in doua planuriparalele


• Cel mai important criteriu de clasificare din cele prezentate anterior este cel legat de procesul de aprindere (MAS si MAC)!!!


• Ciclul functional al unui motor in 4 timpi



• Ciclul functional al motorului in 2 timpi


DEFINITII

• pms – punct mort superior (pozitia pistonuluicorespunde volumului minim al fluidului motorin cilindru)

• pmi – punct mort inferior (pozitia pistonuluicorespunde volumului maxim al fluidului motorin cilindru)

• Cursa pistonului (S) in mm este spatiul parcursde piston intre cele doua puncte moarte

• Alezajul (D) in mm este diametrul cilindrului.


• Cilindreea unitara (Vs) – volumul descris depiston intr-o cursa iar cilindreea totala (Vt) estesuma acestor volume pentru cei (i) cilindrii aimotorului.


• Raportul de compresie (ε) – definit ca fiindraportul dintre volumul maxim ocupat de fluidulmotor (Va) si volumul minim (Vc).


• Unghiul de rotatie al arborelui cotit (φ) oRAC –este unghiul format de cotul arborelui cotit cuaxa cilindrului.


• Viteza medie a pistonului (wpm) – este viteza cu care pistonul parcurge doua curse succesive, in timpul (60/n)

• La motoarele de tractoare si autocamioanewpm=7,8...12 m/s iar la autoturisme wpm=12...17m/s.


• Turatia si sarcina motorului definesc regimul defunctionare al unui motor.

• Sarcina – este puterea dezvoltata de motor sipreluata (consumata) de autovehicul la un momentdat. Sarcina se regleaza prin intermediul pedalei deacceleratie.

• Pentru o functionare stabila a motorului incarcareatrebuie sa fie egala cu sarcina.

• Aprecierea valorii sarcinii se realizeaza prinintermediul coeficientului de sarcina (χ), coeficientcare reprezinta raportul dintre puterea efectiva (Pe)si puterea efectiva continua (Pec) a motorului pentruo turatie data.


• Puterea efectiva continua (Pec) este valoareamaxima a puterii ce poate fi dezvoltata de motorin mod continuu, la o turatie data, faramodificarea indicilor motorului si fara aparitiaunor uzuri anormale.


• Puterea efectiva intermitenta Pei poate fi dezvoltatade motor pentru intervale scurte de timp (15 min lao ora). Puterea continua maxima limitata de uzinaconstructoare a motorului este puterea nominala(Pen) la turatia nominala corespunzatoare (nn).

• Sarcina corespunzatoare Pec (χ =1) se numestesarcina plina, cea corespunzatoare Pei (χ =1,1)sarcina totala iar cea corespunzatoare mersului ingol Pe=0 (χ =0) sarcina nula. Intre sarcina nula sisarcina plina (0< χ<1) este domeniul sarcinilorpartiale iar intre sarcina plina si sarcina totala estedomeniul suprasarcinilor.



• Calitatea amestecului (proportia dintrecombustibil si aer) se numeste dozaj si seexprima prin intermediul coeficientului de dozaj(d).

• ,unde Cc este cantitatea de combustibil dinamestec iar Ca este cantitatea de aer.

CombustibilDozajul

Coeficient de dozaj Raport aer-combustibil

Motorina 0.070 14.40

Pacura 0.072 14.00

Benzina 0.068 14.70

Metanol 0.173 5.78

Etanol 0.111 9.00

Metan 0.058 17.24

Hidrogen 0.029 34.48


• Daca cantitatea de aer din amestec este ceaminima necesara pentru arderea completa acombustibilului dozajul se numeste teoretic saustoichiometric.

• Cand cantitatea de aer este in exces dozajul senumeste sarac iar cand cantitatea de aer estemai mica decat cea corespunzatoare dozajuluiteoretic dozajul se numeste bogat. (termenii desarac si bogat se refera la combustibil!!!)


• Aprecierea calitatii amestecului se realizeaza prinintermediul coeficientului de exces de aer (λ)care este definit ca fiind raportul dintrecantitatea de aer (L) disponibila pentru arderea a1 kg de combustibil si cantitatea minima de aer(Lmin) necesara pentru arderea teoretica a 1 kg decombustibil

• Dozaj teoretic (λ=1), sarac (λ>1), bogat (λ<1)

Coeficientul de exces de aer in cazulmotoarelor MAC (Diesel)

Combustibil lichid

Admisie normalaInjectie directa 1,3…1,7

Injectie indirecta 1,1…1,4

SupraalimentareInjectie directa 1,5…2,5

Injectie indirecta 1,3…1,7

Combustibil gazos 1,4…2,2


• Principalii indici energetici ai motorului raportati la arborele cotit al motorului sunt : Le – lucrul mecanic efectiv

pe – presiunea medie efectiva

Pe – puterea medie efectiva

• Daca raportarea se face la suprafata pistonului sau la diagrama indicata avem: Li – lucrul mecanic indicat

pi – presiunea medie indicata

Pi – puterea medie indicata

• Legatura dintre cele doua grupe de indici serealizeaza prin intermediul randamentului mecanic(ηm)


• PARAMETRII FUNCTIONALI

• Precizarea regimului functional al unui motorreclama determinarea si indicarea simultana adoi parametrii turatia si sarcina.

• Sarcina motorului poate fi apreciata prin lucrumecanic care este produs pe ciclu si cilindru,lucru mecanic ce poate fi evaluat pe diagrama devariatie a presiunii in cilindrul motorului(diagrama indicata).




• Se defineste presiunea medie indicata (pi) cafiind raportul dintre lucrul mecanic indicat sivolumul cilindrului motorului

• Cu ajutorul pi se pot compara motoarele intreele. Cel mai bun motor va fi cel care realizeaza opresiune medie indicata cea mai mare.


• Cu ajutorul presiunii medii calculate se poate calcula puterea indicata a motorului (Pi)

• (kW)

• , unde:– (τ) este numarul de timpi ai motorului (2 sau 4)– (Vs) cilindreea in litri– (n) turatia in rot/min– (K) constanta ce depinde de unitatea de masura a lui

(pi),K=30 daca pi este in [MPa], K=300 daca pi este in [bar].


• Puterea indicata (Pi) reprezinta puterea produsala nivelul cilindrului motorului iar putereafurnizata utilizatorului (puterea efectiva Pe estemai mica) datorita consumurilor interna alemotorului (pentru evacuarea gazelor arse siadmisia incarcaturii proaspete, invingereafrecarilor, antrenarea mecanismelor auxiliareetc.). Raportul dintre cele doua puteri apreciazagradul de perfectiune al constructiei motorului sise numeste randament mecanic (ηm).


• Pe baza puterii efective masurate la standul de proba se poate determina presiunea efectiva medie (pe)

• , sau


• Pe baza legaturii dintre putere si moment

• , vom avea

• (Nm)


• INDICI TEHNICO-ECONOMICI

• Randamentul efectiv (ηe) apreciaza calitateaprocesului de transformare a caldurii in lucrumecanic utilizabil.

• , unde:– Ch – consumul orar de combustibil in kg/h

– Hi – puterea calorica inferioara a combustibilului in kJ/kg

– Le – lucrul mecanic efectiv produs de motor in kJ/h


La fel, randamentul indicat este dat de relatia


• Legatura dintre randamente este data de relatia

• , ce arata ca randamentul efectiv are doua componente. O componenta termodinamica (ηi) si o componenta mecanica (ηm)


• Economicitatea motoarelor se apreciaza prinvaloarea consumului specific de combustibil,definit ca si raportul dintre consumul orar decombustibil (Ch) si puterea efectivacorespunzatoare (Pe).

• (g/kWh)


• INDICII DE PERFORMANTA

• Apreciaza gradul de fortare al motorului sau decompactitate constructiva a lui.

• Puterea litrica (PL) – raportul dintre putereaefectiva maxima si cilindreea totala a motorului

• (kW/litru)


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Pu

tere

a m

axim

a P

max

[kW

]

Cilindreea totala Vt [cm3]

30 kW/dm3

40 kW/dm3

50 kW/dm3

PL


1897; 0,67

1936; 13

1976; 25

1993; 35

1998; 45

2000; 58

0

10

20

30

40

50

60

70

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

Evolutia puterii litrice motoare Diesel VW

PL [kW/litru]


• Viteza medie a pistonului (wpm) – apreciazarapiditatea motoarelor si constituie un criteriu deapreciere a uzurii motorului (cu cat wpm este maimare cu atat durabilitatea motorului scade)

• (m/s)

Motoare lente wpm=3...6,5 m/s

Motoare semirapide wpm=6,5...10 m/s

Motoare rapide wpm >10m/s (formula 1 si motoarele de locomotiva)


• Puterea specifica (PS) este un indicatorimportant pentru forma constructiva apistonului. Puterea specifica (PS) este raportuldintre puterea efectiva maxima si aria totala asuprafetelor transversale ale cilindrilormotorului.

• (W/mm2)


• 1- piston Al, monobloc

• 2-piston fonta, monobloc

• 3-piston compus (mai multe bucati din diferite materiale)


• Masa specifica (ms) – este masa motorului uscat (fara combustibil, ulei si lichid de racire) complet echhipat, raportata la puterea efectiva maxima.

(kg/kW)


• Puterea pe cilindru (PCIL)

(kw/cilindru)

• Masa litrica (mL) – masa motorului uscat raportata la cilindreea totala

(kg/litru)


Documents

1 Motoarecuardereinternamai.introducere..Pptx1 Motoarecuardereinternamai.introducere