MOTOARE CU ARDERE INTERN CU PISTON1. DEFINIRE. CLASIFICARE Motorul cu ardere intern cu piston este un motor termic la care produsele arderii intr n compoziia fluidului motor, iar transformarea acestuia n lucru mecanic se realizeaz prin intermediul unui piston, a crui micare alternativ n interiorul unui cilindru este transformat n micare de rotaie de ctre mecanismul biel-manivel. Primul motor cu ardere intern cu piston a fost realizat de ctre E. Lenoir i a fost perfecionat pe parcursul timpului pentru a se obine randamente i puteri superioare. 1.1 Clasificare: Marea diversitate a motoarelor cu ardere intern cu piston a impus folosirea mai multor criterii de clasificare a acestora dintre care cele mai importante sunt: 1. Dup procedeul de aprindere a combustibilului (cel mai important procedeu care mparte motoarele n clase cu mari deosebiri funcionale) : a motoare cu aprindere prin scnteie (m.a.s) motoare la care aprinderea se face de la o scteie electric produs de o bujie; b motoare cu aprindere prin compresie (m.a.c) - motoare la care aprinderea se produce datorit temperaturii rezultate prin comprimarea fluidului proaspt; c motoare convertibile, care prin unele modificri pot fi transformate din m.a.c. n m.a.s; d motoare cu aprindere prin suprafa cald - motoare la care aprinderea are loc att datorit comprimrii ncrcturii proaspete, ct i de la o suprafa local cald.

2. Dup numrul de timpi n care se realizeaz ciclul motor: a motoare n doi timpi sau cu ciclul la o rotaie a arborelui cotit motoare la care ciclul motor se realizeaz la dou curse ale pistonului; b motoare n patru timpi sau cu ciclul la dou rotaii ale arborelui cotit - motoare la care ciclul motor se realizeaz la patru curse ale pistonului;

1

3. Dup starea de agregare a combustibililor folosii: a motoare cu combustibili gazoi; b motoare cu combustibili lichizi; c motoare cu combustibili gazoi i lichizi. 4. Dup numrul de combustibili utilizai: a motoare monocarburant utilizeaz un singur tip de combustibil; b motoare policarburant - utilizeaz mai multe tipuri de combustibil. 5. Dup natura agentului de rcire: a motoare rcite cu lichid - motoare la care prile fixe ale mecanismului motor sunt rcite cu lichid (ap sau antigel); b motoare rcite cu aer - motoare la care prile fixe ale mecanismului motor sunt rcite cu aer. 6. Dup procedeul de admisie: a motoare cu admisie normal la care fluidul proaspt este trimis spre cilindri la presiune atmosferic; b motoare cu admisie forat (supraalimentate) la care fluidul proaspt este comprimat nainte de intrarea n cilindri. 7. Dup procedeul de formare a amestecului carburant: a motoare cu carburator la care amestecul aer-combustibil se realizeaz n afara cilindrului, ntr-un carburator; b motoare cu injecie de combustibil la care combustibilul este injectat (la m.a.s. benzina este injectat n galeria de admisie sau n cilindri iar la m.a.c. combustibilul lichid este injectat n cilindri, dup comprimarea aerului); c motoare cu amestector la motoarele cu combustibili gazoi, amestecul aer-gaz efectundu-se ntr-un amestector n exteriorul cilindrului. 8. Dup locul de formare a amestecului carburant: a motoare cu formarea amestecului n exteriorul cilindrului; b - motoare cu formarea amestecului n cilindru. 9. Dup numrul compartimentelor camerei de ardere: a motoare cu camer de ardere unitar; b motoare cu camer de ardere divizat. 10. Dup viteza medie a pistonului: a motoare lente cu viteza pistonului wp = 46,5 m/s; b motoare semirapide cu viteza pistonului wp = 6,510 m/s; c motoare rapide - cu viteza pistonului peste 10 m/s. 11. Dup numrul de cilindri: a motoare monocilindrice;2

b motoare policilindrice cu 2, 3 sau mai muli cilindri. 12. Dup dispunerea relativ a cilindrilor: a motoare n linie motoare cu un singur rnd de cilindri; b motoare n V - motoare cu dou rnduri de cilindri i un singur arbore cotit; c motoare n evantai cu mai muli cilindri dispui n evantai; d motoare n X - motoare cu patru rnduri de cilindri i un singur arbore cotit; e motoare n stea simpl motoare cu un numr impar de cilindri, dispui uniform decalat n jurul arborelui cotit; f motoare n stea multipl motoare cu mai multe grupuri de cilindri n stea; g motoare n H motoare cu cilindrii dispui n dou plane paralele ntre ele, cuprinznd cte dou rnduri de cilindri opui; h motoare cu pistoane opuse (motoare boxer) motoare cu dou rnduri paralele de cilindri situate n acelai plan i dispuse de o parte i de alta a arborelui cotit. 13. Dup poziia axelor cilindrilor fa de vertical: a motoare verticale cu axa cilindrilor n plan vertical; b motoare orizontale - cu axa cilindrilor n plan orizontal; c motoare nclinate cu axele cilindrilor nclinate fa de un plan vertical. 14. Dup destinaie: a motoare pentru autovehicule rutiere; b motoare pentru tractoare agricole; c motoare pentru traciune feroviar; d motoare navale; e motoare pentru aviaie; f motoare industriale (staionare sau transportabile). 2. PRILE COMPONENTE ALE MOTORULUI CU ARDERE INTERN Motoarele cu ardere intern cu piston se compun din mecanismul motor (mecanismul biel-manivel) i din sisteme auxiliare. La rndul lui, mecanismul motor are pri fixe (blocul motor, chiulasa, cilindrii, baia de ulei) i pri mobile (grupurile piston, bielele, arborele cotit i roata volant) aa cum se prezint n figura 1. Sistemele auxiliare sunt acionate de ctre arborele motor i contribuie activ la buna funcionare a motorului. De regul aceste sisteme sunt pentru:

3

distribuie, alimentare cu aer i combustibil, aprindere, pornire, ungere, rcire, supraalimentare,etc.

Fig 1 Schema de principiu a unui motor n patru timpi 1-cilindru; 2-piston; 3-arbore cotit; 4-biel; 5-chiulas; 6-galerie de admisie; 7-galerie de evacuare; 8-bujie; 9-carter superior; 10-reazeme; 11-carter inferior; SA-supap de admisie; SE-supap de evacuare; AD-arbore de distribuie

2.1 Mecanismul motor (mecanismul biel-manivel) Are rolul de a asigura spaiul necesar arderii amestecului aer-combustibl, preia fora de presiune a gazelor rezultate n urma procesului de ardere i o transform n energie mecanic pe care o transmite utilizatorului. a) Blocul motor (carcasa motorului) Carcasa motorului reprezint partea mecanismului motor n care se amplaseaz prile mobile i, parial sau integral, unele sisteme auxiliare. Carcasa se fixeaz pe un suport (asiu) i pe el se fixeaz chiulasa. La unele motoare rcite cu lichid, n blocul motor se confecioneaz i cilindrii de lucru (cilindri monobloc). n pereii transversali sunt prevzute locaurile lagrelor de sprijin ale arborelui cotit i ale arborelui cu came. La partea superioar sunt prevzute orificii filetate pentru mbinarea cu chiulasa, orificii pentru trecerea

4

lichidului de rcire spre chiulas i locae pentru montarea cilindrilor ( la motoarele cu cilindri amovibili). La motoarele rcite cu lichid, n blocul motor se gsesc caviti pentru circulaia lichidului de rcire n zonele camerelor de ardere (fig 2).

Fig. 2 Bloc motor cu cilindri amovibili rcii cu lichid 1-orificiu pentru cilindru; 2-cmi de rcire; 3-cilindru amovibil; 4-carter superior

Deoarece preia toate forele i momentele care iau natere pe timpul funcionrii motorului, carterul trebuie s aib o rigiditate ridicat. Deformrile carterului conduc la nrutirea condiiilor de ungere i uzarea lagrelor. Acest lucru poate fi evitat prin: nervurarea pereilor transversali, coborrea planului de separare a carterului sub cel de separare a lagrului, mrirea numrului de lagre paliere ale arborelui cotit i turnarea comun cu cilindrii de lucru. Lagrele arborelui pot fi suspendate, cu capacul n carterul superior, sau rezemate, cu capacul n carterul inferior. n primul caz, soluia permite asamblarea pe band a motorului, schimbarea uoar a cuzineilor, strngerea i controlul independent al fiecrui cuzinet i realizarea unui carter inferior uor i simplu (fig 3).

5

Fig. 3 Carter motor

Datorit formei complexe i masei mari (2436% din masa total a motorului), blocurile motoare se fabric de regul prin turnare din font iar la motoarele de putere mai mic, se confecioneaz din aliaj de aluminiu turnat sub presiune. Grosimea minim de 58 mm este impus de condiiile de turnare. Principalele materiale utilizate sunt: - fonta perlitic cu grafit lamelar fin sau nodular, care are o rezisten nalt la uzare, proprieti antifriciune, rezisten satisfctoare la solicitri mecanice i se toarn uor; - fonta cenuie, utilizat pentru motoarele cu cilindri amovibili; - aliajele de aluminiu care au densitate redus, conductibilitate termic ridicat, rezisten la uzare coroziv i prelucrabilitate bun. Pentru cilindrii monobloc, n acest caz, oglinda cilindrilor se cromeaz sau se metalizeaz cu oel i molibden. b) Chiulasa motorului

6

Este piesa care nchide cilindrii la partea superioar i conine o parte din camera de ardere, locauri pentru bujii sau injectoare, canale de admisie i evacuare, locauri pentru supape i la unele tipuri de motoare i locaurile lagrelor de sprijin ale axului cu came. La partea superioar are un capac cu garnitur de etanare, iar la partea inferioar o suprafa plan pentru mbinarea cu blocul motor (fig 4).

Fig. 4 Seciuni prin chiulasele unor motoare 1-camera de ardere; 2-locaul bujiei (injectorului); 3-canale de admisie i evacuare; 4-locaurile supapelor; 5,6-loca pentru lagrele axului culbutorilor (axului cu came); 7-spaii pentru circulaia lichidului de rcire

Chiulasele se confecioneaz prin turnare, de regul din acelai material ca i blocul motor i pot s fie independente, pentru fiecare cilindru, sau monobloc pentru un grup de cilindri sau pentru toi cilindrii. La motoarele cu aprindere prin scnteie, de regul chiulasa se confecioneaz din aliaj de aluminiu deoarece micoreaz masa motorului, previne detonaia i mbuntete umplerea cilindrilor. La fel ca i blocul motor, la motoarele rcite cu lichid, n chiulas se gsesc caviti pentru circulaia lichidului de rcire n zonele camerelor de ardere care au orificii de comunicaie cu cavitile din bloc

7

Fig.5 Elementele garniturii de etanare Etanarea dintre chiulas i blocul de cilindri se realizeaz folosind o garnitur special, termorezistent, numit garnitur de chiulas. De regul aceasta se fabric comun pentru toi cilindrii i are prevzute orificii pentru trecerea prezoanelor, lichidului de rcire, tijele culbutorilor,etc. Garnitura de chiulas trebuie s reziste la temperaturi nalte i s dein un anumit grad de plasticitate, pentru a putea asigura o etanare perfect. Pentru aceasta, de regul pentru motoarele de autovehicule se confecioneaz garnituri din azbest placate cu tabl subire de cupru. Pentru protecia mpotriva gazelor fierbini, n zona camerelor de ardere, garniturile de chiulas se protejeaz cu o cmae de nichel (figura 5). c) Cilindrul de lucru Cilindrul de lucru este organul n interiorul cruia se deplaseaz pistonul i evolueaz fluidul motor. Cilindrii pot fi nedemontabili sau demontabili (amovibili). Cilindrii nedemontabili (monobloc) reduc lungimea i masa motorului, costul de fabricaie i mresc rigiditatea motorului. Se utilizeaz la motoarele de puteri mici i mijlocii. Cilindrii amovibili se utilizeaz la motoarele cu alezajul peste 120 mm deoarece prezint urmtoarele avantaje: se pot confeciona din materiale superioare, rezistente la uzare, se simplific turnarea blocului de cilindri, permite nlocuirea uoar a cilindrilor uzai i asigur supravieuirea blocului motor n caz de distrugere sau uzur excesiv a unui cilindru. Suprafaa exterioar a cilindrului este udat de fluidul de rcire (ap sau aer), excepie fcnd cilindrii demontabili uscai care se monteaz cu strngere n locaurile din bloc. La cilindrii demontabili umezi, etanarea se face cu ajutorul unor inele8

de cauciuc. Pentru asigurarea strngerea etane a chiulasei pe conturul cilindrilor umezi este necesar ca la montare s se prevad un joc de 0,05 0,15 mm. Cilindrii se confecioneaz prin turnare din font sau oel cu rezisten mare la uzare la temperaturi nalte. d)Grupul piston Parte mobil a mecanismului biel-manivel, grupul piston are urmtoarele roluri: asigur evoluia fluidului motor n cilindru; nchide camera de ardere la partea inferioar; dirijeaz micarea gazelor n cilindru; ghideaz piciorul bielei n cilindru; transmite bielei fora de presiune a gazelor; transmite cilindrului reaciunea normal produs de biel; etaneaz cilindrul n ambele sensuri i evacueaz o parte din cldura dezvoltat prin arderea combustibilului. Grupul piston se compune din urmtoarele piese: piston, bol i segmeni. Pistonul este o pies n micare, puternic solicitat mecanic i termic. Din aceast cauz el trebuie s ndeplineasc o serie de cerine funcionale i de durabilitate: rezisten mecanic ridicat la temperaturi nalte i sarcini variabile; densitate redus; conductibilitate termic ridicat; rezisten la uzare, etc. Din aceste considerente, n funcie de tipul i mrimea solicitrilor, pistoanele se confecioneaz: din aliaje de aluminiu (siluminiu sau duraluminiu) prin turnare n cochilie sau prin matriare; din font prin turnare n nisip; din oel prin turnare sau matriare, sau mixte cu capul din font sau oel i mantaua din aluminiu. Pistonul se compune din urmtoarele pri: capul pistonului, regiunea portsegmeni i mantaua (figura 6). a) Capul pistonului are urmtoarele roluri: asigur evoluia fluidului motor n cilindru; preia presiunea gazelor de ardere; nchide camera de ardere i dirijeaz micarea gazelor n cilindru. Pentru a realiza aceast ultim cerin, un rol deosebit l joac arhitectura capului pistonului care depinde n mare msur de tipul camerei de ardere. n cazul motoarelor cu aprindere prin scnteie, capul pistonului poate avea una din urmtoarele forme: disc, concav sau bombat. La motoarele cu aprindere prin compresie forma capului pistonului poate fi: plan, tip cup, mulat dup forma jetului sau cu evaziuni n dreptul pistoanelor (figura 7).

9

Figura 6 Prile componente ale pistonului

Fig. 7 Forme constructive pentru capul de piston a-disc plan; b-concav; c-bombat; d,e-cup; f-mulat dup forma jetului; g-evazat n dreptul supapelor

Pentru mrirea rigiditii, la interior capul pistonului se nervureaz n planul de oscilaie al bielei. b) Regiunea portsegmeni este format din canale pentru montarea segmenilor. Canalele pentru montarea segmenilor de ungere sunt prevzute cu nite fante pentru scurgerea uleiului raclat de pe oglinda cilindrului.10

c) Mantaua are rolul de a ghida piciorul bielei n cilindru i de a evacua o parte din cldura degajat pe timpul arderii. Datorit nclzirii, se produce o dilatare a pistonului n urma creia pistonul primete o form tronconic, iar ntr-o seciune perpendicular pe axa pistonului, n dreptul umerilor, pistonul ia o form eliptic (figura 9). Pentru compensarea acestor dilatri, pistonul n stare rece trebuie s aib un profil longitudinal tronconic n zona portsegmeni (cu diametrul mare n dreptul ultimului segment de ungere), iar n seciune transversal s aib un profil eliptic, cu axa mare a elipsei perpendicular pe axa bolului. Compensarea dilatrii umerilor mantalei, care apare pe direcia axei lor ca urmare a prelurii forei portante, se poate face prin adoptarea mai multor soluii: - confecionarea pistoanelor de form eliptic, cu axa mare pe direcie normal la axa bolului (la motoarele cu aprindere prin compresie i la motoarele n doi timpi); - executarea unei tieturi sub canalele segmenilor de ungere pentru a mpiedica cldura s se deplaseze spre manta (manta rece) (figura 8); - la mantaua cu perei subiri, tierea ei n lung (manta eliptic). Pentru a se preveni apariia deformaiilor permanente, uneori se practic o tietur oblic incomplet prevzut la un capt cu un orificiu care mpiedic concentrarea tensiunilor; - utilizarea de plcue de oel fixate n zona umerilor.

Fig.8 Soluii de piston cu manta rece i elastic a-manta cu tietur n lung; b-manta cu tietur oblic incomplet; c-manta cu tietur n form de II

11

Fig. 9 Deformarea pistonului datorit nclzirii

Jocul la cald dintre piston i cilindru trebuie s fie j1 = (0,0060,008) D n zona capului, pentru prevenirea griprii i j2 = (0,0010,002) D n regiunea mantii pentru a preveni btaia pistonului. Jocul la rece trebuie s asigure pe timpul funcionrii jocurile la cald. Astfel, n cazul pistoanelor de aluminiu j1 = (0,0020,003) D i j2 = (0,0020,003) D, iar n cazul pistoanelor din font j1 = (0,00030,003) D i j2 = (0,001 0,002) D. Tab. 1 Relaii de calcul dimensional:Dimensiunea Lungimea pistonului Lp Lungimea mantalei Lm nlimea de compresie Hc nlimea de protecie a segmentului de foc h Grosimea flancului hc Grosimea flancului primului segment (mm) Grosimea capului MAS D=(65 100)mm (0,81,1)D (0,50,8)D (0,50,7)D (0,060,12)D (0,0350,045)D 1,52,5 (0,080,10)D MAC D=(90180) D=(180 mm 355)mm (0,81,5)D (1,21,8)D (0,51)D (0,81,2)D (0,550,85)D (0,71,1)D (0,100,18)D (0,150,22)D (0,0450,055)D 1,53,5 46 (0,140,17)D (0,150,2)D

12

Fig. 10 Dimensiunile caracteristice ale pistonului

Calculul efortului unitar radial la extremitatea capului pistonului: re = 0,75(pmax 1)(D/2 )2 Calculul efortului unitar n zona segmenilor de ungere: cu:-

A

= pmax. .D2/4.Amin

pmax presiunea maxim dezvoltat n cilindru [daN/cm2]; - D alezajul; - - grosimea capului pistonului; - Amin seciunea n zona segmentului de ungere. Segmenii au rolul de a etana camera de ardere n ambele sensuri, de a evacua cldur (la nivelul regiunii portsegmeni se evacueaz 6075% din cldura pistonului) i de a doza i distribui uniform uleiul pe oglinda cilindrului. Dup rolul pe care l ndeplinesc, distingem dou tipuri de segmeni:

13

- segmenii de compresie, care mpidic scparea gazelor din camera de ardere spre carter (figura 11). Au forma unor inele cu o tietur (fant) pentru asigurarea montajului n canalele din piston. Exist doi sau mai muli segmeni de compresie. Deoarece la creterea turaiei motorului timpul de scurgere a gazelor prin interstiiile segmentcanal se micoreaz, mbuntindu-se etanarea, la motoarele de turaie mare etanarea camerei de ardere se asigur cu un numr mai mic de segmeni.

Fig. 11 Scurgerea gazelor pe lng segmeni 1,2,3,4-compartimente n cadrul treptei de segment

Primul segment dinspre camera de ardere este cel mai puternic solicitat termic, din care cauz se mai numete i segment de foc. Segmenii de compresie se confecioneaz din font cenuie perlitic cu grafit lamelar, care are bune caliti antifriciune; - segmenii de ungere, care mpiedic trecerea uleiului dinspre carter n camera de ardere. Exist 12 segmeni de ungere confecionai din tabl de oel n form de U cu fante pentru scurgerea uleiului raclat de pe pereii cilindrului n carter. Cerinele impuse segmenilor:14

- s se aeze perfect pe oglinda cilindrului i pe flancurile canalelor din piston; - s aib elasticitate, care s-l fac s preseze pe cilindru cu o presiune medie elastic pE; Rosturile s necesare pentru montarea segmenilor peste capul pistonului n canale trebuiesc montate defazat pentru realizarea efectului de labirint n scopul limitrii scprilor de fluid din cilindri la max. 0,21%. Materialele pentru segmeni trebuie s ndeplineasc urmtoarele cerine: - s aib proprieti bune de alunecare, care s asigure reducerea frecrii i evitarea gripajului; - s aib duritate ridicat pentru creterea rezistenei la uzare; - s reziste la coroziune; - s aib rezisten mecanic i odul de elasticitate mare la temperaturi ridicate. Cel mai utilizat material pentru segmeni este fonta cenuie perlitic cu grafit lamelar. Acesta are o faz moale (grafitul), care este antigripant, reine uleiul i asigur rezistena la coroziune i o faz tare (perlita) care asigur rezistena la uzare. Dac aceast font se aliaz cu Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Ti, V, crete duritatea materialului, se menin proprietile mecanice la temperaturi mari i se favorizeaz descompunerea cementitei. La motoarele m.a.c. supraalimentate, segmenii se confecioneaz din oel, iar segmentul de foc din oel grafitizat. n prezent se utilizeaz i segmeni din pulberi sinterizate. Rezultate bune se obin dac segmenii se protejeaz cu straturi superficiale metalice. Astfel protejarea cu un strat moale de Pb, Sn sau Cd asigur mbuntirea rodajului, n timp ce cromarea poroas a segmentului de foc mbuntete ungerea acestuia. Relaii de calcul: c parametru constructiv al segmentului c = h.D/(D a) kM coeficient de calcul. segment se ia kM = 2; Pentru o distribuie uniform a presiunii pe

pE presiunea elastic de strngere a segmentului; pE = Ft/h.Rm

15

B parametru fundamental al segmentului B = c.Rm2.pE/E.I cu E = (1618).105 daN/cm2 Efortul admisibil: a = kM.a.E.B/(D-a) D = a.0,58 (max

/pE)0,5 Tab.2 Mrimile caracteristice ale segmenilor Mrimea caracteristic Raportul D/a = ( a/pE)0,5 Valori 36 pentru segmentul de foc; 48 pentru ceilali segmeni de compresie; 22,5 pentru segmenii de ungere) 1,47 mm 1,5; 2; 2,5 mm pentru motoare cu D = 5090 mm; 24 mm pentru motoare cu D = 90250 mm

Grosimea radial a nlimea segmentului h

Jocurile segmenilor n MAS canal j (0,020,05) mm; MAC (0,030,13)mm Presiunea elastic pE 8,8 daN/cm2

16

Bolul (axul pistonului) este piesa de legtur dintre piston i biel, i are rolul de a transmite fora de presiune ntre ele. El transmite fore variabile ca mrime i sens, care-l deformeaz att dup axa longitudinal, ct i n plan transversal (figura 12). De regul bolul are form tubular. La motoarele de turaie mare, grosimea pereilor este redus (25 mm), n timp ce la motoarele cu aprindere prin compresie, datorit solicitrilor puternice, se confecioneaz boluri cu peri groi (813 mm). Pentru a rezista att la solicitrile de ncovoiere i oc, ct i pentru asigurarea unei rezistene ridicate la uzare, bolurile se confecioneaz din oeluri carbon de calitate sau din oeluri aliate cu Cr, Ni, Mn, Mo care se durific la suprafa prin cementare.

Fig.12 Deformarea bolului sub efectul forelor n timpul funcionrii.

Relaii de calcul:

17

Tab. 3 Mrimile caracteristice ale bolului Dimensiunea caracteristic Lung. Bol l, n mm flotant Bol fix Lung. Bol lb, n mm flotant Bol fix Diametruldeb = dib/deb MAS (0,80,87)D (0,880,93)D (0,30,4)D (0,260,30)D (0,240,28)D 0,640,72 MAC (0,80,87)D (0,880,93)D (0,320,42)D (0,270,32)D (0,340,38)D 0,520,58

d) Biela este piesa din cadrul mecanismului motor care transmite fora de presiune a gazelor de la piston la arborele cotit i servete la transformarea micrii alternative de translaie a pistonului n micare de rotaie a arborelui cotit. Biela este compus din trei pri (figura13):

Fig. 13 Prile componente ale bielei

1-picior; 2-cap; 3-corp

18

- piciorul bielei, n care se monteaz bolul pistonului. Pentru reducerea uzurilor, ntre piciorul bielei i bolul pistonului se monteaz o buce din material antifriciune (bronz sau oel moale). Jocul bolului n piciorul bielei la montaj trebuie s fie ntre 0,0030,005 mm, astfel nct jocul la cald pe timpul funcionrii s evite griparea i n acelai timp s se evite rotirea bolului att n piciorul bielei ct i n umerii pistonului. Ungerea mbinrii se face fie sub presiune prin intermediul unui canal practicat n corpul bielei prin care vine uleiul din zona fusurilor manetoane ale arborelui cotit, fie prin barbotaj, situaie n care la partea superioar piciorul bielei are prevzut un orificiu pentru captarea uleiului (figura 14);

Fig. 14 Soluii constructive pentru ungerea bielei prin barbotaj

- corpul bielei reprezint partea central care face legtura ntre piston i arborele cotit. Pentru a se obine o mas inerial ct mai redus, combinat cu o rigiditate ridicat impus de solicitrile mari la care este supus biela, corpul bielei are profil dublu T; -capul bielei, n care se monteaz arborele cotit. Pentru asigurarea unui regim de ungere hidrodinamic, o bun evacuare a cldurii i o micare fr joc a bielei, jocul radial dintre maneton i cuzinetul din capul bielei trebuie s aib valori cuprinse ntre (0,00050,0015)dM. Capul bielei este secionat, capacul fiind separat de partea superioar a capului dup un plan situat la 900 , la 450 i mai rar la 300 sau 600 fa de planul de ncastrare.19

Secionarea dup un plan oblic se execut cnd dimensiunea capului n planul de oscilaie, nu permite trecerea bielei prin cilindru, la montaj. Asamblarea bielei cu arborele cotit se face prin intermediul cuzineilor. Acetia sunt piese semicilindrice din band subire de oel cu grosimea (0,030,05)dM care are la interior aplicat unul sau dou straturi de material antifriciune (cuzinei bimetalici, respectiv trimetalici). n vederea meninerii libere a canalelor de ungere din zona fusurilor manetoane, cuzineii se mpiedic contra rotirii cu tifturi sau cu proeminene exterioare. Stratul antifriciune are n compoziie o faz moale, antigripant din metale moi, cu punct de topire sczut (Sn, Pb) i o faz dur care suport apsarea transmis de fus, format din compui de sn, Pb, Cu, Al sauSb. Grosimea minim a stratului de material antifriciune este limitat la 0,150,25 mm. Cei mai utilizai cuzinei sunt cei pe baz de staniu (babbit), de plumb i de aluminiu, ultimii cptnd o rspndire tot mai mare deoarece au rezisten nalt la oboseal, suport presiuni specifice mari i au cost redus. Datorit solicitrilor ridicate la care este supus biela: rigiditate superioar, mas i dimensiuni reduse, aceasta se confecioneaz prin forjare din oel carbon de calitate, oel aliat, duraluminiu sau font cu grafit nodular. Pentru evitarea apariiei concentratorilor de tensiuni corpul bielei se lustruiete, iar pentru creterea rezistenei la oboseal se ecruiseaz prin bombardare cu alice. uruburile de prindere a capacului bielei se confecioneaz din oeluri aliate pentru mbuntire cu rezisten mare la rupere (7080 daN/mm2). Biela este solicitat de fora de presiune a gazelor la compresiune i flambaj, iar de ineria grupului piston la ntindere i compresiune. Pentru evitarea unor deformaii periculoase, de regul se utilizeaz biele scurte. Elemente de calcul: a) Piciorul bielei Dimensiunea MAS Diametrul exterior al piciorului de (1,251,65)deb Grosimea radial a piciorului hp (0,160,27)deb Grosimea radial a bucei hb (0,0750,085)deb deb diametrul exterior al bolului MAC (1,31,7)deb (0,160,20)deb (0,080,085)deb

20

Fig. 15 Dimensiunile caracteristice ale piciorului bielei

b) Corpul bielei Dimensiunea caracteristic B = 0,75 H a= 0,167 H h = 0,0666 H e = 0,583 H Hp = (0,481) de Hc = (1,11,35) Hp21

Relaia

c) Capul bielei Dimensiunea MAS Diametrul exterior al capului de (1,251,65)dM Grosimea radial a capului hp (0,160,27)dM Grosimea radial a cuzinetului hb (0,0750,085)dM dM diametrul fusului maneton al arborelui cotit MAC (1,31,7)dM (0,160,20)dM (0,080,085)dM

f) Arborele cotit transform micarea de translaie a pistonului ntr-o micare de rotaie i transmite spre utilizare momentul motor dezvoltat de fora de presiune a gazelor prin intermediul roii volante. Totodat, arborele cotit nsumeaz lucrul mecanic produs de fiecare cilindru i-l trimite utilizatoruli i antreneaz n micare unele sisteme auxiliare ale motorului. Arborele cotit este piesa principal a motorului, att din punct de vedere funcional, ct i constructiv. El este o pies complex a crui mas reprezint 815% din masa motorului i al crui pre de fabricaie ajunge la 2530% din preul motorului. Arborele cotit este alctuit din fusuri de reazem (paliere), fusuri manetoane, brae de legtur ntre fusurile paliere i cele manetoane i contragreuti care servesc la echilibrare. Numrul fusurilor manetoane este egal cu numrul n de cilindri ai motorului, mai puin la motoarele n V unde sunt n/2 fusuri manetoane. Pe arborele cotit se mai pot gsi: mase pentru echilibrare; roi dinate pentru antrenarea unor sisteme auxiliare; flana pentru prinderea volantului; fulie pentru antrenarea ventilatorului i generatorului; rac pentru manivel, etc.(figura 16)

Fig.16 Arbore cotit 1-fusuri paliere; 2-fusuri manetoane; 3-brae de legtur i echilibrare; 4-canale de ungere

22

Arborele cotit este cel mai solicitat organ al motorului. Sub aciunea presiunii gazelor i a forelor de inerie, arborele cotit este supus la ntindere, compresiune, ncovoiere i rsucire, solicitri cu caracter de oc. Braele de legtur sunt supuse la oboseal iar fusurile paliere i manetoane la uzare. Din aceast cauz el se confecioneaz prin turnare din font de calitate (font modificat perlitic cu grafit nodular sau font aliat cu Cr, Ni, Mo, Cu. Turnarea din aceste materiale prezint urmtoarele avantaje: - reducerea consumului de material; - realizarea cu uurin a formelor tubulare; - realizarea formelor optime cerute de echilibru i de rezistena la oboseal; - materialul are caliti antifriciune datorit grafitului coninut; - amortizeaz vibraiile tosionale. La motoarele puternic solicitate, arborele cotit se confecioneaz din oeluri aliate cu Cr, Ni, Mo,V. Obinerea semifabricatului se poate face prin: forjare liber, forjare n matri sau prin turnare. Elemente de calcul:

Fig. 17 Dimensiunile caracteristice ale unui cot al arborelui cotit

23

Dimensiunea caracteristicLungimea cotului (deschiderea ntre reazeme) l Diametrul fusului palier dL Lung. fusului palier lL - paliere intermediare - paliere extreme Diametrul fusului maneton dM Lungimea fusului maneton lM Diametrul interior dMi Grosimea braului h

MAS n linie(1,11,25)D

MAS n V(11,25)D

MAC n linie(1,051,3)D

MAC n V(1,21,3)D

(0,60,7)D (0, 50,6)dL (0,740,84)dL (0,550,68)D (0,450,62)DM (0,60,8)DM (0,150,35)00DM

(0,60,7)D

(0,70,8)D (0, 450,6)dL (0,70,85)dL (0,560,72)D (0,50,6)DM (0,60,75)DM (0,20,35)DM

(0,70,75)D (0,4 0,6)dL (0,650,86)dL (0,60,72)D (0,550,65)DM (0,60,75)DM (0,20,35)DM

(0,40,6)dL (0,70,88)dL (0,550,65)D (0,81)DM (0,60,8)DM (0,150,35)DM

2.2 Sistemele auxiliare ale motorului Sistemele auxiliare au rolul de a asigura desfurarea optim a ciclurilor motorului, conform ordinei de funcionare, n vederea obinerii unui regim termic ct mai avantajos. Ansamblul de sisteme auxiliare este format din: sistemul de distribuie a gazelor; sistemul de alimentare cu aer i combustibil; sistemul de aprindere (la m.a.s.); sistemul de rcire; sistemul de ungere; sistemul de pornire i la motoarele moderne sistemul de supraalimentare. a) Sistemul de distribuie a gazelor reprezint ansamblul tuturor organelor care permit umplerea periodic a cilindrului cu gaze proaspete i evacuarea periodic a gazelor de ardere din cilindrii motorului n atmosfer. Sistemul de distribuie a gazelor trebuie s ndeplineasc urmtoarele cerine: - s asigure etanarea cilindrului pe timpul ct nu este pus n legtur cu exteriorul; - s asigure umplerea i golirea eficient a cilindrilor; - s aib funcionare linitit; - s fie simplu, ieftin i s permit reglaj i ntreinere uoare;

24

- s nu creeze puncte calde care s favorizeze preaprinderea sau detonaia. Sistemul de distribuie este compus din urmtoarele pri: colectoarele de admisie care transport i distribuie fluidul proaspt la cilindri; colectoarele de evacuare care colecteaz i transport gazele de ardere n atmosfer; mecanismul care comand deschiderea i nchiderea periodic a orificiilor de admisie i evacuare ale cilindrilor; amortizoarele de zgomot care limiteaz intensitatea zgomotului produs de fluidele de lucru la trecerea lor prin conducte i colectoare. Mecanismele care comand deschiderea i nchiderea orificiilor de admisie i evacuare pot fi: cu supape, cu sertare sau cu lumini. Ultimul tip se ntlnete la motoarele n doi timpi i nu are elemente de comand, aceasta fcndu-se prin intermediul pistonului. Totui se ntlnesc i motoare n doi timpi care utilizeaz distribuia mixt, prin supape i lumini. Sistemul cu distribuie prin sertare are o rspndire limitat, de regul fiind utilizat la unele motoare care echipeaz maini de curse. Distribuia prin supape este caracteristic motoarelor n patru timpi. Se ntlnesc urmtoarele tipuri: a) Cu dispunerea supapelor n bloc. S-au utilizat la m.a.s. de tip vechi. Are construcie simpl i reduce nlimea motorului, ns camera de ardere este mai puin compact i favorizeaz apariia detonaiilor i umplerea cilindrilor este deficitar (figura 18). b) Cu supapele n chiulas. Permit o form compact a camerei de ardere, rapoarte de compresie mai mari i o umplere i golire mai complet a cilindrilor. c) Cu dispunere mixt a supapelor (supapele de admisie n chiulas i supapele de evacuare n blocul motor. Se utilizeaz la motoarele cu turaie ridicat pentru autoturisme sport sau de curse. Prezint avantajul mririi seciunilor de trecere, ns impun complexitate constructiv ale elementelor motorului i prezint dificulti la reglaj. De regul sistemul de distribuie cu supape se compune din urmtoarele elemente: sistem de transmitere a micrii de la arborele cotit la axul cu came, arborele cu came care comand deschiderea i nchiderea supapelor prin intermediul tacheilor i tijelor mpingtoare. De aici micarea este preluat de ctre culbutorii fixai pe axul culbutorilor, care acioneaz supapele. Pentru meninerea supapei pe scaunul orificiului, aceasta este prevzut cu un arc care are i rolul de a permite meninerea supapei n cadrul sistemului de comand a micrii.

25

Fig. 18 Sistemul de distribuie cu supape cu arborele cu came n blocul motor 1-supap; 2-arc; 3-ax cu came; 4-cam; 5-tachet; 6-tije mpingtoare; 7-culbutor

Clasificarea sistemelor de distribuie cu supape: a) Dup amplasarea orificiilor de admisie i evacuare: - cu supape pe un rnd - cu supape pe dou rnduri. n acest caz se pot folosi doi arbori cu came. - cu trei supape: o supap de admisie i dou de evacuare, care asigur reducerea solicitrii termice i permite scderea temperaturii supapelor de evacuare; dou supape de admisie i una de evacuare, care permite o umplere mai bun a cilindrilor cu fluid proaspt. b) Dup dispunerea arborelui cu came: - cu arborele n bloc, care prezint avantajul unei construcii simple a mecanismului de antrenare, ns are mase ineriale mari n micare; - cu arborele pe chiulas. Se folosete la motoarele rapide i la motoarele care au mai multe supape pe cilindru. c c) Dup antrenarea arborelui cu came: - antrenare prin roi dinate. Cnd arborele cu came este n apropierea arborelui cotit, se utilizeaz dou pinioane, cel de pe arborele cu came avnd diametrul dublu fa de cel de pe arborele cotit. Dac arborele cu came este26

mai la distan de arborele cotit se pot utiliza trei sau mai multe pinioane. n acest caz acestea pot antrena i unele agregate auxiliare (pompa de ulei, pompa de injecie,etc.). Antrenarea prin roi dinate produce solicitri ale axelor i blocului motor i face posibil apariia vibraiilor (figura 19).

Fig. 19 Schem cinematic de antrenare la un motor cu aprindere prin scnteie n patru timpi 1-arbore cu came; 2-ventilator; 3-generator de curent; 4-pomp de ulei; 5-pomp de benzin; 6-ruptor distribuitor; 7-pomp de ap

- antrenare prin lan. Sunt simple, uoare, permit o bun amplasare a arborelui cu came i permit antrenarea simultan a mai multor agregate (pompa de injecie, alternatorul, etc). Prezint dezavantajul uzrii mai accelerate i ntinderii n timp a lanului. Acest ultim dezavantaj poate fi evitat prin folosirea de lanuri duble sau chiar triple, ori prin folosirea dispozitivelor de ntindere mecanic cu excentric. - antrenarea prin curea. Sunt foarte utilizate deoarece au mase mici n micare, funcionare silenioas i prezint simplitate la efectuarea lucrrilor de ntreinere i reglare.

27

Supapele sunt elementele care nchid i deschid orificiile de trecere a fluidului de lucru, n ordinea de funcionare a motorului. Dup natura fluidului cruia i permit trecerea supapele pot fi de admisie sau de evacuare. Supapa este format din taler i tije (figura 20). Racordarea celor dou pri se face cu o raz mare care evit concentratorii de presiune, asigur un transfer bun de cldur i reduce pierderile gazodinamice.

Fig. 20 Supapa ans. 1-taler; 2scaunul supapei; 3tije; 4buce de ghidare; 5arcuri; 6disc inferior; 7disc superior; 8elemente de siguran

Talerul supapei prezint dou pri distincte: capul supapei i suprafaa de aezare pe scaunul supapei. Forma capului supapei influeneaz masa supapei i micarea fluidului de lucru n interiorul cilindrului. De regul supapele se construiesc cu capul plat, ns se folosesc i supape de admisie cu talerul n form de lalea, pentru reducerea masei supapei sau cu talerul bombat pentru realizarea unei micri turbionare n camera de ardere.

28

Suprafaa de aezare a supapei pe scaun este tronconic pentru creterea seciunii de curgere a fluidului i pentru micorarea rezistenelor gazodinamice. De regul, unghiul de aezare pe scaun este de 45o pentru supapele de evacuare i de 300 (45o) pentru supapele de admisie. Tija supapei are form cilindric, avnd la partea superioar canale pentru elementele de fixare a arcului. Pentru eliminarea unei cantiti ct mai mare de cldur, tijele la unele supape de evacuare au la interior o cavitate n care se introduce sodiu. Prin lichefierea acestuia la temperatura de 97 oC intervine un transfer suplimentar de cldur prin convecie, asigurndu-se pe aceast cale evacuarea a 50 60 % din cldura primit de taler. Supapele sunt puternic solicitate termic, mecanic i la uzare. Fiind instalate n camera de ardere, supapele au un regim termic ridicat. Temperatura medie a supapelor este de 300 400 oC la supapele de admisie i de 500 900 oC la supapele de evacuare (la m.a.s. temperaturile sunt mai ridicate dect la m.a.c. nesupraalimentate). i din punct de vedere mecanic supapele sunt puternic solicitate datorit vitezelor foarte mari de deplasare pe timpul funcionrii care pot ajunge la 600 m/s. De asemenea supapele mai sunt solicitate la coroziune datorit regimului termic ridicat, care favorizeaz formarea de acizi i la uzare, att abraziv datorit particulelor mecanice dure antrenate de fluidul de lucru, ct i adeziv, datorit frecrii dintre tij i ghid, favorizat de dilatarea termic a tijei. Din aceste cauze, materialele din care se confecioneaz supapele trebuie s fie de calitate deosebit. Supapele de admisie se fabric din oel aliat cu Cr i Ni (tip 35CN45 pentru motoarele lente, respectiv austenitice pentru motoarele rapide), sau oeluri aliate cu Cr i Si care favorizeaz formarea la suprafa a unui strat de oxid care rezist la temperaturi nalte. Supapele de evacuare se cofecioneaz din oel refractar aliat cu Cr, Ni Si, Mo i W. La motoarele mari, pentru economie de material, dar i din considerente de rezisten, talerul care este supus la solicitri termice i de coroziune mari se execut din oel Cr-Si iar tija care este solicitat la uzare de adeziune se confecioneaz din oel Cr-Ni. mbinarea celor dou pri se face prin nfiletare sau sudare. Pentru mrirea rezistenei la uzarea produs prin oc, suprafaa de aezare a supapei pe scaun i captul superior al tijei se acoper cu un strat de 1,52,5 mm de stelit (aliaj dur de Co, Cr, W, Mo, Ni i Fe). Pentru a se evita griparea tijei i creterea rezistenei la uzare, aceasta se cromeaz sau29

se nitrureaz ajungndu-se la o duritate de 45-50 HRC. La tijele care nu au capul stelitat, pentru mrirea rezistenei la oc se folosesc pastile din materiale cu rezisten mecanic mare, care mbrac captul tijei. Relaii de calcul:

Fig. 21 Dimensiunile principale ale supapei

Dimensiunea caracteristic Diametrul mare al talerului ds Diametrul tijei Diametrul mic al talerului dt Lungimea sediului b Raza de racordare a talerului r Lungimea supapei l nlimea talerului t nlimea maxim de ridicare hmax Diametrul locaului siguranei dt1 Unghiul de aezare pe scaun

Supapa de admisie de evacuare (0,440,55)D (0,40,45)D (0,180,24)do (0,220,29)do (0,951)do (0,10,12)do (0,250,35)do (2,53,5)do (0,10,13)do (0,180,3)do (0,650,75)dt = 30o la motoarele rapide = 45o la motoarele de turaii mici i medii

30

do = 0,865 d1 (diametrul mare al talerului supapei) Buca de ghidare are rolul de a ghida tija supapei n micarea sa de translaie i de a transmite elementului n care este montat (chiulasa sau blocul motor) o parte din cldura primit de supap, contribuind astfel la rcirea ei. Buca se introduce n locaul ei prin presare. Pentru limitarea poziiei, n cazul presrii n chiulasele din aluminiu, buca este prevzut cu guler. O importan deosebit prezint jocul dintre ghid i tija supapei. Acesta trebuie s asigure o bun evacuare a cldurii, limitarea pierderilor de ulei concomitent cu pstrarea filmului de ulei la dilatare. Acest joc trebiue s fie de 2050 m n cazul supapelor de admisie i de 5070 m la supapele de evacuare. Ungerea n interiorul bucei se face prin cea de ulei i barbotare. Pentru favorizarea ungerii unele supape au la partea superioar o degajare care joac rolul de rezervor de ulei. Pentru a se limita scurgerea uleiului n cilindri pe lng tija supapei, unele buci de ghidare, n special la supapele de admisie ale motoarelor m.a.c. nesupraalimentate, au prevzut la partea inferioar un manon. Aceast soluie prezint dezavantajul diminurii transferului de cldur n zona tijei supapei. Doarece n zona bucilor de ghidare se evacueaz o mare cantitate de cldur, exteriorul bucei este scldat cu lichid de rcire din abunden. Materialul din care este confecionat buca de ghidare trebuie s aib o bun rezisten la uzare la temperaturi nalte, caliti antifriciune, bun conductibilitate termic i s permit aderarea filmului de ulei. n general se utilizeaz fonte refractare, bronzuri refractare, bronzuri de aluminiu sau bronzuri fosforoase. Scaunul supapei servete ca loca de aezare a supapei cnd aceasta nchide orificiile de trecere a fluidului de lucru. Pentru supapa de admisie scaunul se poate practica direct n bloc sau n chiulas, n cazul n cazul n care acestea sunt confecionate din font, dar pentru supapele de evacuare i supapele montate n elemente din aliaj de aluminiu, acestea se confecioneaz prin inele care se introduc prin presare (mai rar prin nfiletare). La montare, concentricitatea dintre ghidul supapei i scaunul supapei trebuiesc riguros respectate pentru a se evita deformarea scaunului i supratensionrile, asigurndu-se astfel meninerea corect a supapei pe scaun. Strngerea la montare pentru diametrul exterior este de 0,019 mm la chiulasa din font i de 0,025 mm la chiulasele din aliaj de aluminiu.

31

Deoarece materialele din care sunt confecionate scaunele de supap trebuie s aib o bun rezisten mecanic, la uzare i la coroziune i s i pstreze duritatea la temperaturi ridicate, pentru confecionarea lor se utilizeaz font refractar, oel refractar aliat cu W, Cr, Mo sau bronz de aluminiu. Pentru asigurarea unei duriti ridicate, pe suprafaa scaunului se depune un strat de stelit. Arcurile supapei au rolul de a menine supapa pe scaun pe timpul nchiderii orificiilor, de a menine contactul cu elementul de comand (tachet sau culbutor) i de a prelua forele de inerie ce ar putea perturba acest contact. Pentru motoarele de putere mic se utilizeaz cte un arc pentru fiecare supap. La motoarele de puteri mari, cu supapele n chiulas, se utilizeaz cte dou sau trei arcuri concentrice cu nfurare opus. Acestea mresc sigurana n funcionare i elimin fenomenul de rezonan. Pentru uniformizarea uzurii scaunului i a supapei, se prevd dispozitive speciale pentru rotirea supapei pe timpul funcionrii (figura 22). Acest dispozitiv are un disc cu canale n care se monteaz bile i arcuri.

Fig. 22 Dispozitiv pentru rotirea supapelor 1-disc; 2-canale, 3-bile; 4-arcuri; 5-arcul supapei; 6-disc; 7-disc inelar elastic

Profilul fundului canalului are dou canaluri nclinate n pant invers. Arcul supapei se sprijin pe un disc, iar ntre discurile 1 i 6 se introduce un disc elastic inelar. Cnd se acioneaz asupra supapei, fora arcului de32

supap se transmite arcului-disc, care oblig bilele s se deplaseze n canale. Pe planul nclinat apare o component a forei care produce rotirea supapei. Cnd supapa nu mai este acionat, dispozitivul revine n stare iniial sub aciunea arcurilor. Viteza de rotaie a supapei crete cu frecvena acionrii ei, direct proporional cu turaia motorului, n condiiile meninerii constante a elasticitii arcului-disc. Arcurile de supap se monteaz cu un capt pe chiulas i cu cellalt capt pe discul conic i este asigurat cu un manon conic. Lund n considerare importana arcurilor de supap i solicitrile la care acestea sunt supuse, acestea se confecioneaz din oel aliat cu Cr, V, Ni i Mn. Materialul, sub form de srm cu diametrul de 36 mm se nfoar sub form de spiral cilindric cu 714 spire. Pentru evitarea dezaxrii arcurilor i a fenomenului de rezonan se folosesc arcuri cu spirele extreme mai apropiate i polizate sau arcuri cu form tronconic. Elementele de siguran ale supapelor mpiedic supapele s cad n cilindru. Sunt formate din doi-trei elemeni conici care se monteaz n canalul existent n tija supapei, asigurnd prin comprimarea iniial a arcului supapei fixarea acesteia. Se confecineaz din oeluri cu coninut redus sau mediu de carbon, iar la motoarele de putere mare, din oel aliat cu Ni i Cr. Arborele (axul) cu came comand fazele de distribuie ale motorului (momentul deschiderii i nchiderii supapelor i durata deschiderii lor) i, n funcie de tipul motorului, acioneaz i alte agregate auxiliare: pompa de ulei, pompa de combustibil, distribuitorul de aprindere, etc. Arborele cu came se monteaz n carterul superior sau pe chiulasa motorului. n primul caz, mecanismul de antrenare este simplu, ns complic instalaia i presupune mase ineriale mari. A doua soluie constructiv reduce masele ineriale i numrul componentelor sistemului, dar presupune un mecanism de antrenare a arborelui cu came mai complicat. n funcie de tipul motorului pot exista 1, 2 sau mai muli arbori cu came. Arborii cu came au n compunerea lor fusuri de reazem, came, roi dinate i excentric pentru antrenarea sa de ctre arborele cotit al motorului sau pentru antrenarea unor agregate auxiliare (pomp de ulei, distribuitor de aprindere, pomp de combustibil,etc.), aa cum se evideniaz n figura 14. n general numrul de came este egal cu numrul de supape, dar n cazul motoarelor cu mai multe supape, cte dou supape de acelai tip pot fi acionate de ctre o singur cam. nlimea i profilul camelor sunt determinate astfel nct s asigure deschiderea i nchiderea supapelor n momentele optime i deasemenea seciunea necesar pentru trecerea fluidului de lucru.33

Profilul camei trebuie s asigure deplasarea fr ocuri a supapei la deschiderea i nchiderea orificiului de trecere. Forma special a profilului camei se realizeaz folosind procedee de strunjire prin copiere.

Fig. 23 Arborele cu came 1-fus palier; 2-cam;

Numrul fusurilor paliere este n funcie de numrul de cilindri ai motorului, de regul fiind prevzut un fus dup doi cilindri. Montarea arborilor cu came n carterul superior al motorului se face prin intermediul unor buce antifriciune (din aluminiu sau oel cu material antifriciune pe baz de Bz-Pb sau Bz-Sn) presate n locauri. Pentru a se asigura coaxialitatea locaurilor pentru montarea axului cu came, acestea se confecioneaz cu o singur scul achietoare. n vederea uurrii montajului, uneori, diametrele fusurilor se micoreaz de la captul din fa ctre captul din spate. Ungerea se face cu uleiul ajuns prin canale practicate n pereii carterului n zonele respective. n cazul montrii arborilor cu came pe chiulas se folosesc supori din font sau aluminiu, prevzui cu capace care se asambleaz dup montarea arborelui i cuzinei din bronz sau prevzui cu material antifriciune. n aceast situaie ungerea lagrelor se face cu ulei adus prin canalizaii sau conducte la unul din fusurile paliere, de ude trece la celelalte paliere prin canale practicate n interiorul arborelui. Pentru evitarea deplasrii sub aciunea forelor axiale, la motoarele cu arborele cu came n carter, fixarea se realizeaz cu ajutorul unei flane i a unei buce distaniere, sau cu un urub de reglare. La arborii montai pe chiulas fixarea se asigur prin flane care se sprijin pe feele laterale ale unui palier. Arborii cu came sunt supui la solicitri de ncovoiere i torsiune. Totodat, datorit presiunlor specifice ridicate dintre cam i tachet, vrfurile camelor sunt supuse unui proces intens de uzare. Arborii cu came se fabric prin matriare din oel carbon de calitate sau oel uor aliat cu Cr iMo, sau prin turnare din font cu grafit nodular34

sau aliat cu Cr, Mo, V . Suprafeele supuse la uzare (camele i fusurile) se durific prin clire CIF sau cementare pentru a ajunge la o duritate de 55 65 HRC. Relaii de calcul: Dimeniunea Valori caracteristic Diametrul arborelui cu came da (0,250,3)D Diametrul fusurilor arborelui cu came df df > dc + 2hc max Limea fusurilor arborelui cu came bf (0,40,79df Limea camelor bc (0,40,6)do dc diametrul primitiv al camei; hc max nlimea maxim de ridicare a tachetului; do diametrul galeriei de admisie. Tachetul preia micarea de la arborele cu came i o transmite supapei, direct sau prin intermediul tijelor mpingtoare i culbutorilor. La blocurile din font el culiseaz direct n bloc, iar la blocurile din aliaj de aluminiu culiseaz ntr-o buce de ghidare. Suprafaa tachetului care este n contact cu cama poate fi plan, sferic sau cu rol (figura 24). Tachetul cu rol, dei asigur reducerea gradului de uzare a camei, este mai rar utilizat (de regul la m.a.c. cu cilindree unitar mare), datorit complicaiei constructive i masei mai mare. Pentru reducerea masei, tachetul se execut gol la interior, iar la motoarele rapide se practic uneori i degajri n perete. La sistemele de distribuie a gazelor cu tije mpingtoare, n partea interioar a tacheilor se prevd locae sferice pentru sprijinirea acestora. Pentru asigurarea ungerii, aceste locauri se execut cu o raz mai mare dect captul tijei. Rotirea tachetului pe timpul funcionrii se realizeaz prin executarea sferic a suprafeei de contact a capului i conic a feei camei, sau prin dezaxarea axei tachetului cu 25 mm fa de axa camei. Tacheii hidraulici (figura 25), asigur reducerea uzurii camei i a tachetului i micoreaz zgomotul produs n timpul funcionrii. Sub aciunea arcului, pistonul este meninut apsat pe tija supapei sau pe tija mpingtoare. n momentul n care tachetul este acionat de ctre cam, el se ridic antrennd i cilindrul de lucru determinnd creterea presiunii, ceea ce duce la aezarea supapei pe scaun nchiznd comunicarea dintre canalul de ungere i interiorul tachetului. n acest fel efortul de la cam ctre elementul acionat (tija supapei sau tija mpingtoare) se transmite prin intermediul uleiului. La schimbarea poziiei camei, aceasta nu35

Fig. 24 Tipuri de tachei a-cu cap plan; b,c- cu cap sferic; d-cu rol

mai acioneaz tachetul, presiunea scade i bila permite trecerea uleiului pe sub pistona, asigurnd aezarea permanent a tachetului pe cam. Dac mecanismul de acionare de deasupra tachetului se uzeaz sau apar dilatri, se modific nlimea stratului de ulei printr-un transfer suplimentar de ulei din sistemul de ungere al motorului. Pistonaul sprijinindu-se tot timpul pe tije, transmite micarea mai departe, nemaifiind necesare reglaje ale jocului termic. La tacheii cu aciune mecanic ungerea se face prin barbotaj sau prin canale speciale. Fiind puternic solicitai la uzare, tacheii se confecioneaz din oel aliat de cementare sau din oel de mbuntire care se clete superficial prin inducie (CIF). Se ntlnesc i tachei fabricai din font, avnd suprafaa de contact a capului i feele laterale din font alb cu duritate ridicat.36

Fig. 25 Tachet hidraulic 1-corp tachet; 2-cilindru; 3-piston plonjor; 4-supap cu bil; 5-arc; 6-tije; 7-canal de ungere.

Relaii de calcul: Dimensiunea Valori caracteristic Lungimea tachetului lT (1,251,9)do Diametrul exterior dT (0,60,85)do (1,53)mm Grossimea peretelui T Diametrul capului 0,7do (rolei) dr Limea rolei br 0,35do do = 0,865 d1 (diametrul mare al talerului supapei) Tijele mpingtoare (tijele culbutorilor) realizeaz transmiterea micrii de la tachet la culbutori pentru motoarele care au arborele cu came plasat n carter i supapele n chiulas.

37

Deoarece pe timpul funcionrii, pendularea culbutorului provoac oscilaia tijei mpingtoare n jurul unei poziii, este necesar realizarea unor articulii sferice la capetele ei. Tijele culbutorilor trebuie s ndeplineasc dou cerine opuse: mas redus i rezisten la flambaj. Pentru satisfacerea lor este necesar utilizarea unor materiale cu caracteristici mecanice ridicate. Tijele mpingtoare se confecioneaz din eav din oel sau duraluminiu. La un capt sunt prevzute cu un clci sferic cu care se aeaz pe tachet, iar la cellalt capt cu un loca sferic pentru urubul de reglaj al culbutorului. Aceste zone fiind intens supuse la uzare, se trateaz termic pentru a se asigura o duritate ridicat (5060 HRC) i se lustruiesc pentru a diminua frecrile. Culbutorii sunt prghii care servesc pentru acionarea supapelor la motoarele care au tije mpingtoare. Culbutorul oscileaz n jurul unei axe i modific sensul micrii comandate de cam. Un capt al culbutorului se execut sferic sau cu rol, iar cellalt are urub pentru reglarea jocurilor termice i compensarea uzurilor care apar pe timpul funcionrii. Braele culbutorului sunt inegale, cel mai mic fiind cel care acioneaz supapa n vederea reducerii acceleraiilor imprimate de cam. Jocul termic permite compensarea dilatrilor elementelor sistemului de acionare a supapelor. Deoarece valorile jocului termic depind de dimensiunile i construcia sistemului de distribuie, de regimul motorului, de sistemul de rcire, de materialele folosite, ele se determin experimental de ctre uzina constructoare i au valori ntre 0,050,5 mm, fiind mai mari n cazul supapelor de evacuare. Culbutorii se monteaz prin intermediul unor buci din bronz sau rulmeni pe un ax comun pentru toi culbutorii, numit axul culbutorilor. Acesta este montat pe chiulasa motorului pe nite supori. ntre culbutori exist arcuri spirale la distane determinate. Acesta este gol la interior i prezint orificii pentru trecerea uleiului spre suprafeele de lucru dintre el i culbutor. Pentru a se asigura ungerea suprafeei de lucru dintre tija mpingtoare i culbutor, braul scurt al culbutorului i urubul de reglaj au prevzute canale pentru trecerea uleiului. Culbutorii se confecioneaz prin turnare din oel OT 60, prin matriare din oel de calitate OLC 45X sau din oel aliat cu Cr sau Mo i prin tanare din tabl de oel. Ultima variant se utilizeaz la motoarele rapide, deoarece au o form simpl i rigiditate satisfctoare. Suprafeele de lucru ale extremitilor culbutorului sunt tratate termic pentru a se obine o duritate ridicat (5060 HRC).38

Axul culbutorului se confecioneaz din mbuntire. Relaii de calcul: Dimensiunea caracteristic Raportul braelor culbutorului ls/lT Diametrul interior al bucei culbutorului dic

eav de oel pentru Valori 1,21,8 (0,470,6)do

- do = 0,865 d1 (diametrul mare al talerului supapei); - lT,ls au valori n funcie de amplasarea tijelor culbutorilor i tijelor supapelor. b) Sistemul de alimentare cu combustibil are rolul de a asigura pstrarea, transportul i introducerea n cilindri a combustibilului necesar arderii. 1) Sistemul de alimentare cu combustibil al motoarelor cu aprindere prin scnteie se caracterizeaz prin faptul c amestecul aer-combustibil se realizeaz n afara cilindrilor de lucru i, dup introducerea n camera de ardere se produce aprinderea lui cu ajutorul unei scntei electrice produs de o bujie. Acest tip de sistem de alimentare se compune din: rezervor de combustibil, pomp de alimentare, filtre de combustibil, conducte de legtur i carburator (figura 26). Rezervorul de combustibil servete pentru nmagazinarea rezervei de combustibil necesar funcionrii motorului. El este prevzut cu indicator de nivel, sorb cu sit i gur de umplere cu sit i buon. Buonul trebuie s se nchid etan, dar n acelai timp trebuie s asigure legtura cu atmosfera n scopul compensrii depresiunii ce apare concomitent cu consumul de combustibil dar i a presiunii create prin vaporizarea combustibilului. Acest lucru se realizeaz cu ajutorul a dou supape nglobate n buon. Prima se deschide la o depresiune de 0,010,03 bar i cealalt la o suprapresiune de 0,10,2 bar. La unele rezervoare de capacitate mare, n interior se practic perei antival, care atenueaz efectul de izbire al combustibilului n micare. Rezervorul se confecioneaz din tabl zincat ori lcuit la interior, cu grosimea de 0,51,5 mm, sau din fibr de sticl.

39

Fig. 26 Compunerea instalaiei de alimentare a motoarelor cu aprindere prin scnteie 1-filtru de aer; 2-priz de aer; 3-clapet de admisie; 4-colector de admisie; 5-rezervor; 6filtru; 7-arbore cu came; 8-pomp; 9-carburator

Pompa de alimentare are rolul de a asigura debitul necesar funcionrii motorului, n funcie de regimul de funcionare al acestuia. Deoarece filtrele de combustibil la aceste motoare sunt simple i au rezistene hidrodinamice mici, presiunea de refulare necesar este de 0,10,3 bar, ceea ce permite utilizarea unor pompe cu membran elastic. Pompa de alimentare trebuie s asigure o cantitate de combustibil de 35 ori mai mare dect consumul orar pentru a asigura un debit uniform. Dup modul de acionare, pompele de benzin pot fi: cu acionare mecanic (cu membran), cu acionare electric (electromagnetic) sau cu acionare vacuumatic (la motoarele n doi timpi). La pompele cu acionare mecanic cu membran, debitul de combustibil se regleaz automat n funcie de consum, presiunea de refulare rmnnd constant. Totui aceste pompe prezint o serie de dezavantaje: - necesitatea montrii pompei pe motor conduce la complicaii constructive i la pericolul apariiei incendiilor;

40

- necesitatea amorsrii manuale a pompei la pornire. n cazul pompelor cu acionare electromagnetic, micarea membranei este comandat de ctre un electromagnet a crui frecven de acionare depinde de variaia consumului de combustibil. La pompele cu acionare prin vacuum, micarea membranei este comandat de presiunile, respectiv depresiunile existente n carterul motorului n doi timpi. Pompele de alimentare centrifugale, cu acionare electric se monteaz direct n rezervorul de combustibil, avnd partea inferioar permanent n imersie. Aceste pompe prezint dezavantajul preului de cost ridicat, ceea ce le limiteaz utilizarea la motoarele de cilindree mare i la motoarele performante. Filtrele de benzin asigur reinerea impuritilor mecanice i a apei din combustibil. Sistemul de alimentare al motoarelor cu aprindere prin scnteie neavnd piese n micare cu jocuri de asamblare mici, nu necesit o filtrare foarte sever. Se utilizeaz filtre brute din sit de srm, amplasate naintea pompei de combustibil i filre de filtrare fin din site se mtase sau metalice, amplasate n diferite puncte ale instalaiei (dup pompa de benzin, la intrarea n carburator, etc.). Conductele de alimentare sunt conducte de joas presiune cu diametrul interior de 68 mm. Legtura dintre conducta de pe asiu i elementele instalaiei de alimentare amplasate pe motor se face prin racoarde flexibile din cauciuc sau material plastic rezistent la aciunea combustibilului. n scopul evitrii deteriorrii lor prin frecare, n zona de contact cu alte piese, conductele de combustibil se protejeaz cu manoane. Conductele de benzin se confecioneaz din alam, cupru sau oel, n ultimul caz fiind protejate mpotriva coroziunii. Carburatorul este piesa de baz a acestui sistem i trebuie s ndeplineasc o serie de cerine: - posibilitatea schimbrii rapide a regimului de funcionare; - stabilitate n funcionare; - simplitatea lucrrilor de mentenan; - greutate i gabarit mic; - rezistene mici hidro i gazodinamice. Carburatorul are urmtoarele roluri: - dozeaz combustibilul i aerul n raport cu sarcina i turaia motorului;

41

- asigur pulverizarea, vaporizarea i amestecarea parial a combustibilului cu aerul; - asigur pornirea sigur a motorului la orice temperatur; - permite reglarea dozajului n concordan cu modificarea strii tehnice a motorului i cu schimbarea anotimpului. Pentru realizarea acestor sarcini, carburatorul se compune dintr-o parte fundamental numit carburator elementar i un numr de dispozitive auxiliare care regleaz consumul de combustibil pe timpul funcionrii motorului n diferite regimuri (sarcini mici mijlocii sau mari, mers n gol, mers accelerat, pornire la rece, etc). n figura 27 este prezentat compunerea unui carburator elementar.

Fig 27 Schema carburatorului elementar 1-difuzor; 2-camer de amestec; 3-clapet obturator; 4-tub portjiclor; 5-jiclor de combustibil 6-camer de nivel constant; 7-plutitor; 8-supap ac; 9-scaunul supapei; 10-orificiu de alimentare cu combustibil;11-orificiu de comunicare cu atmosfera.

Camera de nivel constant constituie rezervorul de combustibil al carburatorului. Camera de amestec asigur amestecarea parial a combustibilului cu aerul. Ea se compune din difuzor care pune n micare coloana de combustibil i declaneaz pulverizarea combustibilului i din clapeta obturatoare care regleaz cantitatea de combustibil. n prezent exist tendina nlocuirii acestui tip de alimentare prin folosirea injeciei de benzin, care se poate realiza continuu n galeria de admisie sau, mai nou direct n cilindru, n ambele situaii procesul fiind comandat i controlat electronic. Aceste procedee asigur o serie de avantaje fa de folosirea sistemelor clasice cu carburator:42

- reducerea apreciabil a consumului de combustibil; - reducerea emisiilor nocive n atmosfer; - siguran n funcionare; - simplitate constructiv prin eliminarea carburatorului; - precizie de dozare a combustibilului n aer. n figura 28 este prezentat sistemul de alimentare prin injecie continu de benzin K-Jetronic.

Fig. 28 Schema instalaiei de alimentare prin injecie continu de benzin 1-dozator-distribuitor; 2-piston-sertar; 3-platou-sond; 4-punct de articulaie; 5-mas de echilibrare; 6-regulatorul presiunii de alimentare; 7-dispozitiv pentru comanda debitului auxiliar de aer pentru pornire; 8-conduct de aer pentru pornire, 9-injector pentru pornirea motorului rece;10-injector pentru pornirea motorului la rece; 11-termocuplu; 12-contactor pentru platoul-sond; 13-acumulator 14-rezervor; 15-filtre; 16-dispozitiv de corecie a presiunii; 17- conduct de refulare;

Dozatorul DD dozeaz combustibilul n raport cu sarcina i turaia motorului i-l distribuie injectoarelor. Injecia are loc pentru fiecare cilindru n parte , n zona supapei de admisie. Sub aciunea presiunii dinamice, platoul43

PS produce o reducere a gradului de umplere n regimul vrfului de putere. Dispozitivul RPC asigur corecia dozajului n funcie de sarcin. Dispozitivul DAA controleaz debitul auxiliar de aer pentru pornire. 2. Sistemul de alimentare cu combustibil al motoarelor cu aprindere prin compresie (figura 29) se bazeaz pe introducerea n cilindrii de lucru a aerului proaspt i, dup comprimarea lui, injectarea n camera de ardere a combustibilului sub presiune. Acest sistem se compune din dou pri: partea de joas presiune i partea de nalt presiune (sistemul de injecie).

Fig. 29 Schema instalaiei de alimentare a motorului cu aprindere prin compresie 1-rezervor de combustibil; 2-conduct de colectare; 3-injector; 4-conduct de nalt presiune; 5-filtru de filtrare brut; 6-filtru de filtrare fin; 7-conduct de joas presiune; 8- pompa de alimentare; 9-supap de suprapresiune

Partea de nalt presiune are urmtoarele funciuni: - dozeaz cantitatea de combustibil pe ciclu n funcie de ncrcarea motorului; - creeaz presiune ridicat n injector (1001000 daN/cm2 ), necesar pulerizrii;

44

- pulverizeaz combustibilul i asigur distribuia n camera de ardere, potrivit cerinelor de formare a amestecului; - declaneaz injecia combustibilului la un moment determinat pe ciclu, asigur o durat a injeciei limitat i injecteaz combustibilul dup o lege impus (caracteristica optim de injecie); - asigur aceeai doz de combustibil la toi cilindrii. Partea de nalt presiune este alctuit din pompa de injecie, injectoare i conducte de nalt presiune. Pompa de injecie asigur ridicarea presiunii n sistem la valori de sute de atmosfere, care s permit realizarea unei pulverizri ct mai fine a combustibilului n cilindri. Elementele pompei de injecie pot fi de dou tipuri: cu toate pompele care alimenteaz cilindrii ntr-un corp comun (bloc pomp injecie) sau, n ansamblu comun cu injectorul (element pompinjector) montat n chiulas separat pentru fiecare cilindru. n cazul bloculuipomp de injecie (figura 30), este obligatorie existena conductelor de nalt presiune care trimit combustibilul sub presiune de la pompa de injecie la injectoare.

Fig 30 Bloc pomp injecie 1-bloc (carter); 2-element pomp de injecie; 3-alimentarea cu combustibil; 4arbore de antrenare; 5-regulator de debit; 6-cremalier

Injectoarele au rolul de a asigura pulverizarea i distribuia combustibilului n cilindri. Injectoarele pot fi comandate hidraulic (cele mai rspndite), electric sau mecanic. Dac orificiul de pulverizare este controlat

45

de un ac sau de o supap, injectorul este nchis (figura 31), n caz contrar este injector deschis.

Fig. 31 Injector nchis cu comand hidraulic 1-corp; 2-pulverizator; 3-piuli de fixare; 4-ac; 5-tije; 6-arc; 7-urub de reglare; 8-piuli; 9-contrapiuli; 10,11-discuri; 12-capac; 13,15-garnituri; 14-filtru; 16,18-canale; 17-racord; 18-canal; 19-tift; 20-camera pulverizatorului; 21-racord

Partea de joas presiune asigur o cantitate de combustibil de 1530 de ori mai mare dect consumul necesar funcionrii sistemului de injecie i se compune din: pomp de alimentare cu combustibil, filtre de combustibil, supap de siguran, conducte de joas presiune i rezervorul de combustibil. Pompele de combustibil au acelai rol ca i la m.a.s., dar fa de acestea prezint o serie de particulariti: - deoarece este necesar nvingerea rezistenei unui numr mai mare de filtre, cu un grad de filtrare mult mai pretenios, presiunea de refulare trebuie s fie de 1,52,5 daN/cm2, care poate fi realizat numai de pompe cu piston, cu roi dinate sau cu palete;

46

- volumul de combustibil debitat trebuie s fie de cteva ori mai mare dect la m.a.s., datorit particularitilor de funcionare ale pompei de injecie i injectoarelor. De remarcat faptul c la pompele cu roi dinate sau cu palete se monteaz supape de suprapresiune care deviaz o parte din combustibilul refulat n cazul creterii presiunii. Filtrele de combustibil trebuie s asigure reinerea impuritilor mecanice cu dimensiuni mai mari de 23 m pentru a se putea asigura buna funcionare a elementelor pompei de injecie i injectoarelor. n instalaia de alimentare a m.a.c. ntlnim urmtoarele tipuri de filtre de combustibil: --filtrele de epurare prealabil, care de regul sunt sita de la gura de umplere i sita sorbului; - filtre de epurare brut, montate dup pompa de alimentare cu combustibil. De regul se confecioneaz din sit de srm, discuri cu interstiii, fire de srm, benzi, psl artificial, estur de bumbac, etc.. Aceste filtre rein impuritile cu dimensiuni mai mari de 50150 m, - filtre de epurare preventiv, care se monteaz naintea sistemului de nalt presiune; - filtre de epurare fin. Acestea au elementul filtrant din fire de bumbac, psl, vat de zgur, hrtie de filtrare pliat, etc.. Ele rein impuritile cu dimensiuni mai mari de 27 m (figura 32).

Fig. 32 Filtru pentru motorin n dou trepte I-filtru de epurare brut; II- filtru de epurare fin47

1-element de filtrare din fetru; 2-canal de admisie; 3-corpul treptei I; 4-capac comun; 5-corpul treptei II; 6-element de filtrare din hrtie; 7-canal de refulare

n tabelul 4 sunt prezentate influenele diferitelor tipuri de filtre asupra durabilitii sistemului de injecie, iar n tabelul 5 sunt prezentate caracteristicile principale ale unor elemente de filtrare. Tab.4 Influena filtrului de epurare fin asupra durabilitii sistemului de injecie Materialul elementului de filtrare Fr filtru Filtru cu estur de bumbac Filtru cu psl Filtru cu hrtie Filtru cu hrtie special Pragul de filtrare [ m] 21 16 11 2,5 Durata relativ de funcionare 1,0 1,5 2,1 3,6 9,1 Tab5 Caracteristicile principale ale unor elemente de filtrare Tipul filtrului Brut Brut Preventiv Fin Fin Fin Fin Elementul de filtrare Discuri Fire de srm Metaloceramic Fire de bumbac Psl Vat de zgur Hrtie gofrat Viteza de filtrare [m/s] 3,54 0,36 0,9 2,72 0,22 Coeficientul de epurare pentru dp