curs pcmai

CURS PCMAIDR.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 SI TRACTOARE (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 ARDERE INTERNA.PROCESE, Ed.MatrixRom, Bucuresti, 1995.


• Cele mai utilizate motoare pentru actionarea autovehiculelor si tractoarelor sunt motoarele termice cu piston. Prin motor termic cu piston se intelege motorul cu ardere interna cu piston aflat in miscare alternativa.

• Un motor cu ardere interna (MAI) este definit ca fiind un motor care transforma energia chimica a combustibilului in lucru mecanic, lucru mecanic disponibil la arborele cotit.

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

PROCESELE MAI SI DIAGRAMA INDICATA


In conditiile actuale, in care se pune tot mai acutproblema folosirii rationale a combustibilului laaprecierea unui motor intereseaza principalii indicide economicitate:• Randamentul efectiv (tine seama de pierderile

termice si mecanice ale motorului);• Consumul specific efectiv de combustibil

(consumul de combustibil necesar producerii unei unitati de energie, in g/kWh)

Indicii de economicitate reflecta si gradul deperfectionare a unui motor.


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

functioneaza, costul motorului, durabilitatea motorului, cheltuielile de exploatare si reparatie a motorului);

• Indici constructivi (compactitatea, puterea volumica sau litrica, masa volumica sau litrica, masa pe unitatea de putere);

• Indicii de exploatare (siguranta in functionare, deservirea usoara, silentiozitatea, mersul linistit si fara trepidatii, pornirea usoara, adaptabilitatea la tractiune)


• Eficienta economica a motorului trebuie apreciata in complexitatea ei astfel ca chiar daca prin perfectionarile aduse motorului poate creste pretul de cost acestea conduc la scaderea cheltuielilor de exploatare, intretinere etc.


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

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

• Motor cu cap de aprindere (cu cap incandescent) – aprinderea are loc datorita comprimarii incarcaturii proaspete si datorita temperaturii locale a unui perete cald)

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


2. Dupa starea combustibilului• Motor cu combustibil lichid• Motor cu gaz – combustibili sub forma gazoasa• Motor policarburant – motorul poate utiliza

combustibili cu diferite proprietati de aprindere• Motor cu gaz si injectie pilot lichida –

combustibilul principal este gazos iar combustibilul lichid este utilizat doar pentru aprindere


3.Dupa procedeul de formare a amestecului• MAS cu carburator – amestecul aer+combustibil se

realizeaza in afara cilindrilor in carburator• MAS cu injectie de benzina – combustibilul este

injectat fie in tubulatura de admisie a aerului fie direct in cilindru

• MAC cu injectie de motorina – aerul este admis si comprimat in cilindru iar combustibilul este injectat in cilindru la sfarsitul procesului de comprimare

• Motor cu amestecator (motor cu gaz) – amestecul aer+gaz se realizeaza in exteriorul cilindrului in echipamentul de amestecare (amestecator).


4.Dupa ciclul motor• Motor in patru (4) timpi – ciclul de lucru se

realizeaza la patru curse succesive ale pistonului sau la doua rotatii complete ale arborelui cotit

• Motorul in doi (2) timpi – ciclul de lucru se realizeaza la doua curse succesive ale pistonului sau la o rotatie completa a arborelui cotit


5.Dupa procedeul de racire• Motor racit cu aer – cilindrii si chiulasa sunt

racite cu aer• Motor racit cu lichid – cilindrii si chiulasa sunt

racite 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 ele fluidul de lucru

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

• Motor cu pistoane libere – pistoanele nu sunt legate mecanic intre ele si nu se transmite putere la arborele motor. Puterea se transmite sub forma de gaz cald.


7.Dupa dispunerea cilindrilor• Motor vertical – cilindrii sunt situati deasupra

arborelui cotit• Motor orizontal – cilindrii sunt situati in acelasi

plan cu arborele cotit• Motor inversat – cilindrii sunt situati sub arborele

cotit• Motor in linie – cilindrii sunt dispusi pe un singur

rand• Motor in V – cilindrii sunt dispusi pe doua linii in

V, pe un singur arbore cotit


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

• Motor inclinat – axele cilindrilor sunt inclinate fata de un plan vertical

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

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

• Motor in H – motor cu doi arbori cotiti, cu patru randuri de cilindrii dispusi in doua planuri paralele


• 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 pistonului

corespunde volumului minim al fluidului motor in cilindru)

• pmi – punct mort inferior (pozitia pistonului corespunde volumului maxim al fluidului motor in cilindru)

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

• Alezajul (D) in mm este diametrul cilindrului.


• Cilindreea unitara (Vs) – volumul descris de piston intr-o cursa iar cilindreea totala (Vt) este suma acestor volume pentru cei (i) cilindrii ai motorului.


• Raportul de compresie (ε) – definit ca fiind raportul dintre volumul maxim ocupat de fluidul motor (Va) si volumul minim (Vc).


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


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

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


• Turatia si sarcina motorului definesc regimul de functionare al unui motor.

• Sarcina – este puterea dezvoltata de motor si preluata (consumata) de autovehicul la un moment dat. Sarcina se regleaza prin intermediul pedalei de acceleratie.

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

• Aprecierea valorii sarcinii se realizeaza prin intermediul coeficientului de sarcina (χ), coeficient care reprezinta raportul dintre puterea efectiva (Pe) si puterea efectiva continua (Pec) a motorului pentru o turatie data.


• Puterea efectiva continua (Pec) este valoarea maxima a puterii ce poate fi dezvoltata de motor in mod continuu, la o turatie data, fara modificarea indicilor motorului si fara aparitia unor uzuri anormale.


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

• Sarcina corespunzatoare Pec (χ =1) se numeste sarcina plina, cea corespunzatoare Pei (χ =1,1) sarcina totala iar cea corespunzatoare mersului in gol Pe=0 (χ =0) sarcina nula. Intre sarcina nula si sarcina plina (0< χ<1) este domeniul sarcinilor partiale iar intre sarcina plina si sarcina totala este domeniul suprasarcinilor.


• Calitatea amestecului (proportia dintre combustibil si aer) se numeste dozaj si se exprima prin intermediul coeficientului de dozaj (d).

• ,unde Cc este cantitatea de combustibil din amestec 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 cea minima necesara pentru arderea completa a combustibilului dozajul se numeste teoretic sau stoichiometric.

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


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

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

Coeficientul de exces de aer in cazul motoarelor 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 se realizeaza prin intermediul randamentului mecanic (ηm)


• PARAMETRII FUNCTIONALI• Precizarea regimului functional al unui motor

reclama determinarea si indicarea simultana a doi parametrii turatia si sarcina.

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


• Se defineste presiunea medie indicata (pi) ca fiind raportul dintre lucrul mecanic indicat si volumul cilindrului motorului

• Cu ajutorul pi se pot compara motoarele intre ele. Cel mai bun motor va fi cel care realizeaza o presiune 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 produsa la nivelul cilindrului motorului iar puterea furnizata utilizatorului (puterea efectiva Pe este mai mica) datorita consumurilor interna ale motorului (pentru evacuarea gazelor arse si admisia incarcaturii proaspete, invingerea frecarilor, antrenarea mecanismelor auxiliare etc.). Raportul dintre cele doua puteri apreciaza gradul de perfectiune al constructiei motorului si se 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 calitatea

procesului de transformare a caldurii in lucru mecanic 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 prin valoarea consumului specific de combustibil, definit ca si raportul dintre consumul orar de combustibil (Ch) si puterea efectiva corespunzatoare (Pe).

• (g/kWh)


• INDICII DE PERFORMANTA• Apreciaza gradul de fortare al motorului sau de

compactitate constructiva a lui.• Puterea litrica (PL) – raportul dintre puterea

efectiva maxima si cilindreea totala a motorului

• (kW/litru)


0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Cilindreea totala Vt [cm3]

Pute

rea

max

ima

Pmax

[kW

]

30 kW/dm3

40 kW/dm3

50 kW/dm3

PL


1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 20200

10

20

30

40

50

60

70

Series1; 0.67000000000000

1

13

25

35

45

58

Evolutia puterii litrice motoare Diesel VW

PL [kW/litru]


• Viteza medie a pistonului (wpm) – apreciaza rapiditatea motoarelor si constituie un criteriu de apreciere a uzurii motorului (cu cat wpm este mai mare cu atat durabilitatea motorului scade)

• (m/s)

Motoare lente wpm=3...6,5 m/sMotoare semirapide wpm=6,5...10 m/sMotoare rapide wpm >10m/s (formula 1 si motoarele de

locomotiva)


• Puterea specifica (PS) este un indicator important pentru forma constructiva a pistonului. Puterea specifica (PS) este raportul dintre puterea efectiva maxima si aria totala a suprafetelor transversale ale cilindrilor motorului.

• (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)

curs pcmai

Documents